Upscaling: Cos’è e come funziona

Cos’è l’upscaling e come funziona? In questo articolo di approfondimento troverai tutte le informazioni necessarie per comprendere l’utilità e il funzionamento della tecnologia di upscaling.

Il momento di acquistare un nuovo smart TV potrebbe metterti a confronto con termini non a tutti noti, legati alle caratteristiche tecniche del dispositivo, come appunto il concetto di upscaling; a un primo approccio questo potrebbe creare qualche perplessità e non facilitare la scelta.

Ecco perché è bene comprendere realmente la funzione dell’upscaling. Alla fine della lettura avrai le idee chiare su questo utile argomento e non temerai il confronto con i suoi aspetti più tecnici.

Che cos’è l’upscaling

L’upscaling è una tecnologia utilizzata dai moderni televisori per aumentare su schermo la risoluzione e la qualità dei contenuti, offrendo una visione nitida e non inficiata da errori o mancanza di pixel.

Questa funzionalità non viene impiegata solo in qualche circostanza particolare, ma è praticamente sotto i nostri occhi ogni giorno quando guardiamo la TV; questo perché probabilmente la maggioranza dei contenuti che visualizziamo ha una risoluzione inferiore rispetto alle effettive potenzialità del pannello di cui disponiamo. Di conseguenza, le immagini vengono rielaborate per restituire una qualità adeguata.

Ciò accade soprattutto nel caso delle trasmissioni televisive; mentre alcuni servizi in abbonamento premium, come Netflix, includono anche contenuti nativi 4K, che sono quindi già corrispondenti alla risoluzione di uno schermo di questo tipo, per tutto il resto è necessario l’impiego di questa tecnologia.

L’upscaling ha quindi il compito di trasformare algoritmicamente delle immagini codificate in una più bassa risoluzione nel modo in cui apparirebbero in una loro migliore versione, con una più alta risoluzione. Il risultato non sarà alla pari con la risoluzione nativa dello schermo TV, ma sarà comunque di più alto livello rispetto alla più bassa risoluzione nativa del contenuto.

Questo incremento della qualità dell’immagine è fondamentale anche perché si ricollega direttamente alla dimensione delle immagini; essendo infatti la risoluzione associata al numero di pixel di uno schermo, visualizzare un contenuto a risoluzione inferiore su un pannello con un numero maggiore di pixel restituirebbe un’immagine sottodimensionata e circondata da bordi scuri, che potrebbe ricoprire anche solo un quarto dello schermo.

Per evitare di incorrere in questa imbarazzante situazione, la tecnologia di upscaling interviene a incrementare la quantità di pixel delle immagini fino a un livello sufficiente per renderle realmente fruibili sullo schermo utilizzato.

Come funziona la tecnologia di upscaling

La tecnologia di upscaling si basa su calcoli elaborati dal kernel del televisore, cioè dalla sua interfaccia hardware/software, che consentono un’analisi digitale in tempo reale delle immagini dei vari contenuti; lo scopo è quello di ovviare a mancanze o errori nei pixel, così da offrire la migliore risoluzione.

Questa operazione si fonda su calcoli matematici eseguiti sui valori numerici che il processore associa ai colori dei pixel; uno schermo TV non è infatti in grado di distinguere concettualmente i vari colori, ragion per cui abbina il comportamento di quel pixel che restituisce un determinato colore all’occhio umano a un preciso numero, così da poter gestire il tutto in termini di grandezze matematiche.

Il metodo matematico utilizzato per effettuare l’upscaling si definisce interpolazione e consente di stimare dei numeri in assenza di informazioni che li riguardino, sulla base dell’analisi di altri valori strettamente collegati; analizza in pratica la rappresentazione numerica dei pixel circostanti a quelli da riempire o correggere per intervenire nel modo più adeguato.

Le priorità di analisi e di calcolo del colore si basano quindi sulla vicinanza dei pixel alla specifica zona di intervento e sul loro colore.

In parole povere, il kernel individua un pixel mancante o danneggiato e, per decidere il colore del nuovo pixel da generare per sostituirlo, analizza quelli circostanti, in modo da scegliere il colore che si sposi meglio nel contesto.

Sulla base del kernel impiegato dai vari televisori, esistono comunque vari livelli di interpolazione, che influiscono in modo importante sul risultato finale in termini di risoluzione, qualità e naturalezza delle immagini. Si parte da un interpolazione più basilare, fino ad arrivare all’interpolazione bilineare, all’interpolazione bicubica e all’impiego dell’IA per i procedimenti di upscaling.

I kernel più elementari si limitano ad analizzare il colore del pixel più vicino a quello mancante o danneggiato, copiandolo e incollandolo per riempire il vuoto. Si tratta di un metodo che salva il salvabile, non restituendo però un’immagine naturale e fluida, bensì una caratterizzata da una visione netta a blocchi e dalla presenza di bordi di bassa qualità.

1. L’interpolazione bilineare consente già risultati più soddisfacenti, andando ad analizzare i due pixel adiacenti a quello mancante e fondendone i colori per generare un pixel che meglio si adatti al contesto, con un effetto più armonioso e realistico.
2. L’interpolazione bicubica, tipica dei migliori e più moderni modelli di TV, fa un salto di qualità nel livello di upscaling, consentendo il confronto del pixel da riempire con i 16 pixel che lo circondano in ogni direzione. Le immagini restituite risultano quindi molto più coerenti e realistiche.

Nonostante questo, i metodi di interpolazione presentano comunque qualche limite, in quanto il semplice impiego di formule matematiche non consente una valutazione realmente completa della tipologia di immagine da correggere, che si basi su un tipo di intelligenza più affine a quella umana.

Di conseguenza alcuni fra i più moderni TV a risoluzione 8K ricorrono all’AI per l’upscaling. Un tipo di procedimento introdotto ad esempio con l’AI sviluppata da Samsung si definisce degradazione inversa, e recupera i dati visivi mancanti sulla base di precedenti downgrade di immagini ad alta risoluzione a una qualità inferiore.

Upscaling: è compatibile con 4K e 8K?

La tecnologia di upscaling è compatibile sia con schermi a 4K che a risoluzione 8K; anzi, viene estremamente sfruttata da entrambe le tipologie di pannello.

Nonostante infatti i TV 4K siano oggi estremamente diffusi, è ancora molto ampia la discrepanza fra le loro potenzialità e la qualità dei contenuti disponibili. Molti di questi sono infatti ancora fermi all’HD o al Full HD, ma un video da 1920 x 1080 p non acquisisce certo automaticamente una qualità migliore solo perché visualizzato su uno schermo 4K da 3840 x 2160.

Mentre ad esempio un lettore Blu-Ray UltraHD o un dispositivo dedicato al gaming come la PlayStation 4 o 5 sarebbero in grado di gestire un upscaling, film e spettacoli TV necessitano imprescindibilmente di un aiuto per adattarsi alla risoluzione 4K.

Per quanto riguarda i TV 8K, come accennato in precedenza questa tecnologia trova ampio supporto nell’impiego dell’Intelligenza Artificiale.

Considerando infatti l’altissima risoluzione di questi pannelli, mentre l’upscaling di un contenuto Full HD su 4K richiederebbe 4 volte il numero di pixel precedenti, in questo caso la quantità di pixel necessaria per riempire l’intero schermo arriverebbe addirittura a 16 volte quella di partenza. Di conseguenza, l’impiego di algoritmi intelligenti di machine learning rende possibile il passaggio altrimenti improponibile con l’utilizzo delle semplici tecniche di interpolazione. Grazie all’impiego di questi metodi, la tecnologia di upscaling è totalmente compatibile con gli schermi 8K.

Tool di upscaling online

La funzione dell’upscaling può essere applicata non solo ai contenuti video disponibili per la TV, ma anche a specifiche immagini, destinate ad esempio all’utilizzo per siti web, blog e social. Chi necessita di foto e grafiche per questa finalità, spesso si ritrova a confrontarsi con la disponibilità di immagini di piccole dimensioni che, se ingrandite, finiscono per risultare piuttosto sgranate.

Questo accade perché, aumentando le dimensione di una foto senza però aumentarne di pari passo la risoluzione, all’immagine vengono automaticamente aggiunti pixel vuoti.

La soluzione a questo problema arriva dal web, nello specifico dai tool disponibili online per l’upscaling di immagine. Utilizzando questi software Imagine Upscaler è possibile ottenere immagini di dimensioni consone preservandone la qualità o addirittura migliorandola. Le opzioni al riguardo sono varie, sia gratuite che a pagamento.

Basti pensare ad esempio a tool come ImgUpscaler, Waifu2x, AI Image Enlarger, Deep Image e altri, dei ridimensionatori di immagini in genere dotati di una scala di riduzione del rumore e di strumenti di Intelligenza Artificiale che consentono di modificare qualsiasi foto ottenendo risultati davvero accurati.

Diversi software dotati di AI sono in grado non solo di recuperare i pixel persi a causa dell’ingrandimento, ma anche di migliorare il bilanciamento dei colori e di ridurre il rumore aggiungendo dettagli all’immagine per correggere le parti sfocate.

L’ingrandimento consentito va dai 4x fino addirittura a 40x in base al tool selezionato e il lavoro può essere eseguito in modo intuitivo e rapido, praticamente istantaneo.

Questi utili software semplificano notevolmente il lavoro di editing delle immagini, rendendo accessibile il ridimensionamento anche ai meno esperti.

Conclusioni e considerazioni finali

In questa guida sull’upscaling abbiamo analizzato tutti gli elementi riguardanti questa preziosa tecnologia, facendo chiarezza sui suoi aspetti tecnici e sulla sua utilità.

Che tu stia per acquistare un nuovo TV o che sia alla ricerca di un modo per ridimensionare le tue foto senza controindicazioni, grazie a queste informazioni sarai senz’altro in grado di orientarti al meglio.

Crediti immagini: High Fidelity Image Generation Using Diffusion Models