We komen het vaak tegen in specificaties van bijvoorbeeld streamers en AV-receivers: upsampling en upscaling. Het verhogen van de weergavekwaliteit, tot voorbij de potentie van de daadwerkelijke informatie. Anders gezegd: je krijgt een betere kwaliteit audio of video dan er überhaupt in het bronmateriaal ontsloten is. Hoe kan dat? 

Upsampling is een term die gebruikt wordt bij audioweergave (het verbeteren van de geluidskwaliteit), upscaling zien we bijvoorbeeld wanneer een AV-receiver een reguliere Blu-ray 'omtovert' naar 4K resolutie. Hoe kan dat als die hogere kwaliteit niet aanwezig is in het 'gewone' HD-bronmateriaal? Is dat niet hetzelfde als onvolledig dinosaurus-DNA aanvullen met genetisch materiaal van kikkers, Jurassic Park ermee vullen en hopen dat het allemaal niet Heel Erg Misgaat..?

...en dan ook nog in 3D!

Upsampling
Bestanden in hoge(re) resolutie hebben het potentieel om beter te klinken dan standaard 44.1 kHz materiaal. Dat komt omdat de digitale filtering zich bij dat soort bestanden veel verder buiten het hoorbare frequentiegebied situeert. In het geval van een 44.1 kHz signaal laat de digitale filtering alle informatie door tot 20 kHz, waarna het signaal met maar liefst 100 dB dichtgeknepen wordt tegen dat het 22.05 kHz punt bereikt is.

Bij deze techniek wordt de sampling frequentie van een audiobestand daarom omgerekend naar een hogere waarde. Het originele bestand kan bijvoorbeeld 44.100 samples per seconde bevatten (dat is de genoemde 44.1 kHz cd-standaard), terwijl de geupsamplede versie bijvoorbeeld 176.400 samples per seconde (176 kHz) telt. En neen, het is geen toeval dat in dit voorbeeld dat laatste getal precies vier keer groter is dan het eerste. Een dergelijke eenvoudige ‘4x’ berekening leidt immers tot minder rekenfouten dan wanneer er bijvoorbeeld zou geupsampeld worden naar een waarde die – we zeggen maar wat – 5.66x hoger zou liggen. Maar wat we willen weten is wat het nut is van een dergelijke operatie…

Het is zo dat de maximale audiofrequentie die mag weergegeven worden precies de helft bedraagt van de toegepaste sampling frequentie. In het geval van de 44.100 samples per seconde uit het voorbeeld bedraagt de hoogste geluidsfrequentie die mag worden weergegeven 22.05 kHz. Hoger mag niet, omdat er dan storende ‘aliaising’ signalen in het hoorbare gebied zouden opduiken. Het is dus absoluut noodzakelijk om alles wat zich tussen de 22.05 kHz en de 44.1 kHz bevindt uit het signaal te filteren.

Als de sampling frequentie inderdaad 44.1 kHz bedraagt, dan zal er een heel steil filter moeten worden toegepast. Het signaal moet namelijk zo maar eventjes met 100 dB worden ingeperktt vooraleer het 22.05 kHz punt bereikt is. Dat lukt wel, maar niet zonder dat het filter ook enige nadelige invloed zal uitoefenen op het gebied beneden de 22.05 kHz. In het hoorbare frequentiegebied, dus.

Als het signaal echter eerst geupsampeld wordt naar een hogere waarde, dan zal de altijd noodzakelijke filtering zich veel verder buiten het hoorbare domein kunnen afspelen en zal er minder invloed zijn op het hoorbare gedeelte van het signaal. Her resultaat: een betere geluidskwaliteit.

Upscaling
Het belangrijkste gegeven hier is dat een modern beeldscherm of een recente projector slechts één enkele beeldresolutie kan weergeven. Dat zal in de meeste gevallen de bekende ‘Full HD’ resolutie zijn, waarbij de beelden 1920 pixels breed zijn en 1080 pixels hoog. Als je aan zo’n tv een bronsignaal van 1920 x 1080 pixels aanbiedt – dat is bijvoorbeeld de resolutie van een Blu-ray disc -, dan is er niets aan de hand. Maar als je bij diezelfde tv met een dvd’tje komt aanzetten – een dvd heeft een resolutie van 720 x 576 pixels – dan kan de tv dat signaal niet weergeven op het scherm. Tenzij dat signaal eerst langs een scaler passeert die het signaal dan omzet naar 1920 x 1080 pixels.

Anders gezegd: upscaling is niet één of andere marketingkreet, het is integendeel een noodzakelijke bewerking om alle videocontent met een lagere resolutie dan die van de ‘native’ resolutie van je scherm te kunnen weergeven. In de andere richting – als het bronsignaal een hogere resolutie heeft als de ‘native’ resolutie van de tv – leidt dit tot een soortgelijke problematiek. De scaler zal het binnenkomende signaal dan moeten ‘downscalen’ alvorens je het beeld te zien krijgt op je tv.