Az alábbiakban az ITmedia eredetileg 2017. augusztus 22-én, japán nyelven közzétett cikkének fordítása olvasható. Copyright 2017 ITmedia Inc. Minden jog fenntartva.

Mit takar az új HDR (Nagy dinamikatartomány) technológia?

ColorEdge PROMINENCE CG3145 HDR referenciamonitor

Az elmúlt években a HDR kifejezés számos helyen megjelent a képmegjelenítés területén. A HDR a High Dynamic Range (Nagy dinamikatartomány) rövidítése. A rövidítés a helyi TV-reklámokból is ismerősnek tűnhet. Az ilyen funkcióval rendelkező TV-k nagyobb dinamikatartományt nyújtanak a hagyományos készülékekhez képest.

A fotózás iránt fogékony felhasználók pedig a HDR fotók kapcsán találkozhattak eddig a HDR rövidítéssel. Mivel az iPhone és egyéb okostelefonok legfrissebb típusváltozatainak többsége a HDR fényképezést is támogatja, valószínűleg a fotózás iránt különösebb érdeklődést nem mutató felhasználók számára is ismerősnek tűnhet a kifejezés. Mindazonáltal a HDR fotózás teljes mértékben más elveken alapul, mint az ugyanilyen felbontású videofelvételek készítése és megjelenítése.

A HDR fotók és a HDR videók közötti különbségek ismertetése

Mi a különbség az iPhone HDR módjához képest?

A „dinamikatartomány” a készülékkel megjeleníthető legsötétebb és legvilágosabb képrészletek közötti azon különbséget (tartományt) jelöli, amelyen belül még megkülönböztethetők az egyes színárnyalatok. Például egy szobabelső fotózásakor az ablakon keresztül beszűrődő, napsütötte kinti környezet túlexponáltnak és elmosódottnak tűnhet. Azonban, ha a kép exponálása a külső fényviszonyok következtében nem megfelelő, túlságosan sötétté válik a belső tér ábrázolása. Bizonyára ezt már Ön is tapasztalta.

Ennek oka a legvilágosabb (az ablakon keresztül beszűrődő napfény) és a legsötétebb terület (a szobabelső) közötti túlságosan nagy különbség. Maradva az említett példánál, tételezzük fel, hogy olyannyira kiterjeszthetjük a dinamikatartományt, hogy a legvilágosabb területek ne váljanak elmosódottá és teljesen fehérré, a legsötétebb részek pedig ne tűnjenek zajosnak és teljesen feketének. Minél nagyobb ez a tartomány, annál inkább megközelíti az emberi szem által érzékelhető árnyalatokat, következésképpen az ábrázolás is valószerűbbé válik.

Ha az objektumokat a maguk valójában szemléljük meg, a dinamikatartomány hihetetlen mértékben kitágul. Ha például a Föld felszínén állva közvetlenül a Nap felé tekintünk, a fényerősség 1,6 milliárd kandela/négyzetméter (cd/m²) értékre nő, miközben a szabadban érzékelhető fényerő általában 2000 cd/m² mértékű. Bár az emberi szem a természeti környezetet ténylegesen jellemző dinamikatartomány mindössze 30%-ának érzékelésére képes, megfelelő szemtornával megnövelhető ez az arány. Ily módon számottevő mértékű javulás érhető el.

Ugyanakkor megjegyzendő, hogy a képfelvevő készülékeket, mint például a fényképezőgépeket többnyire még napjainkban is a képcsöves technológia idején elfogadott szabványokban rögzített dinamikatartományok alapulvételével fejlesztik ki és állítják elő. Ezeket „Standard dinamikatartománynak”, illetve SDR-nek nevezik. Az SDR készülékek mindössze 0,05 és 100 cd/m² közötti fényerősség visszaadására alkalmasak. Másként fogalmazva: Az SDR szabványokban rögzített tartományok az emberi szem által érzékelhető dinamikatartománynak mindössze egy apró részét fedik le.

Age of HDR_SDR Display
A jelenlegi SDR szabványok dinamikatartománya 0,05 és 100 cd/m² közöttire korlátozódik. Következésképpen elvesznek az elmosódott fehér, valamint a zajos fekete részletek. Alapvetően abból indultak ki a fejlesztések során, hogy a felvett tartalmakat CRT monitorokon jelenítik majd meg a felhasználók.

Az iPhone készülékeken és egyéb okostelefonokon elérhető HDR fotózási mód többféle (sötét és világos területek szerinti) exponálási adatot is felhasznál. A fényerőtartomány a megfelelően exponált területek egyesítése következtében összetömörül. A fényes és árnyékos képrészletek elvesztésének megakadályozásával az emberi szem érzékeléséhez hasonló, valósághű módon örökíthető meg a kívánt kép. Sajnálatos módon a színárnyalatok tömörítésére ez esetben is az SDR tartományon belül kerül sor. Bár elkerülhető a legvilágosabb és legsötétebb területekre eső részletek elvesztése, a kép tényleges dinamikatartománya nem bővül.

HDR Smartphones
Az okostelefonok HDR módja több, különböző fényerősség mellett exponált fotó egyesítésével állítja elő az SDR dinamikatartományon belüli HDR fotót.

Ugyanakkor a HDR technológiát alkalmazó, korszerű videokamerák jóval szélesebb, 0,0005 és 10 000 cd/m² közötti fényerőtartomány tömörítési követelmények nélküli kezelésére is alkalmasak. Egyszerűbben kifejezve ez az SDR nyújtotta fényerő százszorosának felel meg. Természetesen a napjainkban elérhető, HDR-képes TV-k nem alkalmasak ekkora dinamikatartomány megjelenítésére. Az ITU-R BT.2100 szabvány szerinti tartalmak legalább 0,005 cd/m² és legfeljebb 1000 cd/m² fényerősség mellett jeleníthetők meg. Kétségtelen tehát, hogy a HDR tartalmak jóval valószerűbb módon jeleníthetők meg. Így a nagy kontrasztú jelenetek, mint például az elsötétített szobába beeső napfény lenyűgöző minőségben, a naplemente, illetve más hasonló témák pedig akár a nappaliban található TV-n keresztül is hihetetlenül valósághű módon jeleníthetők meg.

HDR Display
A HDR technológia alkalmazásával az adatok formájában tárolt fényerőtartomány 0,0005-ről 10 000 cd/m² értékre növelhető. Így az ember vizuális érzékeléséhez hasonló arányú kontraszt érhető el.
HDR Photo Video
A HDR fotózás (tömörített fényerőgörbe) és a HDR videofelvétel (kiterjesztett fényerőtartomány) közötti különbség

A HDR technológia képmegjelenítéssel kapcsolatos elterjedése tekintetében nagy jelentőséggel bír a hardveres alapok továbbfejlesztése. A jelenleg kapható videokamerák érzékenysége már jelentős mértékben túlszárnyalja az SDR technológia nyújtotta (0,05 és 100 cd/m² közötti) fényerőtartományt, ugyanúgy, ahogy az LCD-háttérvilágítással rendelkező kijelzők kapacitása is többszörösen meghaladja az SDR képek fényerősségi követelményeit. OLED kijelzők használatával pedig egyszerű módon továbbfokozható az említett tartomány.

Ennélfogva jelentősen megnőhet az olyan videokamerák és kijelzők iránti kereslet, melyek az elavult, SDR rendszerű készülékekkel szemben maximálisan valósághű megjelenítést tesznek lehetővé. A HDR-képes TV-k már napjainkban is megtalálhatók szinte valamennyi, szórakoztató elektronikai készülékeket kínáló üzlet polcain. De valójában miben különböznek a HDR videók?

HDR videó: jóval látványosabb újítás, mint a 4K, illetve 8K felbontású videók megjelenése!

ColorEdge PROMINENCE CG3145

Bár már számos alkalommal ismertették a képi megjelenítés ezen új módját, a 4K, illetve 8K felbontás számokkal is egyszerűen megragadható újításaival szemben a HDR technológia jelentette áttörés jelentősége szavakkal is nehezen fejezhető ki. Ez esetben fokozottan érvényes: az SDR és HDR technológia közötti különbség a személyes megtapasztalást követően válik igazán szembetűnővé. Amennyiben még nem nyílt erre módja, engedje meg, hogy jelen sorok szerzőjeként megosszam Önnel a ColorEdge PROMINENCE CG3145 HDR referenciamonitorral kapcsolatos tapasztalataimat.

Elsőként a ColorEdge PROMINENCE CG3145 hihetetlenül valósághű képi megjelenítése nyűgözött le. A monitor bekapcsolása előtt alapvetően a HDR fotók nyújtotta lehetőségekből indultam ki. A különböző fényerőtartományokkal történő kombinálás alapján túltelített színárnyalatokra, illetve más hasonló vizuális hatásokra számítottam. Ezzel szemben mind az árnyékos, mind pedig az igazán világos területek is kifejezetten valósághű módon jelentek meg. A rendkívül széles dinamikatartománynak köszönhető, különösen részletes ábrázolás hihetetlen mélységet kölcsönzött a megjelenítés számára. Annyira valósághűnek tűnt, mintha az ábrázolt objektumok tényleges fizikai mivoltukban is megjelentek volna.

Bár már korábban is olvastam róla, hogy az emberi szem nagyon pontosan érzékeli a sötét területek közötti különbségeket, az, hogy mindezt személyesen is megtapasztalhattam, lenyűgöző élményt jelentett a számomra. A bemutatott felvételen az éjszakai város fényei olyan vízfelszínen tükröződtek vissza, melynek finom hullámzása kizárólag árnyékban látható, a környező fényvisszaverődések pedig világosnak és élénknek tűntek, nem pedig elmosódottnak és fehérnek. A sötét árnyékok és világos fények dominálta jeleneteket általában nehéz pontosan megjeleníteni. A ColorEdge PROMINENCE CG3145 monitor számára azonban ez semmilyen nehézséget nem okozott.

Szórakoztató elektronikai üzlet 4K felbontást és HDR-kompatibilitást nyújtó TV-kből álló termékválasztéka.

A prezentáció olyannyira meggyőzőnek bizonyult, hogy semmi szükség nem mutatkozott az SDR rendszerű megjelenítés összehasonlító jellegű bemutatására (bár az említett monitortól jobbra egy ilyen technológiájú készüléket is elhelyeztek). Természetesen a bemutatott ColorEdge PROMINENCE CG3145 monitor még csak prototípus: HDR tartalmakat előállító szakemberek számára kifejlesztett referenciamonitor. Ennélfogva talán nem is igen érdemes a jelenleg elérhető, HDR-képes TV-kel történő összevetése. A HDR technológia nyújtotta előnyök élvezetéhez azonban mindenképpen érdemes ellátogatni a szórakoztató elektronikai készülékeket kínáló helyi üzletbe, és megtekinteni a HDR-képes TV-kből álló termékválasztékot.

Mi szükséges a HDR tartalmak lejátszásához?

Kétségtelen tény, hogy a HDR technológia egyedülálló vizuális élménnyel ajándékozza meg a felhasználókat. Azonban mire kell figyelnie az átlagos felhasználónak, ha HDR tartalmakat szeretne lejátszani? Ehhez először is szükséges egy HDR10-jelek továbbítására alkalmas TV. Az ilyen készülékek a HDR-kompatibilitást feltüntető címkéről, illetve feliratról ismerhetők fel. Ezt mindenképpen ellenőrizni kell vásárlás előtt, mivel jelenleg még számos olyan 4K felbontású készülék kapható, amely nem HDR-képes.

Ezenkívül olyan TV-k is elérhetők, amelyek bár alkalmasak az említett jelek feldolgozására, viszonylag alacsony fényerővel és kontraszttal rendelkeznek. Természetesen minél magasabbak ezek az értékek, annál inkább valósághű a képi megjelenítés, bizonyos okokból kifolyólag számos ilyen TV-nél továbbra sem dönthető el egyértelműen, hogy megfelelő eszköznek bizonyul-e a HDR tartalmak megjelenítésére. Ilyen esetekben mindig ellenőrizze, hogy az adott készüléken feltüntették-e az Ultra HD Premium emblémát. Az UHD Alliance által bevezetett tanúsítvány célja, hogy a vásárlók egyszerűbben eligazodhassanak a készülékek és a tartalmak bőséges választékában. Az ilyen emblémával ellátott készülékek és tartalmak esetében a felhasználók biztosak lehetnek benne, hogy HDR szabvány szerinti terméket vásárolnak.

Ultra HD Logo
Az UHD Alliance Ultra HD Premium
4K HDR Logo
valamint a Sony 4K HDR

Anélkül, hogy túlságosan elmélyednénk a részletekben, megjegyezzük, hogy a megfelelő tanúsítvánnyal rendelkező kijelzőknek legalább 1000 cd/m² maximális fényerővel és 0,05 cd/m² értékű fekete szintekkel kell rendelkezniük, illetve 0,0005 cd/m² értékű fekete szint mellett minimum 540 cd/m² fényerőt kell nyújtaniuk. Mivel az említett értékeken kívül egyéb tekintetben is jelentős kihívásokat támasztanak az ilyen készülékekkel szemben, a tanúsított eszközök megvásárlása gyakorlatilag kivétel nélkül meglehetősen költséges beruházásnak minősül.

A HDR-képes kijelző megvásárlása után a megfelelő tartalmak kiválasztása a következő lépés. Bár természetesen az adott tartalom jellege is meghatározó, alapvetően a következő két formátum jöhet szóba: HDR10 és Dolby Vision. Tekintve, hogy a HDR10 szabványosított HDR formátumának minősül, a HDR-kompatibilisként megjelölt tartalmak minden bizonnyal egyben HDR10-kompatibilisnek is tekintendők. Mint azt neve is jelzi, a Dolby Vision egy önálló HDR szabvány, melyet a Dolby dolgozott ki. Azzal a céllal állították össze, hogy a 12 bites bitmélység még inkább valósághű megjelenítés elérését tegye lehetővé (összehasonlításképpen a HDR10 szabvány 10 bites bitmélységről rendelkezik).

A metaadat formátum tekinthető a Dolby Vision legkiemelkedőbb jellemzőjének. Amíg a HDR10 szabvány szerinti készülékek állandó értékű metaadatokat használnak, addig a Dolby Vision esetében minden egyes képkockához külön-külön állíthatók be a metaadatok, lehetővé téve ezzel a fényerő dinamikus jellegű, jelenetek szerinti beállítását. Így a Dolby Vision-képes TV-ken a fényerősségük szerint jeleníthetők meg az egyes jelenetek.

A valós idejű lejátszást nyújtó szolgáltatók kínálatában is megjelentek a 4K-/HDR-komptibilis tartalmak (a képen a Netflix műsorrészlete látható).

Japánban jelenleg a valós idejű lejátszást nyújtó szolgáltatók közül többek között a Netflix és a Hikari TV programkínálatában érhetők el Dolby Vision szabvány szerinti tartalmak. Az ilyen programok megtekintéséhez természetesen Dolby Vision-képes készülék szükséges. Mivel az újonnan megjelenő TV-k és lejátszók közül egyre több támogatja az említett szabványokat, várhatóan gyorsan elterjednek az ilyen technológiával készülő tartalmak.

Már a videojáték-konzolok is HDR-képesek (a képen a Microsoft Xbox One X látható).

A TV-ken kívül már a legfrissebb videojáték-konzolok, mint például a PlayStation 4 vagy az Xbox One S is támogatja a HDR szabványt. A HDR technológia által lehetővé tett valósághű megjelenítés a számítógépen létrehozott grafikáknál és valós idejű tartalmaknál is nagyszerűen alkalmazható. Alaposabban megvizsgálva azonban nyilvánvalóvá válik, hogy a HDR technológiájú megjelenítés elterjedése egyelőre még nem túl széles körű a számítógépes játékok világában. Tekintve azonban, hogy az SDR technológia csak korlátozott dinamikatartományt kínál a felhasználók számára, 2017. nyarán már több, HDR-képes számítógépes monitor megjelentetését is bejelentették. A TV-kel párhuzamosan e területen is a HDR technológia gyors elterjedése várható.

Szebb és még inkább valósághű – öt tényező a kiemelkedőbb képminőség jegyében

Most pedig vizsgáljuk meg alaposabban, hogy pontosan minek köszönhetően válik jóval valószerűbbé a megjelenítés. Alapvetően a következő öt tényező a legfontosabb a kiemelkedőbb képminőség elérése tekintetében: felbontás, bitmélység, képfrissítési frekvencia, színtér és fényerő. A felsoroltak közül az első három szorosan összefügg az utóbbi időben jelentős mértékben továbbjavított képpontsűrűséggel. A színtér vonatkozásában hosszú ideig nem történt számottevő előrelépés. A néhány évvel ezelőtt bevezetett Rec. 2020 színtér viszont jelentőségteljes fejlesztésnek bizonyult. Végül, de nem utolsósorban a fényerő is fontos szerepet tölt be a kiváló képminőség elérésében. E vonatkozásban a HDR technológia a meglévő megoldások továbbfejlesztésének tekinthető.

HDR Factors
Az öt tényező, melyek kiemelkedőbb képminőséget eredményeznek. A HDR technológia jelentős előrelépést jelent a fényerő tekintetében.

Amint azt már említettük, a TV-k és kijelzők hardveres fejlesztéseinek köszönhetően a videokamerákkal rögzített képadatok veszteségmentesen jeleníthetők meg. A még inkább valósághű, magával ragadó képi megjelenítésnek ez képezi az alapját. A fejlesztésekből az EIZO is kivette a részét, melynek eredményeként megszületett a kifejezetten HDR tartalmakat előállító szakemberek számára megalkotott (2018 elejétől elérhető) ColorEdge PROMINENCE CG3145 monitor.

ColorEdge PROMINENCE CG3145: kifejezetten a HDR korszak szakemberi számára kifejlesztve

A ColorEdge PROMINENCE CG3145 monitor IPS LCD panellel rendelkezik. Mivel az LCD, és különösen az IPS panelek általában nem alkalmasak az igazán mély, sötét árnyalatok megjelenítésére, viszonylag alacsony a kontrasztarányuk. A helyi fényerő-szabályozás (Local Dimming) alkalmazásával azonban az LCD kijelzőknél is kimondottan magas kontrasztarány érhető el. Az említett technológia a közvetlenül a LED-es háttérvilágításból származó fényt különböző szegmensekre osztja, a háttérvilágítás fényerejét pedig szegmensről szegmensre a megjelenített képi tartalomhoz igazítja. Ez azonban ingadozást okoz a fényerősség és a színmegjelenítés tekintetében.

HDR Local Dimming
A háttérvilágítás fényerejének finombeállítását lehetővé tevő helyi fényerő-szabályozással a nagyobb kontrasztú jelenetek is kiemelkedő minőségben jeleníthetők meg (bal oldali kép: helyi fényerő-szabályozással; jobb oldali kép: helyi fényerő-szabályozás nélkül). Ugyanakkor a helyi fényerő-szabályozás alkalmazásakor a kép fokozottan kontrasztos, világos-sötét részein úgynevezett fénygyűrűk (fénybeszivárgás által okozott elmosódottság) jelenhetnek meg, amint az a bal oldali képen is látható.

Ezenkívül a kép fokozottan kontrasztos, világos-sötét részein úgynevezett fénygyűrűk jelenhetnek meg, a normál esetben sötétnek tűnő területekre beszivárgó fény következtében pedig elmosódottá válnak a világosabb képrészek kontúrjai. Bár ezeket a hátrányokat várhatóan megfelelő mértékben kiküszöbölik majd a sorozatgyártású készülékeken. Mindazonáltal az említett problémák a tartalom-előállításra szolgáló referenciamonitorok esetében is nemkívánatosnak számítanak.

Azonban az EIZO által használt, új típusú IPS LCD panelek helyi fényerő-szabályozás alkalmazása nélkül is fényerejük olymértékű csökkentésére képesek, hogy a 0,005 cd/m² vagy annál alacsonyabb értékű fekete szintek is sikeresen megjeleníthetők. Ennek eredményeként a natív kontrasztarány 1 000 000:1. A ColorEdge PROMINENCE CG3145 egy másik jelentős előnye, hogy bármilyen képszerkesztési feladathoz állandó fényerőt és színmegjelenítési minőséget biztosít. A referenciamonitorok többsége a kijelző élettartamának meghosszabbítása érdekében átmenetileg korlátozza a fényerőt a világosabb jelenetek megjelenítésekor.

A ColorEdge PROMINENCE CG3145 egy felsőkategóriás referenciamonitor, melyet kifejezetten színosztályozási feladatok elvégzéséhez fejlesztettek ki. Természetesen az utómunkálatok számos szakasza – a felvételtől a vágáson keresztül egészen a kompozitálásig – nem igényel ilyen nagyfokú reprodukálhatóságot. Legújabb frissítési szolgáltatását az EIZO kifejezetten az ilyen munkaszakaszok felgyorsítása céljára ajánlja. A (virtuális) HDR-támogatást nyújtó frissítés keretében a meglévő, CG sorozatú ColorEdge monitorok színmódjait PQ (Perceptuális kvantálás) (PQ1000 és PQ300), valamint HLG (Hybrid Log-Gamma) gamma-görbékkel bővítik ki. Ily módon HDR technológiával készíthetők el a valós idejű lejátszásra szolgáló tartalmak és a filmek. A szolgáltatás elsősorban az olyan tartalom-előállítók számára javasolt, akik HDR technológiát igénylő munkafolyamataikat kedvező áron elérhető, HDR előnézetet lehetővé tevő megoldás használatával szeretnék felgyorsítani.