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HDR: metadati statici vs dinamici

Emidio Frattaroli 02 Settembre 2017, alle 11:56 4K e 8K

Quali sono i vantaggi del poter contare su un flusso di metadati dinamici, legato alle curve del gamma di tipo HDR e cosa succederà nei prossimi mesi tra Dolby Vision e il nuovo standard HDR10+?


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Una delle notizie più interessanti arrivate con l'edizione 2017 dell'IFA di Berlino riguarda la nascita di una associazione tra Samsung, Panasonic e 20th Century Fox per la standardizzazione e il rilascio di licenze per un nuovo formato HDR basato su dati dinamici, retro-compatibile con l'attuale sistema con dati statici e molto più economico rispetto al sistema già standardizzato da Dolby, chiamato Dolby Vision e già adottato - quest'ultimo - da alcuni costruttori di TV e disponibile in streaming e su supporto fisico.

Prima di parlare dei vantaggi dei formati HDR con dati dinamici, serve una premessa sullo standard HDR con dati statici. Ebbene, nella preparazione dei contenuti, coloro che effettuano la color correction lavorano oggi su monitor con parametri che riguardano gamut, rapporto di contrasto e capacità dinamiche, ben definiti. Ad esempio, il monitor più utilizzato nel mastering HDR è il modello Sony BVM-X300V2 con tecnologia OLED, risoluzione 4K, 10 bit per componente, diagonale di 30" e picco di luminanza di 1.000 NIT.

Oltre al Sony esistono anche i monitor Dolby PRM-4220 con tecnologia LCD e local dimming con migliaia di zone, 12 bit per componente e picco di luminanza che arriva fino a 4.000 NIT nella versione "Pulsar" con pannello raffreddato a liquido. In tutti i casi, durante la color correction, il colorist provvede a formattare le immagini osservandole attraverso uno di quei monitor che hanno un rapporto di contrasto elevatissimo, un gamut colore che ha almeno le dimensioni di quello DCI-P3 e un picco di luminanza che di solito prevede 1.000 NIT ma che in alcuni casi arriva fino a 4.000 NIT.

Una volta preparato il flusso video, per la creazione delle immagini in HDR10 vengono creati anche i metadati statici che prevedono alcune infomazioni indispensabili e sono di tre tipi: 1- SMPTE ST.2086 del volume colore del mastering display utilizzato (gamut, punto del bianco, luminanza minima e massima); 2-  MaxFALL (Maximum Frame Average Light Level - luminanza media massima dei fotogrammi dell'intero contenuto, escluse le eventuali bande nere); 3- MaxCLL (Maximum Content Light Level - il livello di luminanza massimo del pixel più luminoso dell'intero contenuto).

Questi tre tipi di metadati, possono essere inseriti all'interno del flusso video HEVC e anche nell'InfoFrame della connessione HDMI. Sono dati indispensabili, che vengono utilizzati dall'elettronica del TV/monitor/proiettore usato per riprodurre il flusso video HDR10. La necessità deriva dalla distanza - a volte anche "siderale" - che c'è tra il monitor usato per il mastering e quello usato per riprodurre i contenuti. Il problema infatti è che oggi, nel settore consumer, non esiste un display che sia simile per caratteristiche ai monitor Sony e Dolby usati dalla stragrande maggioranza di colorist per la preparazione dei contenuti HDR.

Anche tra i migliori TV OLED in commercio, il gamut è comunque più ristretto e il picco di luminanza massimo difficilmente supera i 700 NIT; in più, quando l'area dell'immagine luminosa cresce in dimensioni, il livello di luminanza scende ulteriormente, fino a meno di 300 NIT nei casi peggiori. Per i migliori TV LCD con retroilluminazione "Quantum Dot", che invece hanno un gamut ormai quasi sovrapponibile a quello dei monitor per il mastering e un picco di luminanza che in alcuni casi arriva anche a 2.000 NIT (es. Samsung Q9), c'è il problema del rapporto di contrasto nativo non particolarmente elevato (max 6.000:1) perché il livello del nero non è abbastanza contenuto e il local dimming non è ancora in grado di fare miracoli. Questo limite genera anche un restringimento del gamut nei primi gradini di luminosità.


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In poche parole, visto che anche i migliori TV in commercio hanno dei limiti, i costruttori operano un adattamento sul segnale video in modo da adattarlo il più possibile al pannello, operando quello che nel gergo tecnico viene definito "Tone Mapping". Orbene per operare il "Tone Mapping" vengono utilizzati i metadati statici, quindi ST.2086, MaxFALL e MaxCLL che però non cambiano per tutta la durata del contenuto. Più il display avrà caratteristiche lontane dal monitor usato per il mastering e più avrà difficioltà a raggiungere la luminanza media e massima del contenuto da riprodurre, più saranno necessari compromessi e più sarà pesante il "Tone Mapping". Vi lascio immaginare quali siano i compromessi necessari per un "cosiddetto" TV 4K HDR dotato di pannello LCD di tipo IPS, con luminanza che non raggiunge i 400 NIT e rapporto di contrasto nativo che non arriva neanche a 800:1.

Se invece i metadati potessero cambiare scena dopo scena, e magari ci fosse anche qualche informazione in più sulla metrica di luminanza, contrasto, APL e colore, l'elettronica del TV avrebbe più informazioni per poter operare un adattamento più efficiente e variabile nel tempo. Questo è il vantaggio dei metadati dinamici, che già può essere sfruttato in una catena di riproduzione che adotti lo standard Dolby Vision.

Il nuovo standard HDR10+, annunciato con la partnership tra Samsung, Panasonic e 20th Century Fox e di cui vi abbiamo parlato in questo articolo , promette gli stessi vantaggi del sistema concorrente Dolby Vision, a un costo sensibilmente inferiore per le aziende coinvolte nella produzione sia dei contenuti che dei TV, monitor e videoproiettori. Inoltre, per i motivi che ho esposto qui in alto, i TV che avranno più vantaggio dai metadati dinamici saranno quelli più economici, quindi più "distanti" come qualità e caratteristiche dai monitor usati per il mastering. Per essere ancora più chiari, un ottimo TV con picco di luminanza vicino a 1.000 NIT, gamut esteso e ottimo rapporto di contrasto, potrebbe avere vantaggi dall'introduzione dei metadati dinamici solo limitati e solo per contenuti caratterizzati da MaxFALL e MaxCLL particolarmente elevati. 

Aggiungo anche che alcuni produttori già operano una sorta di "Tone Mapping" dinamico, analizzando il flusso video con tecniche simili a quelle già utilizzate per la gestione del local dimming o dei diaframmi dinamici dei videoproiettori ma che non sono sempre affidabili al 100%. Quando invece ci sono i metadati che sono il risultato di analisi molto più complesse che sono state effettuate "off-line" su ogni fotogramma, il vantaggio in termini di qualità d'immagine potrebbe essere molto evidente, soprattutto nei TV di fascia più bassa che non sono dotati di DSP efficienti, in grado di operare analisi in tempo reale sulle immagini.

 

Commenti (25)

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  • revenge72

    06 Settembre 2017, 16:58

    Originariamente inviato da: Nidios;4758036
    Ti quoto Alberto… anche se devo ammette la mia ignoranza e incapacità di intuire alcuni miglioramenti dati dai famosi metadati dell’HDR.
    Non riesco a capire come 2 dispositivo identici come caratteristiche fisiche (CR e luminosità ma uno compatibile HDR e l’altro NO, possa migliorare l’immagine già registrata in HDR.


    Dovre..........[CUT]



    Il limite sono i display consumer attuali che sono ben distanti dal coprire le specifiche dei nuovi formati fino in fondo.
    Il tone mapping è una tecnica utilizzata ampiamente nella fotografia per rendere visibili particolari ripresi dal sensore ma non riproducibili dal display.
    Si tratta a tutti gli effetti di una compressore dinamico che opera nelle alte delle basse luci.
    In questo caso specifico l' HDR+ permetterebbe di rendere il tone mapping dinamico in funzione del contenuto da far vedere nello specifico display.. in definitiva il display avrà una curva di trasferimento adattata di volta in volta al contenuto che si visualizza in funzione variando la funzione di trasferimento (o per dirla tutta sul gamma) per salvare il salvabile.
    Il caso peggiore possibile ovvero il famigerato display IPS con retroilluminazione edge... compatibile sulla carta con l' HDR+ non avrebbe alcuna perdita di dettaglio, la luminosità ai toni medi sarebbe identica a quella del display professionale.
    I limiti rispetto a quest' ultimo sarebbero semplicemente nella piattezza della resa alle alte luci (compresse) e basse luci (poco profonde).

  • thegladiator

    06 Settembre 2017, 18:34

    Originariamente inviato da: revenge72;4759003
    I limiti rispetto a quest' ultimo sarebbero semplicemente nella piattezza della resa alle alte luci (compresse) e basse luci (poco profonde)


    Il che tradotto si riassume con un unico termine: una vera M...A!!

  • IukiDukemSsj360

    07 Settembre 2017, 07:43

    Originariamente inviato da: thegladiator;4759034
    Il che tradotto si riassume con un unico termine: una vera M...A!!


    Consiglio di provare il Dolby Vision su Oled, la resa delle immagini è spettacolare con contenuti di qualità, tipo Marco Polo o Chef Table Francia, solo per citare due titoli

    uno dei problema dell'HDR standard è che non è sempre uguale.. faccio un esempio:

    l'HDR di The Revenant ha un picco a 1000 nits, mentre un Mad Max ha un picco ben più elevato, che mai un Oled potrà coprire, LG parlavano di un limite di 800 nits, che non andava superato per non rischiare di rovinare il pannello, con i panelli attuali sono arrivati a 700 nits, il Top sony lcd arriva 1500 nits, ed il nuovo Samsung a 2000 nits.

    il Dolby Vision tiene conto di questi limiti e permette di ottimizzare ogni singola scena, senza notare durante la visione alcuna fluttuazione, per lo meno sull'Oled E6V non ho notato niente del genere,

    starà anche a chi farà il mastering in Dolby Vision ad ottimizzare al meglio la resa di ogni singola scena, non credo che sia tutto automatizzato, come il discorso del digital color grading; un altro dei vantaggi del Dolby Vision è il supporto ai 12-bit colore, mentre l'HDR-10 è vincolato ai 10-bit, come praticamente la totalità delle tv attualmente in commercio tra quelle con pannello a 10-bit nativi

    Davvero impressionante la resa anche con i videogiochi del HDR dinamico del Dolby, speriamo che Mass Effect Andromeda per PC non sia un caso isolato, e che arrivi presto anche su PS4 ed Xbox nei futuri titoli di riliev, che supportino il Dolby Vision o almeno l'HDR+, in quanto l'HDR statico nei giochi spesso lo trovato sbilanciato, come se l'Oled non ne avesse abbastanza.. cosi da far entra spesso in gioco il processo di tone-mapping dell'elettronica interna del tv per cercare di compensare il deficit.

  • revenge72

    07 Settembre 2017, 08:53

    @thegladiator

    Supponiamo che il famigerato pannello arrivi a coprire giusto giusto l' SDR, con questi trucchi se non altro i contenuti HDR non si vedranno peggio di quelli SDR

  • thegladiator

    07 Settembre 2017, 10:53

    Ah beh... allora la prospettiva cambia!

  • Stefanik

    12 Settembre 2017, 09:05

    Questo interessante articolo mi ha fatto venire in mente una funzionalità del radiance pro che a dir la verità non ho mai capito a fondo come lavorasse, ma che secondo me potrebbe avere qualche analogia con questi metadati dinamici.
    La funzionalità del radiance pro si chiama HDR intensity mapping.
    Che ne pensate?

    Comunque al netto di tutto quanto sopra, l'articolo dimostra a mio avviso come questo sia un periodo di transizione per il mercato. I produttori stanno ancora cercando il metodo migliore (ovvero il rapporto migliore tra qualità/prezzo) per farci fare un solido salto in avanti.
    Speriamo lo trovino presto!

  • acu60

    13 Dicembre 2018, 10:06

    OTTIMO

    viste alcune problematiche relative alla qualità delle immagini tra una nota marca di tv e una nota pay tv, non essendo un tecnico ho cercato di documentarmi per capire qualcosa
    di Hlg.hdr ecc ecc....

    Dopo aver letto le peggio cose e le più mirabolanti eresie, finalmente un articolo che con linguaggio tecnico (quanto basta per essere compreso anche dai profani come me)
    fa effettivamente capire che cosa sono quelle sigle, e tutte le problematiche sottese in un contenuto da quando parte a quando arriva sui nostri TV

  • Emidio Frattaroli

    14 Dicembre 2018, 11:27

    Originariamente inviato da: acu60;4919929
    ... fnalmente un articolo che con linguaggio tecnico (quanto basta per essere compreso anche dai profani come me) fa effettivamente capire che cosa sono quelle sigle ..........[CUT]
    Grazie!

    Rileggendolo mi è venuta voglia di riscriverlo da zero e aggiungere le ultime novità e - soprattutto - qualche nota tecnica un po' più approfondita.

    Emidio

  • Nidios

    14 Dicembre 2018, 14:03

    Domandina forse ingenua,
    il flusso di metadati che avviene fotogramma per fotogramma sull'HDR10+ quanta banda passante prende in bitrate?
    Magari irrisoria...

    Fabio

  • oceano60

    14 Dicembre 2018, 14:47

    Ciao, ti lascio link al documento Cedia Community con specchietto del data rates per 4K HDR formats:
    http://community.cedia.net/blogs/da...ates-for-4k-hdr

    Link ad immagine (click per visualizzarla)
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