A kijelzők és a nagy dinamikatartomány (HDR)

A HDR fogalma a fotósok számára elég régen ismert, de mást jelent, mint a videó, a televízió, a digitális film és a számítógépes játékok világában. A mozgókép esetében a HDR elsődleges feltétele a képérzékelők egyidejű kontrasztátfogásának megnövekedése volt a digitális videokamerákban. A kép további feldolgozásában és továbbításában, vagy rögzítésében a nagy dinamikatartomány megőrzése nem okoz technikai problémát. A „gyenge láncszem” a HDR-nek a nézőhöz való eljuttatásában a megjelenítő eszköz.

Előzmények

Standard dinamikatartomány és növekvő felbontás

A különféle kijelzőfajtáknál a dinamikatartománnyal kapcsolatos problémák más-más formában merülnek fel. A mozgókép megjelenítését a hagyományos, filmes vetítéstechnika kivételével hatvan-hetven éven át a képcső (CRT) uralta. (Mellesleg, a CRT-ről illendően megemlékeztünk az In memoriam CRT c. írásunkban.) Ezzel együtt járt a korlátozott, maximum ezres nagyságrendű dinamikatartomány, amit ma SDR-nek (standard dynamic range) nevezünk. Akkoriban persze még nem volt neve, mert nem volt alternatívája. A változtatás igénye csak néhány éve, a digitális videokamerák és a síkpaneles megjelenítők megfelelő fejlettségi szintjén merült fel, párhuzamosan azzal a folyamattal, hogy a standard felbontású (SD = standard definition) televízió- és videorendszereket felváltották a nagyfelbontású (HD), majd manapság az ultra nagy felbontású (UHD), illetve 4K rendszerek.

Míg az éppen elért aktuális felbontás mindig pontosan meghatározott volt, a standard dinamikatartomány (SDR) nagyságát sohasem rögzítették számszerűen, mert az adott kijelzőtechnológia eleve meghúzta a hozzávetőleges határokat. Még a Full HD felbontás szabványosításakor sem akarták (vagy inkább nem tudták) megnövelni a megjelenítendő dinamikatartományt, sőt a színterjedelmet (color gamut) és a színjel kvantálását (színenként 8 bit) sem módosították. Érthető, hogy miért nem. Pusztán a Full HD-re való átállás (a kamerától a kijelzőig) csillagászati összegeket emésztett fel, és még nem kevés technikai fejlesztés is kellett az elfogadható HDR-hez, továbbá a szakítás szándéka a hagyományokkal (lásd gamma). A „nagy pillanat” később jött el, az UHD/4K rendszerek előretörésével.

A felbontás növekedése az elmúlt kb. 30 év során. A televízió/videó első, hosszú korszakának „standard definition” (SD) felbontása (a jobb alsó sarokban lévő pici téglalap szemlélteti) fokozatosan növekedett a ma ugyan még fejlesztési fázisban lévő UHD/8K-ig, de az UHD/4K már ma is egyre nagyobb teret nyer. Ez nemcsak a televíziót érinti, hanem a vetítéstechnikát is, de a PC monitorok között is egyre több 4K vagy még ennél is nagyobb felbontású készüléket találunk  

A „hagyományos” gamma

Az SDR-hez (az SD és a HD felbontás mellett is) hozzárendelt gamma fogalma is a képcsőhöz kötődik, ugyanis az első (rácsfeszültséggel vezérelt) képcsövek fényereje és vezérlőfeszültsége közötti kapcsolat szabályos hatványfüggvénnyel fejezhető ki, amelynek kitevője az adott CRT-nél egy állandó érték: az, amit eredendően „gammának” nevezünk (kb. 2,2-2,5). A később kifejlesztett kijelzőknek egészen a legutóbbi időkig természetesen alkalmazkodniuk kellett ehhez a gradációs függvényhez, noha egészen 2012-ig csak a felvételi oldali inverz függvényt, a gammakorrekciót szabványosították. (A fejlettebb kamerákon persze volt lehetőség a gammakorrekció változtatására is.)

Végül BT.1886 EOTF néven a kijelzőoldali „gamma” szabványa is megszületett, még mindig a standard dinamikához igazítva. Ez a sötét tartományban némileg eltér a szabályos, állandó kitevőjű hatványfüggvénytől, de nem nagy mértékben, és használata elsősorban a televíziós stúdiómonitorokat érinti. A gamma mai, általánosított elnevezése EOTF (electro-optical transfer function, azaz elektro-optikai átviteli függvény), és ez éppen a HDR feltűnésével változott meg drámai módon – természetesen csak a HDR rendszerekben.

A „hagyományos” gamma (kék színű görbe) szabályos hatványfüggvény, ez esetben 2,2-es kitevővel. A forrásoldalon (a kamerában vagy a számítógépes kép készítésekor) ennek „fordítottját” (inverz függvény, az ún. gammakorrekció) kell alkalmazni 1/2,2-es kitevővel, ha azt akarjuk, hogy a teljes képátviteli lánc „gammája” (overall gamma) 1,0 legyen. Nem teljesen világos környezetben látásunk számára a valóságban előnyösebb az 1,1-1,25 közötti overall gamma. Ilyenkor a feketével berajzolt egyenes is némileg lefelé görbül. Az állandó gammát 2012-ig adottságnak vették, a szabványok a gammakorrekció (“kameragamma”) menetét rögzítették. Ennek ellenére sok videokamerán lehetőség van a gammakorrekció változtatására  

Szabványos színtartományok

A standard dinamikatartományú SD és HD rendszerekhez egy pontosan meghatározott színtér is tartozik, amelyet a HDTV megjelenése után rögzítettek (ITU-R BT.709 vagy egyszerűen Rec.709-es referencia színtér, 1990). Ennek legtöbb jellemzőjét a számítástechnikában szabványosított sRGB színtér is átvette (1996). Korábban a standard felbontású analóg televíziós rendszerekhez tartozó színterek (EBU, SMPTE) eltérőek voltak a Rec.709-től, de csak egészen kis mértékben.

A HD színtartományának és a korábbi SD rendszerek színtartományainak összehasonlítása: látható, hogy az eltérés minimális. Mindhárom színtér fehérpontja a D65. A szaggatott vonallal jelölt háromszög a legelső színes TV-rendszer, az amerikai NTSC színtartományt jelöli (CIE C fehérponttal), de ilyen televíziókat sohasem gyártottak sorozatban, mivel kiderült, hogy a zöld alapszínt előállító foszfor fényereje elégtelen. Így az erre a színtartományra való gyakori hivatkozás is értelmetlen. Ezt a színszabványt sietve felváltotta az SMPTE újabb szabványa

A HDR igényének erősödése

A síkpaneles kijelzők az ezredfordulót követően hatalmasat fejlődtek, főleg a felbontást tekintve (bár a plazmakijelző elhalálozott), részben a digitális technika elsöprő előretörésének köszönhetően. Ahogy már korábban szó volt róla, a standard felbontásból (SD) lett HD, majd Full HD, most pedig tanúi lehetünk az UHD-4K rohamos terjedésének. A 10 biten, esetleg 12 biten címezhető síkpanelek kifejlesztésével a színmélység problémamentesen növelhető a korábban általános 8 bitről 10 vagy 12 bitre. A kontraszttal azonban a síkpanelek sokáig hadilábon álltak. Az elérhető dinamikatartomány vagy kontrasztarány nem sokat változott sem a síkpaneles kijelzőknél, sem a projektoroknál (kivéve az LCoS és a továbbfejlesztett LCD projektortechnológiát).

A fentiek fényében természetes, hogy a kép dinamikatartományának növelése, továbbá a színtartomány szélesítése (és még ide sorolhatjuk a képfrekvencia növelését is) iránti igény részben „magától” is felmerült a megjelenítés oldalán, de erre alaposan ráerősített a 4K (valójában UHD) felbontás terjedése a televíziótechnikában. Röviden, de nagyon nyomatékosan meg kell említenünk azt is, hogy a látványosan nagyobb dinamika alapfeltétele volt a digitális video- és filmkamerák (pontosabban a szenzoraik) dinamikatartományának hihetetlen növekedése. A mai legjobb digitális filmkamerák kb. 16 blendényi átfogást tudnak (2^16 = 65.536:1-es egyidejű kontrasztarány).

Mint a fentiekből kitűnik, a HDR elsődlegesen az audio-vizuális (AV) szegmensben, ezen belül is a televíziózásban jelent meg, így írásunk első felében szükségszerűen ezzel kell foglalkoznunk, a HDR-nek PC-t, illetve PC monitorokat érintő vonatkozásaira a második felében térünk ki.

Mennyi az annyi?

A fentiekben hosszasan beszéltünk a standard és a nagy dinamikatartományról (elsődlegesen most a kijelzőkre gondolunk). Az előbbinél megemlítettük, hogy max. néhányezres, de inkább 1000:1-hez közeli értékeket sikerült elérni (kivétel: néhány házimozi-projektortípus). Vajon a „nagy dinamikatartomány” (amit HDR-rel rövidítünk) mennyire nagy legyen? Fontos kérdés, amelyet többféleképpen válaszolnak meg a szakemberek. Nos, a felső határnak valamiféleképpen igazodnia kell a látásunkhoz, és pont ez a probléma. Hitelt érdemlően ugyanis még senki sem határozta meg az emberi látórendszer egyidejű dinamikatartományát. Legfőképpen azért, mert ez nem egy „kőbevésett” szám, rengeteg körülménytől függ, amelyeknek összes kombinációját szimulálni kellene a meghatározásnál az abszolút maximum megállapításához. A vizsgálatok vagy azt hozzák ki, hogy adott körülmények között ez a szám nem kisebb egy bizonyos értéknél, vagy/és azt, hogy az a kívánatos, ha egy HDR rendszer dinamikája nagyobb, mint a szem – nem pontosan ismert – egyidejű kontrasztátfogása (a tesztalanyok ekkor ítélik „jobbnak” a képet). Nesze semmi, fogd meg jól? Nem egészen. Pszichofizikai vizsgálatokról beszélünk, ahol egy sor konkrét körülményt rögzíteni kellett, a valóságos nézési szituációkban viszont ezek szélsőségesen változhatnak.

Lényegében kétféle megközelítés van. Az egyik, hogy a HDR rendszer (beleértve a kijelzőt) dinamikatartománya legyen jócskán nagyobb, mint a látórendszerünkké (bár ennek pontos maximumát nem ismerjük, illetve sok konkrét körülménytől függ). Ez költséges megoldás, de egyfajta „konténerként” fogható fel, az egyre fejlettebb HDR rendszerek mind „beleférnek”. A másik megközelítés, hogy a HDR rendszer dinamikatartománya lehet szerényebb, ha a valós nézési szituációk többségében a látás egyidejű kontrasztátfogásának nagyságrendjébe esik (pl. 20 000:1, lásd később). Ez a rendszer legyen bármely gyártó számára díjmentesen elérhető, és a kijelzők, adathordozók, lejátszók, egyéb eszközök nagy csoportjában elsődlegesen használandó. (Előrebocsátjuk, hogy a PC monitoroknál egyelőre három HDR kategória van, és ezek közül csak a legfelső teljesíti a viszonylag szerényebb követelményeket.)

Az első HDR rendszer

Az első komolynak mondható HDR fejlesztések a Brightside Technologies nevű cégnél indultak, még a 2000-es évek elején. 2006-ban a cég kiállított egy LCD kijelzőt, amelynek háttérvilágítását az akkor uralkodó fénycsövek (CCFL) helyett ún. egyedileg modulálható LED-ek szolgáltatták (IMLED) – ez nem más, mint a mai Local Dimming (lokális fényerőszabályozás) egyfajta előképe. A bemutatott LCD panel maximális fénysűrűsége egyébként elérte a 4000 nitet.

Ez a megoldás a Dolby Laboratories-nak annyira megtetszett, hogy 2007-ben felvásárolta a Brightside-ot, a technológiát továbbfejlesztette, és a későbbiekben elnevezte Dolby Vision-nak. Azt, hogy mekkora legyen a HDR terjedelme, 2013-ban a nézői elégedettség alapján próbálták megállapítani egy Dual Modulation Research Display nevű kísérleti berendezés segítségével, amelynek dinamikatartománya 5 000 000:1 volt (0,004 – 20 000 cd/m2), a színtartománya pedig DCI-P3. Azt találták, hogy az átlagos néző számára kielégítő a 0,1 – 650 nit (a standardnál jóval nagyobb) dinamikatartomány, de a nézők 90%-a számára (akik között talán szakemberek is voltak?) a 0,005 – 3000 nit tartomány volt az igazán hatásos HDR. Bár a látás egyidejű dinamikatartományának maximumát sem akkor, sem később nem sikerült számszerűen pontosan meghatározni (lásd fentebb), a későbbi, mások által elvégzett vizsgálatok is azt igazolták, hogy dinamika szempontjából a kép minősítése (azaz a nézői elégedettség) komoly mértékben növekszik a csúcsfényerő növelésével. Ez úgy értendő, hogy bizonyos, nagyon világos képrészletek, tükröző vagy becsillanó felületek egy nagy csúcsfénysűrűséget használó HDR rendszernél a magasabb minőség érzete felé viszik a nézési élményt.

A Dolby Labratories kísérleti berendezése az elfogadható/szükséges/kívánatos dinamikatartomány megállapításához

Végül a Dolby Vision specifikációja (akkor) a csúcsfényerőt min. 4000 nitben határozta meg (még ma sincs 4000 nitnél nagyobb csúcsfényerejű stúdiómonitor), a fekete fénysűrűségét pedig max. 0,004 nitben (ez 1 000 000:1 dinamikát jelent), kiegészítve azzal, hogy ez a HDR rendszer meghagyta a masterelés lehetőségét 10 000 nitig, illetve 0,0001 nitig, amikor ez majd lehetséges lesz.

A mai HDR rendszerek közül ez volt az első, és egyúttal a legmagasabb követelményeket támasztó HDR megoldás. Szabadalmaztatott külön hardvert igényel (bár a Dolby elmozdulni látszik a csak szoftveres megoldás felé), és használatáért nem kevés licenszdíjat kell fizetni. Hangsúlyozzuk, hogy a Dolby Vision egy teljes HDR képátviteli rendszer (akárcsak az egyéb HDR megoldások), nemcsak a kijelzőkre vonatkozó szabvány.

A Dolby HDR-kutatásainak valószínűleg legfontosabb hozadéka a hagyományos gammát felváltó PQ (perceptual quantizer) EOTF függvény bevezetése, mivel ez hatásosan kompenzálni tudja a Weber-Fechner törvénytől való relatíve nagy eltérést a kis fénysűrűségek tartományában, így jobban igazodik az emberi érzékelés sajátosságaihoz. A PQ gradációs függvényt átvette a HDR10-es HDR rendszer is, amelyről később beszélünk.

A magas, talán túlzottan is magas követelmények miatt kicsi az esélye, hogy a konzumer szférában a Dolby Vision HDR rendszer elterjedjen (bár vannak a piacon Dolby Vision HDR TV-készülékek, a streaming szolgáltatóknál is elérhetők Dolby Vision HDR filmek, és elvétve van már 4K Blu-ray lemez is, amelyen a kötelező HDR10 mellett megtalálható a lemezen a Dolby Vision HDR változat is.). A mozikban viszont a Dolby Vision elterjedése nagyon is kívánatos lenne, de a mai mozis infrastruktúra (hagyományos projektorok) mellett ez egyelőre távoli célnak tűnik.

E kis kitérő után, amelynek megállapításaira még visszatérünk, nézzük meg közelebbről, hogy mi vezetett a HDR komoly előretöréséhez a televíziózás területén!

A 4K „következményei”

Miután a felbontás elérte a 4K-t (ide értve a némileg eltérő formátumokat, mint az UHD és a mozikban használt 4K), és esetleg lesz még egy lépés a 8K-ra, a szokásos képméretek és nézési távolságok esetén nincs különösebb értelme a további felbontásnövelésnek (kivéve speciális területeket, egyedi óriáskijelzőket vagy nagyon speciális monitorokat). A fejlesztők és egyéb szakmabeliek emellett hamar rájöttek arra, hogy a minőségi előrelépéshez már nemcsak több pixelre van szükség, hanem „jobb” pixelekre is. A HDR és a széles színtartomány (WCG = wide color gamut) pedig pontosan ezen szeretne segíteni. Azt viszont, hogy ez mekkora, valóban átütő képminőség-javulást fog-e hozni, minden bizonnyal a nézők fogják eldönteni (akiknek a véleményét persze valószínűleg nem hagyja érintetlenül a folyamatos, masszív és agresszív marketing).

Mivel látásunk természet adta „dinamikatartománya”, egyszerűbben szólva kontrasztátfogása lényegesen meghaladja az eddig általános standard vagy „kis” dinamikatartomány (SDR) határait – legyen az televízió, digitális film, vagy számítógéppel generált kép, játék, szimuláció –, senki nem vitatja, hogy a képátvitel és megjelenítés dinamikatartományának növelése hasznos és kívánatos. És abban sincs semmi kivetni való, hogy szeretnénk, ha a reprodukálható színek tartománya közelítene a szemünk által észlelhető színtartományhoz. (Bár nem lehet eléggé hangsúlyozni, hogy a széles színtér nem eleve tartozéka vagy feltétele a HDR-nek.)

A kérdések azonban sorakoznak: Eléggé érzik-e a nézők a különbséget a nagyobb dinamikatartomány és a szélesebb színtér bevezetésével? Mennyire hajlandók a különbség árát megfizetni? Mivel az emberi látórendszer éppen aktuális egyidejű dinamikatartománya sok mindentől függ, mekkora legyen egy HDR rendszer dinamikaterjedelme? stb.

A mozgókép minőségét alapvetően befolyásoló fő jellemzők. A felbontást (spatial resolution) és a színmélységet (quantization) lehetséges, de az esetek többségében szükségtelen tovább növelni. A ma uralkodó felfogás szerint viszont a színtartomány (color gamut) és a dinamikatartomány (kontraszt) tekintetében elmaradásban vagyunk/voltunk a lehetőségekhez képest. A képfrekvencia (temporal resolution) növelése – különösen filmes körökben – éles vita tárgya

A kitűzött feladat világos: vegyük fel a valóságot (a jelenetet) vagy készítsük el a teremtett valóságot (számítógépes játékok, szimuláció, animáció, grafika) a szem egyidejű kontrasztátfogásához közeli vagy nagyobb dinamikával (HDR), és a látás színterjedelmét a lehető legjobban megközelítő színtartománnyal. Továbbítsuk ezt a lehető legkisebb veszteséggel a kódolási, utómunkálati, szétosztási stb. fázisokon át egészen a kijelzőig, amely szintén képes legyen a bemenetére érkező kép(jel) minőséget maradéktalanul visszaadni.

De most kis időre térjünk vissza az látórendszer szerepéhez!

Tehát HDR, de mekkora?

Bármennyire is utolérhetetlenül tökéletes műve a természetnek az ember vizuális rendszere, a lehetőségei nem határtalanok. Gondoljunk csak arra, hogy a mozgókép is illúzióra épül, hiszen állóképek sorozatával „csapjuk be” a szemünket. Vagy arra, hogy szemünk átlagos felbontása kb. 1 ívperc, ami egyéként nagyon jó érték, de a receptorok sűrűsége „csak” ennyit tesz lehetővé stb.

Nem kell tehát csodálkoznunk, hogy a megfigyelt valóság dinamikáját, amely a végtelent közelíti (felülről a Nap vagy más nagyon erős fényforrás által megvilágított objektumok fénye korlátozza, alulról pedig elvileg semmi), a szemünk nem képes átfogni. Itt azonban nagyon határozottan meg kell különböztetnünk egymástól a látás egyidejű (szimultán, egy adott időpontban az adaptáció után fennálló) és nem egyidejű (szekvenciális) kontrasztátfogását.

Szemünk ugyanis gigantikus dinamikatartományt képes átfogni, ha a nagy fénysűrűségek (megvilágítások) és a kicsik nem egyidejűleg vagy a valóságnak nem ugyanabban a szeletében jelennek meg. A napkorongban nézni ugyan erősen ellenjavallt (1 milliárd nit fölötti fénysűrűség), de zavartalan napsütésben a nappali égbolt fénysűrűsége is elérheti a 100 millió nitet, amit szemünk „dinamikája” felső határának tekinthetünk. A csillagos égbolt fénysűrűsége kb. 0,0001 nit, de mi még ennél sokkal sötétebb környezetben is látunk valamit, úgy 0,000001 nitig, a szemünkben található rengeteg, pálcika nevű receptornak köszönhetően (ezek világosban érzéketlenek). A szem nem egyidejű (szekvenciális) kontrasztátfogása így megközelíti a 100 billió az egyhez arányt (ebben benne van a pupilla méretváltozása miatti kb. 16-szoros szorzó is). Ez valóban elképesztően nagy, tízes számrendszerben kifejezve tizennégy nagyságrend. Ámde a nagyon nagy és nagyon kis fénysűrűségeket a szemünk képtelen egyidejűleg észlelni, mert időre van szüksége az átálláshoz vagy adaptációhoz a világosról a sötétre (és fordítva), ami perceket vagy több tíz percet vehet igénybe.

Nagy hibát követnénk el, ha a képátvitel/megjelenítés dinamikájának kiterjesztésekor a szem maximális szekvenciális kontrasztátfogásából indulnánk ki, hiszen a valóság egy szeletét adott időpontban mindig egyszerre, egyidejűleg nézzük/látjuk. Más szóval, ha a szemünk képességeit akarjuk vizsgálni a dinamikatartomány tekintetében, akkor csakis az egyidejű kontrasztátfogásból indulhatunk ki a szem adaptált (steady-state) állapotában, ami a képátvitel szerencséjére sok nagyságrenddel kisebb a szekvenciális kontrasztátfogásnál. De vajon mekkora? Már utaltunk rá, hogy a mai napig nincs egyetértés ebben a tekintetben.

Ezt az ábrát a Dolby egyik összefoglalójából kölcsönöztük. A HDR lényegét nagyon érthetően és szemléletesen mutatja. Van azonban pár észrevételünk, amit nem hallgathatunk el. Nem derül ki egyértelműen, hogy a képátvitel szempontjából irreleváns az „Éjjeli látás – nappali látás” jelölésű tartomány, hiszen ez pont a szem NEM egyidejű kontrasztátfogását jelenti. A mellette lévő sáv („A szórakoztatás dinamikatartománya”) az igazán fontos számunkra, de ennek határai nincsenek megjelölve, érthető okokból (lásd később). Végül nem meggyőző a kérdőjeles kontraszttartomány Dolby által kitűzött nagysága (0,005 – 10.000 nit, azaz 2 000 000:1, ami kissé eltér a cikk elején megadott specifikációtól), mivel több szakértő szerint ez legalább egy, de inkább két nagyságrenddel nagyobb, mint a szem egyidejű átfogása. A Dolby Vision HDR rendszer azonban ezekkel az értékekkel számol  

Bár a különböző szakértők, eltérő körülmények, pl. maximális fénysűrűség mellett vizsgálva (de mindig a szem stabilan adaptálódott állapotában) más és más eredményre jutottak/jutnak, a szem egyidejű (szimultán, steady-state) kontrasztátfogása kb. 10.000:1 és 50.000:1 közé tehető (bár ennél kisebb és nagyobb számok is előfordulnak), amely azon túl, hogy egyénenként is változó (ezen átlagolással lehet segíteni), eltérő vizsgálati körülmények és környezeti feltételek mellett más és más lehet.

Úgy tűnik, hogy az evolúció során a néhányszor tízezres kontrasztátfogás elegendő volt ahhoz, hogy a sötétben rejtőzködő, vagy a világos háttérhez hasonlítani igyekvő ellenségeinket felismerjük. Amennyiben a technika fejlettsége megengedi, a kép felvétele, feldolgozása, továbbítása és megjelenítése során ezt a dinamikatartományt kell elérni vagy némileg meghaladni. Nos, a HDR célja éppen ez. A HDR legfrappánsabb megfogalmazása: „a világos dolgok legyenek valóban világosak, a sötétek valóban sötétek, és a részletek mindkét tartományban legyenek láthatóak”. Azaz nemcsak a dinamikatartomány nagysága számit, hanem az is, hogy mind a világos, mind a sötét régióban a lehető legtöbb árnyalat legyen látható, azaz ami a valóságban különbözik, az a megjelenítőn is különbözzön.

A látás egyidejű dinamikatartományára visszatérve, mutassuk be most egy rendkívül gondosan kivitelezett, igazán alaposan elvégzett vizsgálat eredményét! (Akit untat, ezt a szakaszt átugorhatja.)

Egy vizsgálat tanulságai  

Egy 2010-ben 24 tesztalannyal végzett vizsgálat (Kunkel-Reinhard, http://www.cs.bris.ac.uk/Publications/Papers/2001238.pdf ) egy 0,07-3548 cd/m2 = 50686:1 (log skálán 4,7) kalibrált kontrasztarányú kijelző panel felhasználásával (konkrétan a Dolby Seymour nevű, Full HD LCD paneljéről van szó), meghatározott mérési feltételek mellett azt tudta megállapítani, hogy a látás egyidejű dinamikája az adott, pontosan meghatározott mérési körülmények és az alkalmazott mérőábra stb. mellett 6000:1-nél nagyobb (10-es alapú log skálán 3,73), de hogy pontosan mennyivel, azt egy valós nézési szituációkban előforduló rengeteg eltérő körülmény miatt nem tudták általánosságban meghatározni.

Kunkel és Reinhard vizsgálatának eredménye. Az adott mérési körülmények mellett annyit sikerült megállapítani, hogy az emberi látórendszer dinamikája (egyidejű kontrasztátfogása) nagyobb 6000:1-nél. Az ábra közepe a valóság „dinamikáját” mutatja, a jobb oldalon egy standard dinamikatartományú kijelző kontrasztátfogása látható

A szerzők azzal kommentálják vizsgálatuk eredményét, hogy sok egyéb feltétel és körülmény fölfelé módosíthatja a 6000:1 arányt. Leginkább az inger időtartama, a környezeti fényviszonyok (azaz, hogy hová tolódik az adaptációs tartomány), és…láss csodát, magának a kijelzőnek a kontrasztátfogása, illetve maximális fénysűrűsége. Ez utóbbi állítás nekem azt mondja, hogy a Dolby által a fenti ábrán javasolt 2 000 000:1-es dinamikájú síkpanel 10 000 nit maximális fénysűrűsége képes visszahatni a látás szimultán kontraszttartományára, és megnövelni azt.

Ettől függetlenül az a sokak által támogatott javaslat talán elfogadható, hogy a kijelző szimultán dinamikatartománya inkább legyen nagyobb, mint a szemünké (bár a legtöbb jelenlegi kijelző ma még nem képes erre). Megint az a kérdés, hogy vajon mennyivel, és miért pont annyival? A kb. két nagyságrend a Dolby Vision esetében (100-as szorzó) túlzásnak tűnik. Sok konkrét tapasztalat alapján elég jó becslésnek tűnik, hogy a legtöbb valós szituációban a látásunk egyidejű dinamikatartománya 100 000:1-nél biztosan kisebb. Nagy rátartással megcélozhatunk ennél jóval nagyobb arányt is (mint azt a Dolby Vision HDR rendszer teszi), de megelégedhetünk „reálisabb”, pl. 20 000:1 értékkel is (mint a ma legelterjedtebbnek mondható HDR10 esetében). A különféle HDR formátumokról később fogunk beszélni.

Milyen legyen a „HDR gamma”?

A hagyományos gamma fogalmát a bevezetőben már röviden megmagyaráztuk. A standard dinamikatartományban ez elég jól „működik”, függetlenül attól, hogy a kijelző maximális fénysűrűsége pl. 100, 200 vagy akár 300 nit, vagy a feketeszint néhány tizednyivel nagyobb vagy kisebb. Magyarán, az 1-es relatív fénysűrűséghez a gamma ábráján nincs fix abszolút fénysűrűség hozzárendelve. Ez részben előny, mert relatíve széles határok között a helyes gradációt nyújtja, amennyiben a feketeszintet és a fehérszintet a kezelőszervekkel beállítjuk. Semmi nem garantálja azonban, hogy az otthoni képernyőnkön a stúdió referenciamonitorán beállított (tehát a készítői által jónak ítélt) kép fog megjelenni. Ám az eltérés az egyébként szűk dinamika miatt nem lesz túl nagy.

Fontos leszögezni, hogy a viszonylag szűk dinamikatartományban a gammakorrekciós görbe (a gammagörbe inverze) jól megközelíti a mérhető fénysűrűség és a világosságérzet közötti összefüggést, vagyis hogy ugyanakkora fénysűrűség-változásokhoz jóval nagyobb különbségek tartoznak a világosságérzetben a feketéhez közeli tartományban, mint a közép- és fehértartományban. Ilyen értelemben a felvételi oldalon alkalmazott gammakorrekció közel „érzet szerinti” nemlineáris kvantálással történik, azaz elvében a „PQ-szerű”. Ha nem így lenne, azaz lineáris lenne a kvantálás, és a kijelző gammája is 1-hez közeli lenne, akkor legalább 11-12 bit kellene a sávosodás (poszterizáció) elkerüléséhez. Így azonban 8 bit is (majdnem) elegendő.

A HDR esetében azonban más a helyzet, éspedig azért, mert a nagy dinamikatartományhoz a hagyományos gamma már „nem passzol”, nem az optimális „érzet szerinti” gradációt nyújtja. Az új „gammának” (természetesen itt most a már emlegetett PQ EOTF-ről van szó) a felvételi oldalon egy sokkal radikálisabb korrekció felel meg (OETF, azaz optikai-elektromos átviteli függvény, az EOTF inverze). 10-bites, vagy a Dolby Vision esetében inkább 12-bites nemlineáris kvantálással így kapható optimális, az érzékelésünknek jobban megfelelő gradáció a sötét, illetve a teljes tartományban.

Ez teljes mértékben elfogadható, mivel tudott dolog, hogy az inger és az érzet közötti kapcsolatot meghatározó Weber-Fechner törvény a standard dinamikatartományban nagyon jól működik, viszont a „túl kicsi” fényingerek esetében (és a HDR-nél ez a helyzet, hiszen pl. a Dolby Visionnál 0,005 nit az alsó határ) nem képes helyesen leírni az inger-érzet kapcsolatot. Ami a dolog lényege: adott bitmélység mellett a sötét tónusok sávosodását csak úgy lehet elkerülni, ha az alsó világosság-tartományban a képjelet nagyon kis lépésekben kvantálják (azaz sok kódra van szükség), míg a felső világosság-tartományban egyre nagyobb ugrások megengedhetők (azaz kevés kód elegendő).

A HDR esetében a lineáris kvantálástól sokkal jobban el kell térni, mint az SDR-nél (habár a hagyományos gamma, illetve gammakorrekció is erősen nemlineáris). Így alkotta meg a Dolby a már sokszor emlegetett PQ EOTF görbét és inverzét, a PQ OETF görbét, amely a kvantálási szinteket meghatározza.

Ehhez egyrészt – mint említettük – 10 vagy 12 bit szükséges (hogy kellő számú kódunk legyen), másrészt abszolút fénysűrűség-értékeket kell hozzárendelni mind a csúcsfehérhez, mind a feketéhez, mert így egy-egy kódhoz meghatározott, és mindig ugyanakkora fénysűrűség tartozik (nem úgy, mint a hagyományos gammánál). Ez lehetővé teszi, hogy az otthoni készülékünk pontosan azt adja vissza, amit a referenciamonitoron a stúdióban elkészítettek.

Az immár abszolút (lineáris) skálaértékekkel ellátott PQ EOFT függvényt az alábbi ábrán mutatjuk meg:

A Dolby által javasolt PQ EOTF függvény. A vízszintes tengelyen ezúttal a 10-bites “limited range” kódértékek szerepelnek 64-től 940-ig (12-bites kódolásnál négyszer ennyi kód van (256-tól 3760-ig), a függőleges tengelyen pedig az abszolút fénysűrűségértékek 0,005 nittől 10 000 nitig. Bár az ábráról pontosan nem olvasható le, a kódértékek több mint felét a rendszer a 100 nit alatti (azaz a 10 000 nit századrészének megfelelő) sötétebb tartomány kódolására használja, kb. negyedét a 100 és 1000 nit közötti sávra, a maradék negyedet pedig az 1000 és 10000 nit közötti sávra, mivel 1000 nit fölött csak kb. 20 nites vagy nagyobb ugrások, pl. 8000 nit fölött pedig 160 nites vagy nagyobb ugrások válnának láthatóvá. A Dolby egyébként a 10 000 nit maximális fénysűrűségű kijelző esetében (ami persze még nincs az üzletekben, sőt a stúdiókban sem) inkább a 12-bites színenkénti kvantálást javasolja

A PQ EOTF függvény erős nemlinearitásának számszerű érzékeltetésére mutatjuk be a következő ábránkat, amely az egyik kalibrációs szoftverből származik:

A jel százalékos értékeihez hozzárendelt számértékek azt mutatják meg, hogy a HDR10-es HDR formátum (amely a kijelző oldalán szintén a PQ EOTF függvényt használja) esetében hogyan változik a PQ EOTF görbe meredeksége. Leegyszerűsítve a dolgot, úgy is mondhatjuk, hogy ez egy olyan „hatványfüggvény”, ahol a “kitevő” az 5%-hoz tartozó 4,01-ről folyamatosan növekszik a 90%-hoz tartozó 8,92-ig  

Megjegyezzük, hogy léteznek a PQ görbétől eltérő „gammát” használó HDR formátumok is, amelyek közül a legjelentősebb a televíziós műsorkészítésben és műsorszórásban bevezetés alatt álló HLG (Hybrid-Log Gamma) HDR rendszer (BBC-NHK fejlesztés). Ennek óriási előnye a saját alkalmazási területén, hogy a 100 nit alatti tartományban megtartja a hagyományos gammát, így kompatibilis az SDR rendszerrel, illetve kijelzőkkel, azaz pl. meglévő nem-HDR TV-készülékekkel. 100 nit fölött pedig a HDR képhez alkalmas logaritmikus gradációs görbét használ – persze a kijelzőnek „ismernie” kell a HLG gammát a HDR megjelenítéshez. További előnye, hogy nem kell a HDR rendszer értelmezéséhez metaadatokat továbbítani, ellentétben pl. a HDR10 (statikus metaadatokat továbbító) vagy a Dolby Vision (dinamikus metaadatokat továbbító) HDR rendszerekkel szemben. A statikus metaadatok egy adott műsor, film stb. esetében minden képkocka esetében ugyanazok, míg a dinamikus metaadatok kockáról kockára változhatnak, kockánként vezérelve így a kép reprodukálását a képernyőn. A metaadatok közlik a kijelzővel az adott HDR rendszer és az adott képfolyam jellemzőit.

Az alábbiakban bemutatunk egy példát a statikus metaadatokra:

HDR10 rendszerű tesztábrákhoz (Masciola) tartozó statikus metaadatok egy része

A színtartomány reformja

A dinamikatartomány kiterjesztése nem feltétlenül kell, hogy együtt járjon a színtér megváltoztatásával. Elvileg elképzelhető lett volna, hogy az UHD nagy dinamikatartományt kíván, de érintetlenül hagyja a Rec.709-es színteret. Azonban nem ez történt, hiszen a tárgyalt minőségi paraméterek (4K, 10 vagy 12 bit színmélység és a HDR) egy csaknem harminc éves, változtatásra érett színtérrel alkotott volna egy felemás rendszert. A józan ész azt diktálta, hogy – noha a kijelzők itt is a „gyenge láncszem” szerepébe kényszerültek – az új színtér lefedje a Michael R. Pointer által több mint 4000 tárgy felületi színének (spektrumának) kimérésével meghatározott ún. Pointer-gamutot.

Bal oldalon: a Rec.709/sRGB színtartomány (fehér háromszög) messze nem fedi le a Pointer-gamutot (feketével jelölt szabálytalan tartomány. Jobb oldalon: a javasolt új színtér (Rec.2020) viszont 99,9%-ban lefedi a Pointer-gamutot. Az új színtér alapszínei spektrálisan tiszta monokromatikus színek a következő hullámhosszakkal: R = 630 nm, G = 532 nm, B = 467 nm

A színtér növelésekor szóba jöhetett volna a digitális mozivetítésnél használt DCI-P3 színtér is, de a körülmények alapos mérlegelésével (itt is „jövőbiztos” megoldásokat kerestek) a Rec.2020 mellett döntöttek. (A DCI-P3 színtartomány egyébként nem fedi le a Pointer-gamutot.)

A HDR bevezetése alkalmat adott a színtér kiterjesztésére a Rec.709/sRGB-ről Rec.2020-ra

Az új színtér nemcsak a színkoordináták változását jelenti a színdiagramon, hanem a színek harmadik dimenziójának rapid növekedésével is együtt jár, köszönhetően a dinamikatartomány (és így a maximális luminancia) ismertetett hatalmas növekedésének, ami a HDR rendszerek elsődleges célja. Ehhez kapcsolódóan manapság szokás beszélni a háromdimenziós színtér térfogatáról (color volume). Ezt szemlélteti a következő ábránk:

A Rec.709 (más néven BT.709) és a Rec.2020 (BT.2020) háromdimenziós ábrázolása, amelyen jól érzékeltethető a „színtérfogat” hatalmas növekedése

Ami a mai megjelenítők színtartományát illeti, az RGB lézereket használó nagymozis lézerprojektorokat kivéve (amelyekből alig néhány működik még szerte a világon), egyetlen kijelzőnek sincs a Rec.2020-nak teljesen megfelelő színtartománya. Némelyik Quantum Dot vagy OLED kijelző alapszínei megközelítik, de nem érik el a Rec.2020 alapszíneket. Ezért a HDR szabványok ezt nem is követelik meg sem a jelenlegi síkpanelektől, sem a projektoroktól. A HDR műsorok, filmek utómunkálatainál használt master monitorok esetében az elvárás a 100%-os DCI-P3 színtartomány. Az otthoni kijelzők esetében az elvárt színtartomány a 90%-os DCI-P3.

A DCI-P3 színtartomány a terjedelmét tekintve kb. „félúton” van a Rec.709 és a Rec.2020 között. Sajnos egyelőre a legtöbb – egyébként “HDR-kompatibilis” – mai kijelző csak ehhez közeli színtartományt képes produkálni

Bár nem a színtér témaköréhez tartozik, meg kell jegyeznünk, hogy a legtöbb mai kijelző a HDR szabványok dinamika-követelményeit nem vagy csak közelítőleg tudja kielégíteni. Ennek oka az 1000 nit fölötti vagy (a Dolby Vision esetében) a 4000, illetve 10 000 nit csúcs-fénysűrűség előállítása, és ezzel egyidejűleg a megfelelő feketeszint produkálása. Bár 1000 nites vagy efölötti LCD panelek már a fogyasztói piacon is hozzáférhetőek (elsősorban TV-készülékek, de van már ilyen monitor is), a projektorok esetében, az elfogadható képméreteknél legfeljebb 100-200 nit érhető el. A hagyományos vetítéstechnika és a HDR egyelőre nincsenek túl baráti viszonyban egymással, illetve a HDR-től elvárt kép messze nem állítható elő projektorokkal. Az LCD kijelzőknél pedig az a probléma, hogy helyi fényerőszabályozás (local dimming) nélkül a kontraszt még a VA paneleknél is csak néhányezer az egyhez, a többi panelfajtánál pedig még kisebb. Az OLED készülékek képesek a nagy dinamika reprodukálására, de a maximális fénysűrűség problematikus, 5-600 nit körüli. Emiatt az OLED panelek esetében pl. a HDR10 szabvány kivételt tesz, és csupán 540 nit alsó határt ír elő a maximális fénysűrűségre. Igaz, a fekete fénysűrűségének viszont 0,0005 nit alatt kell lennie. (Ez további súlyos kérdéseket vet fel, de ezzel majd egy másik írásban foglalkozunk.)

HDR rendszerek, szabványok, minősítés

Olvasóinknak biztosan feltűnt, hogy az asztali PC monitorok (oldalunk meghatározó témaköre) és a HDR kapcsolódásáról még nem beszéltünk, de kis ideig még mindig maradjunk az AV területén. Ezt az indokolja, hogy a HDR évekkel előbb kezdett behatolni a televíziózásba és a konzerv 4K filmekbe, továbbá a 4K streaming szolgáltatásokba (amelyek TV-n is nézhetők), mint az informatika világába. Külön témánk lesz, hogy a VESA hogyan próbálja kordában tartani a PC világában meghonosodó HDR-t. De ismétlem, egyelőre maradunk az AV-nál!

Jelenleg négy rendszer játszik a HDR színpadon: a Dolby Vision, a HDR-10 (és a módosított HDR10+), a HLG HDR (BBC-NHK) és az ún. Advanced HDR (Technicolor-Philips). Mindegyiknek vannak előnyei és hátrányai.

A Dolby Vision a legjobb minőségű rendszer, opcionálisan kompatibilissé tehető a HDR10 és az SDR kijelzőkkel, a dinamikus metaadatok gondoskodnak a képkockánkénti korrekt megjelenítésről. Ellenben kevés a tartalom (bár valamelyest gyarapodik), a hozzá tartozó hardver nagyon drága, és a rendszerért licenszdíjat kell fizetni. Tömeges elterjedése nem várható, hacsak nem a mozikban. Ehhez azonban a mai vetítési infrastruktúra nem megfelelő.

A HDR10 a legelterjedtebb HDR rendszer, reálisnak mondható 0,05 – 1000 nit dinamikával, azaz 20 000:1-es egyidejű kontrasztaránnyal. A színtér a Rec.2020-as, de a kijelzőktől csak a DCI-P3 90%-át „várja el”. A 4K Blu-ray lemezeken ez az elsődleges (kötelező) HDR formátum, a 4K streaming is használja, és az EOTF karakterisztika ugyanaz a PQ, mint a Dolby Vision-nál. Hátránya, hogy statikus metaadatokat használ, de ezt kiküszöböli a javított HDR10+ változat, amennyiben elterjed (Samsung és Panasonic kezdeményezés). Az SDR kijelzőkkel sajnos nem kompatibilis. A legtöbb tartalom azonban HDR10-ben készül, és a HDR megjelenítők többsége ezt a formátumot biztosan felismeri.

A HDR10-hez tartozó dinamikatartomány, összehasonlítva egy tipikus SDR-rel

A HLG HDR rendszer a televíziós műsorszórás, különösen az élő közvetítések számára (lenne) a legmegfelelőbb választás. Nagy előnye, hogy nincs szükség metaadatokra, és kompatibilis az SDR kijelzőkkel. Gradációs függvénye a hybrid-log gamma. Tartalom viszont még nem sok van, és elterjedése jórészt a műsorszórásban várható. Manapság már sok kijelző támogatja ezt a formátumot, de a nem-HLG HDR kijelzőkkel a rendszer nem kompatibilis (bár egy firmware frissítéssel ezt meg lehet oldani, ha a gyártó erre hajlandó).

Az Advanced HDR-nek három alváltozata is van, de egyelőre  csak az első van teljesen kidolgozva (SL-HDR1). Lényegében egy SDR réteg kerül továbbításra, amelyben a HDR adatok el vannak „rejtve”. Az SDR kijelzők az SDR tartalmat, a HDR kijelzők pedig a HDR tartalmat jelenítik meg. A HDR képminőség azonban nem a legacélosabb. A második változat HDR10 alapú, de dinamikus metaadatokkal dolgozik. Az SDR kijelzők nem tudnak vele mit kezdeni, de streamingre vagy 4K Blu-ray lemez plusz rétegeként használható. A harmadik változat HLG alapú, és szintén metaadatokat használ, azonban mivel maga a HLG HDR is fejlesztés alatt áll, a jövője kétséges.

Mindent összevetve jelenleg a HDR10-nek áll a zászló (kivéve a hagyományos műsorszórás területét), mert ehhez kötődik a legtöbb tartalom, és ezt tudja fogadni a legtöbb HDR kijelző. Előre elárulhatjuk, hogy a PC HDR-képes videokártyák és monitorok is szinte biztosan a HDR10-est vagy kissé módosított változatát fogják használni, legalábbis, ami a dinamikatartományt, és a csúcsfehér és fekete fénysűrűségét illeti, és természetesen a PQ gradációs függvényt.

Az első HDR próbálkozásokat kísérő kissé zavaros időszakban sok volt a félreértés és félreértelmezés, ezért a szabványalkotó szervezeteknek döntéseket kellett hozniuk mind a tartalomgyártás, mind a továbbítás, mind a megjelenítés területén. Pl. az SMPTE szabványosította a Dolby által javasolt PQ EOTF függvényt (ST2084), meghatározta a statikus metaadatokat (ST2086) és a dinamikus metaadatokat (ST2094) stb. Az ITU az UHDTTV rendszer egyéb paraméterei mellett előírta a BT.2020 (Rec.2020) színtér jellemzőit. A CTA (Consumer Technology Association) definiálta azokat a minimális elvárásokat, amelyeket a HDR-kompatibilis televíziókkal, monitorokkal és projektorokkal szemben kell támasztani. A Blu-ray Disc Association közzétette az új UHD Blu-ray Disc specifikációt, és alap-layerként a HDR10-est tette kötelezővé, opcionálisan pedig a Dolby Vision layer használható.

Alakult egy új szervezet is, az UHD Alliance (tagjai a fő produkciós stúdiók, a tartalom- disztributorok és kijelzőgyártók), amely szabályozta a HDR eszközök, tartalom és szolgáltatások minősítését is az „Ultra HD Premium” minősítés és logó bevezetésével.

Ennek használatához a tartalomkészítés, a disztribúció és a megjelenítés területén egy sor minimális követelményt kell kielégítenie pl. a felbontást, a színmélységet, a színteret, a master kijelzőt, az átviteli függvényt és a konzumer kijelzőt illetően. Ezeket most nem soroljuk fel tételesen, de akit érdekel, a specifikáció részleteit megtalálja pl. a következő webhelyen:

https://hometheaterreview.com/uhd-alliance-releases-official-ultra-hd-premium-spec/

Az Ultra HD Premium minősítés lényegében lefedi a HDR10 rendszer specifikációját.

Most pedig végre rátérünk a PC monitorok és a HDR formálódóban lévő, ellentmondásokkal terhelt kapcsolatára, és értelemszerűen a monitorokat meghajtó grafikus kártyák és a HDR viszonyára.

A PC monitorok és a HDR

Tegyük fel először azt a meghatározó kérdést, hogy egy PC-ről lejátszva milyen tartalomfajták esetében merül fel a leginkább a HDR igénye? Első felindulásunkban azt mondhatnánk, hogy mindegyiknél, amely a PC-ről a monitorra küldhető. Ez igaz is, ha valaki 4K HDR TV-műsorokat, 4K HDR Blu-ray tartalmat, szórakoztató 4K HDR streaminget stb. PC-ről szeretne nézni. Azonban manapság ez nem tipikus, mivel erre a célra a mai – általában többféle HDR formátumot megjeleníteni tudó – UHD HDR televíziók sokkal egyszerűbben használhatók. (Pl. az LG legújabb OLED TV-i minden létező AV HDR formátumot kezelnek (kivéve a konkurens Samsung HDR10+ rendszerét). Ahol mostanság a HDR igazán fontos lehet egy PC monitor számára, az elsődlegesen a játékok területe, vagy a felső kategóriában esetleg HDR digitális filmek és videók szerkesztése, netán speciális, nagy dinamikatartományt igénylő tervezési feladatok elvégzése. És persze előfordulhat, hogy valaki PC monitoron szeretne 4K HDR filmet/videót nézni.

Tudomásul kell venni, hogy a PC monitorok esetében a HDR lehetősége/szükségessége legalább két évvel később került előtérbe (kb. 2017 elején), és a helyzet hasonló volt ahhoz, mint az AV szektorban korábban – azaz eléggé kaotikus. A tavalyi évben piacra (vagy inkább a bejelentés fázisába) került több olyan monitor, amely enyhén szólva nem pontosan definiált HDR-kompatibilitást ígért különféle elnevezések és címkék formájában, mint pl. „HDR-support”, „HDR for PC”, „HDR-capable”, „HDR-compatible” stb.

 

Egy PC monitor logo, amelyet nehéz értelmezni, hiszen nem ismerjük a hozzá kapcsolódó paramétereket

Ugyanúgy, ahogy az AV szektorban az UHD Alliance-nak fel kellett lépni a határozott kritériumok megállapítása és a minősítés területén, a PC-világban is lépnie kellett a VESA-nak (Video Electronics Standards Association), hogy lefektesse a monitorok HDR-specifikációját a tesztelési metódussal együtt, és meghatározza minősítési kategóriákat. Ezt a VESA tavaly novemberében kezdte el, és a tesztelési módszerek előírásával idén tavasszal folytatta.

A VESA a PC monitorokat a HDR-képességek szempontjából (egyelőre) három kategóriába sorolja, és meghatározza a megfelelő – a monitorokon vagy ismertetőikben feltüntethető – logókat is. Erről egy külön rövid írás olvasható az oldalunkon „Lépett a VESA: DisplayHDR szabványok asztali HDR monitorokhoz” címmel.

A PC monitoroktól elvárt HDR maximum a HDR10-hez sok ponton kapcsolódó DisplayHDR 1000. Az ennek elvárásait teljesítő monitorok viselhetik az alábbi logót:

A VESA részletesen meghatározta a három kategóriának megfelelő fehér fénysűrűségi, feketeszinttel kapcsolatos, és a színmélységet érintő kritériumokat. Itt megtekinthető ezekről egy összefoglaló:

https://displayhdr.org/performance-criteria/,

továbbá DisplayHDR CTS (Compliance Test Specification) néven, regisztráció után letölthető a teszteléshez előírt részletes dokumentum, elsődlegesen a gyártók számára. A tesztelő alkalmazás a Microsoft Store-ban elérhető.

A DisplayHDR 1000 mellett a másik két kategória a megengedőbb DisplayHDR 600 és DisplayHDR 400. A számok a csúcsfehér minimális fénysűrűségét jelölik: pl. a DisplayHDR 1000 esetében az 1000 nitet a képernyő közepén lévő, 10%-nyi területű felületen, vagy felvillanó minta esetén a teljes képernyőn kell produkálnia a monitornak. A tartósan a teljes képernyőre adott fehér esetében a követelmény 600 nit. A feketeszint maximuma 0,05 nit lehet a sarkokban. Látható, hogy az egyidejű (pillanatnyi) kontrasztátfogás ekkor pontosan megfelel a HDR10 által előírtnak, azaz 20 000:1. Ekkora dinamika az LCD monitoroknál kizárólag local dimming használatával érhető el. A komolyan vehető local dimming esetében jelenleg tipikusan 384 zónára osztják az LCD képernyőt, pontosabban a full array háttérvilágítást. Távolról sem tökéletes megoldás, de a kontrasztarány javítására alkalmas.

A képernyőnek megfelelő teljes felületen egyenletesen elosztott ún. full array LED háttérvilágítás szemléltetése. Ez a fajta háttérvilágítás lehetővé teszi a viszonylag nagy számú, külön szabályozható zóna létrehozását (local dimming)

Az alacsonyabb kategóriák nem érik el a HDR10 szintjét, a kontrasztarány kisebb lesz, de tipikusan így is nagyobb, mint a nem-HDR monitoroké (bár a 400-as kategóriánál nemigen haladja meg az 1000:1-et). Sokak szerint a 400-as kategória „fából vaskarika”, mivel sok esetben nem haladja meg a mai nem-HDR monitorok minőségét.

A színtartományt tekintve (maradva a DisplayHDR 1000-nél) az előírás a 99%-os sRGB/Rec.709, illetve a 90%-os DCI-P3 lefedettség. Ez is megegyezik a HDR10 követelményeivel. Az előírt képfeldolgozás színenként 10-bites, a pixel-meghajtás színenként 8-bites (ez a két alacsonyabb kategóriára is vonatkozik).

Van egy paraméter, amely csak a HDR PC monitoroknál vizsgálandó, éspedig az ún. „rise time”. Ez tulajdonképpen a local dimming „késleltetése”, és semmi köze az LCD pixelek válaszidejéhez. A talán „feléledési időnek” fordítható jellemző a lokális fényerőszabályozás sebességét minősíti, és egyik kategóriában sem lehet nagyobb, mint 8 képkocka. Ez első hallásra soknak tűnik, de pl. 144 Hz-es frissítés mellett kb. 55 ms-ra adódik.

Még egy fontos megjegyzés: a korábban említett, a HDR10-nél használt PQ függvénytől eltérő „gammát” alkalmazó HLG HDR nem része a VESA specifikációnak, de ez nem jelenti azt, hogy a PC „nem támogatja” a HLG-t. Vannak weboldalak, ahol megtalálhatók HLG HDR formátumú anyagok, és ezek lejátszhatók a PC-n. Csupán annyi történik, hogy a GPU-ról a kijelzőre küldött videojel nem a HLG „gammával”, hanem a PQ EOTF-nek megfelelően lesz megjelenítve.

Végül felsoroljuk az e sorok írásának idején elérhető VESA-minősítésű HDR monitorokat mindhárom kategóriában:

DisplayHDR 400:

AOC AGON AG322QC4, ASUS ProArt PA24AC, BenQ EX3203R, Dell S2719DM, LG Electronics 32GK850F, Philips Brilliance 328P6AUBREB, Philips Momentum 328M6FJRMB, Philips Momentum 436M6VBRAB

DisplayHDR 600:

HP Pavilion Gaming 32 HDR Display, Philips Brilliance 328P6VUBREB, Samsung CHG70, Samsung CHG90

DisplayHDR 1000:

Acer Predator X27, ASUS ROG Swift PG27UQ, Philips Momentum 436M6VBPAB

A monitorgyártók erős versenye miatt feltehetően a lista gyors bővülése várható, de leginkább a DisplayHDR 1000-es kategóriában lenne kívánatos a gyártók nagyobb aktivitása, ha PC monitorok világában is meg akarják honosítani a legszélesebb körben használt HDR10-es rendszert.

A grafikus kártyák és a HDR

Mindkét kártyagyártó óriás technológiája olyan fejlett, hogy az újabb kártyasorozatok „élből” alkalmasak a HDR kezelésére. Az Nvidia HDR rendszere a G-Sync HDR, amely a HDR10 teljes támogatását vette célba, és ezt a jelek szerint sikerre is viszi. Már a 900-as sorozata is támogatja a HDR-t, de csak a HDMI 2.0-ás porton, mert a DisplayPortjuk 1.2-es, ami nem tudja továbbítani a megfelelő adatmennyiséget. Az 1000-es sorozat kártyái viszont a DisplayPort 1.4-es verziójával is fel vannak szerelve, így nemcsak a HDMI, hanem a DP interfészen keresztül is alkalmasak a HDR jel monitorra küldésére. Az összefoglaló táblázat a HDR-kompatibilis Nvidia kártyákról:

HDMI 2.0 HDMI 2.0 and DisplayPort 1.4
Nvidia GeForce GTX 950 Nvidia GeForce GTX 1050
Nvidia GeForce GTX 960 Nvidia GeForce GTX 1050 Ti
Nvidia GeForce GTX 970 Nvidia GeForce GTX 1060
Nvidia GeForce GTX 980 Nvidia GeForce GTX 1070
Nvidia GeForce GTX 980 Ti Nvidia GeForce GTX 1070 Ti
Nvidia GeForce GTX Titan X Nvidia GeForce GTX 1080
Nvidia GeForce GTX 1080 Ti
Nvidia Titan X
Nvidia Titan X

Az AMD HDR megoldása a FreeSync 2, amely szintén összeköti a dinamikus szinkron lehetőségét a HDR-rel. A FreeSync 2-ről kevesebbet tudunk, mint a G-Sync HDR-ról. Az AMD HDR-kompatibilis kártyáit a RX és az RX VEGA sorozatban találjuk, bár az AMD állítása szerint minden FreeSync kártyája tudja a HDR-t, pl. az R9 300-as sorozatának több kártyája is. Ez esetben azonban biztos, hogy a HDR10-nek nem felelnek meg, hiszen mind a HDMI, mind a DisplayPort kimenetük alkalmatlan erre:

HDMI 1.4b / DisplayPort 1.2 HDMI 2.0 and DisplayPort 1.4
AMD Radeon R9 380 AMD Radeon RX 460
AMD Radeon R9 380X AMD Radeon RX 470
AMD Radeon R9 390 AMD Radeon RX 480
AMD Radeon R9 390X AMD Radeon RX 550
AMD Radeon RX 560
AMD Radeon RX 570
AMD Radeon RX 580
AMD Radeon RX Vega 56
AMD Radeon RX Vega 64

Mindenesetre annyit leszögezhetünk, hogy egy Windows 10-et futtató izmos PC-t fel tudunk szerelni a HDR-hez (HDR10-hez) tökéletesen megfelelő kártyával mind az Nvidia (GTX 1000-es sorozat és Titan X), mind az AMD választékából (RX 400-as, 500-as és Vega sorozat). Ezek után nézzük, mi a helyzet a játékprogramok területén!

A PC-játékok és a HDR

A játékprogramozók mondják, hogy a meglévő korszerű SDR játékok viszonylag kevés munkával (?) továbbfejleszthetők HDR játékokká, de legalábbis nem megoldhatatlan feladat az átalakításuk. Ezt bizonyítja a HDR játékok szaporodása is. Egy jó hosszú listát tudunk közölni, amely tartalmazza a közelmúltban (egy-másfél éve) megjelent HDR játékokat, és a még nem kihozott, de a közeli jövőben piacra kerülő játékokat is:

Ez a táblázat tartalmazza a jelenben és a közeljövőben elérhető HDR PC-játékok nevét, a fejlesztő és a kiadó nevét, továbbá az első megjelenés időpontját. Látható, hogy nincs minden időpont megadva, és vannak 2018 végi időpontok is némelyik játék esetében. A táblázat valószínűleg nem teljes

Visszatérve a PC monitorokra, a gyártók feltehetően alkalmazkodni fognak a gamerek igényeihez a HDR-rel kapcsolatban. Pillanatnyilag a következő minimális követelményeket lehet megfogalmazni: legyen nagy csúcsfénysűrűségük, lehetőleg 1000 cd/m2, de legalább 600 cd/m2, a színtartományuk legalább 90%-ban fedje le a DCI-P3 tartományt, és a panel legyen 10-bites (vagy legalább valódi 8-bit + FRC dithering).

***

Kissé talán hosszúra nyúlt HDR ismertetőnkben megpróbáltuk az előzményeket, az okokat és a lehetőségeket feltárni, továbbá érzékeltetni a különbségeket a HDR megvalósításában az eltérő kijelzőfajták esetében. Mivel éppen a kis dinamikatartományról a nagy dinamikatartományra való áttérés folyamatában vagyunk, még időre van szükség, hogy minden részlet világossá váljon, és a technológia minden tekintetben felnőjön a feladathoz. Mivel a kijelzőknek nagyon sokféle rendeltetése lehet, az sem biztos, hogy minden kijelzőnek HDR-képesnek kell lennie. A trendek azonban gyakran önálló életet élnek, és a fejlesztést olyan irányba viszik, amely nem feltétlenül a fogyasztók igényeit tartja szem előtt. Az biztos, hogy önmagában a HDR jó dolog, mert a valóság (vagy teremtett valóság) pontosabb reprodukálását hozza magával. Az más kérdés, hogy az üzleti érdekek mennyire túlozzák (vagy nem túlozzák) el a szükségességét és a jelentőségét.

colorlove

Legyen Ön az első hozzászóló

Várjuk hozzászólását!

Az Ön email címe nem kerül nyilvánosságra.


*


Ez a weboldal az Akismet szolgáltatását használja a spam kiszűrésére. Tudjunk meg többet arról, hogyan dolgozzák fel a hozzászólásunk adatait..