テレビの「アップスケーリング」とは何ですか、またどのように機能しますか？

4Kが私たちの家のHDに取って代わるにつれて、メーカーは「Ultra HDアップスケーリング」（UHD）のようないくつかの興味深いマーケティング用語を発表しています。ただし、アップスケーリングは独自の機能ではありません。4KTVが1080pや720pなどの低解像度のビデオ形式で動作できるようにするだけです。

すべてのテレビにアップスケーリングがあります

アップスケーリングとは、低解像度のコンテンツがテレビ画面全体に表示されることを意味します。これがないと、低解像度のビデオは画面スペースの半分未満しか占有しません。これはすべてのテレビの典型的な機能です。1080p TVでさえ、それを備えていました。720pコンテンツをアップスケールして、1080p画面にフルスクリーンモードで表示することができました。

UHDのアップスケーリングは、4Kテレビを他のテレビと同じように機能させるものです。低解像度のコンテンツを取得して、4K画面全体に表示できます。

4K画面でアップスケールされた1080pコンテンツは、通常の1080p画面での1080pコンテンツよりも見栄えがよくなります。しかし、アップスケーリングは魔法ではありません。真のネイティブ4Kコンテンツから得られるような鮮明な画像は得られません。仕組みは次のとおりです。

解像度は物理的および視覚的なレベルで存在します

アップスケーリングに入る前に、画像解像度の概念を理解する必要があります。一見すると、それは比較的単純な概念です。高解像度の画像またはビデオは、低解像度の画像またはビデオよりも「見栄えが良く」なります。

しかし、私たちはいくつかの重要な側面、すなわち物理的解像度と光学的解像度の違いを忘れがちです。これらの側面は連携して優れたイメージを作成し、アップスケーリングを理解するための基礎となります。ピクセル密度についても説明しますが、心配する必要はありません。短くて甘いものにします。

物理的解像度：TVスペックシートでは、物理的解像度は単に「解像度」と呼ばれます。ディスプレイ上のピクセル数です。 4Kテレビは1080pテレビよりもピクセル数が多く、4K画像は1080p画像の4倍のサイズです。すべての4Kディスプレイには、サイズに関係なく、同じ数のピクセルが含まれています。物理的な解像度が高いテレビは、余分なピクセルを使用して詳細を提供できますが、常にそのように機能するとは限りません。物理的解像度は光学的解像度に翻弄されます。
光学解像度：これが、古い使い捨てカメラの写真が、大げさな友人の派手なデジタルカメラの写真よりも見栄えがよい理由です。写真がシャープに見え、ダイナミックレンジがはっきりしている場合、光学解像度は高くなります。テレビは、粗末な光学解像度でビデオを表示することにより、高い物理解像度を浪費することがあります。これにより、画像とコントラストがぼやけます。これはアップスケーリングの結果である場合もありますが、すぐに元に戻ります。
ピクセル密度：ディスプレイの1インチあたりのピクセル数。すべての4Kディスプレイには同じ量のピクセルが含まれていますが、小さい4Kディスプレイでは、ピクセルが互いに接近しているため、ピクセル密度が高くなります。たとえば、4K iPhoneは、70インチの4KTVよりもピクセル密度が高くなっています。これは、画面サイズは物理的な解像度と同じではなく、画面のピクセル密度は物理的な解像度を定義しないという考えを強化するために言及しています。

物理的解像度と光学的解像度の違いについてすべて理解できたので、次はアップスケーリングに取り掛かります。

アップスケーリングすると画像が「大きく」なります

すべてのテレビには、低解像度の画像をアップスケールするために使用される補間アルゴリズムの混乱が含まれています。これらのアルゴリズムは、画像にピクセルを効果的に追加して、解像度を高めます。しかし、なぜ画像の解像度を上げる必要があるのでしょうか。

物理的な解像度は、ディスプレイ上のピクセル数によって定義されることを忘れないでください。それはあなたのテレビの実際のサイズとは何の関係もありません。1080p TV画面は2,073,600ピクセルのみで構成されていますが、4K画面は8,294,400ピクセルです。アップスケーリングせずに4Kテレビで1080pビデオを表示すると、ビデオは画面の4分の1しか占めません。

1080p画像を4Kディスプレイに適合させるには、アップスケーリングプロセスを通じて600万ピクセルを取得する必要があります（その時点で、4K画像になります）。ただし、アップスケーリングは補間と呼ばれるプロセスに依存しています。これは、実際には単なる栄光の推測ゲームです。

アップスケーリングは光学解像度を低下させます

画像を補間する方法はいくつかあります。最も基本的なものは「最近隣」補間と呼ばれます。このプロセスを実行するために、アルゴリズムは「空白」ピクセルのメッシュを画像に追加し、次に、隣接する4つのピクセルを調べて、各空白ピクセルがどの色値であるかを推測します。

たとえば、白いピクセルで囲まれた空白のピクセルは白になります。一方、白と青のピクセルで囲まれた空白のピクセルは水色になる場合があります。これは簡単なプロセスですが、画像に多くのデジタルアーティファクト、ぼやけ、凹凸のある輪郭が残ります。言い換えると、補間された画像の光学解像度は低くなります。

これら2つの画像を比較してください。左側のものは編集されておらず、右側のものは最近隣内挿法の犠牲者です。左側の画像と同じ物理的解像度ですが、右側の画像はひどいように見えます。これは、4KTVが最近隣内挿法を使用して画像をアップスケールするたびに小規模で発生します。

「ちょっと待って」と言っているかもしれません。「私の新しい4Kテレビはこのようには見えません！」これは、最近隣内挿法に完全に依存しているわけではなく、さまざまな方法を使用して画像をアップスケールするためです。

光学分解能に取り組むためのアップスケーリングも

さて、最近隣内挿法には欠陥があります。これは、光学解像度を考慮しない、画像の解像度を上げるための力ずくの方法です。そのため、TVは、最近隣内挿法と並んで他の2つの形式の内挿法を使用します。これらは、バイキュービック（平滑化）補間およびバイリニア（シャープニング）補間と呼ばれます。

バイキュービック（スムージング）補間を使用すると、画像に追加された各ピクセルは、隣接する16個のピクセルを見て色を帯びます。これにより、明らかに「ソフト」な画像が得られます。一方、双一次（シャープニング）補間は、最も近い2つの隣接するもののみを調べ、「シャープな」画像を生成します。これらの方法を組み合わせ、コントラストと色にいくつかのフィルターを適用することで、テレビは光学品質を著しく損なうことなく画像を生成できます。

もちろん、補間はまだ推測ゲームです。適切な補間を行ったとしても、一部のビデオは、特に安価なテレビがアップスケーリングに苦労している場合、アップスケール後に「ゴースト」を起こす可能性があります。これらのアーティファクトは、超低品質の画像（720p以下）を4K解像度にアップスケールした場合、または画像がピクセル密度の低い非常に大きなテレビでアップスケールされた場合にも明らかになります。

上の画像は、テレビからのアップスケーリングの例ではありません。代わりに、これはBuffy The Vampire Slayer HD DVDリリース（Passion of the Nerdによるビデオエッセイから引用）で行われたアップスケーリングの例です。これは、補間が不十分だと画像が台無しになる可能性があることを示す良い例です（極端ではありますが）。いいえ、ニコラス・ブレンドンはワックス状の吸血鬼の化粧をしていません。それは、アップスケーリングの過程で彼の顔に起こったことです。

すべてのテレビがアップスケーリングを提供していますが、一部のテレビは他のテレビよりも優れたアップスケーリングアルゴリズムを備えているため、より良い画像が得られます。

アップスケーリングは必要であり、ほとんど目立たない

すべての欠点があっても、アップスケーリングは良いことです。これは通常、問題なく実行され、同じテレビでさまざまなビデオ形式を視聴できるようにするプロセスです。完璧ですか？もちろん違います。そのため、一部の映画やビデオゲームの純粋主義者は、意図した媒体である古いお尻のテレビで古い芸術を楽しむことを好みます。しかし、現時点では、アップスケーリングはあまり興奮するものではありません。また、あまりにも腹を立てるようなことでもありません。

8K、10K、および16Kのビデオ形式は、私たちが毎日使用しているハードウェアの一部ですでにサポートされていることは言及する価値があります。アップスケーリングテクノロジーがこれらの高解像度フォーマットに追いつかない場合、これまでよりもはるかに品質が低下する可能性があります。

ただし、メーカーやストリーミングサービスはまだ4Kに向かって足を引っ張っているので、まだ8Kについて心配する必要はないかもしれません。