Tutto quello che devi sapere sull'HDR, High Dynamic Range

Che cos'è l'HDR?

La ricerca di High Dynamic Range (HDR) è il sogno di avvicinarsi allo Human Visual System (HVS) in tutto ciò che sperimentiamo come spettatori.

HDR è un nuovo sistema di visualizzazione progettato per rappresentare meglio ciò che può vedere il sistema di visione umana (HVS).
La visione umana vede il mondo con una vasta gamma dinamica e una vasta gamma di colori. Le moderne fotocamere hanno fino a 14 stop di gamma dinamica.
I sistemi BT.709 Standard Dynamic Range (SDR) possono mostrare solo fino all'equivalente di circa 6 stop. L'HDR tenta di mostrare molto di più del mondo che vediamo, direttamente dalla fonte tramite la gamma dinamica delle moderne telecamere disponibili oggi e attraverso la catena di produzione e post-produzione fino alla visualizzazione su opportuni display ottimizzati per l'HDR.

 

Immagine di: aja.com - https://www.aja.com/solutions/hdr

 

Approcci HDR e spazio colore

L'HDR implica la necessità di gestire spazi cromatici e rappresentazioni logaritmiche di vari produttori di fotocamere e di trattarli attraverso il processo di post-produzione fino alla consegna finale per la visualizzazione da parte dell'utente. Le emittenti e i produttori vogliono sfruttare l'ampia gamma dinamica disponibile delle telecamere e preservarne il più possibile, per offrire agli spettatori finali gamme di contrasto e luminanza maggiori, una palette di colori più ampia e ricca e un'esperienza di visione immersiva.

I moderni standard HDR evitano la confusione aiutando a gestire correttamente lo spazio colore, assicurando che le applicazioni appaiano corrette e sfruttino in modo ottimale le migliori capacità di visualizzazione.
Una delle sfide maggiori è quella di convertire da formati di fotocamere, come RAW e Log, in uno dei formati HDR richiesti. Inoltre, essere in grado di applicare e/o convertire il formato HDR preferito attraverso il processo di modifica, correzione del colore e/o monitoraggio.

Molti display UltraHD ora includono la funzionalità HDR, che offre un'esperienza visiva più realistica e coinvolgente. Ciò si ottiene aumentando la rappresentazione dello spazio colore con Wide Color Gamut (WCG) e luminosità utilizzando una gamma dinamica più elevata (HDR).

 

PQ (Percceptual Quantizer) o trovare una curva colore migliore

Per raggiungere un equilibrio che si avvicini alla percezione umana entro i limiti di larghezza di banda delle infrastrutture e delle tecnologie esistenti, inclusi campionamento di crominanza e luminanza, profondità di bit e punti di forza e di debolezza delle curve Gamma vs Logaritmiche, era necessario trovare una curva colore migliore.

 

Immagine di: aja.com - https://www.aja.com/solutions/hdr

 

Perché era necessaria una curva migliore e qual è il vantaggio di PQ ?

  • Le funzioni di potenza sprecano bit nella parte alta della gamma di luminanza
  • Le funzioni logaritmiche sprecano bit nella parte bassa dell'intervallo di luminanza
  • La gamma fallisce a bassi livelli di luminanza, anche a profondità di bit più elevate
  • La massima efficienza sarebbe seguire la percezione umana
  • PQ Mostra prestazioni bilanciate su tutta la gamma di luminanza
  • PQ è rappresentato in pratica da due approcci. HDR10 è un approccio aperto mentre Dolby® Vision è un sistema proprietario di Dolby Laboratories. Entrambi sono progettati per rendere il più efficiente possibile l'uso di bit in tutta la gamma di luminanza e contrasto.

 

Ci sono diversi sistemi che sono emersi per soddisfare le esigenze dell'HDR

Per un'immagine vivida, che l'HDR promette al momento della visualizzazione sul display, la sfida è stata quella di fornire passaggi abbastanza utili all'interno della gamma di colori e luminanza per fornire gradazioni uniformi e soddisfare lo spettatore. Dolby Vision è un nuovo modo di definire l'aspetto di un'immagine sulla TV. È un sistema "riferito al display" in cui ciascun valore di codice definisce una luminosità specifica (ovvero non esiste un controllo della luminosità dell'utente). Dolby Vision ha un metodo per inviare dati a 12 bit tramite un cavo HDMI utilizzando 4096 tonalità per gradazioni uniformi. Per i workflow di produzione attuali, la sfida è che la maggior parte di essi sono a 10 bit con 1024 colori o gradini disponibili. HDR 10, Dolby Vision e HLG sono stati progettati per risolvere questo dilemma scegliendo in modo efficiente di utilizzare le curve attraverso le gamme di luminanza e colore che minimizzano le bande percettive e ottengono risultati più vicini al sistema di visione umana, consentendo risultati incredibili.

 

Immagine di: aja.com 

- https://www.aja.com/solutions/hdr

 

Dolby Vision

  • Formato proprietario
  • Quantizzatore percettivo (PQ) SMPTE ST-2084
  • Metadati: dinamico secondo ST 2094
  • Funzione di trasferimento elettro-ottico, risoluzione fino a 4K
  • Profondità di riproduzione: 12 bit
  • Luminosità massima fino a 10.000 nit (masterizzata a 4.000 nit in pratica)
  • Spazio colore Wide Color Gamut (WCG) (ITU-R Rec. 2020)

 

HDR10

HDR10 è un profilo multimediale definito dalla Consumer Technologies Association (CTA) che utilizza i metadati statici SMPTE ST-2086 "Volume colore display display mastering" per inviare i dati di calibrazione del colore del display mastering, nonché i valori statici MaxFALL (livello di luce massimo del frame) e MaxCLL (livello di luce massimo contenuto). HDR10 è uno standard aperto supportato da un'ampia varietà di aziende.

  • Formato aperto
  • Quantizzatore percettivo (PQ) SMPTE ST-2084
  • Interfaccia segnale minimo: HDMI 2.0a
  • Rappresentazione del colore di riproduzione BT.2020 (uguale a Dolby Vision)
  • Funzione di trasferimento in riproduzione: ST 2084 (uguale a Dolby Vision)
  • Metadati: statico secondo ST 2086
  • Profondità di riproduzione: 10 bit

 

HDR 10+

HDR10 + si basa su HDR10, aggiungendo metadati dinamici e altro, consentendo variazioni scena per scena o anche di ripresa. Lo standard consente di riconoscere lo spazio colore di un display e altro ancora. Samsung è il driver principale per questa evoluzione dello standard originale.

HDR10 + è stato recentemente adottato da una serie di aziende e ha portato alla creazione di una alleanza HDR10+ con membri che includono Amazon, Samsung, Panasonic, 20th Century Fox, Warner Bros e molti altri.

  • Metadati dinamici SMPTE 2094-40 per trasformazioni di volume di colore (DMCVT)
  • Trasformazioni del colore ottimizzate per ogni scena e ogni display
  • Metadati: dinamico secondo ST 2094
  • Le tracce di metadati contengono informazioni supplementari sulla classificazione dei colori
  • Interfaccia segnale minimo: HDMI 2.0a
  • Rappresentazione del colore di riproduzione BT.2020 o BT.709 in base al display
  • Funzione di trasferimento in riproduzione: ST 2084
  • Profondità di riproduzione: 10 bit

 

HLG

HLG (Hybrid Log Gamma) è un approccio HDR sviluppato congiuntamente da BBC e NHK. HLG utilizza valori di luminanza relativi e si basa sullo standard BT.2020 per una gamma cromatica più ampia e aggiunge la gamma dinamica PQ e HLG per uno standard noto come BT.2100. Lo standard HLG è esente da royalty ed è compatibile con display SDR e display HDR. HLG è supportato da HDMI 2.0b, HEVC e VP9. L'elemento chiave di HLG è che i contenuti HDR possono essere ragionevolmente visualizzati su display SDR.

  • Ibrido tra Gamma e Log
  • Metadati: nessuno
  • Luminanza relativa
  • Molto simile alla curva SDR
  • Profondità di riproduzione: 10 bit
  • I dati di immagine di luce lineare da una telecamera sono mappati sulla curva OETF HLG e sullo spazio colore WCG BT.2020
  • Poiché HLG non ha metadati, HLG funziona con qualsiasi specifica HDMI

 

Conversioni: FS-HDR

FS-HDR con tecnologia Colorfront Engine TM

FS-HDR è progettato per colmare le conversioni necessarie dai formati log delle telecamere e dalle fonti SDR ai formati HDR, e da SDR a HDR per integrare materiali non HDR nella programmazione HDR, il tutto in tempo reale.
All'interno di FS-HDR c'è un Engine ColorfrontTM, progettato dal CTO Bill Feightner e dall'ingegnere capo Tamas Perlaki, vincitore dell'Academy Award premio Oscar, che offre un'ampia gamma di colori in tempo reale, alta gamma dinamica, frame rate elevato fino a 60p e alta risoluzione in lavorazione.

 

 

Conversioni in tempo reale HDR / WCG

  • SDR / BT.709 in HDR / BT.2020
  • HDR / BT.2020 in SDR / BT.709
  • PQ / BT.2020 in HLG / BT.2020
  • HLG / BT.2020 in PQ / BT.2020
  • Formati Log Camera in HDR / BT.2020
  • HDR / BT.2020 nei formati Log Camera

Set di strumenti HDR

  • Algoritmo e controlli della modalità Live di Colorfront Engine per trasmissioni in diretta, A/V e applicazioni per locali
  • Algoritmo e controlli della modalità Film di Colorfront Engine per l'anteprima della camera sul set e la creazione del Look
  • LUT di mappatura di conversione HLG della BBC conformi a ITU BT.2408-0
  • Supporta il caricamento da parte dell'utente di LUT 3D a 33 punti personalizzati
  • Modalità LUT dinamica per l'integrazione con strumenti LUT di terze parti

Configurabile per supportare il flusso di lavoro

  • Configurabile come singolo processore 4K/UltraHD o quattro processori indipendenti 2K/HD/SD
  • Formati di input e output: 4K, UltraHD, 2K, HD e SD
  • Frame rate di input e output: 23,98, 24, 25, 29,97, 30, 50, 59,94 e 60
  • YCbCr 4: 2: 2 10 bit
  • E' possibile memorizzare, richiamare, esportare e importare preset di configurazione

 

Soluzioni AJA HDR per editing e color correction

E' necessario essere in grado di visualizzare i tuoi materiali HDR su monitor compatibili durante la post produzione. Le soluzioni AJA Desktop semplificano questo aspetto grazie al supporto fornito nel pannello di controllo AJA per la configurazione di metadati HDR e HLG.

 

 

  1. KONA 5 per I/O desktop 12G-SDI con supporto HDR10* e HLG ** su HDMI 2.0
  2. KONA 4 per I/O desktop con supporto HDR10* e HLG** su HDMI
  3. KONA IP per Broadcast IP con supporto HDR10* e HLG** su HDMI
  4. Io 4K Plus per I/O Thunderbolt 3 con supporto HDR10* e HLG** su HDMI
  5. Io IP per Thunderbolt 3 Broadcast IP I/O con supporto HDR10* e HLG** su HDMI
  6. Io 4K per I/O Thunderbolt 2 con supporto HDR10* e HLG** su HDMI

 

Gli sviluppatori possono utilizzare i più recenti kit SDK di AJA per sviluppare soluzioni per la distribuzione di HDR10 +.
Gli sviluppatori con licenza Dolby Vision possono eseguire il tunneling di Dolby Vision attraverso i prodotti KONA 4 e Io 4K di AJA

* Verificare la compatibilità con il produttore del software.
** Il supporto HLG dipende dall'applicazione. Verificare la compatibilità con il produttore del software.

 

Game Capture, VR e Projection Mapping con HDR

L'acquisizione di giochi, eSport, realtà virtuale e il projection mapping possono trarre grande vantaggio dall'HDR per i loro ambienti immersivi. Per acquisire sorgenti HDMI con HDR per queste esigenze, AJA offre KONA HDMI.

KONA HDMI è una scheda di acquisizione HDMI multicanale PCIe 2.0 8-lane, con tutta la qualità e la flessibilità che ci si aspetta da AJA.

 

 

Progettata per le esigenze di più flussi di lavoro come giochi, streaming, VJ-ing, eventi live, vlogging, VR, post e broadcast, questa potente scheda vanta il supporto per l'acquisizione di singoli canali fino a 4K / UltraHD 60p o l'acquisizione di quattro canali fino a 2K / HD 60p.

KONA HDMI fornisce supporto per accettare segnali HDR acquisiti tramite HDMI da stazioni di gioco come PS4® Pro.

 

Monitoraggio HDR

Monitoraggio HDR da fonti SDI

 
Hi5-4K-Plus

Mini-convertitore Hi5-4K-Plus per HDR e supporto per frame rate elevato

Gli standard per HDR su SDI sono ancora in evoluzione e i display compatibili con HDMI 2.0 HDR sono accessibili e disponibili. Il popolare AJA Hi5-4K-Plus converte da 3G-SDI a HDMI con supporto a flussi di lavoro HDR10, HLG e Dolby Vision per permettere l'utilizzo del tuo display. Con l'applicazione Mini-Config gratuita di AJA insieme a Hi5-4K-Plus è possibile gestire metadati Infoframe HDMI HDR come definito in CTA-861-G e HDMI 2.0a. Collega, imposta i metadati quando necessario e vai!

 

Hi5-12G

Conversione da 12G-SDI a HDMI 2.0 con supporto Dolby Vision.

Hi5-12G converte un ingresso single-link 4K/UltraHD/2K/HD 12G-SDI con otto canali di audio digitale incorporato in un'uscita HDMI 2.0 con due o otto canali di audio. Include un ingresso single-link 12G-SDI con un loop SDI re-clock per monitoraggio o passaggio alla pipeline SDI. Hi5-12G gestisce anche Dolby Vision senza elaborazione aggiuntiva per un monitoraggio HDR preciso.

I modelli Hi5-12G dotati di SFP in fibra includono il ricevitore Hi5-12G-R, che estende i segnali HDMI 4K su lunghe distanze da una sorgente SDI o collegata a una fibra, e il ricetrasmettitore Hi5-12G-TR, che offre un segnale sorgente 4K/UltraHD SDI o Fibra verso una destinazione HDMI con loop della sorgente tramite SDI o Fibra a una destinazione secondaria.

 

I modelli Hi5-12G disponibili sono:

  • Hi5-12G - da 12G-SDI a HDMI 2.0
  • Hi5-12G-R - Include un ricevitore LC in fibra 1x
  • Hi5-12G-TR - Include 1 ricetrasmettitore LC in fibra

 

Riproduzione e registrazione HDR da AJA

 

 

Ki Pro Ultra Plus. Recorder & Player Apple ProRes con supporto HDR10 o HLG.

Utilizza il registratore/lettore Ki Pro Ultra Plus in grado di gestire 4K/UltraHD/2K/HD per una semplice riproduzione e visualizzazione di file Apple ProRes HLG e HDR10 su display compatibili HDMI 2.0. Questo può essere necessario per riprodurlo su un display in uno spettacolo, in una sala di proiezione, o per inviare le immagini su grandi display a LED in uno stadio. Ki Pro Ultra Plus è inoltre in grado di registrare i dati dalla fonte, consentendo l'acquisizione di materiali HLG da una fotocamera HLG o altri dispositivi HLG.

 

Analisi HDR

HDR Image Analyzer consente il monitoraggio di forme d'onda, istogrammi e vettori per segnali HDR

HDR Image Analyzer offre una gamma completa di strumenti per l'analisi efficace degli ultimi standard HDR - inclusi HLG, PQ e Rec.2020 - in 8K / UltraHD2 / 4K / UltraHD / 2K/ HD in un comodo dispositivo 1RU. Sono disponibili due modelli, che offrono I/O 3G o 12G a seconda delle esigenze.

Sviluppato in collaborazione con Colorfront®, l'analizzatore di immagini HDR di AJA supporta una vasta gamma di input, dai formati Log della fotocamera a SDR (REC 709), PQ (ST 2084) e HLG e offre il supporto della gamma di colori per BT.2020 insieme al tradizionale BT.709.

 

 

Specificamente progettato per essere utilizzato ovunque sia necessario, il fattore di forma 1RU si adatta a una vasta gamma di flussi di lavoro, fornendo la sicurezza necessaria per una produzione e un mastering HDR coerenti e prevedibili.
 
Inclusi nei set di strumenti dell'analizzatore di immagini HDR di AJA ci sono la forma d'onda, l'istogramma e il monitoraggio dei vettori, oltre a una serie di funzioni essenziali di analisi delle immagini come: misuratore del livello di luce nit; modalità falsi colori fuori gamma che consente di individuare facilmente i pixel fuori gamma o scuri; registrazione errori; selettore pixel; framestore con schermo diviso; modalità linea, che può focalizzare la regione di interesse su una singola linea orizzontale o verticale; misurazione della fase audio e supporto integrato per gli spazi colore più diffusi tra cui ARRI®, Canon®,  Panasonic®, RED® e Sony®.

  • Forma d'onda
  • Istogramma
  • Vectorscopio
  • Nit Light LevelGamma colori
  • Registrazione errori basata su file con Timecode
  • Analizzatore di dati con Advanced Pixel Picker
  • Rilevamento avanzato, fuori gamma e fuori luminosità con tolleranza d'errore

 

HA5-12G

Conversione da HDMI 2.0 a 12G-SDI

Ti è stato inviato un segnale HDR su HDMI 2.0 e devi sapere di più sui metadati HDR utilizzati. Collega il tuo cavo HDMI 2.0 dalla sorgente ai mini-converters AJA HA5-12G da HDMI a 12G-SDI e apri il software gratuito Mini-Config di AJA alla sua scheda HDR per leggere tutti i metadati statici HDR presenti.

 

HA5-12G di AJA consente agli utenti di convertire un ingresso HDMI 2.0 in due uscite single link 12G-SDI. Include due uscite SDI e trasmette 12G-SDI su ciascun collegamento SDI, riducendo la corsa dei cavi durante il trasporto dei segnali SDI 4K/UltraHD. HA5-12G supporta fino a 8 canali di audio dalla sorgente HDMI o audio analogico a 2 canali (RCA), con otto o due canali di audio digitale incorporato su 12G-SDI. È disponibile il trasmettitore single-channel HA5-12G-T HA5-12G dotato di SFP in fibra, che estende i segnali HDMI 4K su lunghe distanze (10 km in Single-Mode).

Modelli HA5-12G disponibili:

  • HA5-12G - Da HDMI 2.0 a 12G-SDI
  • HA5-12G-T - Include trasmettitore LC a fibra singola