11 august 2014
Komentárov: 0
11 august 2014, Komentárov: 0
Úvod

Ak sa pozrieme na ponuku LCD LED modelov televízorov s Ultra HD rozlíšením, každý výrobca už ich má niekoľko. Majú vačšinou pokročilé obrazové funkcie, kvalitnejšie LED podsvietenie, výbavu a tiež dizajn. UltraHD modely sú na pultoch predajní už pár rokov, ale čísla o ich predajnosti nie sú ideálne a ich podiel na celkových predajoch je len niečo okolo 5% ( zdroj IHS, júl 2014 ). Prečo spotrebitelia nevnímajú súčasné Ultra HDTV ako dostatočný faktor pre kúpu sa dozviete v tomto článku. Priblížim vám tiež technické pozadie prechodu na video štandard ďalšej generácie.

 

Súčasná implementácia Ultra HD

Keď som prvý krát uvidel správu o prvých Ultra HDTV ( Toshiba model ZL2, rok 2011 ), napadlo ma, že taký displej bude určite úžasný na prezentáciu fotiek. Môj lacný kompaktný fotoaparát totižto sníma fotky v rozlíšení 4000×2248, takže na Full HD displeji dochádzalo vždy k downscalingu, resp. ¾ pixelov panel nezobrazil. Neveril som však, že termín Ultra HD sa stane v ďalších rokoch najvačšou mantrou marketingu výrobcov TV, hoci sa jedná len o rozlíšenie.

UHD

Kedže v článku budem používať pojmy Full HD, 2K,  Ultra HD a 4K, je treba vysvetliť rozdiely medzi nimi. Full HD je rozlíšenie 1920 x 1080 a 2K je 2048 x 1080. Oba majú identickú vertikálne rozlíšenie 1080p. Ultra HD je 3840 x 2160 a 4K je rozlíšenie 4096×2160. Tu je spoločné vertikálne rozlíšenie 2160p. 2K a 4K pojmy sú kino formáty definované iniciatívou DCI.

Ak sa zameriame na problematiku Ultra HD v segmente spotrebnej elektroniky, súčasný Ultra HD displej ponúka 4-násobne vačšie rozlíšenie ako súčasný Full HD displej ( 3840×2160 vs 1920×1080 ). Tu však jeho výhoda končí. Ultra HDTV modely 2012 a 2013 používali len rozhranie HDMI vo verzii 1.4, čo potvrdzuje, že UHD panel bol osamotený prvok v celom video reťazci. HDMI 1.4 nevedelo prepojiť Ultra HD tuner / setop box s Ultra HD televízorom ( nutná podpora pre 2160i50 prekladané alebo 2160p50 progresívne video ). Ak by televízor nemal HEVC H.265 dekodér, nevedel by Ultra HD signál streamovať ( v USA napr. z Netflixu ) alebo zachytiť z DVB-T2. HDMI 1.4 bolo obmedzené na film/video do 30 snímkov za sekundu ( 2160p30 ). Toto by spĺňal len  filmový Ultra HD formát 24 snímkov za sekundu. Taký nie je dodnes k dipozícii, hoci napr. SONY ponúklo na tento účel svoj proprietárny UltraHD prehrávač s limitovaným počtom titulov a možnosťami.

Kompatibilita Ultra HDTV modelov nebola pre marketing výrobcov problém. Spomínali, že na Ultra HDTV môžeme poslať Full HD signál ( v podstate akýkoľvek signál ) a televízor bude schopný dopočítať rozlíšenie. To v praxi znamená:

  1. Vačšinu pixelov obrazu dopočítava video procesor v TV. FullHD zdroj ( napr. Blu-ray disk ) reprezentuje len 25% originálnych pixelov. Pri nižšom rozlíšení signálu je pomer ešte horší.
  2. Video processing v TV ( predovšetkým upscaling ) určuje kvalitu výsledných pixelov. To znamená, že ak tento niekde vytvára artefakty, spotrebiteľ platí za artefakty.

 

Príchod HDMI 2.0 v septembri 2013 mal byť veľkým medzníkom v konektivite zariadení, ale vyriešil sa ním paradoxne len jeden problém – vysielanie v Ultra HD. Priepustnosť HDMI 2.0 ponúklo podporu videa až 2160p60 ( 60 snímkov za sekundu progresívne ). Pri zachovaní ostatných parametrov videa je tak možné vysielať, streamovať a zobrazovať takto získané video v Ultra HD rozlíšení.   DVB-T2 vysielanie v Ultra HD znamená 4x vyššiu hustotu pixelov a pri zachovaní komprimačného kódeku H.264 a ďalších parametrov by sme potrebovali poslať na cestu 4-krát toľko dát. Tomu však pomohol nový HEVC H.265 kódek, ktorý je až o polovicu úspornejší ako súčasný H.264 AVC kódek.

HEVC AVC

Bez DVB-T2 a HEVC H.265 by sa Ultra HD rozlíšenie len kymácalo ešte pár rokov v marketingových materiáloch výrobcov a vysielacích spoločností. Dôkazom pokroku v tejto oblasti je, že v júli 2014 České Rádiokomunikácie spustili testovacie Ultra HD vysielanie na území Prahy.

Všetko by sa zdalo, že je na dobrej ceste. Zabudli sme ale na zásadný fakt, že všetky tieto vylepšenia sa týkajú len jedného aspektu videa – rozlíšenia. Od uvedenia Blu-ray disku v roku 2006 ubehlo len 8 rokov, ale uvedené technologické  novinky naznačujú, že s vyšším rozlíšením by mohlo dojsť k dohode o novom Ultra HD formáte. Dostávame sa tak k jadru môjho príspevku a tým sú kvalitatívne aspekty videa v prostredí Ultra HD evolúcie.

 

Od produkcie až po Blu-ray

Blu-ray disk predstavuje dobrý formát a dovolil nám v domácnostiach vzhliadnuť filmové diela ako nikdy predtým. HD vysielanie ho v našich končinách dobehlo len nedávno a tí, ktorí majú prístup ku kvalitnej digitálnej televízii vo Full HD rozlíšení konečne zhodnotili svoje investície do Full HD video komponentov, najmä zobrazovacej techniky. Na to, aby distribúcia obsahu na Blu-ray diskoch a prostredníctvom vysielania bola jednoduchá, je treba aby oba svety zdieľali rovnaké parametre videa. HDTV vysielanie samozrejme používa v Európe prekladaný formát videa 1080i50 a dátový tok je kvôli úsporám v konektivite len zlomok z toho, čo ponúka Blu-ray disk.

Predtým než sa vrhneme na  technické parametre súčasného Blu-ray disku a úvahy o novom video štandarde, je treba myslieť na základný účel ktoréhokoľvek video štandardu a tým je čo najvernejšie zachytenie originálneho záznamu. V podstate sa bavíme o digitálnom reštaurovaní filmov pomocou scanovania analógového filmu, záznamoch z digitálnych kamier a rozlíšení špeciálnych efektov.

Reštaurovanie je časovo a finančne veľmi náročný proces a týka sa snáď všetkých filmov natočených na filmový pás. Moderný filmový scanner zvyčajne pracuje s rozlíšením 4k-6k pre filmy a negatívy  do 35mm a 6k-8k rozlíšením pre filmy a negatívy od 35mm do 70mm. 8k scany boli urobené pre filmy ako Lawrence z Arábie (1962), Odviate vetrom (1939), Ben-Hur (1956) a dalšie. Voľba rozlíšenia pre scanner je závislá na šírke filmového pásu, ale ak sa štúdio rozhodne, môže aj 16mm film scanovať v 4k rozlíšení. Príkladom môže byť 2014 reštaurovanie filmu Texaský masaker motorovou pílou ( 1978 ) od režíséra Tobeho Hoopera.

Scanning diel snímaných výlučne na filmový pás je najvačší zdroj obsahu pre Ultra HD. Sú to v podstate všetky filmy do konca 70-tych rokov 20. storočia, kedy dátujeme začiatky CGI renderingu a digitálnych vizuálnych efektov. Boli vtedy ešte nedokonalé a kombinované so stále dominantnými analógovými vizuálnymi efektami. 90-te roky a computerizácia však podiel digitálnej platformy výrazne zvýšila.

Kompletný digitálny produkčný a post-produkčný 4K workflow ( digitálna kamera, VFX, grading a mastering ) je realita len posledných pár rokov. Veľa post-produkčných štúdii, ktoré pred týmto obdobím tvorili digitálne špeciálne efekty, ich kombinovali so  scanom z filmového pásu, ktorý mohol byť však vo vyššom rozlíšení než rendering špeciálnych efektov. Kvôli konzistencii a iným faktorom výsledný produkt renderovali vačšinou len v 2K rozlíšení. Mnohí toto používajú ako argument, že 4K alebo Ultra HD je zbytočné. Nie je to pravda. Štúdio môže urobiť nový scan a zároveň remaster vizuálnych efektov v 4K. A tam kde to skutočne možné nebude, tak tvorcovia sa môžu pokúsiť o kombináciu filmu v 4K a efektov v 2K rozlíšení.

Digitálne kamery neboli spočiatku nového milénia dostupné v 4K alebo vyšších rozlíšeniach ako dnes a režiséri buď volili filmový pás alebo 2K digitálne kamery.  Napríklad film Avatar v roku 2009 natočil James Cameron použitím digitálnych 2K kamier SI-2K od firmy Silicon Imaging. Aj keď prvá komerčne dostupná 4K kamera bola Dalsa Origin , digitálny film s rozlíšením 4k začal získavať popularitu po uvedení modelu One od firmy RED. Tá bola oficálne po prvý krát použitá vo filme Che od Stevena Soderbergha v roku 2008.

4K je budúcnosť.  Je viac než pravdepodobné, že väčšina priemyslu v najbližších rokoch nasadí len 4K workflow.

Je škoda, že filmy natočené  digitálne v 2K na začiatku milénia už vyššie rozlíšenie neponúknu. Post-produkcia  ( predovšetkým rendering vizuálnych efektov ) v 4K rozlíšení a práca s obrovskými dátami boli v tomto období určite dôležitým faktorom pri rozhodovaní o voľbe platformy. Pokiaľ jedna nekomprimovaná filmová sekunda na kamere RED Epic Dragon zaberie v 4K rozlíšení približne 405MB ( 16-bit RAW ), 240 minút 24fps materiálu zaberie takmer 6TB video dát.

To isté platí aj pre filmový scanner. Pre 8K reštaurovanie 70mm filmu Baraka bol použitý scanner FotoKem Imagica Bigfoot a pracoval 3.5 týždňa, 24hodín a 7dní v týždni. Vyprodukoval cez 30TB dát. To samozrejme nie je kapacita, s ktorou štúdio pracuje. V priebehu restorácie sa kapacita ešte niekoľkonásobne nafúkne. Príkladom môže byť film režiséra Jamesa Camerona Terminátor ( 1984 ), ktorý firma Reliance MediaWorks scanovala síce len v 4K, ale proces reštaurovania priniesol až 40TB dát.  Ak sa vrátime k filmu Baraka, projekt reštaurovania filmu trval 9 mesiacov a na Blu-ray disk sa dostalo filmové rozlíšenie v pomere 16:1 voči pôvodnému 8k scanu a podstatne sa zdegradovali jeho pôvodné vlastnosti.

Tu sa odkrýva zásadný problém súčasného Blu-ray štandardu. Jeho parametre sú totižto dané technickými možnosťami Blu-ray média a konektivitou, predovšetkým HDMI rozhrania. Ak Blu-ray disk nereprezentuje pôvodný zdroj vierohodne, jeho umelý upscaling do Ultra HD rozlíšenia musí znieť každému extra nezmyselne. Nie je možné obnoviť detaily tam, kde neboli od začiatku. Je možné ich iba simulovať.

Pozrime si nasledujúci rozhovor Scotta Wilkinsona ( AVS ) z výstavy CEDIA 2013, kde sa mu k téme Ultra HD a HDMI 2.0 vyjadruje Joe Kane ( Joe Kane Productions ):

Z rozhovoru vyplýva, že HDMI 2.0 otvára dvere novému video štandardu len na určitých miestach. Predstavuje lepšiu, ale stále obmedzenú konektivitu. Urýchliť lepší dizajn HDMI by mohol DisplayPort 1.3, ktorý má byť uvedený vraj ešte v roku 2014. Podľa špecifikácii, ktoré spoločnosť VESA odovzdala na schválenie, teoretická priepustnosť DP 1.3 by mohla byť až 32.4 Gbps. Pre porovnanie, HDMI 2.0 ponúka pre audio, video a ďalšie dáta len 18 Gbps. DisplayPort 1.3 ponúkne dostatočnú priepustnosť na požadované kvalitatívne zmeny.

Z pohľadu kvality videa, odstránenia artefaktov a vierehodnej reprezentácie originálu je možné identifikovať niekoľko technických okruhov, ktoré bude treba vyriešiť predtým, než začneme hovoriť o novom štandarde:

  1. Rozlíšenie
  2. Bitová hĺbka farebných kanálov
  3. Rozlíšenie farebných kanálov
  4. Farebný gamut a zobrazovacia technológia
  5. Vysoký dynamický rozsah

 

Rozlíšenie

Veľkosť uhlopriečky TV alebo projektora limituje len pozorovací uhol, prípadne viditeľné rozostupy medzi pixelmi ak je pozorovací uhol a uhlopriečka veľká. A samozrejme Vaša obývačka alebo kino miestnosť.

Pre ilustráciu, sedačka vzdialená 3m od 65“ televízora dáva len 26.6 stupňový pozorovací uhol. Rozostupy medzi pixelmi a s tým súvisiace artefakty ( kockatenie obrazu ) sú  determinantom Full HD rozlíšenia. Ak chceme mať pre 3 metre vzdialenú sedačku pozorovací uhol nad 30 stupňov, potrebujeme 75“ alebo vačší displej. To nám pri Full HD štandarde ale prehĺbi artefakty spôsobené už viditeľnými rozostupmi pixelov.

THX view angle

 

Ultra HD rozlíšenie nielenže rieši tento problém s veľkou rezervou, ale umožňuje úvahu nad veľkými uhlopriečkami. A to je fakt, ktorý zaujíma výrobcov televízorov a projekčnej techniky a určite aj spotrebiteľa. Potrebu určitej uhlopriečky v závislosti od rozlíšenia displeja vyjadruje snáď najznámejší graf, ktorý vypracoval Carlton Bale.

resolution_chart

Graficky znázorňuje potrebnú veľkosť uhlopriečky na to, aby sme ocenili rozlíšenie pri danej pozorovacej vzdialenosti ( 1 feet = 30.48cm, 1 inch = 2.54cm  ). Ak viete ako ďaleko sedíte od televízora dnes, z grafu si všimnite akú uhlopriečku by ste doma mohli bez problémov mať, ak by ste na obrazovke mali len natívny 4K / Ultra HD obsah.

 

Bitová hĺbka farebných kanálov

Digitálne HDMI video pozná 3 farebné zložky a môže byť enkódované  buď ako YCbCr alebo ako RGB. Ak máme k dispozícii scan filmu alebo videa vo veľmi vysokom rozlíšení a chceme ho finálne masterovať v Ultra HD rozlíšení, je žiadúce každý pixel popísať ( kvantizovať ) farebnými dátami čo možno v najvyššej bitovej hĺbke.

Súčasný Blu-ray štandard pracuje s bitovou hĺbkou 8-bit pre každý z troch farebných kanálov, čo dáva dohromady 24-bitové video. 8-bitov na jeden pixel má limitáciu v tom, že maximálny počet farieb, ktoré vie popísať a zobraziť je 256 pre každý farebný kanál. Dátovo vieme pixelom priradiť len 256 gradácii každej farby ( 0-255 ). Navyše HDMI svet má gradácii len 219, pretože REC.709 definuje referenčnú čiernu ako 8-bitový bod 16 a referenčnú bielu ako 8-bitový bod 235.

Tradičným vedľajším efektom 8-bitového videa je banding. Aby sme 8-bitovým štandardom preniesli na obrazovku napríklad záber modrej oblohy, potrebujeme oveľa viacej odtieňov ( gradácii ), lebo tak oblohu vidí naše oko a dnešná filmová kamera vie snímať až 16-bit RAW. Ak na master použijeme 8-bitové video, je veľmi pravdepodobné, že sa objaví banding.

tenerife

Ak máte vo vašej zbierke Blu-ray film s názvom Všetko je stratené (2013), nedokonalé gradácie oblohy a banding na oblohe môžete sledovať v prvých 3 minútach filmu.

Vyšší počet gradácii, resp. vyššia bitová hĺbka je v Ultra HD  rozlíšení vylepšená u HDMI 2.0, kde u filmov a videa zo snímkovou frekvenciou do 30 snímkov/sekundu vieme preniesť 10-bit, 12-bit a 16-bitové video bez komprimácie rozlíšenia farebných kanálov ( 4:4:4 ). 50/60 snímkov za sekundu funguje na báze 4:4:4 iba s 8-bitovým videom, presne ako spomenul Joe Kane vo videu z výstavy CEDIA 2013.

  •  8-bit – 256 gradácii ( 16.7 mil. farieb )
  • 10-bit – 1024 gradácii ( 1.07 miliárd farieb )
  • 12-bit – 4096 gradácii ( 68.7 miliárd farieb )
  • 16-bit – 65.536 gradácii ( 281.5 biliónov farieb )
HDMI 2.0

Kvalitatívne možnosti HDMI 2.0 pre 4K rozlíšenie

8-bit_16bit

16-bitová hĺbka sa používa v post-produkčných štúdiách a s veľkou rezervou eliminuje banding

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rozlíšenie farebných kanálov

Ak sa pozrieme na dnešný Blu-ray štandard, RGB dáta nasnímané kamerou alebo scannerom sa konvertujú v rámci 4:2:0 do YCbCr tak, že farebné ( chroma ) kanály, resp. rozdielové hodnoty voči jasu, resp. luma kanálu Y, sa ukladajú do signálu len v polovičnom rozlíšení. Luma (Y) má rozlíšenie 1920×1080 a Cb+Cr kanály majú rozlíšenie len 960×540. Robí sa to z dôvodu, lebo sa šetrí priepustnosť a využíva sa nedokonalosť našeho oka. To je citlivejšie na zmeny vo svetle ako vo farbách. CHROMSUBeye-channels

To, že sa farebné ( chroma ) kanály enkódujú len v polovičnom rozlíšení je ďalší zásadný nedostatok súčasného štandardu. Informácie o farbách sú v dnešnom videu len polovičné a musia sa dopočítavať. Pri zrušení chroma subsamplingu a prechode na formát 4:4:4 tento problém kompletne odpadá. Samozrejme daňou za to je potreba podstatne vyššej priepustnosti v HDMI rozhraní.

Strata farebných detailov je zjavná z nasledujúcich ukážok. Ak prejdete myšou cez obrázky, obrázok s rozlíšením farebných kanálov 4:4:4 sa zmení na obrázok s rozlíšením farebných kanálov 4:2:0.

 

Farebný priestor a zobrazovacia technológia

Ak vieme video obsah enkódovať minimálne 12-bitovou hĺbkou pričom všetky 3 farebné kanály nesú rovnaké množstvo informácii ( 4:4:4 ), ponúka sa možnosť popísať aj farby zo zdroja čo najširším spektrom farieb. Pozrime sa z akých špecifikácii dnešné filmové farebné gamuty vychádzajú

  • REC.709 – masteruje sa ním Blu-ray a HDTV obsah ( súčasný medzinárodný štandard ). Používame ho samozrejme aj pri kalibrácii zobrazovacích zariadení.
  • DCI P3 – masteruje sa ním výlučne obsah pre digitálne kiná a bol navrhnutý ako iniciatíva filmových štúdii problížiť skutočné farby filmu. Podarilo sa im však DCI štandard dostať aj do profilov polo-profesionálnych monitorov. Plnú technickú DCI špecifikáciu nájdete tu.
  • REC.2020 – farebný priestor navrhovaný pre Ultra HDTV, vychádzajúci zo špecifikácie ITU-R BT.2020.

 

DMColorRec2020_s

 

Ak sa pozrieme na kompletnú špecifikáciu ITU-R BT.2020, tá v podstate napĺňa to, čo sa očakáva od nového Ultra HD video štandardu. Definuje, že video nebude prekladané, ale len progresívne ( už žiadna konverzia ). Rozlíšenie môže byť buď 3840×2160 alebo 7680×4320. Uvažujú sa snímkové rýchlosti 24 až 120 snímkov za sekundu. Bitová hĺbka farieb môže byť 10-bit alebo 12-bitov a podporuje sa ich kódovanie v 4:4:4. Biely bod D65 je identický s REC.709 a DCI, ale farebný priestor je širší než ktorýkoľvek farebný priestor doteraz.

Farebný priestor Rec.2020 nesie so sebou jeden otáznik. Spomenul ho Joe Kane na Display Summite 2014 v prezentácii s názvom „Ultimátny UHD TV systém“. Podľa jeho expertízy, nie je reálne teraz alebo v budúcnosti vyrobiť displej, ktorý by na 100% podporoval primárne farby v priestore Rec. 2020, lebo ten má primárne farby až na okrajoch CIE diagramu. Pre pochopenie, CIE 1931 diagram reprezentuje kompletný farebný priestor, ktorý ľudské oči dokážu vidieť.  Aby sme sa na okrajové úrovne farieb dostali, pásmo každej farby ( jej vlnovej dĺžky ) by muselo byť extrémne úzke alebo by sa muselo jednať o jednu vlnovú dĺžku.  Takéto primárne farby je možné vytvoriť zobrazovacou technológiou, ktorá používa úzkopásmové lasery. V LCD technológii je to zase technológia kvantových bodiek ( Quantum Dots ). To však vedie k optickému javu nazývanému metamerizmus. Ten spôsobuje, že by diváci videli odlišné farby na tej istej obrazovke. Čím je totiž pásmo vlnovej dĺžky každej primárnej farby užšie, tým je metamerický problém s farbami vypuklejší. To by mohlo u rôznach divákov viesť k napríklad odlišnému vnímaniu pleťových farieb, na ktoré je ľudské oko obzvlášť citlivé.

Ďalší problém, ktorý by mohol hrať proti Rec.2020 je potrebná bitová hĺbka. Ak sa bavíme o 12-bitovom systéme pre Rec.709, ktorý je v produkčnej fáze kompletne odolný proti bandingu, pre Rec.2020 nemusí 12-bitov stačiť, lebo musíme popísať o 60% viacej farieb ako v Rec.709. Plus musíme započítať do toho kompozíciu HDR elementov ( viac o HDR sa dozviete v tomto článku ). 16-bitové video je riešenie, ale to by však predstavovalo niekoľko násobne vačšiu zaťaž na distribúciu a kapacitu nového Ultra HD kontajnera.

Ak sa vrátime k kompletnej špecifikácii ITU-R BT.2020 ( nielen farebnému priestoru ) a pozrieme sa na najlepšie modely Ultra HD televízorov v roku 2014  tak zistíme nasledovné technické fakty:

  1. Výrobcovia by museli začať používať natívne 10-bitové panely
  2. TV by museli mať adekvátny interný videoprocessing, aby nevznikali artefakty
  3. HDMI 2.0 nepodporuje 4:4:4 v snímkových frekvenciách nad 30fps
  4. Neexistuje TV alebo projektor s podporou REC.2020 = absencia testovania

 

Kým sa výrobcovia TV budú zmietať v prechodových fázach a implementácia Ultra HD zmien bude postupná, spotrebiteľ nebude vedieť, či sa jeho investícia oplatí. Toto je stav, ktorý máme dnes. Z pohľadu výrobcov TV je dôležitým aspektom nutnosť investovania do nových výrobných liniek, návratnosť týchto investícii a instantná akceptovateľnosť trhom. Nečakajme preto, že budú ťahúnom nového obrazového štandardu.

 

Distribúcia nového štandardu

Každá veľká zmena video štandardu nesie so sebou riziko, že displeje dodané spotrebiteľom pred zmenou štandardu ihneď zastarajú alebo nebudú kompatibilné. Zavedením nového štandardu a zavedením nových technických parametrov videa, kompresie a konektivity by k tomu určite došlo. Na obrázku dolu je jeden z možných scenárov ako by mohla prebehnúť takáto evolúcia z pohľadu produkcie, distribúcie a prezentácie:

L6ZaSO9

 

Ak sa pozrieme na jednotlivé fázy a ich technické parametre, prvá fáza reflektuje HDMI 2.0 špecifikáciu. Problém ale je, že panely zabudované v dnešných high-end Ultra HD televízoroch už tejto prvej zamýšlanej fáze nevyhovujú. Nie sú to natívne 10-bit panely a interné farebné spracovanie musí pracovať v adekvátne vyššej bitovej-hĺbke. A to isté platí aj o obsahu, ktorý sa má enkódovať vo vysokom dynamickom rozsahu ( HDR ). Na displeji, ktorý má problém dosiahnuť svietivosť 200 nitov je téma HDR bezpredmetná. Návrh obsahujúci kódovanie 4:2:0 je len ustretový krok voči nízkej priepustnosti HDMI 2.0.

Ako by mohol nový štandard vyzerať?

Implementácia nového štandardu nesmie vyžadovať, aby zobrazovacia technológia bola niekoľkonásobne drahšia ako dnes. Musí priniesť benefit pre všetky súčasné a budúce displeje. Inak ho nie je možné nasadiť masovo. Minimálne nároky na to, aby displej benefitoval z nového štandardu môžu byť napríklad displeje s HDMI vo verzii 1.3 a vyššími.

Obsah by bol farebne finalizovaný ( masterovaný ) v štúdiách v dvoch alebo troch farebných priestoroch. Napríklad v REC.709, DCI P3 a možno niečo ako Adobe RGB. Všetky tri odlišné obsahy ( každý v inom farebnom priestore ) by boli súčasťou jedného kontajnera. Ak by tento signál dorazil do vašeho súčasného televízora, ten by sa identifikoval tomuto obsahu ako REC.709 televízor.

Systém, o ktorom píšem začína na strane tvorcov videa. Ak režiséri majú drahé digitálne kamery alebo štúdio Universal reštauruje starší filmový materiál, ktorý sníma a finalizuje vo veľkom farebnom priestore v 12-16 bitoch, 4:4:4, v 4K rozlíšení a HDR, treba konektivitu vrátane kompresie, ktorá tento obsah dostane k spotrebiteľovi v jednom veľkom kontajneri. Tento kontajner bude niesť základnú vrstvu ( napríklad REC.709 ) a k nim metadáta ďalších vrstiev lepších farebných priestorov a lepších špecifikácii. Zjednodušene niečo ako automatický výber kvality videa na Youtube.  Displej si vyberie a dekóduje z daného kontajnera najlepšie video pre daný displej ( na základe EDID informácie od displeja ). To sa následne premapuje na farebný priestor displeja, takže výsledok bude farebne správne. Samozrejme, že namiesto TV to môže byť externý videoprocesor, receiver, tuner, setop box a pod.

ACES-gamut-300x400Rec.709 a DCI P3 sú dnes dvomi štandardmi v post-produkčných štúdiách a v podstate každý film sa pripravuje do týchto dvoch formátov. Otázka tretieho širšieho farebného priestoru než DCI P3 je stále otvorená. Určite vás napadne Rec.2020, ale ten nebol zvolený úplne prakticky s ohľadom na absenciu zobrazovacích technológii, metamerické problémy a dátovú náročnosť.

Postprodukčné štúdiá vnímajú Rec.2020 len ako jeden z farebných priestorov a nepovažujú ho za ultimátny farebný kontajner, z ktorého by sa mali derivovať ostatné. Tento problém už dávnejšie vyriešili v post-produkcii používaním omnoho vačšieho kontajnera s názvom ACES – Academy Color Encoding Specification. Je výsledkom kooperácie medzi všetkými hlavným dodávateľmi kamerových riešení a postprodukčných software ako Adobe, Arri, Autodesk, Blackmagic, Red, Digital Vision, Dolby, FilmLight, Fujifilm, ILM, Kodak, Pixar  a Sony Electronics. Jedná sa o čisto post-produkčný video kontajner, ktorého zmyslom je, aby sa snímky z digitálnych kamier alebo scany popísali v procese masteringu najprv kompletným viditeľným spektrom. Zachová tak najvyššiu možnú obrazovú vernosť zo zdroja a vzhľad, ktorý zaznamenali tvorcovia filmu.

ACES-workflow

ACES najskôr popíše snímky z kamery  RGB dátami vo floating point bitovej hĺbke, tak aby reprezentovali danú scénu 1:1, resp. tak, ako scéna existovala na ohniskovej rovine kamery. Ciže bez ohľadu na to ako obraz vypadá v surovom stave alebo na dostupnom monitore a video štandarde ( IDT – Input device transform ). Pre filmové scany negatívov ACES používa 16-bitový encoding ( ADX density encoding ).  Colorizácia, práca s kompozitami a vizuálne efekty prebehnú už vo vytvorenom ACES formáte. Kedže snímky v ACES nevyzerajú na REC.709 alebo DCI P3 monitore správne, ACES renderuje snímky coloristovi v tejto fáze vo zvolenom výstupnom formáte ( RRT-reference rendering transform ). ACES rendering podporuje extrémne široký farebný priestor a vysoký dynamický rozsah – HDR. Výstupný súbor je ACES súbor ( OpenEXR ), ktorý obsahuje ACES dáta a dôležité metadáta pre konkrétne farebné priestory a štandardy ( ODT – output device transform ).

Ak sa vrátime k téme distribúcie nového štandardu a našim cieľom je distribúcia, ktorá k spotrebiteľovi pošle vysokokvalitný ale dynamický formát videa, ACES ako nosič je úžasným riešením a máme ho už dnes otestovaný a funkčný v postprodukčných štúdiách.  Komprimovaný ACES kontajner, ktorý by išiel k spotrebiteľovi by obsahoval metadáta na 1080p a 2160p rozlíšenie, bitovú hĺbku 8-bit, 10-bit, 12-bit, 16-bit, HDR metadáta, 4:2:0 vs 4:2:2 vs 4:4:4 a metadáta farebných priestorov Rec.709, DCI P3, Adobe RGB a priestorov aké budú výrobcovia displejov schopní podporovať. Procesor v displeji bude schopný „vyskladať“ z ACES kontajnera a metadát najvhodnejší formát videa pre daný displej.

Celistvá stratégia pre spotrebiteľa a celý ekosystém musí mať najskôr súhlas u hlavných filmových štúdii. Takáto iniciatíva existuje tiež. Štúdiá Disney,  20th Century  Fox,  Paramount,  Sony  Pictures,  Universal  and  Warner  vytvorili v roku 2007 inciatívu Movielabs. Definujú video ďalšej generácie ( Next generation video ), ktorého popis nájdete tu. MovieLabs síce nepracuje s Aces a používa ako nosič systém XYZ, ktorý pokrýva CIE diagram trošku inak, princípy oboch nosičov sú ale rovnaké.

 

Snímková rýchlosť a jej priorita

Súčasný štandard ponúka maximálne 60 snímkov za sekundu. Vyššie snímkové frekvencie sú žiadúce hlavne z dôvodu nízkej pohybovej ostrosti a blikania obrazu pri zobrazovacích frekvenciách do 60Hz. A blikanie bude určite výraznejšie, ak by obraz obsahoval svietivé HDR elementy. Je treba zdôrazniť, že ak raz dôjde k zvýšeniu statického rozlíšenia, bez zvýšenia pohybovej ostrosti sa benefit pre video alebo film veľmi rýchlo stratí. A ak ste skúsili v kine HFR verziu ( High frame rate ) niektorej z častí trilógie filmu Hobbit v snímkovej rýchlosti 48 snímkov za sekundu, nie je to téma len o počte snímkov, ale aj o celkovom vzhľade filmu.

Z pohľadu implementácie nového štandardu, o vyšších snímkových frekvenciách je treba určite uvažovať. Sledovať športový záznam v 120fps a Ultra HD by bolo úžasné, ale znamená to však 2 krát toľko snímkov pre záznam, vysielanie a dátový prenos. Môj osobný názor je, že vyššie snímkové frekvencie by sa mali uvažovať až po definovaní kvalitného dynamického formátu videa, kompresie, konektivity pre súčasné video, t.j. 60fps. Dynamický formát videa by však mohol vyššie snímkové rýchlosti umožniť, ak tvorcovia taký obsah pripravia spolu s metadátami pre distribúciu ( obetujú napr. inú kvalitatívnu zložku ).

Kedže každá zobrazovacia technológia zobrazuje pohyb inak a ľudské oko má isté obmedzenia v tom ako vníma pohybovú ostrosť, diskusiu o vyšších snímkových frekvenciách musí sprevádzať vyhodnotenie techník na zvýšenie pohybovej ostrosti.

Záver a zhrnutie

Čo sa stane s video štandardom je otázka, na ktorú je ťažké odpovedať v prostredí, v ktorom máme brať do úvahy požiadavky niekoľkých vplyvných organizácii, filmových spoločností, post-produkčných firiem a technologických možností distribúcie. Osobne dúfam, že nový štandard bude dynamický štandard a nebude inzultovať spotrebiteľa zamknutým štandardom a za sekundu jeho displej urobí zastaralým alebo nekompatibilným.

Spôsoby ako manipulovať s videom v postprodukčnej fáze ( nosiče ACES / XYZ ) alebo technológia Dolby Vision predstavujú veľmi silné argumenty a ukazujú cestu ako doručiť kvalitnejšie video k spotrebiteľovi. Zároveň predstavujú škálovateľnú a modulárnu platformu do budúcnosti a to pre celý ekosystém.

Nový štandard vymaže historický problém, ktorým bol veľký kvalitatívny rozdiel medzi obsahom, ktorý pripravili tvorcovia filmov v štúdiu a tým, čo sa dostalo sa k divákom do domácich alebo verejných kín. Musí priniesť vyššie kvalitatívne aspekty pre pixely. Len tak bude dostatočným predajným stimulom.

Konektivita sa zdá byť jediným determinantom obrazovej kvality. Ak smerujeme k optickému internetu a budeme mať DVB-T2 v každom televízore, mať pre vysielanie rezervovaný dátový tok okolo 30Mbit/s nebude problém. HDMI 2.0 je však malý krok na uskutočnenie zmien popísaných v tomto článku. Ak DisplayPort dodá v roku 2014 na trh verziu 1.3, HDMI bude musieť odpovedať. Len tak si HDMI zachová svoju pozíciu v prostredí spotrebnej elektroniky.

Ďalšie zdroje:
http://ec2-50-16-227-110.compute-1.amazonaws.com/media/store/page-media/events/39/AVC%20&%20HEVC%20-%20PBS%20TechCon%202012%20-%20Goldman%20v2%20%28ppt%29.pdf
https://www.dvb.org/resources/public/pressreleases/dvb_pr244_steering_board_gives_stamp_of_approval_to_host_of_important_new_specifications.pdf
http://www.buschhometheater.com/wp/wp-content/uploads/2014/03/Joe-Kane-2160p-update-19Mar2014.pdf
http://www.thx.com/test-bench-blog/what-size-tv-should-i-buy-tech-tips-from-thx/
https://www.youtube.com/watch?v=fs8u1HV8YJo
https://www.youtube.com/watch?v=Vp7F3zQtUmY
https://www.oscars.org/science-technology/council/projects/pdf/ACESOverview.pdf
http://ngcodec.com/news/2014/7/14/sapporo-jct-vc-and-mpeg-meetings
http://www.red.com/learn/red-101/video-chroma-subsampling
http://www.pcmag.com/encyclopedia/term/57460/chroma-subsampling
http://www.hdmi.org/manufacturer/hdmi_2_0/hdmi_2_0_faq.aspx
 

Pridaj komentár