High dynamic range anno 2018

Het licht aan het einde van de tunnel

Hdr10 is niet altijd hdr10

Waar is hdr10 op gebaseerd?

Als we standaarden als hlg en advanced hdr even buiten beschouwing laten, is de situatie momenteel vrij overzichtelijk. Wil je de mooiste hdr-ervaring, pak dan een hoogwaardig scherm en goede Dolby Vision- of hdr10+-content. En je kunt altijd terugvallen of rekenen op hdr10, dat alom wordt ondersteund. Simpel, zou je zeggen, maar wie denkt dat alle televisies van alle fabrikanten op exact dezelfde wijze een hdr10-signaal verwerken, heeft het mis.

Dat hangt samen met de onderliggende techniek waarop hdr10 is gebaseerd. De methode om videosignalen om te zetten in lineaire helderheidssignalen, dus om van een inputsignaal zichtbaar licht te maken en aldus het scherm aan te sturen, wordt aangeduid met electro-optical transfer function. Dit is een term die staat voor de wiskundige functie die zorgt voor de overdracht van een elektronisch signaal naar het gewenste optische signaal. Eotf speelt specifiek in op de capaciteiten van digitale eigenschappen van hedendaagse schermen. Daarmee verschilt het van het oude gamma, al is gamma technisch ook een eotf. Het verschil is dat gamma simpel gezegd een scherm vertelt een bepaald percentage van de maximale helderheid te produceren. Eotf daarentegen geeft aan de tv door welke specifieke hoeveelheid cd/m² aan helderheid moet worden geproduceerd. Dat geeft filmmakers bijvoorbeeld de mogelijkheid om deze waarde per element in een scène precies aan te duiden, waarbij lichte elementen bijvoorbeeld een output van 700cd/m² moeten krijgen, maar een schaduwdeel slechts 50cd/m². Daarmee zijn contentmakers in staat een heel accurate representatie van hun visie op ons televisiescherm tevoorschijn te toveren.

Een scène met een groot dynamisch bereik

De specifieke overdrachtsfunctie of eotf die hdr10 gebruikt, is het door Dolby Labs ontwikkelde perceptual quantizer, dat overigens ook de basis vormt voor Dolby Vision, hdr10+, Technicolor en advanced hdr. Perceptual quantizer is in 2014 aangenomen als standaard ST-2084 en is een eotf die specifiek rekening houdt met de eigenschappen van het menselijk oog. In huidige sdr-systemen, uitgaande van 100cd/m², wordt video gecodeerd met een kleurdiepte van 8bit per kanaal, door middel van een gammacurve. Dolby vind echter dat Dolby Vision van 0 tot 10.000cd/m² moet gaan. Het bereik moet dus met een factor honderd omhoog en als de traditionele, voor analoge crt's bedoelde gammamethode zou worden gebruikt, vergt dat minstens 14bit per kanaal. Dat is erg onpraktisch. Daartoe heeft Dolby met pq een eotf ontwikkeld die als het ware het resultaat van een kleurdiepte van 14bit per kanaal heeft weten te vangen in 12bit per kanaal, zonder dat er artifacten of color banding optreden. Pq doet dat door in te spelen op de menselijke visie, die veel minder gevoelig is voor subtiele veranderingen in heldere highlights dan in donkere gebieden.

Hdr10 wordt technisch gedefinieerd door ST-2084 ofwel pq, met ST-2086 ofwel statische metadata, 10bit-kleuren en de rec2020-kleurruimte. Dit geeft al aan dat de statische metadata niet in pq is verpakt. Dat is niet meteen problematisch, omdat hdr zonder metadata ook mogelijk is. Zonder metadata maak je hdr ook meteen veel beter bruikbaar voor de huidige productieprocessen, die nog grotendeels op de oude sdr-situatie zijn gestoeld en niet met metadata overweg kunnen. Wat in de metadata staat, is duidelijk gespecificeerd, maar niet wat een tv daar precies mee moet doen. Een fabrikant kan in theorie de metadata volledig negeren. Dan is het eigenlijk geen hdr10 meer, maar pq10.

Verschillende implementaties

Dit gebeurt in de praktijk al. Bijvoorbeeld Sony maakt bij sommige van zijn tv's die hdr10 ondersteunen, geen gebruik van de max cll- en max fall-data. Deze data is onderdeel van de hdr10-standaard en staat voor de grootste, respectievelijk de grootste gemiddelde waarde voor de pixelhelderheid in een videoframe. Beide hebben bij een film een vaste waarde en zijn heel belangrijk voor tone mapping; als een televisie de max cll- en max fall-waarde weet en als die de capaciteit van het beeldscherm te boven gaan, wordt tone mapping toegepast. De niveaus van de highlights worden dan aangepast aan de lagere waarden die het scherm aankan. Als daarbij de waarde van de max cll veel hoger is dan de maximale helderheid van de tv, wordt de helderheid van de afgespeelde film volgens een curve als het ware afgeroomd totdat de waarden overeenkomen met de waarden die het scherm aankan.

Als een scherm niet verdergaat dan 500cd/m² en de statische metadata van de max cll 2000cd/m² is, wordt de helderheid door tone mapping flink gedrukt, totdat de 500cd/m² wordt bereikt. Dit effect is ook aanwezig bij een max cll van 1000cd/m², maar dan is minder sprake van het ongewenste effect van het drukken van de helderheid. Afbeelding: Avsforum.

Volgens Robert Zohn van het jaarlijkse TV Shootout and Value Electronics-evenement ruilt Sony bij zijn tv's met de X1 Extreme-beeldprocessor het gebruik van deze statische helderheidsdata in voor een methode waarbij per frame de helderheid wordt gemeten. Zodoende wordt dynamische metadata voor het hdr10-materiaal gegenereerd. Dit is een soort 'actieve hdr' waarbij via tone mapping de helderheid wordt gestuurd. Dit leidt ertoe dat per frame en dus ook per scène een geoptimaliseerd hdr-effect wordt gecreëerd. Sony's X1 Extreme-processor zit onder meer in lcd-tv's als de XF90 en ZD9, en in oled-tv's als de A1 en AF8. LG gebruikt overigens bij zijn duurdere tv's uit 2017 en 2018 een soortgelijk proces. In bijvoorbeeld de C8-oled-tv kun je in de instellingen de optie Dynamic Tone Mapping aanzetten. Samsung heeft eerder bij SMPTE een andere methode voorgesteld, namelijk een verandering van de ST-2086-standaard, zodat in de bron al meteen dynamische metadata zit en geen actieve hdr nodig is.

Als fabrikanten op een eigen wijze de statische metadata vervangen door dynamische en daarmee de hdr-weergave verder verbeteren, is dat in principe alleen maar toe te juichen. De gemiddelde kijker zal er niet van wakker liggen dat Sony en LG strikt genomen geen hdr10-signaal toepassen, maar in plaats daarvan pq10 hanteren met een eigen verwerking. Zeker niet als dat tot betere resultaten leidt. Je krijgt echter wel een zekere inconsistentie, want iedere fabrikant gebruikt weer zijn eigen tonemapping-algoritmes. Ook dat is niet erg en verschillen zijn er toch altijd, want iedere fabrikant gebruikt ook zijn eigen socs en beeldverwerkingssoftware. In ieder geval is een melding dat hdr10 wordt ondersteund, niet veel waard. Er is overigens ook geen officieel logo voor de standaard.

• Volgende pagina 4. Monitoren