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La nuova misura del gamma

di Emidio Frattaroli , pubblicato il 15 Ottobre 2007 nel canale DISPLAY

“Tra le indagini più importanti per la verifica della qualità di videoproiettori e display, la misura della linearità della scala dei grigi e della curva del gamma è una delle più importanti. In questo articolo viene proposto un nuovo grafico per la rappresentazione grafica del gamma e dei valori di luminosità misurati”

Conclusioni

Da oggi in avanti, sulle pagine di AV Magazine utilizzeremo questo tipo di grafico per tutti i prodotti, siano essi display o videoproiettori, in modo da analizzare in un colpo solo sia i valori del gamma sia i livelli del segnale in uscita lungo tutta la scala dei grigi, in modo da sottolineare anche eventuali espansioni o compressioni del segnale. Qualche piccola differenza sarà introdotta solo nella metodologia di misura, che sarà diversa per i display al plasma e per quelli a tubo catodico ma che descriveremo in un'altra occasione.

Accanto a questa nuova rappresentazione grafica, aggiungeremo anche i valori del gamma medi, calcolati come media matematica su tutta la scala dei grigi (10%-90%),  basse luci (2%-20%) e alte luci (80%-98%), in modo da avere numeri direttamente confrontabili. Nell'immediato futuro introdurremo anche degli istogrammi che permetteranno di confrontare i valori del gamma con gli ultimi prodotti testati e con quelli di riferimento, rendendo di fatto ogni prova una vera comparativa.

Per concludere, invito tutti i lettori iscritti al forum di discussione e interessati a questo argomento a inserire commenti, valutazioni ma anche suggerimenti sul lavoro appena presentato, con l'obiettivo di rendere questo tipo di analisi ancora più semplice ed efficace.

 

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Commenti (13)

Gli autori dei commenti, e non la redazione, sono responsabili dei contenuti da loro inseriti - Info
Commento # 1 di: vilnius pubblicato il 15 Ottobre 2007, 17:15
Ottima la spiegazione sul gamma e molto interessante l'approccio utilizzato. Grazie!
Ho da poco un display al plasma che sto cercando di calibrare al meglio ed ora in maniera più consapevole sceglierò la curva del gamma più opportuna!
Commento # 2 di: Girmi pubblicato il 16 Ottobre 2007, 00:26
Ho dato una lettura veloce e a prima vista credo che ci sia qualche inesattezza nelle descrizioni.
La più evidente forse è quella riferita all'immagini in scala di grigi a diverso gamma:

Quelle non sono scale a gamma 1,9:; 2,2 e 2,5 ma (giustamente) il gamma al centro è lineare, mentre la scala sopra ha un gamma di 1,45 e quella sotto di 0,77.
Se la scala centrale venisse linearizzata a 2.2, gli estremi sarebbero ca. di 1.5 e 3.5.

Altre sono: il numero massimo dei colori dei DVD, BRD, BRD, DVB e HD-DVD che non è a 256^3 colori ma 220^3 a causa della conversione YUV 16-235 -> RGB 0-255.
A questo andrebbe aggiunto che l'errore di appossimazione nella funzione di trasferimento è tanto maggiore quanto più alto è il valore del gamma target e quanto minore è il campionamento.
Per fare un esempio un gamma 2.2 a 8 bit si perde ca 68 sfumature per canale a causa dell'errore di approssimazione (per questo tutti i display che si rispettino hanno front end minimo a 10bit).

A mio avviso, ci sono anche alcuni presupposti sbagliati.

Se parliamo di sw, (filmati, DVD, trasmissioni), allora il concetto di compensazione del gamma nativo con l'applicazione di una funzione di trasferimento inversa ha senso, ma se parliamo di applicazioni informatiche, allora il gamma nativo dipende dal sistema operativo (2,2 Win; 1,8 Mac).

Infine, è giusto considerare il gamma 2.2 un riferimento finché si parla di SD, cioè di spazi colore REC601, ma se si parla di HD allora bisognerà considera che lo spazio colore REC709 prevede, se non sbaglio, un gamma di 1.8.

Domani rileggerò con più calma tutto l'articolo.

Ciao.
Commento # 3 di: Luciano Merighi pubblicato il 16 Ottobre 2007, 10:44
Originariamente inviato da: Girmi
Infine, è giusto considerare il gamma 2.2 un riferimento finché si parla di SD, cioè di spazi colore REC601, ma se si parla di HD allora bisognerà considera che lo spazio colore REC709 prevede, se non sbaglio, un gamma di 1.8.


no, anche HDTV ha un esponente di gamma normalizzato a 1/0.45
(fonte video demystified 4^ed. pag. 33, 73, 86 )
Commento # 4 di: Emidio Frattaroli pubblicato il 16 Ottobre 2007, 12:17
Originariamente inviato da: Girmi
... La più evidente forse è quella riferita all'immagini in scala di grigi a diverso gamma...

Hai pienamente ragione sui valori delle due scale: avevo inserito una immagine diversa. Mentre ti rispondo sto inserendo quella corretta su cui ho inserito anche i riferimenti. Ero indeciso fino all'ultimo se mettere un'immagine con differenze ancora più esagerate ma alla fine, dopo aver scelto le tre scale con gamma 1,9 - 2,2 - 2,5 non avevo sostituito anche l'immagine nel corpo dell'articolo. Ti sarei davvero grato se potessi controllare di nuovo.

L'immagine in sé è comunque da intendersi come esempio per capire in pratica come funziona il gamma e le differenze di risposta ai vari livelli della scala dei grigi con gamma diversi. Per questo motivo è vero che le indicazioni del valore del gamma si riferiscono solo alla condizione in cui venga utilizzato un display con gamma 2,2., In realtà anche se il vostro display avesse un gamma diverso, quello che è davvero importante è apprezzare le differenze tra le tre scale.

Emidio
Commento # 5 di: Emidio Frattaroli pubblicato il 16 Ottobre 2007, 12:20
Originariamente inviato da: Girmi
... se si parla di HD allora bisognerà considera che lo spazio colore REC709 prevede, se non sbaglio, un gamma di 1.8.
Come ha già detto Luciano Merighi, all'interno dello standard video ITU-R BT 709.5, la funzione di trasferimento utilizzata nelle telecamere è pari a 0,45. In realtà nei primissimi livelli la funzione di trasferimento assume valori compresi tra 4,5 e 5 per poi piegare subito al valore di 0,45. Al di là del riferimento di 0,45 l'operatore, il regista, o direttore della fotografia possono scegliere una differente curva del gamma per esigenze artistiche. D'altronde lo standard definisce una funzione di trasferimento pari a 0,45. E questo è un fatto che non può essere messo in discussione.

Con questa premessa, per visualizzare correttamente tale sorgente sarebbe necessario un display con gamma 2,2. Da questo punto in poi le cose si complicano notevolmente. Senza scomodare il mondo MAC, lo standard PAL 625/50 pretende un gamma fino a 2,8 (CCIR REC.601 - ITU-R BT.1700 Part B) mentre il sistema NTSC si riferisce ad un gamma pari a 2,2 (ITU-R BT.1700 Part A). Tutto questo, considerando che il gamma dei CRT varia statisticamente tra 2,3 e 2,5 per buona parte della scala dei grigi. Un vero casotto, insomma.

In nostro soccorso (si fa per dire) è arrivata l'EBU che, con il documento EBU – TECH 3321 pubblicato lo scorso Settembre, suggerisce un gamma pari a 2,35 per i display di nuova genrazione che si trovino in condizioni di luminosità ambientale ridotta (ma non nulla). Nelo stesso documento - di cui parleremo molto presto - si consiglia anche una luminosità del display di 200 cd/mq, un livello del nero pari a 0,5 cd/mq e un rapporto di contrasto intra-frame di 200:1. Per quanto ci riguarda, abbiamo preso come riferimento un gamma pari a 2.2 che considero anche il migliore, soprattutto quando le immagini vengono visualizzate in condizioni di luminosità ambientale pari a zero.

Sul gamma vorrei inserire ancora una considerazione. Immaginiamo di avere a disposizione un display che si attenga ai suggerimenti dell'EBU, con luminosità massima pari a 200 cd/mq e con livello del nero pari a 0,5 cd/mq. Considerando che la rampa di luminanza deve essere compresa tra questi due valori, sarà migliore quella curva con gamma che parta già da un valore più conservativo che si riduce progressivamente ai livelli più bassi fino al nero invece che un'altra che tira una rampa con gamma pari a 2.35 per poi non avere più corda e schiacciare gli ultimi gradini allo stesso livello del nero. Ma questa è un'altra storia che affronteremo quando si parlerà di calibrazione.

Emidio
Commento # 6 di: Emidio Frattaroli pubblicato il 16 Ottobre 2007, 12:22
Originariamente inviato da: Girmi
... il numero massimo dei colori dei DVD, BRD, BRD, DVB e HD-DVD che non è a 256^3 colori ma 220^3 a causa della conversione YUV 16-235 -> RGB 0-255...

Sul numero di colori, tecnicamente hai ragione ma qui c'è bisogno di così tante considerazioni che affronteremo in un articolo che è di prossima pubblicazione e che illustrerà anche l'universo degli spazi colore (CIE 1931, CIE Lab etc) e delle codifiche colore (RGB, YUV etc.). Il senso della premessa è che la codifica ad 8 bit permette al massimo 256 differenti livelli di grigio che utilizziamo comunque nella misura attraverso un generatore RGB 0-255 via HDMI con display e proiettori settati in modalità complementare.

Nella realtà le cose sono ovviamente differenti, senza dimenticare le varie modalità di trasmissione dei segnali via HDMI (normale, enhanced, component 4:2:2, component 4:4:4, RGB) e soprattutto il famigerato Deep Color. In ogni modo non mi risulta che i livelli, anche utilizzando come sorgente un DVD letto con un tradizionale DVD Player, siano solo 188 (256-68). A margine di questo articolo ti prego comunque di limitare i commenti sul topic principale e quindi sul gamma. Il tempo per discutere di spazi codifiche e sfumature di colore arriverà molto presto

Grazie ancora per l'ottimo feed-back, Girmi: davvero puntuale. Quando avrai terminato la lettura, mi farebbe molto piacere avere commenti ma soprattutto suggerimenti sul nuovo grafico.



Emidio
Commento # 7 di: Girmi pubblicato il 16 Ottobre 2007, 17:09
Dalle prove che feci (http://www.avmagazine.it/forum/showpost.php?p=949127&postcount=90]qui[/URL]), le funzione di trasferimento del PAL e del NTSC sono sostanzialmente simili per quanto riguarda la luminanza (differiscono per la cromia), mentre la compressione h.264, che utilizza il profilo ITU-R REC. 709, differisce anche in quella della luminanza.

La prova è molto facile da fare se si dispone di una periferica, player o display, che permetta di impostare manualmente i due profili, REC 601 e REC 709. La differenza è evidente.

Sto cercando un profilo REC. 709 per studiarlo. Se a qualcuno capitasse sott'occhio per cortesia lo posti.

Se interesessa, qui ci sono tabelle con diversi spazi colore, anche NTSC; PAL, SMPTE-C; con le coordinate dei primari, dell'illuminante, del gamma e per gli amanti dei display a miliardi di colori ci sono anche i DeltaE Volume (aka: max colori discriminabili nel profilo).

Questo Color Check calculator invece dimostra velocemente che anche nel grey gamma fra NTSC e PAL ci sono differenze (anche se minime ed a mio avviso trascurabili)
http://www.brucelindbloom.com/index.html?Calc.html


Ciao.
Commento # 8 di: vipermario pubblicato il 17 Ottobre 2007, 10:51
facendo parte del gruppo di utenti che non hanno ancora assimilato certi dogmi ringrazio emidio e lo staff di avmagazine per aver fatto chiarezza su dei punti che, per gli appassionati o gli adetti ai lavori possono sembrare piuttosto scontati, ma che per i neofiti come me sono importanti per avere gli strumenti per riuscire a valutare, anche soggettivamente, la bontà del proprio materiale video presente e futuro (come il nuovo grafico studiato ad hoc che rende più visibile a colpo d'occhio la bontà della curva del gamma)

ben vengano queste lezioni così come sono sempre state ben accette quelle su hwupgrade! quindi spero che, accanto alle classiche recensioni ci sia sempre più spazio per articoli di questa tipologia.

ciauz!
Commento # 9 di: MauMau pubblicato il 17 Ottobre 2007, 22:41
molto interessante, complimenti.
Sono proprio curioso di vedere all'opera i nuovi grafici, dato che quello tradizionale non mi ha mai dato l'impressione di essere molto utile (dal punto di vista puramente didattico).
Commento # 10 di: Emidio Frattaroli pubblicato il 24 Ottobre 2007, 17:32
Ringrazio tutti i commenti e i consigli, anche quelli arrivati via email e messaggi privati.. (paura, eh? )

Dopo un confronto con Andrea Manuti, con cui sono tornato in stretta collaborazione per provare a standardizzare le principali misure sui videoproiettori, ho modificato leggermente il grafico, aumentando la zona verde che a questo punto si estende fino ad un coefficiente 2.4 e allargando anche le altre zone che, alla fine, sono soltanto tre.

Per il momento, per necessità pratica e per rimanere nella zona di sicurezza dell'accuratezza di misura, ho limitato la misura a partire dal 10% di intensità del segnale in ingresso. Il risultato è visionabile già nelle misure relative al display LCD Samsung appena pubblicato:

http://www.avmagazine.it/articoli/t...-40m86bd_6.html

Grazie ancora a tutti per il supporto.

Emidio
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