Ultra-High Definition Television
De acordo com diferentes estudos [9] é esperado que o mercado de UHDTV expanda nos próximos anos.
Pode-se ver pela figura ao lado que o número esperado de televisões UHD comercializadas em 2024 ronde os 7.5 milhões de exemplares. Isso significa um aumento de quase 100% em relação a 2016.
Atualmente o mercado de UHDTV em 4K está em expansão, mas no Japão já se se fabricam as televisões 8K. É esperado que comecem a aparecer os primeiros exemplares em 2018, e que se tornem um item comum pelo ano de 2019. Os tamanhos esperados para a tecnologia 8K rondam as 70 a 100 polegadas, o que é um grande avanço em relação à tecnologia 4K.
Embora seja esperado um domínio da tecnologia 8K no futuro, atualmente esta apresenta ainda muitas restrições, algumas das quais incluem a capacidade de transmissão dos canais atuais, ou simplesmente a complexidade do descodificador para acompanhar esse fluxo elevado de informação. Richard Lawler referenciou na página engadget [13] que “The last time I saw an 8K broadcast, it needed an Internet2 connection and a decoder the size of a doghouse just to work”.
Uma vez consolidada a tecnologia poderemos pensar em resoluções ainda maiores. Estas seriam 16K, 32K, etc. Apesar de atualmente não existir ainda tecnologia para tal podemos pensar já em repercussões financeiras/sociais. A televisão 16K terá 16 vezes a resolução 4K, o que implica um aumento de tamanho do televisor. Isto leva-nos a pensar se será realmente possível ter uma televisão 16K como televisão principal de uma casa. Embora estejamos a falar de uns anos para a frente, a estrutura das casas não irá mudar, e certos móveis não conseguirão suportar um aumento do tamanho do televisor. Em suma, comprar um televisor 16K implicará em alguns casos a restruturar uma divisão da casa. É expectável que televisões de elevadas resoluções se dirijam mais para áreas comerciais ou empresariais, como transmissão em estádios, cinemas, ou até mesmo cafés, e deixar a televisão de lar numa resolução mais confortável de 4K ou possivelmente 8K.
Tecnologia
Referências
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SMPTE ST 2036 Ultra High Definition Television. 2013
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ISO/IEC 13818-2:1996 – “Information technology -- Generic coding of moving pictures and associated audio information: Video”
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ITU-T and ISO/IEC, ITU-T Rec. H.264 | ISO/IEC 14496-10 Advanced Video Coding (AVC), May 2003 (with subsequent editions and extensions).
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ISO/IEC 23008-2:2013 – International Organization for Standardization. 2013-11- 25
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http://www.etsi.org/deliver/etsi_ts/101100_101199/101154/02.01.01_60/ts_101154v020101p.pdf
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https://www.grandviewresearch.com/industry-analysis/4k-tv-market
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https://www.gminsights.com/industry-analysis/ultra-high-definition-UHD-4K-panel-market
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https://www.engadget.com/2016/01/08/8k-attack-lg-and-samsungs-super-high-res-tvs-are-here/#/
Carlos Loureiro & Nuno Fernandes
Ultra High Definition Television tem chamado cada vez mais à atenção de vendedores de televisões, de serviços de televisão e também dos próprios telespectadores. A maior importância que se tem dado à UHDTV baseia-se unicamente no aumento da resolução contudo, a UHDTV não se baseia apenas no aumento do número de pixéis, mas também, no aumento da gama dinâmica, gama de cores e no aumento do frame rate.
Devido à necessidade de criar melhores resoluções para a televisão, não existia nenhuma terminologia para a resolução 4K, devido a isto, a Society of Motion Picture e os engenheiros desta área publicaram um conjunto de documentos (SMPTE ST 2036) [1], a descrever o que seria hoje a UHDTV com o intuito de criar uma nova terminologia. Dentro destes documentos existiam dois tipos de resoluções diferentes. A primeira resolução chamada UHDTV1 que descrevia o hoje chamado 4K, cuja resolução correspondia a 3840x2160. A segunda resolução chamada de UHDTV2, hoje conhecida como 8K, correspondia a uma resolução de 7680x4320
UHDTV
Evolução da televisão digital
A televisão digital apareceu no final do século 20 com a norma MPEG-2 [2]. Este introduziu a definição Standard Definition (SD), vindo em seguida a HD. Poucos anos depois surge uma norma mais completa que dá por vários nomes, sendo estes Advanced Video Coding (AVC) [3], H.264 ou MPEG-4 parte 10.
Ao início a AVC era usada apenas como ferramenta para ter qualidade SD e HD com menos largura de banda do que as normas anteriores. Mas com o avançar do tempo possibilitou a criação de novos tipos de televisão. Entre eles estão a Internet Protocol Telivision (IPTV) que vem substituir a televisão por cabo e por satélite.
Em 2013, surge uma nova norma para substituir a AVC, chamada HEVC (High Efficiency Video Coding) [4] que tem compatibilidade com a UHDTV2. A HEVC é melhor que o AVC pois conseguimos ter as resoluções SD, HD e UHD com melhor qualidade e com menos largura de banda.
A UHDTV e a HEVC devem ser pensadas como ferramentas que vão evoluindo uma com a outra e não como algo estático.
Tecnologia
Tudo o que o ser humano observa é limitado pela quantidade de fotorreceptores nos nossos olhos, graças aos quais possuímos três diferentes categorias de perceção visual:
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Snellen Acuity
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Simple Acuity
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Hyperacuity
Snellen Acuity diz respeito à capacidade do ser humano conseguir ler e distinguir informação.
Simple Acuity refere-se à máxima frequência espacial que a nossa retina consegue reter, que corresponde à resolução em que os pixéis começam a misturar-se e deixam de ser percetíveis.
Hyperacuity corresponde à capacidade do cérebro de detetar distorções em certas partes menores que o comprimento de um fotorrecetor. É graças à hyperacuity que somos capazes de perceber que não estamos a olhar através de uma janela quando estamos a ver televisão, mesmo quando não conseguimos reparar na existência dos pixéis.
É interessante correlacionar a evolução dos formatos de televisão com os diferentes níveis de perceção visual humana,
Perceção Visual
A resolução SD era apenas suficiente para leitura, a resolução HD conseguia criar já a difusão dos pixéis e a UHD criava um ponto em que a experiencia visual de um utilizador, se torna apenas limitada pela hyperacuity, levando a que cada vez mais a experiencia de ver televisão se torne em algo extremamente real.
Alto Alcance Dinâmico
O sistema de visão humano possui um alcance dinâmico superior ao atualmente suportado pelos sistemas de televisão. Hoje em dia cada vez mais dispositivos com melhores alcances dinâmicos aparecem no mercado.
O uso de um alcance dinâmico mais avançado, não se baseia apenas em colocar as imagens com mais brilho, mas também em criar uma melhor experiência de visualização, devido a um detalhe superior da imagem nas zonas mais claras e mais escuras. No gráfico seguinte podemos ver o valor de luminância dos pixéis, representado em função tanto em modo padrão como em alto alcance dinâmico.
Como se pode ver pela gráfico, muitos dos pixéis possuem o mesmo valor, ou valores muito aproximados, e apenas alguns dos pixéis, os de baixa e alta luminância, tem melhores valores no caso do alto alcance dinâmico.
Frame Rate e Alcance Dinamico
A reprodução de movimento sempre foi algo de extrema importância na televisão. Quando o frame rate é muito baixo, várias coisas podem tornar-se percetíveis ao utilizador como por exemplo:
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Cintilações
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Burrões de movimento
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Efeito estroboscópico
Um objeto em movimento, geralmente tende a ser tanto mais rápido quanto mais amplo for o campo de visão, ou seja, um objeto num ecrã de HDTV vai movimentar-se mais rapidamente que um objeto num ecrã SD, assumindo que os tamanhos dos ecrãs e a distância de visualização são tais que os detalhes extra da HDTV sejam observáveis. Ou seja, o ecrã HD preenche uma área maior do campo de visão do utilizador, consequentemente a HDTV possui requisitos de representação de movimento mais rígidos, e a UHDTV ainda maiores.
Hoje em dia a SDTV, HDTV e os sistemas atuais de UHDTV, estão especificados com um frame rate de 60 frames por segundo, sendo que é discutível se a experiência de visualização da UHDTV poderá ser melhorada com um frame rate mais alto.
Os padrões de UHD e HEVC atualmente possuem capacidade até 120 frames por segundo. Graças à eficiência de compressão do HEVC, será possível começar a distribuir conteúdo televisivo a 60-120 frames por segundo.
Ao longo do tempo, estes serviços podem vir a ser disponibilizados a 240 frames por segundo, desde que os padrões HEVC e UHD evoluam de maneira a suportar este conteúdo.
Cores
Para além de conseguirem atingir o melhor desempenho do olho humano relativamente à focagem e captura de movimento, a UHD e HEVC também aumentam o número de cores, contrastes e brilho que podem ser apresentados no ecrã, criando uma experiência mais próxima da realidade.
No caso das televisões, a dinâmica de cor corresponde a uma área triangular que tem cada uma das 3 cores primárias nos seus vértices. Ao contrário da televisão HD e da compressão AVC, o UHD usa cores primárias que são cores espectrais puras, ou seja, são cores que possuem energia em apenas um comprimento de onda (cor espectral pura ou monocromática). Uma vez que o UHD continua a usar apenas as 3 cores primárias significa, que nesta área, o UHD não consegue chegar ao limite da capacidade do olho humano, uma vez que não é capaz de reproduzir todas as cores que uma pessoa consegue ver.
Mesmo assim, a gama de cores da UHD continua a ser maior e a incluir quase todas as cores existentes.
Padronização
Um número de agentes, está responsável pela padronização dos padrões específicos da televisão digital. Na figura seguinte pode ver-se em resumo como é feita a padronização da televisão na Grã-Bretanha.
ITU-R
A organização International Telecommunication Union Radiocommunication Sector (ITU-R) [5] é responsável pelo formato dos sinais necessários para a troca de programas televisivos e de rádio, e também verifica a qualidade de imagens e som. De momento a ITU-R SG6 WP6C tem a responsabilidade de padronização da UHDTV.
MPEG
The Moving Pictures Experts Group (MPEG) [6] é um grupo responsável pela criação de padrões para informação codificada de áudio e vídeo digital. MPEG tem desenvolvido muitos padrões de compressão de vídeo conhecidos tais como:
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MPEG-2 (oficialmente ISO/IEC 13818-2)
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H.264/AVC (oficialmente ISO/IEC14496-10)
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HEVC (oficialmente ISO/IEC 23008-2)
HEVC
High Efficiency Video Coding (HEVC), é o mais recente padrão de compressão a ser desenvolvido conjuntamente pelo MPEG e ITU-T. Este permite que o bitrate dos serviços de vídeo sejam quase metade, quando comparados com os padrões anteriores, H.264/AVC, mantendo a mesma qualidade.
Na figura seguinte podemos ver os diferentes tipos de uso para o HEVC e o bitrate comparado com o corrente MPEG4.
Como o AVC, também o HEVC tem como objetivo providenciar serviços televisivos com menos largura de banda. No caso do High-Efficiency Track, é possível usar-se aproximadamente 50% do bit rate usado pelo AVC, usufruindo da mesma resolução, frame rate, cor e qualidade de vídeo.
No caso de High VQ “Cinematic” Track, este tem como objetivo melhorar a experiencia do telespectador nos filmes e outros programas, sendo que a qualidade da imagem se aproxima a rivalizar o verdadeiro 4K/UHD.
Para o High VQ Sports Track, uma vez que se trata de desportos, as imagens possuem um movimento mais suave, o que se torna muito vantajoso.
Com a melhoria da compressão trazida pelo HEVC, será possível ter conteúdo a 1080p60 a ser entregue aproximadamente com o mesmo bit rate do AVC-compressed 1080i30 e 720p60.
DVB
O projeto Digital Video Broadcasting (DVB) [7], é um conjunto de mais de 200 broadcasters, manufatores, operadores de internet e criadores de software de todo o mundo, cujo objetivo é a criação de técnicas de padronização para a entrega de televisão digital. Devido a este projeto foram propostas 3 fases para a UHD representadas na figura ao lado.
Agora que as pessoas já perderam o interesse pelas televisões 3D, os consumidores começam a procurar as novas televisões 4K UHD. No entanto a UHDTV não vai conseguir chegar às nossas casas a não ser que se encontre uma forma de fornecer o conteúdo a todas as televisões e com melhor qualidade que a HDTV.
A televisão 4K tem quatro vezes mais pixéis que a televisão 1080p HD. A informação destes pixéis todos pode consumir demasiada largura de banda.
Quando os engenheiros se preocupam com o 4K, estão de facto preocupados com o bitrate, uma vez que, os pixéis vão lá estar, mas será que existirá informação necessária para os tornar úteis?
Outro grande problema para a fase inicial da UHDTV é a quantidade de novo conteúdo disponível, sendo que para este caso já existem promessas da Amazon Instant Video, Netflix e Youtube para fazerem streaming de filmes e programas de televisão a 4K.
Desafios da UHDTV
Mercado
Tipos de UHDTV
Existem vários tipos de televisão UHDTV sendo algumas destas:
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High-Dynamic Range (HDR)
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Light Emitting Diode (LED)
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Organic LED (OLED)
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Quantum Dot (QD)
A tecnologia HDR foca-se na reprodução das cores mais vivas, em tons com mais brilho e em melhores níveis de contraste. É possível encontrar num alcance de preços que vai dos 1200€ aos 4400€ dependendo do tamanho e modelo. Na figura ao lado pode-se encontrar uma destas televisões.
A tecnologia OLED usa apenas um painel que emite a luz e a imagem, descartando assim a necessidade de um ecrã LCD usado em tecnologias anteriores. Sendo assim o ponto forte das televisões OLED é a sua espessura extremamente reduzida. Podem ser encontradas entre os 1498€ e os 3498€.
Exemplo desta televisão na figura à esquerda.
A tecnologia QG aposta em nanotecnologia para gerar a cor, conseguindo assim obter cores mais fiéis que a OLED. Consegue menos contraste mas também é mais barata de fabricar. Pode ser encontrada em preços que rondam os 1999€. Na figura à direita podemos ver uma destas televisões.
Mercado e UHDTV
A UHDTV gerou 16.5 biliões de dólares em 2015 e 71.9 biliões em 2016 [9]. Ao longo dos próximos anos espera-se uma redução dos preços, o que levará a um aumento da procura.
As emissoras de televisão e outros produtores estão a fazer grande investimento na UHD. Ao mesmo tempo, a indústria do cinema também está a seguir na mesma direção de usar o UHD. Do mesmo modo, a realização dos jogos olímpicos em 2022 em Pequim fez as grandes companhias, como Huawei e Sumavision, investir na tecnologia de transmissão em UHD.
Sendo a UHDTV uma tecnologia em expansão é saudável ter um mercado competitivo. As maiores empresas a investir neste campo são a Samsung, a LG, a Toshiba, a Panasonic e a Sony. Outras grandes empresas são a Sharp, a Philips e a Vu Technologies.
Conceitos Legais
A entidade United License for Digital AGE (ULDAGE) lançou a 3 de julho de 2017 a regulamentação sobre as patentes à volta da UHDTV por satélite. Estas envolvem várias áreas à volta da emissão, transmissão e receção de imagem UHD.
A Japan Intellectual Property Arbitration Center determinou 17 entidades para ficar com as patentes [10], sendo estas:
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Dolby Laboratories Licensing Corporation
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FUJITSU Limited
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INFOCITY Inc.
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JVC KENWOOD Corporation
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LG Electronics Inc.
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MASPRO DENKOH CORP.
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Maxell, Ltd.
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Mitsubishi Electric Corporation
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NEC Corporation
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Nippon Hoso Kyokai (NHK)
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Orange SA (Formerly known as France Telecom, SA)
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Panasonic Corporation
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Samsung Electronics Co., Ltd.
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Sony Corporation
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The Trustees of Columbia University in the City of New York
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Thomson Licensing SAS
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Toshiba Corporation
Segundo a ULDAGE é preciso resolver os conflitos de patentes de forma justa. Então, o que esta fez foi juntar todas as patentes consideradas essenciais para a transmissão em alta qualidade, não sendo exceção a UHDTV [11].
Com este sistema é possível para as companhias televisivas obter as licenças patenteadas por um preço razoável, como se pode ver pela tabela seguinte:
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UHDTV
No que diz respeito à norma HEVC houve vários problemas relativos a questões legais, mais propriamente em relação às royalties.
Na altura do lançamento do HEVC, a meio do ano de 2015, as royalties iam até um valor de 2.6$ por aparelho. Isto foi muito mal recebido pela indústria, e chegou-se a pensar que seria o fim do 4K. Isto e a criação do Alliance for Open Media [12], um grupo de grandes empresas com o objetivo de oferecer um sistema de compressão livre de patentes e royalties, forçaram a uma revisão do sistema legal à volta do HEVC.
As companhias atualmente registadas com patente no HEVC são:
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Dolby Laboratories
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General Electric
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MediaTek
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Philips
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Mitsubishi Electric
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Warner Bros
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Samsung Electronics
HEVC
Impato da UHDTV no ser Humano
A televisão evoluiu até a um ponto em que é considerada um ser essencial num ambiente familiar. Esta afirmação engloba tantos os aspetos positivos como os negativos.
A televisão é uma boa forma de educação, de entretenimento e de informação tanto a um nível nacional como mundial. Mas por outro lado, esta tem um lado viciante que por vezes pode roubar demasiado a atenção, o que pode levar as pessoas a esquecer-se de certas tarefas.
Com a chegada da UHDTV, criando ainda uma maior e mais realista experiencia de visualização, pode levar a que as pessoas se refugiem mais em casa por detrás dos ecrãs cada vez maiores. Se isto de fato acontecer, vários fatores negativos começam a surgir como por exemplo sedentarismo
