„Mozis” DCI-P3 színtartomány a PC-monitorokon

Egyre több PC-monitoron találkozunk a DCI-P3 nevű színtérrel. Vagy úgy, hogy a mozgókép szerkesztésére (is) szánt készülékek menüjében bukkanunk rá a szokásos Rec.709-es (HDTV színtér) opció mellett, vagy pedig a monitor natív színtere nagyjából fedi a DCI-P3-at, és kalibráció/profilírozás után a gyakorlatilag pontosan beállított DCI-P3 színtérben dolgozhatunk. De mi is ez a korábban csak a digitális mozi világában ismert színtér, és miért került ennyire előtérbe?

A PC-monitorokkal kapcsolatban évtizedek óta két megszokott referencia-színtérről beszélhetünk: az sRGB-ről és a jóval nagyobb Adobe RGB-ről. Az előbbi a monitorok többségének színtere, amelyet lényegében az AV-szférából (nagyfelbontású digitális televízió, Rec.709-es szabvány) emelt át az IT szektor a számítástechnika világába még 1995 körül, kisebb módosításokkal. Az utóbbit pedig a fotósok, a nyomdai előkészítők (prepress), továbbá olykor a grafikusok, tervezők használják (amikor olyan színekre van szükségük, amelyek kívül esnek az sRGB színtartományán). Az Adobe RGB vörös és kék alapszínpontja egybeesik az sRGB vörös és kék alapszíneivel, különbség csak a zöld pozíciójában van,  de az viszonylag nagy. Az Adobe RGB tartomány a zöld-cián-kék színárnyalatokból jóval többet tartalmaz, mint az sRGB.

Az sRGB és az Adobe RGB közötti különbséget a színdiagramon (horseshoe, színpatkó) szokás szemléltetni. Ebből is többféle van, de most maradjunk a „klasszikus” CIE 1931-es diagramnál:

Az sRGB és az Adobe RGB színkészlet a színdiagramon, a teljes valós színtartományon belül

A DCI-P3 eredete

A ’90-es évek vége felé viharos gyorsasággal elkezdődött az átállás a hagyományos celluloid filmről a digitális filmre, bár a változás korábban, a még filmszalagra forgatott és előhívott negatív kép feldolgozási munkálataiba robbant be (első lépés: a filmkockák digitalizálása). Csakhamar azonban a filmforgalmazók is felismerték, hogy a terjesztés is jóval hatékonyabb és olcsóbb digitális formában, nem pedig pozitív filmkópiákon. A kiváló minőségű, professzionális digitális „filmkamerákkal” pedig a felvételi oldalon tehető olcsóbbá a „nyersanyag” felhasználás. A következmény: elvétve ugyan még néhány rendező és operatőr celluloidra forgatja a filmet, de lényegében ez a munkafázis is, és minden más legnagyobbrészt digitálissá vált.

Szükség volt ezért egy olyan szabályozó, szabványalkotó és döntéshozó szervezetre, amely a helyszíni forgatástól a mozikra vonatkozó előírásokig összefogja ezt a területet. Mérlegeli a produkció, az utómunkálatok, a szabványos végtermék, a szétosztás és a vetítés szempontjait. Így született meg 2002-ben a Digital Cinema Iniciatives (DCI) nevű szervezet, amelyet joint venture formában hozott létre hét vezető filmstúdió. Akit a részletek érdekelnek, angol nyelven megtalálja a https://en.wikipedia.org/wiki/Digital_Cinema_Initiatives webhelyen. Szerteágazó tevékenységét itt nem kívánjuk bemutatni. A DCI honlapján megtalálható az a (később javításokkal kiegészített) 1.2-es specifikáció, ahol minden részletet elolvashat az érdeklődő olvasó: http://www.dcimovies.com/archives/spec_v1_2_No_Errata_Incorporated/index.html

Természetesen a DCI folyamatosan igyekszik követni a digitális filmtechnika fejlődését. Pl. a 4K terjedésével a DCI is új kihívásokkal néz szembe.

A filmterjesztésben használt digitális mesterkópiát (Digital Cinema Distribution Master) tekintve, az előírt kodeken (JPEG2000), az MXF (Material eXchange Format) fájlrendszeren, a tartalomvédelmi (titkosítási) módszeren stb. túlmenően a színrendszer szempontjából a legfontosabb, hogy a digitális képanyag az eszközfüggetlen CIE XYZ abszolút színtérbe (mint konténerbe) kódolva érkezik a mozikba, ahol viszont valós RGB színmodell szerint működő DLP projektorokkal történik a vetítés (ezeknek a profilját hívják P3-nak). És most érkeztünk el mondanivalónk egyik fontos pontjához: a digitális mozivetítés szabványosított (referencia) színtere az ún. DCI-P3. Ennek alapszínei (sőt némileg a fehérpontja is, amelyből többfélét is használnak) eltérőek mind az sRGB-től, mind az Adobe RGB-től. Hozzátehetjük, hogy a DCI-P3 alapvető paramétereit a digitális moziprojektorokban (és a hagyományos filmvetítőkben is) használt xenonlámpa jellemzői határozzák meg. A xenonlámpa igen kiváló fényforrás, hátránya, hogy az élettartama elég rövid (néhány száz óra). A jövő minden bizonnyal a lézer fényforrásé, de ennek általános elterjedésétől a mozikban még messze vagyunk.

A „mozis” DCI-P3 színszabvány megalkotásakor persze az is fontos szempont volt, hogy amennyire lehet, megközelítsék a hagyományos filmnek az idők során igencsak fejlett szintre hozott színvilágát. Érthető módon ez csak részben sikerülhetett, hiszen nemcsak a film eléggé szabálytalan színtartományát nehéz egy háromszög alakú területtel lefedni, hanem pl. a filmnek a fehértartományban kivételes árnyalat-megkülönböztető képességét, a filmes kép „analóg” jellegét stb. visszaadni.

Érdekes megmutatni, hogy a DCI-P3 színtartomány hol helyezkedik el a színinger-diagramon az sRGB-hez, illetve az Adobe RGB-hez képest:

Az sRGB, a DCI-P3 és az Adobe RGB színterekhez tartozó színgamutok (gamut = tartomány) a színdiagramon

A DCI-P3 lehetősége és szükségessége a PC-monitorokban

Ún. „széles” (wide) színteret sokfélét ismerünk, lényegében ez az sRGB-nél nagyobb színterek gyűjtőneve. Természetesen az Adobe RGB is ezek közé tartozik, így nem meglepő, hogy készíthetők széles színterű – így DCI-P3 színterű – LCD monitorok, különösen a LED-es háttérvilágítás, és manapság a kvantumszemcse (Quantum Dot) technológia bevezetése óta. (Az OLED kijelzők szintén alkalmasak széles színtér előállítására, de a PC-monitorok világában egyelőre csak mutatóban jelent meg ez a technológia.) A kérdés az, hogy mire kell(het) egy PC-monitorban a DCI-P3 színtér?

Digitális filmek szerkesztése, fényelése PC-monitorral

Megfigyelhető, hogy a speciálisan stúdióhasználatra készült AV (nem PC) utómunkálati és master monitorok mellett – amelyek mellesleg aranyárban kaphatók – egyre több PC-monitor gyártó kínál nagyon pontosan beállítható/bekalibrálható DCI-P3 monitorokat a 2K/4K mozifilmek „megmunkálásához”. Nemrégiben mutattunk be pl. egy erre a célra készült DCI-4K monitort. Sok Adobe RGB monitor is alkalmas a DCI-P3 szimulációra, bár a két színrendszer mindhárom alapszíne eltérő pozíciójú (lásd a fenti ábrát).

Van azonban még egy – talán a most leírtaknál nyomósabb – oka is annak, hogy ennyire előtérbe került a DCI-P3. Olvasóink biztosan kitalálták, hogy a HDR (High Dynamic Range) radikális behatolására gondolunk a mozgókép, elsődlegesen a 4K-UHD videokép területén. De mi köze lehet a mozis DCI-P3 színtérnek a HDR-hez?

A HDR és a DCI-P3

A HDR-ről lassan köteteket vagy legalábbis hosszú tanulmányokat lehetne írni (mi is írtunk erről ezen az oldalunkon A kijelzők és a nagy dinamikatartomány (HDR) címmel), pedig igazából csak a 4K felbontás terjedésével kezdődött az eddigieknél jóval nagyobb dinamikatartomány szükségességének emlegetése a mozgókép készítésében és megjelenítésében (bár mint mindennek, ennek is voltak előzményei). A 4K-ról (valójában UHD-ről) ugyanis – főleg a televíziótechnikában – hamar kiderült, hogy a Full HD-t követően nem hoz annyi pluszt, amennyit reméltek tőle (főleg, ha a TV-készülékgyártók profitját nézzük). Megjelent a „nemcsak több pixel, hanem jobb pixelek” szlogenje is, ami magyarán annyit tesz, hogy a 4K-t „fel kellett dobni” egyéb képjavító módszerekkel.

A 4K felbontás és a max. 12 bit színmélység mellett a képminőség további javításának eszköze a minél nagyobb színtartomány (WCG), a nagy dinamikatartomány (HDR) és a képfrekvencia növelése (HFR)

Mint a fenti ábra mutatja, ekkor került igazán előtérbe a dinamikatartomány növelése (HDR – high dinamic range), a színtartomány szélesítése (WCG – wide color gamut) és a képfrekvencia növelése (HFR – high frame rate). Az utóbbi igazából forrásoldali feladat, és egy-két kivételtől eltekintve nem történt előrelépés. A filmet/műsort nem 24 kép/s, hanem nagyobb képfrekvenciával lehet(ne) leforgatni/közvetíteni, de természetesen ehhez a kijelzőnek is igazodnia kell.

Ami eredményesebbnek bizonyult, az a HDR és WCG együttes alkalmazása, bár a kettő nem szükségszerűen feltétele egymásnak. Új szabványok és ajánlások születtek, nemkülönben a meglévő és újabb szabványalkotó szervezetek is munkába lendültek (elsődlegesen a televíziótechnika területén, bár az egész a már korábban kidolgozott Dolby Laboratories cég Dolby Vision nevű HDR rendszerének ajánlásaiból indult, ami enyhén szólva jó magasra tette a lécet). Többféle HDR formátum született, közülük négy van még életben, de számunkra talán kettő széles elterjedése várható: ezek a HDR10 és a HLG (ez utóbbi a műsorszórásban találta meg a helyét).

Vegyük a HDR10-est, amely pl. a 4K HDR Blu-ray lemezek és a 4K HDR streaming kötelező formátuma (a többi opcionális). Csak néhány követelmény, amit a HDR10 támaszt (magába olvasztva a WCG-t is): 1000 cd/m2 vagy efölötti legnagyobb fénysűrűség (az OLED kivételével, ahol ez 540 cd/m2, viszont a feketeszint nullához közeli), max. 0,05 cd/m2 feketeszint, azaz 20.000:1-nél nagyobb egyidejű kontrasztátfogás, PQ (perceptual quantizer) gradációs függvény, amely a hagyományos gammától nagyon eltérő, min. 10 bit színmélység, és az ún. Rec.2020-as színtér, amelynek RGB alapszínei spektrálisan tiszta monokromatikus színek, azaz a színpatkó határoló vonalán helyezkednek el:

A Rec.2020 szerinti színtartomány – amely része a HDR10 szabványnak – mind az sRGB, mind a DCI-P3 színgamutnál lényegesen nagyobb, és alapszínei monokromatikus spektrumszinek

A Rec.2020 választása a jövő kijelzőinek színtereként egyébként indokolt, és alapos mérlegelés után történt, ugyanis az így kifeszített háromszögbe a színdiagramon csaknem teljesen „belefér” a szabálytalan alakú ún. Pointer-gamut. A Pointer-gamut nagyon fontos kiindulópont a színhű reprodukció szempontjából, mivel több mint 4000, bennünket körülvevő színes objektum színkoordinátáinak megmérésével készült: ezeket tartalmazza az ábrán látható szabálytalan vonalon belüli terület (nevét a méréseket elvégző kutatóról kapta).

A Rec.2020, a Pointer-féle és a DCI-P3 színtartomány. El kell ismernünk, hogy a Pointer-gamut színeinek csaknem tökéletes rereprodukálásához szükség van a Rec.2020 RGB színtérre

Mondhatnánk, hogy akkor minden szép és jó, de a valóság (egyelőre) némileg ellenáll az elvárásoknak. A “gyenge láncszem” éppenséggel a kijelző, hiszen a Rec.2020 színtér monokromatikus (vagy ahhoz nagyon közeli) alapszíneinek előállítása pillanatnyilag csak R, G, B lézerekkel lehetséges. A HDR10 ezért „megengedi”, hogy a kijelzők (televíziók, monitorok, projektorok stb.) színtartománya “csak” a DCI-P3 követelményeit teljesítse, pontosabban még ennél is engedékenyebb, mert ennek csak a 90%-os lefedettségét várja el. Az persze jó dolog, hogy lehetetlen teljesítményt nem írnak elő a kijelzőkre, de ha a forrás színtere valóban Rec.2020-as, akkor a kalibrációval, illetve a színhelyességgel akadnak gondjaink. A kijelzőben szükség van egy “color mapping” algoritmusra, amely a Rec.2020 szerinti színeket “leképezi” a kijelző színtartományára.

Visszatérve a monitorokra, a DCI-P3 színtér emlegetésének fő oka, hogy a PC-monitorgyártók – csipkerózsika-álmunkból fölébredve – szintén lépést akarnak tartani a HDR trenddel, bár a VESA becsületére mondva, nem írja elő, hogy a nagy dinamikatartományt minden áron össze kell házasítani a nagy színtérrel vagy a 4K-val. Azaz egy Full HD felbontású és sRGB színterű monitor is lehet(ne) nagy dinamikatartományú. A valóságban mégis az történik, hogy a gyártók nemcsak a nagy fénysűrűséget, hanem – legalább a DCI-P3 90%-a erejéig – a nagy színtartományt is igyekeznek előállítani. A cél láthatóan a HDR10-nek való megfelelés, de erről csak 1000 cd/m2 csúcsfény esetén beszélhetünk, és a megfelelő dinamikatartomány az LCD kijelzőknél nyilvánvalóan csak local dimming-gel (zónánként szabályozható háttérvilágítással) valósítható meg. E sorok írásakor az 1000 cd/m2 csúcsfénysűrűséget mindössze két PC-monitor modell teljesíti.

A VESA egyébként három kategóriába sorolja a PC-monitorok HDR minősítését, amelyek közül csak a legmagasabb felel meg a HDR10-nek. Talán az sem biztos, hogy a sokféle célra használt PC-monitoroknak feltétlenül követniük kell a televízióknál forszírozott trendeket. Hosszabb távon azonban az LCD (vagy más technológiával dolgozó) monitorok kontrasztátfogása és színtartománya is várhatóan növekedni fog, mert a technikai fejlődés egyszerűen ezt diktálja.

Strongpulse

Readers Comments (4)

  1. Nagyon jó áttekintés, köszönjük!

    Válasz
    • Nagy Árpád 2018-12-10 @ 00:45

      Nem tagadom, jólesett a köszönet. Próbálunk hasonló színvonalú (vagy még jobb) írásokat közölni.

      Válasz
      • Nagyon összeszedett, közérthető írás. Hála és köszönet, hogy fáradtságot és időt nem kímélve közkinccsé tették!

        Válasz
  2. Rettentő hasznos cikk, épp ez érdekelt és jóval több infót kaptam, mint amire kereséskor számítottam. Alapos, profi munka 😉

    Válasz

Várjuk hozzászólását!

Az Ön email címe nem kerül nyilvánosságra.


*


Ez az oldal az Akismet szolgáltatást használja a spam csökkentésére. Ismerje meg a hozzászólás adatainak feldolgozását .