Что такое HDR и Dolby Vision

Что такое HDR, HDR10, HDR10+ и Dolby Vision?

Представленный еще в 2015 году, формат HDR (High Dynamic Range), должен был подогреть интерес потребителей к устройствам с разрешением 4K и ускорить переход от устаревших HD телевизоров к новым UHD. Речь шла о том, что качество изображения новых UHD дисплеев и контента переходит на беспрецедентный уровень благодаря HDR, где «белый цвет еще светлее, а черный - темнее».  Но если вы спросите обычного человека, что он на самом деле понимает из этой фразы или из любого маркетингового материала связанного с HDR и его форматами, скорее всего, он ничего не сможет ответить.

Итак, сегодня мы пытаемся демистифицировать атмосферу вокруг HDR, пытаясь объяснить, что он означает, чем он отличается от обычного и уже устаревшего SDR, как он работает, что такое Dolby Vision, связан ли он с HDR и нужно ли вам вообще что то об этом знать.

Кому из нас не нравится маркетинговая картинка сравнения HDR с SDR? Особенно на мониторе, который не поддерживает HDR.

Коротко о главном

• Видео HDR - это видео, имеющее более широкий динамический диапазон, чем видео со стандартным динамическим диапазоном (видео SDR). Просматривая HDR видео, вы сразу заметите непривычно высокий контраст (или разницу) между самыми яркими и самыми темными участками изображения.
• HDR позволяет передавать видео с недостижимыми ранее уровнями яркости и цветности.
• Контент HDR видео можно просматривать только на мониторах или телевизорах с поддержкой HDR.
• Все современные 4К телевизоры поддерживают HDR видео.
• HDR контент доступен как на физических носителях, таких как диски Blu-Ray 4K, так и в игровом контенте и  стримминоговых видеосервисах Netlix, Apple TV, iVi и других.
• Когда ваш телевизор будет принимать HDR контент, на экране появится соответствующая иконка или сообщение.
• HDR видео имеет несколько разновидностей: HDR со статическими метаданными и HDR с динамическими метаданными. Подробнее об этом ниже.
• Контент HDR в формате Dolby Vision предпочтительнее. Учитывайте это при выборе нового телевизора.
• На сегодняшний день нет ни одного коммерчески доступного дисплея способного раскрыть весь потенциал формата HDR видео.

Зачем нам HDR?

Отрасли телевещания и бытовой электроники переживают период значительных изменений, и одним из главных драйверов этой революции является внедрение 4K или, как его еще называют Ultra High Definition (UHD). Однако, в отличие от перехода со стандартной четкости (SD) на высокую (HD), где увеличение разрешения было сразу заметно, вещательные компании и производители оборудования посчитали, что на этот раз одного увеличения разрешения будет недостаточно для того чтобы убедить потребителя перейти с HD на 4K. Поэтому было принято решение рассмотреть другие способы улучшения изображения помимо простого увеличения разрешения.
К ним относятся улучшение глубины цвета и переход от 8-битного к 10-битному видео, изменение цветового пространства с текущего стандарта Rec.709 на Rec.2020, увеличение частоты кадров с 50/60 Гц до 100/120 Гц и внедрение High Dynamic Range (HDR). Считалось, что сочетание двух или более из этих факторов создаст благоприятный имидж для нового UHD стандарта. HDR рассматривался как вариант, который может оказаться самым популярным среди потребителей, поскольку он окажет наиболее очевидное влияние на воспринимаемое изображение и, таким образом, может стать эффективным способом отличить 4K Ultra HD от устаревшего HD.

4K Ultra HD - это больше, чем просто увеличенное разрешение, это также означает более широкое цветовое пространство и увеличенный динамический диапазон.

Что такое HDR?

Говоря простыми словами, HDR это способ отображения более широкого динамического диапазона. Важно понимать, что вопреки распространенному заблуждению, HDR это не просто увеличение яркости изображения. Идея состоит в том, чтобы увеличить диапазон между черным и белым цветом, сделав темные участки изображения более темными, а светлые более яркими, при этом сохраняя детали, когда оба этих участка находятся в одном кадре. Так, например, если это изображение изнутри комнаты, вы можете видеть детали в затемненных углах помещения, но в то же время способны различать объекты в ярко освещенном окне. То есть сохраняются детали как темных, так и ярких областей.

Однако речь идет не только о разнице между самыми темными и самыми яркими элементами изображения, HDR также требует большей выразительности и детализации в цветах. Поэтому HDR использует более широкое цветовое пространство, чем текущий стандарт Rec.709. 

Область в виде колокольчика представляет собой полный спектр видимый человеческим глазом. Rec.709 цветовой диапазон SDR, Rec.2020 цветовой диапазон HDR. D65 точка, которая примерно соответствует дневному свету.

Если вы посмотрите на приведенный выше пример, где область в форме колокольчика представляет собой полный спектр видимый человеческим глазом, меньший треугольник обозначает текущий охват стандарта Rec.709. Больший треугольник представляет стандарт Rec.2020 для цвета, который является максимальным цветовым пространством, предложенным для новых стандартов 4K Ultra HD. Глядя на эту иллюстрацию очевидно, что охват цветового пространства Rec.2020 значительно больше, чем у Rec.709.

Текущий 8-битный видеостандарт позволяет отображать максимум 256 оттенков любого основного цвета, но в соответствии с новыми стандартами Ultra HD, дисплеи должны быть способны обрабатывать цвета с глубиной 10 бит, что подразумевает отображение 1024 оттенков каждого основного цвета. Комбинация более широкого цветового пространства и большей битовой глубины приводит к более естественным и детализированным изображениям.

Хотя HDR и более широкое цветовое пространство Rec.2020 являются технически отдельными аспектами воспроизведения изображения, органы по стандартизации объединяют эти два аспекта в то, что часто называют цветовым объемом. По сути, это трехмерная версия приведенного выше графика с объединением цвета и яркости. Чем больше диапазон яркости и шире цветовое пространство, тем больше общий объем цвета.

Комбинация увеличенного динамического диапазона и более широкого цветового пространства приводит к большему цветовому объему и лучшему восприятию изображения.

Динамический диапазон

Если мы хотим понять что такое HDR, нам нужно начать с основ, а значит с динамического диапазона. Динамический диапазон чего-либо - это разница между самым низким и самым высоким значением, которое оно может произвести.

Несмотря на то, что понятие динамического диапазона используется в различных контекстах, в этой статье мы обсудим только динамический диапазон, относящийся к дисплеям и камерам. Для дисплеев динамический диапазон - это разница между самым ярким и самым тусклым светом, который он может производить. Для камер это самый яркий и самый тусклый свет, который могут уловить ее сенсоры.

Динамический диапазон цифровой кинокамеры RED Weapon Monstro 8K VV составляет около 18 ступеней.

Динамический диапазон значений яркости обычно измеряется в ступенях. Динамический диапазон не является абсолютной единицей, а говорит о удвоении значений количества света. С каждым удвоением количества света вы получаете еще одну ступень динамического диапазона.

Чтобы получить видео с широким динамическим диапазоном, нужно чтобы его поддерживали все устройства в цепочке создания контента. Это означает, что все устройства начиная от камеры захватывающей контент, компьютеров для редактирования, формата доставки и, наконец, вашего телевизора, должны поддерживать HDR, иначе весь процесс теряет смысл и конечный результат либо не будет HDR, либо не даст нужный эффект HDR.

Стандартный динамический диапазон

Ваше типичное цифровое видео, или то, что теперь известно как видео со стандартным динамическим диапазоном (SDR), имеет множество параметров определяющих его. Давайте возьмем пример видео, которое вы получаете на стандартном диске Blu-ray.

Видео на большинстве дисков Blu-ray представляет собой стандартный 8-битный файл H.264 4: 2: 0. H.264 - это кодек, который является одним из наиболее часто используемых видеоформатов в мире. 8 бит - это битовая глубина, при которой каждому из основных цветов RGB выделяется 8 бит информации о цвете, что в сумме дает 24-бита. Количество цветов для конкретной битовой глубины равно 2 в степени n , где n - битовая глубина, поэтому 24-битный сигнал может иметь до 16,77 миллиона цветов.

Цветовая субдискретизация — технология кодирования изображений со снижением цветового разрешения, при которой частота выборки цветоразностных сигналов может быть меньше частоты выборки яркостного сигнала.

4: 2: 0 - это субдискретизация цветности (англ. Chroma subsampling), которая представляет собой способ сжатия за счет уменьшения информации о цвете. 4: 2: 0 имеет половину горизонтального и половину вертикального разрешения цветности полного сигнала 4: 4: 4 или RGB, что подходит для видеоконтента, но не для использования на компьютерах, поскольку текст имеет тенденцию становиться размытым при более низких значениях субдискретизации.

Rec. 709 по сравнению с Rec. 2020 и DCI-P3 в видимом цветовом диапазоне

Далее идет цветовое пространство. Blu-ray диски основаны на цветовом пространстве Rec. 709. Это примерно соответствует цветовому пространству sRGB, используемому для компьютеров и Интернета, с той же точкой белого D65 (6504 K). Однако Rec. 709 имеет гамму 2,4, а sRGB - 2,2.

Цветовое пространство определяет диапазон доступных цветов. Каждый цвет может быть сопоставлен с определенной точкой в ​​этом трехмерном «пространстве», которое определяется диапазоном цветов, видимых человеческому глазу. Гамма - это электрооптическая передаточная функция или EOTF для видео со стандартным динамическим диапазоном, которая представляет собой математическое уравнение, которое преобразует входящие электрические сигналы в видимую цветовую информацию. Значение гаммы в широком смысле управляет значением яркости цветов в содержимом, а изменение значения гаммы изменяет все значения цвета в этом содержимом. Если бы вы изменили значение гаммы с 2,4 на 2,2, это сделало бы все изображение ярче. Точно так же, если часть контента, обработанная с гаммой 2,4, просматривается на дисплее, откалиброванном до 2,8, то все изображение будет выглядеть темнее.

Если бы вы изменили значение гаммы с 2,4 на 2,2, это сделало бы все изображение ярче.

Наконец, максимальная яркость. Видео со стандартным динамическим диапазоном обрабатывалось на мониторах SDR при максимальной яркости 100 нит (кд/м²).  До недавнего времени стандарт для создания видеопередач в основном оставался неизменным на протяжении десятилетий и основывался на возможностях старых мониторов с ЭЛТ (электронно-лучевой трубкой), которые использовались в мастеринг-студиях. В результате исторических ограничений технологии отображения, все передачи высокого разрешения создаются с использованием 8-битной глубины видео, цветового пространства Rec.709 и максимальной яркости 100 нит (что является мерой яркости).

Этот предел яркости является самым большим ограничением SDR-видео. В то время как другие факторы, такие как битовая глубина, субдискретизация цветности и цветовое пространство, являются переменными, и вы можете иметь более высокие значения, такие как 10-бит, 4: 4: 4, Rec.2020 в SDR-видео но значение яркости всегда будет ограничено 100 нит.

Это означает, что существует жесткое ограничение на динамический диапазон контента, поскольку разница между 100 нит и 0 нит составляет всего около 6 ступеней, что немного. Это приводит к очень низкому контрасту изображения, так как самые яркие значения не могут быть намного ярче, чем самые темные значения.

Этой разницы недостаточно для создания реалистичного контента. Когда вы выходите на улицу в солнечный день, вы можете увидеть объекты, отражающие свет в десятки и тысячи нит. Само солнце излучает свет более миллиарда нит. Наши глаза даже не могут увидеть весь этот динамический диапазон, потому что  радужная оболочка сужается при ярком свете и снова широко раскрывается в тени. Тем не менее, мы способны различать яркие объекты, такие как белая машина блестящая на солнце, а это именно то, чего не хватало старым телевизорам, которые даже близко не могли подойти к этой яркости.

Конечно, вы можете сделать дисплей SDR ярче 100 нит и большинство из них именно такие, но это не увеличит динамический диапазон или контрастность дисплея, а увеличит яркость всего изображения в целом, включая информацию о тенях. Для точного воспроизведения реальных условий нужны дисплеи и контент, которые могут быть достаточно яркими в светлых участках, сохраняя при этом необходимые уровни освещенности в теневых областях.

Это расстраивало колористов, работающих в киноиндустрии потому что фактические детали цвета и яркости в исходном отснятом видеоматериале (будь то на пленке или в цифровом виде) намного лучше, чем могли передать существующие на тот момент мониторы. Вдобавок технология отображения продвинулась вперед и могла работать со стандартами, намного превышающими те, которые использовались в то время. Поэтому в рамках перехода на 4K Ultra HD стандарты меняются, чтобы соответствовать возможностям современных дисплеев.

Высокий динамический диапазон (HDR)

Именно здесь появляется высокий динамический диапазон. Основным преимуществом видео с высоким динамическим диапазоном является увеличение максимального значения яркости, и это достигается с помощью новой электрооптической передаточной функции, называемой Perceptual Quantizer, также известной как SMPTE ST 2084. Эта функция передачи позволяет HDR-видео иметь значения яркости до 10.000 нит. 

HDR также имеет более низкую точку черного 0,0001 нит по сравнению с уровнем черного 0,01 нит для SDR, что позволяет получить больше информации в области тени, прежде чем она будет обрезана до неразличимого черного. Результат этого растяжения как базового, так и пикового значения яркости позволяет HDR-контенту иметь огромный динамический диапазон, который просто невозможен в стандартном SDR контенте. За счет этого HDR выглядит намного более реалистично.

К сожалению, полная цифра в 10.000 нит пока недостижима для существующих технологий отображения. Самые лучшие мониторы для мастеринга, которые стоят десятки тысяч долларов, могут достигать 4000 нит, а большинство потребительских LCD телевизоров способны показать только 1000-1500 нит в пиковых значениях, причем модели OLED еще тусклее.

Несмотря на существующие ограничения, более высокие теоретические пределы HDR предоставляют гораздо больше свободы при создании контента. Профессиональные колористы и инженеры по мастерингу теперь имеют большой холст и больше красок для рисования своей картины. HDR-видео не обязательно означает, что видео просто ярче. Фактически, если вы посмотрите на большую часть сегодняшнего контента, обработанного в HDR, основная видеоинформация все равно будет ниже 100 или 200 нит.

Это потому, что не все должно быть слишком ярким. Распространенное заблуждение относительно HDR заключается в том, что он делает все ярче, но это не так. HDR позволяет получить дополнительный запас по яркости. Например, если сцена происходит в темной комнате, но с яркой лампой где-то в кадре, сама комната может иметь яркость ниже 100 нит, но теперь лампа может иметь 800 нит или даже 2000 нит яркости, если этого захочет режиссер. Это создает контраст, когда комната реалистично темная, но лампа может прорезать эту темноту и светить ярко, как в реальной жизни.

Большая разница в значениях освещенности - вот что может HDR и не может SDR. Опять же, если вы просто увеличите яркость своего SDR дисплея, это сделает ярче всю комнату, но это совсем не то, что требуется. Цель здесь - контраст, а не просто яркость.

Эту технику можно применить ко многим областям кадра. Небольшим ярким областям, также известным как зеркальные блики, можно назначить более высокие значения яркости в процессе редактирования, чтобы они сияли ярче, чем остальная часть окружающей среды – это реалистично. Опять же, цель здесь - добиться контраста, а не просто сделать изображение ярче ради яркости. Если художник колорист или режиссер считает, что ничто не должно быть ярче 200 нит в определенной сцене или даже во всем фильме, он в праве это сделать (некоторые так и поступают).

Это трехмерное пространство, состоящее из цветовой гаммы и общей яркости, часто называют цветовым объемом. HDR увеличивает общую яркость изображения, делая этот трехмерный график или цветовой объем больше.

Широкий динамический диапазон - это только часть истории. HDR также поддерживает широкую цветовую палитру или WCG (Wide Color Gamut). Хотя WCG необязательна для стандартного SDR видео, она является частью спецификаций видеоформата HDR. Широкий динамический диапазон использует цветовое пространство Rec.2020, хотя содержимое внутри часто преобразуется в меньшее цветовое пространство DCI-P3, поскольку не так много дисплеев, которые могут покрыть все пространство Rec.2020. Таким образом, медиа-контейнер используемый для HDR (Rec.2020) больше, чем собственная цветовая гамма дисплея, а это означает, что контент должен быть точно сопоставлен с возможностями дисплея, сохраняя при этом как можно большую часть первоначальных намерений создателя - это называется тональной картой.

Как и в случае с динамическим диапазоном, наличие WCG не обязательно означает, что все должно выглядеть ярким и перенасыщенным. WCG снова расширяет возможности и предоставляет художникам больше красок, с которыми они могут поиграть, когда создают контент для HDR. Большая часть цвета, который вы видите на экране, все еще может быть в пределах Rec.709, но иногда, если художник чувствует, что определенный оттенок зеленого, который он ищет выходит за пределы диапазона Rec.709, у него есть возможность выбрать из гораздо более широкого набора цветов Rec.2020.

HDR-контент также обычно имеет разрядность 10 бит или выше. Дополнительные биты для каждого цветового канала приводят к более естественной градации цветов.

Комбинируя все эти элементы, художники-колористы смогут создавать контент, который в полной мере использует детали яркости и цвета, присущие исходному материалу. 

Форматы HDR

В настоящее время HDR имеет несколько различных форматов от разных компаний, но четыре из них получили наибольшее распространение. Здесь возникает путаница, потому что на самом деле это конкурирующие версии HDR. Хотя все они, по сути, имеют одну и ту же цель но используют несколько разные подходы к тому, как контент HDR обрабатывается и доставляется потребителю. SMPTE - Society of Motion Picture and Television Engineers (Общество инженеров кино и телевидения) надеются разработать единую HDR экосистему. 

HDR10 

HDR10 - это версия HDR с открытой платформой, которая была принята ассоциацией Blu-ray Disc Association (BDA) для 4K Ultra HD Blu-ray. Согласно спецификациям для 4K UHD Blu-ray, HDR10 будет использовать глубину видео 10 бит (отсюда и название HDR10) и цветовое пространство до Rec.2020. Он также использует SMPTE 2084 EOTF (Electro-Optical Transfer Function, новое название гаммы) и метаданные SMPTE 2086 для предоставления расширенного динамического диапазона, который достигается с использованием пиковой яркости 1000 нит. Основным ограничением, кроме потолка в 1000 нит для максимальной яркости, является использование статических метаданных.

HDR10 использует статические метаданные SMPTE ST 2086, которые включают информацию о дисплее, на котором был воспроизведен контент. Он также включает такую ​​информацию, как максимальный уровень освещенности кадра (MaxFLL) и максимальный уровень освещенности содержимого (MaxCLL). Эта информация используется принимающим дисплеем, например вашим телевизором, для настройки собственной яркости. К сожалению, эти значения остаются статичными на протяжении всего времени воспроизведения контента, что дает далеко не идеальные результаты, когда некоторые сцены не такие яркие, как они могли быть, тогда как другие могут быть ярче, чем они должны быть.

Резюмируя вышесказанное, проблема со статическими метаданными заключается в том, что если отображение тонов выполняется без информации о содержимом для каждой сцены, отображение будет основываться только на самой яркой сцене и сцене с самой широкой гаммой во всем содержимом. В результате большая часть контента будет иметь большее сжатие динамического диапазона и цветовой гаммы, чем это действительно необходимо. Таким образом, чем меньше возможностей HDR-дисплея, тем важнее, чтобы контент правильно отображал тона. 

Стриминговые сервисы, такие как Netflix, Amazon, Hulu, YouTube, Vimeo, iTunes и Disney +, по умолчанию предлагают HDR10 для своего HDR-контента, наряду с любыми другими версиями, которые у них могут быть.

HDR10+

HDR10+ решает многие проблемы HDR10. Формат, созданный совместно Samsung, Panasonic и 20th Century Fox, имеет почти те же характеристики, что и HDR10, но увеличивает максимальное значение яркости до 10.000 нит и поддерживает динамические метаданные.

С помощью динамических метаданных колорист может записать информацию о каждой сцене или каждом кадре, (как правило, для регулировки уровня освещенности контента). Затем эта информация может быть использована вашим телевизором для настройки светоотдачи в точном соответствии с контентом, более точно воспроизводя замысел создателя. Более высокие значения яркости позволяют телевизорам, способным достигать яркости выше 1000 нит, показать вам на что они способны.

Контент HDR10+ обратно совместим с устройствами HDR10, поскольку большая часть различий содержится в метаданных, которые могут игнорироваться дисплеями без HDR10+.  Хотя заявлено, что HDR10+ не требует лицензионных отчислений, существует ежегодная административная плата, которая составляет от 2500 до 10000 долларов в зависимости от продукта, в котором реализована технология.

HDR10+ не получил широкого распространения, несмотря на его технические преимущества перед HDR10. Массовое распространение формата означает принятие его со стороны создателей контента, поставщиков услуг, а также производителей оборудования. Единственные компании, которые пытаются продвигать HDR10+ это либо основатели (Samsung, Panasonic), либо компании, входящие в альянс HDR10+ (Amazon). Даже среди этих компаний некоторые, такие как Panasonic, теперь начали предлагать конкурирующую технологию Dolby Vision, на своих телевизорах. После того как Disney купила 20th Century Fox она также стала предлагать свои Blu-ray UHD диски в формате Dolby Vision. На данный момент неясно, есть ли будущее у HDR10+ или он пойдет по пути HD-DVD.

Dolby Vision

Dolby Vision - это конкурирующая версия HDR, разработанная Dolby Labs, которая в течение многих лет была активным сторонником расширенного динамического диапазона. 

Dolby Vision использует динамические метаданные для регулировки контрастности от сцены к сцене или даже от кадра к кадру, причем последнее применяется при смене одной сцены на другую. Это также обеспечивает масштабируемое решение, поскольку сочетание динамических метаданных и интеллектуального механизма отображения улучшает точность цветопередачи, динамический контраст и сохранение деталей.

Dolby Vision основана на отраслевом стандарте SMPTE 2094-10 и во многих отношениях очень похожа на HDR10 +. Основное отличие заключается в том, что Dolby Vision - это технология, которая является собственностью Dolby и, следовательно, использует архитектуру с закрытым исходным кодом с лицензионной платой. 

Dolby Vision также включен в спецификации для 4K Ultra HD Blu-ray и использует 12-битный мастер с цветовым пространством, которое может достигать Rec.2020. Он также использует SMPTE 2084 EOTF и пиковую яркость, которая теоретически может достигать 10 000 нит. хотя современные профессиональные мониторы Dolby пока могут достичь «только» 4000 нит и используют цветовое пространство DCI. 

Dolby разработала свой формат с прицелом на будущее и выпускает диски с 10-битным базовым слоем и 2-битным улучшенным слоем, который в дальнейшем на соответствующей аппаратуре может продемонстрировать увеличенные объемы цвета и яркость до 10 000 нит. Dolby также предлагает однослойное 10-битное решение, предназначенное для приложений вещания и OTT (Видео через Интернет). Dolby Vision может доставляться через интерфейс HDMI 1.4 и выше.

Dolby разрабатывает Dolby Vision более десяти лет, и именно исследование компании о том, как человеческий глаз на самом деле видит динамический диапазон (это разница между самым глубоким черным и самым ярким белым), привело к HDR. Когда дело дошло до более высокого динамического диапазона, компания Dolby на годы опередила всех остальных, но лишь недавно возможности телевидения достигли той точки, когда эта технология действительно могла быть реализована. Теперь, когда Dolby Vision получил массовое распространение, влияние HDR стало не чем иным, как телевизионной революцией. В настоящее время доступны или анонсированы сотни Dolby Vision UHD Blu-ray.

Формат добился значительного прогресса со многими сервисами потокового видео, Netflix и Amazon используют Dolby Vision во всем мире, а VUDU использует его в Штатах. Apple также предлагает Dolby Vision в iTunes, а включение поддержки этого формата в свои Apple TV 4K стало серьезным толчком для распространения Dolby Vision контента.

На сегодняшний день киностудии Warner Bros, Sony Pictures, Universal, Lionsgate, Paramount, Disney, MGM и 20th Century Fox в той или иной форме приняли Dolby Vision.

Hybrid Log-Gamma (HLG)

Hybrid Log-Gamma (HLG) - HDR формат разработанный британской вещательной корпорации BBC в большей степени сосредоточен на открытом, бесплатном подходе, который является практичным и экономически эффективным. BBC считает, что SMPTE 2084 EOTF не лучшим образом подходит для вещания, и вместе с японской телерадиокомпанией NHK разработали EOTF, который позволяет отображать сигнал на дисплеях с различной пиковой яркостью, уровнем черного при различном внешнем освещении для получения изображения высокого качества. Подход BBC, который называется «Hybrid Log-Gamma», поддерживает многие из уже упомянутых атрибутов HDR, но доставляет их наиболее эффективным и экономичным способом.

HLG использует нелинейную электрооптическую передаточную функцию, где нижняя половина значения сигнала использует гамма-кривую, а верхняя половина - логарифмическую кривую. Это сделано для того, чтобы видео можно было воспроизвести на любом телевизоре. При воспроизведении на стандартном телевизоре он может интерпретировать стандартную гамма-кривую значения сигнала, что приводит к SDR-видео, а при воспроизведении на дисплее HDR он также считывает логарифмическую часть для получения полного HDR эффекта.

Мастеринг в HDR

Создание и освоение контента в Dolby Vision или любой формы HDR сложный и кропотливый процесс. Требуется лучшее оборудование для захвата и редактирования отснятого материала, а также больший вклад художника-колориста для окончательной обработки контента.

ARRI Alexa LF, одна из любимых камер Голливуда, имеет динамический диапазон более 14 ступеней.

Для начала нужна камера с широким динамическим диапазоном. К счастью, многие полнокадровые и даже некоторые камеры APS-C, представленные сегодня на рынке, имеют сенсоры с достаточно широким динамическим диапазоном, чтобы с их помощью можно было создавать HDR-контент, если вы снимаете в той или иной форме LOG (логарифмический профиль) или напрямую в RAW. Это означает, что если у вас есть камера стоимостью более 2000 долларов, скорее всего, она может записывать видео, которое можно преобразовать в HDR.

Обратите внимание на использование ключевых слов "записывать видео, которое можно преобразовать". Мы не говорим о камерах, которые записывают напрямую в HDR. Не так создается контент HDR для кино или телевидения. HDR, который вы видите в фильмах или телешоу у себя дома, сделан на этапе пост-обработки с использованием исходного материала высокого качества. Это позволяет создавать несколько версий HDR, а также версию SDR в зависимости от требований заказчика.

Профессиональная техника по умолчанию снимает материал в "сыром виде", без цветовой насыщенности. Это даёт широкие возможности на этапе постпродакшн придать именно ту палитру, которая задумана автором. Нужное настроение с помощью цвета задается на стадии цвето-коррекции Как например, мрачный флуоресцентный зеленый цвет в «Матрице» или теплые тона в «О, где же ты, брат?».

Когда вы захватываете видео в LOG или в формате RAW с камеры, вы получаете видео с чрезвычайно широким динамическим диапазоном (обычно более 12 ступеней), но в основном непригодным для использования, если оно не имеет цветовой градации. После съемки этот отснятый материал необходимо перенести на компьютер, где он будет оценен по цвету и обработан для получения окончательного результата.

Для этого вам понадобится операционная система, поддерживающая HDR. К счастью, и Windows 10, и macOS делают это в своих последних общедоступных версиях. Затем вам понадобится программа для цветокоррекции, которая будет работать вместе или в качестве вашего нелинейного редактора. Одной из самых распространенных является программа DaVinci Resolve от BlackMagic, но есть и другие варианты: Premiere Pro и Final Cut Pro X также поддерживают некоторый уровень рабочих процессов HDR.

Sony BVM-HX310 имеет легендарный статус среди эталонных мониторов и стоит около 40 000 долларов.

Наконец, вам понадобится эталонный HDR-монитор. Этот дисплей должен поддерживать не менее 1000 нит постоянной яркости, коэффициент контрастности 200000: 1 и полное покрытие DCI-P3 (хотя контейнером для HDR является Rec 2020, мастеринг по-прежнему выполняется для P3). OLED, microLED или двухслойный ЖК-дисплей - это хорошо, но не обязательно. Вы можете обойтись без монитора стоимостью 5000 долларов, если все, что вы делаете, это контент для своего канала на YouTube или Vimeo. Однако, если вы профессиональный колорист компании Disney, скорее всего вы будете работать за эталонным монитором HDR, который стоит десятки тысяч долларов.

Поскольку сейчас мы находимся в среде, полностью поддерживающей HDR, у нас есть широкий динамический диапазон и широкое цветовое пространство для работы с контентом. Это означает, что вы можете видеть, обрабатывать и сохранять больший динамический диапазон зафиксированный камерой. Более яркие блики будут лучше отображаться без обрезки, если изображение было правильно экспонировано и сцена находилась в динамическом диапазоне камеры. Вы также можете сохранить больше информации о цвете кадра; большинство High-End или цифровых кинокамер могут записывать в 10-битном или даже 12-битном формате в реальном 4: 2: 2.

Каким в итоге получится материал, зависит от намерений креативного директора. Это то, что недавно стало предметом споров на форумах после того, как некоторые участники посмотрев мастер HDR популярных фильмов заявили, что HDR не сильно отличается от SDR. Другие пользователи, в том числе несколько колористов и кинематографистов, выступили в защиту этой практики, назвав ее намерением создателя и тем, что последнее слово в отношении внешнего вида изображения должно быть за режиссерами и кинематографистами и, если они не хотят использовать яркость или широкую цветовую гамму HDR, они не должны этого делать. Это ставит под вопрос, зачем вообще использовать HDR и не делается ли это исключительно для маркетинга, но это отдельная тема для обсуждения.

После завершения обработки финальные шаги зависят от формата, в котором контент будет доставлен. Если вы доставляете его в формате Dolby Vision, готовый материал сначала необходимо проанализировать с помощью специальной программы чтобы сгенерировать динамические метаданные. Теперь у вас есть основной материал (так называемый "hero" grade), который будет использоваться для создания других версий. Созданная мастер версия Dolby Vision проходит через CMU или блок управления контентом и передается на внешний монитор SDR, откалиброванный до 100 нит, чтобы получить версию SDR из "hero" grade. Здесь колорист выполняет так называемый «проход отсечения» ("trim pass"), когда он заново просматривает контент и смотрит, как он выглядит на дисплее SDR, одновременно внося необходимые изменения. Получение таким образом материала SDR из начального HDR является стандартной отраслевой практикой, и такие компании, как Netflix, требуют, чтобы вы отправляли им и HDR и SDR контент. Мастер Dolby Vision также может использоваться для создания стандартного HDR10, если это потребуется клиенту.

После этого контент проходит заключительные этапы контроля качества и вместе с метаданными отправляется на доставку. Именно так сегодня захватывается и обрабатывается HDR-контент для физических и потоковых медиа. Если вам нужно сделать HDR-видео, скажем, для YouTube, процесс будет аналогичным, за исключением необходимости экспорта в HDR10, потому, что YouTube в настоящее время не поддерживает HDR10+ или Dolby Vision.

Стоит отметить, что хотя в этой статье мы упоминали HDR10 и Dolby Vision как «форматы», они не являются разными кодеками или контейнерами. Информация HDR добавляется в виде метаданных поверх существующего видео SDR, а само видео может использовать любой из существующих кодеков, таких как H.264, HEVC, VP9, ​​или что-нибудь еще, что может появиться в будущем. При этом UHD Blu-ray использует HEVC в качестве предпочтительного формата, как и многие потоковые сервисы для своих потоков 4K HDR. Это не означает, что у вас должна быть поддержка HEVC для HDR, просто это формат, который выбрала индустрия.

Ограничения HDR

Хотя HDR как технология не имеет больших ограничений, оказалось, что ее довольно сложно реализовать, и она в значительной степени сдерживается доступным сегодня оборудованием.

HDR очень требователен к оборудованию. Текущие характеристики данной технологии превышают возможности даже профессиональных дисплеев, так как охват цветового пространства и особенно пиковая яркость находятся для них вне досягаемости. В некотором смысле это хорошо, поскольку сам стандарт HDR не будет сильно изменяться с годами, так как аппаратуре потребуется некоторое время, чтобы наверстать упущенное, и даже существующий сегодня контент может выглядеть лучше на оборудовании будущего. В то же время это означает, что сегодня у нас нет возможности увидеть HDR таким, каким он должен быть.

Даже на доступном сегодня оборудовании, HDR выглядит по-разному и это зависит от множества факторов. Цена - безусловно, самый главный из них, поскольку дешевые дисплеи HDR просто неспособны раскрыть весь потенциал технологии. Многие бюджетные телевизоры, мониторы и даже смартфоны, заявляющие о поддержке HDR, имеют только необходимую программную поддержку для воспроизведения контента HDR PQ и не могут обеспечить достаточно высокую яркость, контраст, битовую глубину и охват цветовой гаммы. Проекторы, из за минимальных показателей яркости, вообще не могут считаться устройствами HDR не смотря на то, что почти все производители заявляют о поддержке этой технологии.

Различные технологии отображения привели к еще одному различию в восприятии HDR. Самоизлучающие панели, такие как OLED, идеально подходят для HDR, поскольку они могут управлять светоотдачей на уровне пикселей, что приводит к локальной яркости и бесконечной контрастности. Однако светоотдача OLED ограничена соображениями перегрева и мощности, поэтому они не обладают высокой пиковой яркостью и даже это значение не может поддерживаться слишком долго.

OLED-дисплеи Panasonic считаются лучшими в своем классе, несмотря на присущие им недостатки.

С другой стороны, панели с подсветкой матрицы, такие как ЖК-дисплеи, могут быть очень яркими и способны поддерживать эту яркость намного дольше OLED. Однако, даже ЖК-панели с локальным затемнением, такие как QLED (Samsung) и NanoCell (LG), не имеют локализованного светового потока на уровне пикселей как у OLED, что в целом снижает их контраст. Из-за этого видеофилы по всему миру предпочитают использовать OLED не смотря на опасения по поводу яркости и выгорания пикселей, поскольку попиксельный световой поток по-прежнему остается лучшим способом испытать эффект HDR.

Единственная технология которая внушает оптимизм, это microLED, но дисплеи созданные на этой основе пока очень большие (минимум 95 дюймов), безумно дороги и относятся к категории профессионального или ультра премиум сегмента. Компания Samsung обещает уменьшить диагонали своих microLED телевизоров до приемлемого уровня 75-55 дюймов.

Как упоминалось ранее, мастеринг и распространение HDR также были не самым простым процессом. Студии теперь должны создавать две версии контента, что увеличивает время, затрачиваемое на пост-продакшн. Не говоря уже о специализированном оборудовании, необходимом для захвата, обработки и распространения HDR контента. И определенно существует HDR-контент, который не был правильно обработан или представляет собой SDR внутри контейнера HDR. Такой контент может оставить неправильные впечатления, если вы впервые сталкиваетесь с HDR, и может заставить пользователей подорвать доверие к технологии.

Заключение

HDR - одно из величайших достижений в области видеотехнологий, в этом нет никаких сомнений. Улучшения, которые он привносит в динамический диапазон и цвет, добавляют реализма и делают контент более захватывающим. Большинство людей согласны с тем, что HDR намного важнее увеличенного до 4К разрешения. И вам не нужно быть экспертом, чтобы это заметить.

Однако мы все еще находимся на первых этапах развития этой технологии. Оборудование, необходимое для правильного отображения HDR, сегодня просто не существует, и пройдет много времени, прежде чем оно станет доступным для широких масс. Это не значит, что сегодня у вас не может быть отличных впечатлений от HDR. Возьмите LG или Panasonic OLED, добавьте к нему плеер Oppo 203 (если вы сможете его найти), подключите честную систему объемного звучания (никаких саундбаров!), и вас ждет удовольствие. И если вы можете испытать это сегодня, не ограбив банк, представьте, насколько лучше это будет выглядеть в следующие десять лет.

Но если у вас нет HDR-совместимого телевизора или смартфона, это тоже нормально. Каким бы ни был HDR, традиционное видео тоже может быть очень хорошим. Просто возьмите HD Blu-ray, и вы удивитесь, насколько привлекательно может выглядеть даже стандартное видео 1080p. Мы думаем, что на простом телевизоре лучше смотреть хороший SDR, чем плохо обработанный HDR. 

Однако мы глубоко очарованы тем, что ждет эту технологию в будущем, и с нетерпением ждем появления телевизоров HDR отличного качества по доступным ценам, а также более широкой поддержки контента и онлайн-сервисов для обмена контентом в HDR. Может быть, все станет намного лучше, когда мы решим написать следующую статью о HDR. Но пока это все. Мы надеемся, что эта статья была в какой-то мере полезной или содержательной и помогла вам что то понять или, по крайней мере, вызвала у вас любопытство, чтобы вы могли изучить этот вопрос глубже и принять обоснованное решение о покупке в будущем.