Wszystko, co chciałbyś wiedzieć o HDR

Opublikowano: Styczeń 3, 2018

Czym jest HDR?

HDR to skrót angielskiego wyrażenia High Dynamic Range, oznaczającego technologię, która umożliwia wyświetlanie obrazów z większą rozpiętością tonalną niż tradycyjne SDR (Standard Dynamic Range).

Jak pokazują poniższe zdjęcia, na obrazach wyświetlanych w SDR ciemne obszary stają się zbyt przyciemnione, a jasne obszary zbyt wyblakłe. Obrazy wyświetlane w HDR mają bardziej realistyczny, naturalny wygląd, ponieważ zachowują subtelne różnice ciemnych i jasnych odcieni.

HDR znalazło się w centrum zainteresowania jako technologia obrazowania przyszłości. Już teraz materiały wyprodukowane z zastosowaniem HDR można oglądać na platformach takich jak Netflix czy na płytach Blu-ray UHD.

Sceny z ciemnymi i jasnymi obszarami wyświetlane na różnych monitorach

What is HDR? What is HDR? What is HDR?

SDR (Cienie są przyciemnione)

SDR (Jasne kolory są wyblakłe)

HDR

5 elementów, które składają się na wysoką jakość obrazu

Na jakość obrazu składają się następujące elementy:

  1. Rozdzielczość
  2. Głębia bitowa
  3. Szybkość klatek
  4. Gamut kolorów
  5. Jasność (rozpiętość tonalna)

 

Cztery spośród tych pięciu elementów (rozdzielczość, głębia bitowa, szybkość klatek i gamut kolorów) zostały już unormowane w ramach standardu BT.2020 dotyczącego transmisji 4K/8K UHD.* Tylko dla jasności nadal stosuje się stary standard BT.709, obowiązujący dla obrazów full HD (100 cd/m²).

Jeszcze do niedawna w produkcji filmowej konieczne było kompresowanie jasnych obszarów tak, aby odpowiadały parametrom wyświetlaczy. W efekcie uzyskiwane obrazy różniły się od oryginalnych scen.

Najnowsze postępy w technologii wyświetlania obrazu pozwoliły jednak zwiększyć obsługiwaną rozpiętość tonalną, a tym samym lepiej odwzorowywać jasne i ciemne tony. Właśnie dlatego technologia HDR cieszy się ostatnio tak dużym zainteresowaniem.

*Wdrożenie standardu 4K/8K UHD dla transmisji telewizyjnych jest planowane na koniec roku 2018. Obecny standard full HD nosi nazwę BT.709.

 

Rozdzielczość = Dobre odwzorowanie szczegółów

Rozdzielczość oznacza liczbę pikseli na obrazie. Im większa jest rozdzielczość obrazu wyświetlanego na danym ekranie, tym więcej ma on pikseli, co umożliwia lepsze oddanie szczegółów. Rozdzielczość 4K UHD wynosi 3840 x 2160, a więc ilość wyświetlanych danych jest czterokrotnie większa niż w przypadku standardu full HD.

Różnice rozdzielczości

2K

4K

8K

Głębia bitowa = Płynne przejścia tonalne

Głębia bitowa oznacza liczbę kolorów wyświetlanych przez jeden piksel. Im większa jest głębia bitowa, tym więcej kolorów można wyświetlić na ekranie, a co za tym idzie przejścia między tonami są dużo płynniejsze. Przykładowo, wyświetlacz 8-bitowy potrafi odwzorować ok. 16,77 miliona różnych kolorów, natomiast wyświetlacz 10-bitowy ok. 1,07 miliarda kolorów.

Różnice głębi bitowej

Obraz 8-bitowy

Obraz 10-bitowy

Szybkość klatek = Płynność ruchów

Szybkość klatek oznacza liczbę obrazów pokazywanych na ekranie w ciągu jednej sekundy. Filmy kinowe kręci się zazwyczaj w standardzie 24p (24 obrazy – klatki – na sekundę), natomiast większość telewizorów korzysta ze standardu 60i lub 30p (30 klatek na sekundę).

Standard BT.2020 dla transmisji 8K definiuje różne szybkości klatek, aż do wartości 120p, przy której ruchy są praktycznie tak płynne, jak w rzeczywistości.

Różnice szybkości klatek

30p = 60i

60p

120p

Gamut kolorów = Intensywność barw

Gamut kolorów oznacza zakres barw wyświetlanych na ekranie. Poniższy wykres przedstawia wartości RGB postrzegane przez ludzkie oko, a każdy z widocznych na nim trójkątów wyznacza inny gamut kolorów – im większa powierzchnia trójkąta, tym większa liczba wyświetlanych kolorów.

Standard BT.2020 (Rec.2020) dla transmisji 4K/8K obejmuje dużo szerszy gamut kolorów niż standard  BT.709 (Rec.709) dla transmisji full HD.

Różnice gamutu kolorów

Jasność = Poziom oświetlenia obrazu

Jasność oznacza zakres oświetlenia obrazu, który może być oddany na ekranie. Przyjmuje się, że rozpiętość tonalna dostrzegana przez ludzkie oko (czyli różnica między najciemniejszymi i najjaśniejszymi elementami obrazu) wynosi 1012, natomiast typowe wyświetlacze potrafią odtworzyć rozpiętość tonalną na poziomie zaledwie 103. Technologia HDR zwiększa rozpiętość tonalną ekranu do 105 (a więc aż stokrotnie), dzięki czemu światła i cienie odwzorowywane są w sposób dużo bardziej zbliżony do ludzkiego postrzegania.

Rozpiętość tonalna

Krzywe gamma

BT.2100 — nowy międzynarodowy standard HDR

W czerwcu 2016 roku ogłoszono międzynarodowy standard HDR pod nazwą ITU-R BT.2100, definiujący specyfikacje dla produkcji i transmisji materiałów. Można się spodziewać, że wprowadzenie tego standardu dodatkowo przyspieszy przyjęcie technologii HDR.

Jak widać w poniższej tabeli, 5 elementów omówionych w pierwszej części naszego artykułu ulegało stopniowym zmianom od momentu ustanowienia standardu BT.709 dla rozdzielczości full HD. Choć standardy BT.2020 i BT.2100 są do siebie bardzo podobne, różnią się wyświetlaną rozpiętością tonalną.

 

Międzynarodowe standardy

  BT.709
Obecny standard Full HD
BT.2020
Standard 4K/8K
BT.2100
Standard HDR 4K/8K
Rozdzielczość Full HD 4K, 8K HD, 4K, 8K
Głębia bitowa 8 bitów 10 lub 12 bitów 10 lub 12 bitów
Szybkość klatek do 60p do 120p do 120p
Gamut kolorów Rec.709 Rec.2020 Rec.2020
Jasność (rozpiętość tonalna) SDR SDR HDR

 

Widoczne różnice

SDR

HDR

Dwie krzywe gamma

Aby prawidłowo wyświetlać obrazy HDR, nie wystarczy zwiększyć poziom jasności – kolory i tony muszą zostać odwzorowane w sposób, który odpowiada ludzkiej percepcji. Na ich reprodukcję wpływa gamma, czyli wartość cechująca każde urządzenie wejściowe i wyjściowe.

Standard BT.2100 określa dwie krzywe gamma do różnych zastosowań:

  • Do Internetu i filmów: krzywa PQ (Perceptual quantization)
  • Do transmisji telewizyjnych: krzywa HLG (Hybrid Log-Gamma)

 

Krzywa gamma PQ powstała w oparciu o właściwości ludzkiego wzroku i najlepiej nadaje się do produkcji materiałów wideo lub oglądania filmów w Internecie – czyli tam, gdzie najważniejsza jest wierność reprodukcji.

Z kolei krzywa gamma HLG służy do wyświetlania obrazów na telewizorach SDR i jest przeznaczona przede wszystkim do transmisji telewizyjnych oraz oglądania materiałów wideo na żywo.

 

Zalety krzywych gamma PQ i HLG dla technologii HDR

  PQ (Perceptual Quantization) HLG (Hybrid Log-Gamma)
Zastosowanie Oglądanie materiałów wideo w Internecie, filmy Transmisja programów w telewizji, materiały na żywo
Zalety – Traktuje jasność jako wartość bezwzględną do 10 000 cd/m²
– Nowa krzywa gamma oparta na ludzkiej percepcji
– Traktuje jasność jako wartość względną
– Kompatybilna z telewizorami SDR
Jasność szczytowa Wartość bezwzględna 1000 cd/m²
Stała, niezależna od urządzenia
Wartość względna
Zależna od urządzenia
Poziom czerni 0,005 cd/m2 lub mniej 0,005 cd/mlub mniej
Instytucja proponująca Dolby BBC & NHK
Standardy referencyjne SMPTE ST 2084
ITU-R BT.2100
ITU-R BT.2100
Standardy referencyjne SMPTE ST 2084 & ITU-R BT.2100 Doskonałe Dobre
Wygląd na telewizorze SDR Słabe Zadowalające
Transmisja na żywo Zadowalające Doskonałe

Poniższy wykres przedstawia krzywe gamma PQ i HLG dla technologii HDR.

Jasność szczytowa krzywej PQ jest stała i wynosi 1000 cd/m². Innymi słowy, krzywa PQ nie zmienia się i nie zależy od jasności szczytowej danego urządzenia. Pozwala to uzyskać spójną, powtarzalną reprodukcję obrazu.

Tymczasem jasność szczytowa krzywej HLG zawsze dopasowuje się do jasności szczytowej danego urządzenia. Dzięki temu obrazy HDR można oglądać na wyświetlaczach SDR bez istotnego pogorszenia ich jakości.

Porównanie krzywych gamma PQ i HLG dla technologii HDR

Praca z materiałami HDR

Do pracy z materiałami HDR niezbędny jest monitor, na którym można dobrze ocenić jasność i kolory obrazu.

Monitory z serii ColorEdge CG zapewniają doskonałą jakość obrazu potrzebną w produkcji wideo, a także znacznie ułatwiają każdy etap pracy, od sprawdzania nakręconych materiałów, przez dodawanie efektów specjalnych i komponowanie aż po końcową korekcję barwną, czyli tzw. color grading.

Etapy pracy z materiałami HDR

 

Aktualizacja HDR dla monitorów

Większość modeli z serii ColorEdge CG można zaktualizować tak, by wyświetlały obrazy w standardzie HDR (czyli krzywe gamma HLG i PQ). Dzięki uproszczonemu podglądowi HDR jeszcze na etapie edycji można ocenić, jak będzie wyglądał gotowy materiał.

Modele umożliwiające aktualizację HDR:

 

Aktualizacja HDR polega na dodaniu krzywej HLG i dwóch krzywych PQ (PQ1000 i PQ300) do wbudowanych trybów wyświetlania monitora.

W trybie PQ1000 krzywa gamma PQ o jasności szczytowej 1000 cd/m² zostaje skompresowana do wartości 300 cd/m², aby dopasować się do jasności monitora (patrz wykres poniżej).

W trybie PQ300 krzywa jasności pokrywa się z krzywą gamma PQ o jasności szczytowej 1000 cd/m² do punktu 300 cd/m², a po jego osiągnięciu pozostaje stała dla wszystkich przejść tonalnych o wyższych wartościach (patrz wykres poniżej).

Dzięki wiernemu odwzorowaniu przejść tonalnych o jasności do 300 cd/m² ta krzywa gamma nadaje się do oceny kolorystycznej ciemniejszych obszarów.

Po zakończeniu instalacji użytkownik może swobodnie przełączać się między potrzebnymi trybami wyświetlania naciskając przyciski z przodu monitora.

Widoczne różnice

PQ1000: Wierna reprodukcja ogólnego balansu

PQ300: Wierna reprodukcja ciemnych obszarów

Pierwszy monitor referencyjny HDR od EIZO

  • Przekątna: 31,1″
  • Rozdzielczość: DCI 4K (4096 × 2160)
  • Jasność: 1000 cd/m² (typowa)
  • Kontrast: 1 000 000:1 (typowy)
  • Kompatybilność z krzywymi gamma HDR (PQ i HLG)
  • 5-letnia gwarancja

 

ColorEdge PROMINENCE CG3145 to pierwszy monitor referencyjny HDR, który eliminuje ograniczenia występujące w innych monitorach. Doskonale nadaje się do końcowej korekcji barwnej, wymagającej ścisłego zarządzania kolorem i wiernej reprodukcji barw.

Aby dowiedzieć się więcej o tym monitorze, kliknij tutaj 

 

Kompatybilność i FAQ

EIZO przetestowało kompatybilność monitorów ColorEdge 4K z konwerterami SDI w zakresie profesjonalnej produkcji filmowej.

 

Producent Wyjście / wejście Produkt Monitor
CG3145 CG318-4K CG248-4K
APANTAC SDI-DisplayPort Micro-4K-DP 2 Nie obsługiwane Tak 1 Tak 1
AJA SDI-HDMI Hi5-4K-Plus Tak
(zalecane)
Tak
(zalecane)
Tak
(zalecane)
Hi5-4K Nie testowano Tak Nie testowano
Blackmagic Design SDI-HDMI Teranex Mini SDI to HDMI 12G Tak Tak Tak

1 Sygnał YUV jest konwertowany na sygnał RGB. Nie działa z sygnałem wejściowym RGB.
2 Dotyczy Micro-4K-DP o numerze seryjnym 170518001 lub nowszym.

 

Kompatybilność monitorów 4K z urządzeniami wideo

Informacje na temat kompatybilności monitorów ColorEdge 4K z urządzeniami wideo znajdują się tutaj.

 

FAQ

1. Czy model CG3145 obsługuje sygnał wejściowy SDI?

Nie. Kompatybilne konwertery znajdziesz w tabelce powyżej.

 

2. Czy model CG3145 obsługuje HDR10?

CG3145 potrafi wyświetlać sygnał z urządzenia wyjściowego HDR10. Informacje na temat ustawień krzywej gamma i przestrzeni barwnej odpowiednich dla HDR10 znajdziesz w instrukcji obsługi.

 

3. Czy inne monitory HDR z serii CG obsługują HDR10?

Nie. Obsługa technologii HDR w monitorach innych niż CG3145 nie obejmuje HDR10.

 

Więcej informacji o monitorach 4K EIZO znajdziesz tutaj.