High-Dynamic-Range-Video - High-dynamic-range video

High-Dynamic-Range ( HDR ) ist eine Technologie zur Darstellung von Luminanz und Farben in Videos und Bildern. Es steht im Gegensatz zum Standard-Dynamic-Range (SDR), der zum Begriff für ältere Technologie geworden ist. HDR bietet die Möglichkeit, wesentlich hellere Lichter, dunklere Schatten, mehr Details auf beiden Seiten und buntere Farben darzustellen, als es bisher möglich war.

HDR ermöglicht eine bessere Nutzung von Displays mit hoher Helligkeit , Kontrast und Farbeigenschaften . Es erhöht nicht die Fähigkeiten des Displays und nicht alle HDR-Displays haben die gleichen Fähigkeiten. HDR-Inhalte sehen somit je nach verwendetem Display unterschiedlich aus.

HDR10 , HDR10+ , Dolby Vision und HLG sind gängige HDR-Formate.

Die HDR-Technologie im Zusammenhang mit Displays kam 2014 zuerst für Video auf. Es ist jetzt auch für Standbilder verfügbar.

Beschreibung

Andere Technologien vor HDR verbesserten die Bildqualität durch Erhöhung der Pixelmenge ( Auflösung und Bildrate ). HDR verbessert die Pixelqualität.

Während CRT nicht mehr verwendet wird und moderne Displays oft eine viel höhere Kapazität haben, basiert das SDR- Format immer noch auf den Eigenschaften von CRT und ist auf diese beschränkt . HDR überwindet diese Grenzen.

SDR-Formate können bis zu einem maximalen Helligkeitsniveau von etwa 100 Nits darstellen , während es für HDR bis zu mindestens 1000 Nits und in einigen Formaten bis zu 10.000 Nits reicht. HDR unterstützt auch die Darstellung niedrigerer Schwarzwerte und satterer Farben (dh farbigerer Farben). Die gängigsten SDR-Formate sind auf Rec beschränkt . 709 / sRGB- Farbraum, während gängige HDR-Formate Rec. 2100 Farbprimärfarben, was eine breite Farbskala (WCG) darstellt.

Das sind die technischen Grenzen von HDR-Formaten. HDR-Inhalte sind oft auf eine Spitzenhelligkeit von 1000 oder 4000 nits und DCI-P3- Farben beschränkt, auch wenn sie in einem höherwertigen Format gespeichert sind. Die Fähigkeiten des Displays variieren und kein aktuelles Display ist in der Lage, den maximalen Helligkeits- und Farbbereich wiederzugeben, der in HDR-Formaten gespeichert werden kann.

HDR-Video umfasst Erfassung, Produktion, Inhalt/Kodierung und Anzeige.

Leistungen

Hauptvorteile:

  • Glanzlichter (dh die hellsten Teile des Bildes) können gleichzeitig wesentlich heller, farbenfroher und detailreicher sein.
  • Lowlights (dh die dunkelsten Teile des Bildes) können dunkler sein und mehr Details aufweisen.
  • Die bunten Teile des Bildes können noch bunter sein . (Dies wird durch die Verwendung von WCG erreicht, das für SDR und HDR nicht üblich ist.)

Andere Vorteile:

  • Realistischere Helligkeitsvariationen zwischen Szenen wie sonnenbeschienenen, Innen- und Nachtszenen.
  • Bessere Identifikation des Oberflächenmaterials.
  • Bessere Tiefenwahrnehmung, selbst bei 2D-Bildern.

Die Fähigkeit zur Erhöhung der maximalen Helligkeit kann verwendet werden, um die Helligkeit kleiner Bereiche zu erhöhen, ohne die Helligkeit des Gesamtbildes zu erhöhen, was beispielsweise zu hellen Reflexionen von glänzenden Objekten, hellen Sternen in einer dunklen Nachtszene, hellem und farbenfrohem Feuer oder einem hellen Sonnenuntergang führt und bunte lichtemittierende Objekte. Content-Ersteller können wählen, wie sie die erweiterten Funktionen nutzen. Sie können sich auch entscheiden, sich an die Grenzen von SDR zu beschränken, selbst wenn der Inhalt im HDR-Format geliefert wird.

Bewahrung kreativer Absichten

Damit die kreativen Absichten erhalten bleiben, müssen bei Videoformaten Inhalte gemäß den Standards angezeigt und angezeigt werden.

HDR-Formate, die dynamische Metadaten verwenden (wie Dolby Vision und HDR10+) können auf jedem kompatiblen Display angezeigt werden. Die Metadaten ermöglichen es, das Bild entsprechend den kreativen Absichten an die Anzeige anzupassen. Andere HDR-Formate (wie HDR10 und HLG) erfordern, dass das Consumer-Display mindestens die gleichen Fähigkeiten wie das Mastering-Display hat. Es ist nicht sichergestellt, dass die kreativen Absichten auf weniger leistungsfähigen Displays erhalten bleiben.

Für eine optimale Qualität müssen Inhalte in einer relativ dunklen Umgebung angezeigt werden. Dolby Vision IQ und HDR10+ Adaptive passen den Inhalt an das Umgebungslicht an .

Andere HDR-Technologien

Die seit Jahren in der Fotografie verwendete HDR- Aufnahmetechnik erhöht den von Kameras erfassten Dynamikumfang . Die Fotos müssten dann auf SDR ton- mapped werden . Jetzt könnten sie im HDR-Format (z. B. HDR10) gespeichert werden, mit dem die Fotos in einem höheren Helligkeitsbereich angezeigt werden können .

Frühere Formate mit hohem Dynamikbereich, wie Roh- und Logarithmusformate, waren nur für die Speicherung gedacht. Bevor sie den Verbraucher erreichen, müssten sie in SDR (dh Gammakurve ) umgewandelt werden. Jetzt können sie auch in ein HDR-Format (zB HDR10) konvertiert werden und werden mit einem höheren Helligkeits- und Farbumfang dargestellt .

Formate

Seit 2014 sind mehrere HDR-Formate entstanden, darunter HDR10 , HDR10+ , Dolby Vision und HLG . Einige Formate sind gebührenfrei, andere erfordern eine Lizenz und einige sind leistungsfähiger als andere.

Dolby Vision und HDR10+ enthalten dynamische Metadaten, während HDR10 und HLG dies nicht tun. Diese werden verwendet, um die Bildqualität auf begrenzten Displays zu verbessern, die ein HDR-Video nicht so wiedergeben können, wie es erstellt und geliefert wurde. Dynamische Metadaten ermöglichen es Inhaltserstellern zu steuern und auszuwählen, wie das Bild angepasst wird. Wenn Displays mit geringer Kapazität verwendet werden und keine dynamischen Metadaten verfügbar sind, hängt das Ergebnis von den Auswahlmöglichkeiten des Displays ab und künstlerische Absichten werden möglicherweise nicht beibehalten.

HDR10

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HDR10 Media Profile , besser bekannt als HDR10 , ist ein offener HDR-Standard, der am 27. August 2015 von der Consumer Technology Association angekündigt wurde . Es ist das am weitesten verbreitete HDR-Format. Es ist nicht abwärtskompatibel mit SDR- Displays. Es ist technisch auf maximal 10.000 nits Spitzenhelligkeit begrenzt, HDR10-Inhalte werden jedoch normalerweise mit einer Spitzenhelligkeit von 1.000 bis 4.000 nits gemastert.

HDR10 fehlen dynamische Metadaten. Auf HDR10-Displays, die eine geringere Farblautstärke als der HDR10-Inhalt aufweisen (z. B. eine geringere Spitzenhelligkeit), enthalten die HDR10-Metadaten Informationen, die bei der Anpassung des Inhalts helfen. Die Metadaten sind jedoch statisch (bleiben für das gesamte Video gleich) und geben nicht an, wie der Inhalt angepasst werden soll, daher liegt die Entscheidung bei der Anzeige und die kreativen Absichten werden möglicherweise nicht beibehalten.

Dolby Vision

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Dolby Vision ist ein End-to-End-Ökosystem für HDR-Video. Es umfasst die Erstellung, Verteilung und Wiedergabe von Inhalten. Es ist eine proprietäre Lösung von Dolby Laboratories , die 2014 auf den Markt kam. Sie verwendet dynamische Metadaten und ist technisch in der Lage, Luminanzstufen von bis zu 10.000 Nits darzustellen. Dolby Vision erfordert, dass die Displays von Inhaltserstellern eine Spitzenhelligkeit von mindestens 1.000 Nits aufweisen.

HDR10+

HDR10+ Logo.png

HDR10+ , auch bekannt als HDR10 Plus , ist ein HDR-Videoformat, das am 20. April 2017 angekündigt wurde. Es ist identisch mit HDR10, enthält jedoch einige von Samsung entwickelte dynamische Metadaten. Es ist für Content-Ersteller kostenlos und hat für einige Hersteller eine Jahreslizenz von maximal 10.000 US-Dollar. Es soll eine Alternative zu Dolby Vision ohne Gebühren sein.

HLG10 (HLG-Format)

HLG10 , allgemein einfach als HLG-Format bezeichnet , ist ein HDR-Format, das sowohl für Videos als auch für Standbilder verwendet werden kann. Es verwendet die HLG- Übertragungsfunktion, Rec. 2020 Farbprimärfarben und eine Bittiefe von 10 Bit. Das Format ist abwärtskompatibel mit SDR UHDTV , soll jedoch nicht abwärtskompatibel mit herkömmlichen SDR-Displays sein, die die BT.2020-Farbmetrik nicht interpretieren können. Es verwendet keine Metadaten. Es ist lizenzfrei.

PQ10 (PQ-Format)

PQ10 , manchmal auch einfach als PQ-Format bezeichnet , ist ein HDR-Format, das sowohl für Videos als auch für Standbilder verwendet werden kann. Es entspricht dem HDR10- Format ohne Metadaten. Es verwendet die PQ- Übertragungsfunktion Rec. 2020 Farbprimärfarben und eine Bittiefe von 10 Bit. Es ist nicht abwärtskompatibel mit SDR.

Andere Formate

  • Technicolor Advanced HDR : Ein HDR-Format, das abwärtskompatibel mit SDR sein soll. Ab dem 19. Dezember 2020 gibt es keine Inhalte in diesem Format.
  • SL-HDR1 ( Single-Layer-HDR-System Teil 1 ) ist ein HDR-Standard, der gemeinsam von STMicroelectronics , Philips International BV und Technicolor R&D France entwickelt wurde . Es wurde im August 2016 als ETSI TS 103 433 standardisiert. SL-HDR1 bietet direkte Abwärtskompatibilität durch die Verwendung statischer (SMPTE ST 2086) und dynamischer Metadaten (unter Verwendung der Formate SMPTE ST 2094-20 Philips und 2094-30 Technicolor) zur Rekonstruktion eines HDR-Signals aus einem SDR-Videostream, der über bereits vorhandene SDR-Verteilungsnetze und -Dienste geliefert werden kann. SL-HDR1 ermöglicht HDR-Rendering auf HDR-Geräten und SDR-Rendering auf SDR-Geräten unter Verwendung eines einschichtigen Videostreams. Die HDR-Rekonstruktionsmetadaten können entweder zu HEVC oder AVC unter Verwendung einer ergänzenden Verbesserungsinformationsnachricht (SEI) hinzugefügt werden . Version 1.3.1 wurde im März 2020 veröffentlicht.
  • SL-HDR2
  • SL-HDR3

Vergleich der Videoformate

Vergleichstabelle für HDR-Formate
HDR10 HDR10+ Dolby Vision HLG10
Entwickelt von CTA Samsung Dolby NHK und BBC
Jahr 2015 2017 2014 2015
Kosten Kostenlos Kostenlos (für Content-Unternehmen)

Jahreslizenz (für Hersteller)

Proprietär Kostenlos
Farbraum
Übertragungsfunktion PQ PQ
  • PQ (in den meisten Profilen)
  • SDR (in den Profilen 4, 8.2 und 9)
  • HLG (im Profil 8.4)
HLG
Bittiefe 10 Bit 10 Bit (oder mehr) 10 Bit oder 12 Bit 10 Bit
Spitzenleuchtdichte Technisches Limit 10.000 Nits 10.000 Nits 10.000 Nits Variable
Inhalt Keine Regeln

1.000 - 4.000 Nissen (häufig)

Keine Regeln

1.000 - 4.000 Nissen (häufig)

(Mindestens 1.000 Nits)

4.000 Nissen üblich

1.000 Nissen üblich
Farbvorwahlen Technisches Limit Empf. 2020 Empf. 2020 Empf. 2020 Empf. 2020
Inhalt DCI-P3 (gemeinsam) DCI-P3 (gemeinsam) Mindestens DCI-P3 DCI-P3 (gemeinsam)
Andere Eigenschaften
Metadaten
  • Statisch
  • Statisch
  • Dynamisch
    • Manuell generierte Beschnitte
  • Statisch
  • Dynamisch
    • Automatisch erzeugt
    • Manuell generierte Beschnitte
Keiner
Rückwärtskompatibilität Keiner
  • HDR10
Abhängig von Profil und Kompatibilitätsgrad:
  • Keine Kompatibilität
  • SDR
  • HDR10
  • HLG
  • UHD Blu-ray (bedeutet HDR10 mit weiteren Einschränkungen)
  • SDR-Displays, die Rec unterstützen. 2020 (wie UHD- TV)
Anmerkungen Das PQ10- Format ist das gleiche wie HDR10 ohne die Metadaten Die technischen Eigenschaften von Dolby Vision hängen vom verwendeten Profil ab, aber alle Profile unterstützen dieselben dynamischen Dolby Vision-Metadaten. Die HLG-Abwärtskompatibilität ist für SDR-UHDTV-Displays akzeptabel, die den BT.2020-Farbraum interpretieren können. Es ist nicht für traditionelle SDR-Displays gedacht, die nur die BT.709-Farbmetrik interpretieren können.
Quellen

Anmerkungen

Anzeigen

Anzeigegeräte mit einem größeren Dynamikbereich werden seit Jahrzehnten erforscht, hauptsächlich mit Flachbildschirmtechnologien wie Plasma , SED / FED und OLED .

TV- Geräte mit erweitertem Dynamikbereich und Hochskalierung vorhandener SDR/ LDR- Video-/Broadcast-Inhalte mit Reverse- Tone-Mapping wurden seit Anfang der 2000er Jahre erwartet. Im Jahr 2016, HDR Umwandlung von SDR Video wurde auf dem Markt erscheint als Samsung 's HDR + (in LCD - TV - Sets) und Technicolor ' s HDR Intelligent Tone - Management .

Ab 2018 können High-End-HDR-Displays für Verbraucher eine Leuchtdichte von 1.000 cd/m 2 erreichen , zumindest für kurze Zeit oder über einen kleinen Teil des Bildschirms, im Vergleich zu 250-300 cd/m 2 für ein typisches SDR Anzeige.

Zu den Videoschnittstellen, die mindestens ein HDR-Format unterstützen, gehören HDMI 2.0a, das im April 2015 veröffentlicht wurde, und DisplayPort 1.4, das im März 2016 veröffentlicht wurde. Am 12. Dezember 2016 gab HDMI bekannt, dass die Unterstützung von Hybrid Log-Gamma (HLG) hinzugefügt wurde zum HDMI 2.0b-Standard. HDMI 2.1 wurde offiziell am 4. Januar 2017 angekündigt und bietet Unterstützung für Dynamic HDR, dh dynamische Metadaten, die Änderungen Szene für Szene oder Frame für Frame unterstützen.

Kompatibilität

Ab 2020 ist kein Display in der Lage, den vollen Helligkeits- und Farbbereich von HDR-Formaten wiederzugeben. Ein Display wird als HDR-Display bezeichnet, wenn es HDR-Inhalte aufnehmen und seinen Anzeigeeigenschaften zuordnen kann. Somit gibt das HDR-Logo nur Auskunft über die Inhaltskompatibilität und nicht die Anzeigefähigkeit.

Zertifizierungen

Es wurden Zertifizierungen vorgenommen, um Verbrauchern Informationen über die Anzeigewiedergabefähigkeit eines Bildschirms zu geben.

VESA-DisplayHDR

Der DisplayHDR- Standard von VESA ist ein Versuch, die Unterschiede in den HDR-Spezifikationen für Verbraucher verständlicher zu machen, wobei Standards hauptsächlich in Computermonitoren und Laptops verwendet werden. VESA definiert eine Reihe von HDR-Stufen; alle müssen HDR10 unterstützen, aber nicht alle müssen 10-Bit-Displays unterstützen. DisplayHDR ist kein HDR-Format, sondern ein Tool zur Überprüfung von HDR-Formaten und ihrer Leistung auf einem bestimmten Monitor. Der neueste Standard ist DisplayHDR 1400, der im September 2019 eingeführt wurde, mit Monitoren, die ihn im Jahr 2020 unterstützen. DisplayHDR 1000 und DisplayHDR 1400 werden hauptsächlich in professionellen Arbeiten wie der Videobearbeitung verwendet . Monitore mit DisplayHDR 500- oder DisplayHDR 600-Zertifizierung bieten eine spürbare Verbesserung gegenüber SDR-Displays und werden häufiger für allgemeine Computer- und Spieleanwendungen verwendet.

Minimale Spitzenleuchtdichte

(Helligkeit in cd/m 2 )

Farbpalette

(Farbskala)

Minimum

Farbtiefe

Typische Dimmtechnologie Maximale Schwarzwertluminanz

(Helligkeit in cd/m 2 )

Maximale Latenz bei der Anpassung der Hintergrundbeleuchtung

(Anzahl der Videoframes)

AnzeigeHDR 400 400 sRGB 8-Bit (24-Bit) Bildschirmebene 0,4 8
AnzeigeHDR 500 500 WCG * 10-Bit (30-Bit) Zonenebene 0,1 8
AnzeigeHDR 600 600 WCG* Zonenebene 0,1 8
AnzeigeHDR 1000 1000 WCG* Zonenebene 0,05 8
AnzeigeHDR 1400 1400 WCG* Zonenebene 0,02 8
DisplayHDR 400 True Black 400 WCG* Pixelebene 0,0005 2
DisplayHDR 500 True Black 500 WCG* Pixelebene 0,0005 2
DisplayHDR 600 True Black 600 WCG* Pixelebene 0,0005 2

*Breiter Farbraum, mindestens 90 % von DCI-P3 in spezifizierter Lautstärke (Spitzenluminanz)

Andere Zertifizierungen

UHD Alliance-Zertifizierungen:

  • Ultra-HD-Premium
  • Mobile HDR Premium: für mobile Geräte.

Technische Details

HDR wird hauptsächlich durch die Verwendung der PQ- oder HLG- Übertragungsfunktion erreicht . Wide Color Gamut (WCG) wird auch häufig zusammen mit HDR verwendet. Empf. 2020 Primärfarben . Eine Bittiefe von 10 oder 12 Bit wird verwendet, um im erweiterten Helligkeitsbereich kein Banding zu sehen . Einige zusätzlichen Metadaten werden manchmal verwendet , um die Vielfalt in Displays mit Helligkeit , Kontrast und Farben . HDR-Video wird in Rec definiert . 2100 .

Farbraum

ITU-R-Empf. 2100

Empf. 2100 ist eine technische Empfehlung von ITU-R für die Produktion und Verteilung von HDR-Inhalten mit 1080p- oder UHD-Auflösung, 10-Bit- oder 12-Bit-Farbe, HLG- oder PQ- Übertragungsfunktionen , der Rec. 2020 Wide Color Gamut und YC B C R oder IC T C P als Farbraum .

Übertragungsfunktion

SDR verwendet eine Gammakurve Übertragungsfunktion , die auf basiert CRT ‚s Eigenschaften und die verwendet wird , repräsentieren Helligkeitspegel von bis zu etwa 100 Nits . HDR verwendet neu entwickelte PQ- oder HLG- Übertragungsfunktionen anstelle der traditionellen Gammakurve. Wenn die Gammakurve auf 10.000 Nits erweitert worden wäre, hätte sie eine Bittiefe von 15 Bit benötigt, um Banding zu vermeiden . PQ und HLG sind effizienter.

HDR-Übertragungsfunktionen:

  • Perceptual Quantizer (PQ) oder SMPTE ST 2084 ist einefür HDR entwickelte Übertragungsfunktion , die Leuchtdichten bis zu 10.000 cd/m 2 darstellen kann . Es ist die Grundlage für HDR-Videoformate (wie Dolby Vision, HDR10 und HDR10+ ) und wird auch für HDR-Standbildformate verwendet. PQ ist nicht abwärtskompatibel mit SDR . PQ kann in 12 Bit codiert werden, ohne dass ein Banding angezeigt wird.
  • Hybrid Log-Gamma ( HLG ) ist eine von NHK und BBC entwickelte Übertragungsfunktion. Es ist abwärtskompatibel mit der Gammakurve von SDR. Es ist die Grundlage eines HDR-Formats, das auch als HLG oder manchmal als HLG10 bezeichnet wird. (Das HLG10-Format verwendet Rec. 2100 Farbprimärfarben und ist daher nicht mit allen SDR-Displays abwärtskompatibel). Die HLG-Übertragungsfunktion wird auch von anderen Videoformaten wie Dolby Vision Profil 8.4 und für HDR-Standbildformate verwendet.

Sowohl PQ als auch HLG sind gebührenfrei .

Farbvorwahlen

SDR für HD-Video verwendet eine Systemchromatizität ( Chromatizität von Farbprimärfarben und Weißpunkt ), die in Rec. 709 (wie sRGB ). SDR für SD verwendet viele verschiedene Primärfarben, wie in BT.601, SMPTE 170M erwähnt.

HDR wird üblicherweise mit einem Wide Color Gamut (einer Systemchromatizität größer als BT.709 ) in Verbindung gebracht. Empf. 2100 ( HDR-TV ) verwendet die gleiche Systemchromatizität wie in Rec. 2020 ( UHDTV ). HDR-Formate wie HDR10 , HDR10+ , Dolby Vision und HLG verwenden ebenfalls Rec. 2020 Farbwerte.

HDR-Inhalte werden normalerweise auf einem DCI-P3-Display bewertet und dann in einem HDR-Format enthalten, das Rec verwendet. Farbvorwahlen 2020.

Vergleichstabelle für die Farbwerte des Systems
Farbraum Chromatizitäts - Koordinate ( CIE 1931 )
Grundfarben Weißpunkt
rot Grün Blau
x R y R x G y G x B y B Name x W y W
Empf. 709 0,64 0,33 0,30 0,60 0,15 0,06 D65 0,3127 0,3290
sRGB
DCI-P3 0,680 0,320 0,265 0,690 0,150 0.060 P3- D65 (Anzeige) 0,3127 0,3290
P3-DCI (Theater) 0,314 0,351
P3-D60 (ACES-Kino) 0,32168 0,33767
Empf. 2020 0,708 0,292 0,170 0,797 0,131 0,046 D65 0,3127 0,3290
Empf. 2100

Bittiefe

Aufgrund des erhöhten Dynamikumfangs müssen HDR-Inhalte mehr Bittiefe als SDR verwenden , um Banding zu vermeiden . Während SDR eine Bittiefe von 8 oder 10 Bit verwendet, verwendet HDR 10 oder 12 Bit. Dies, kombiniert mit der Verwendung einer effizienteren Übertragungsfunktion (dh PQ oder HLG ), reicht aus, um Banding zu vermeiden.

Matrixkoeffizienten

Empf. 2100 legt die Verwendung des RGB , der YCbCr oder die IC T C P Signalformate für HDR-TV .

IC T C P ist eine vonDolby entwickelteFarbdarstellungfür HDR undWide Color Gamut (WCG)und standardisiert inRec. 2100.

IPTPQc2 (oder IPTPQc2 ) mit Reshaping ist ein proprietäres Format von Dolby und ähnelt IC T C P . Es wird von Dolby Vision Profil 5 verwendet.

Signalisierungsfarbraum

Codierungsunabhängige Codepunkte (CICP) werden verwendet, um die Übertragungsfunktion, Farbprimärfarben und Matrixkoeffizienten zu signalisieren. Es ist sowohl in ITU-T H.273 als auch in ISO/IEC 23091-2 definiert . Es wird von mehreren Codecs verwendet, darunter AVC , HEVC und AVIF . Gängige Kombinationen von H.273-Parametern sind in ITU-T Series H Supplement 19 zusammengefasst.

Gemeinsame CICP-Werte
Codepunktwert Bedeutung
Übertragungsfunktion 1, 6, 14, 15 Gammakurve von SDR
16 PQ
18 HLG
Farbvorwahlen 1 Empf. 709 Vorwahlen
9 Empf. Vorwahlen 2020

Empf. 2100 Vorwahlen

Matrixkoeffizienten 0 R'G'B'
1 Y'CbCr (für Rec. 709)
9 Y'CbCr (für Rec. 2020)

Y'CbCr (für Rec. 2100)

14 ICtCp

Metadaten

Statische Metadaten

Statische HDR-Metadaten geben Informationen über das gesamte Video.

  • SMPTE ST 2086 oder MDCV (Mastering Display Color Volume): Beschreibt das Farbvolumen des Mastering-Displays (dh die Farbprimärfarben, den Weißpunkt und die maximale und minimale Luminanz). Es wurde von SMPTE und auch in den AVC- und HEVC- Standards definiert.
  • MaxFALL (Maximale durchschnittliche Lichtstärke des Rahmens)
  • MaxCLL (Maximale Inhaltshelligkeit )

Diese Metadaten beschreiben nicht, wie der HDR-Inhalt an HDR-Konsumentendisplays angepasst werden sollte, die ein geringeres Farbvolumen (dh Spitzenhelligkeit, Kontrast und Farbraum) als der Inhalt aufweisen.

Die Werte von MaxFALL und MaxCLL sollten aus dem Videostream selbst (ohne schwarze Ränder für MaxFALL) berechnet werden, basierend auf der Darstellung der Szenen auf dem Mastering-Display. Es wird nicht empfohlen, sie willkürlich festzulegen.

Dynamische Metadaten

Dynamische Metadaten sind für jeden Frame oder jede Szene des Videos spezifisch.

Dynamische Metadaten von Dolby Vision , HDR10+ und SMPTE ST 2094 beschreiben, welche Farbvolumentransformation auf Inhalte angewendet werden sollte, die auf Displays mit einer anderen Farblautstärke als das Mastering-Display angezeigt werden. Es ist für jede Szene und jedes Display optimiert. Es ermöglicht, dass die kreativen Absichten auch auf Verbraucherdisplays mit begrenztem Farbvolumen erhalten bleiben.

SMPTE ST 2094 oder Dynamic Metadata for Color Volume Transform (DMCVT) ist ein Standard für dynamische Metadaten, der 2016 von SMPTE in sechs Teilen veröffentlicht wurde. Es wird in HEVC SEI, ETSI TS 103 433, CTA 861-G mitgeführt. Es umfasst vier Anwendungen:

  • ST 2094-10 (von Dolby ), verwendet für Dolby Vision .
  • ST 2094-20 (von Philips ). Informationen zur Farbvolumenrekonstruktion (CVRI) basieren auf ST 2094-20.
  • ST 2094-30 (von Technicolor ). Color Remapping Information (CRI) entspricht ST 2094-30 und ist in HEVC standardisiert.
  • ST 2094-40 (von Samsung ), verwendet für HDR10+ .

ETSI TS 103 572 : Eine im Oktober 2020 von ETSI veröffentlichte technische Spezifikation für HDR-Signalisierung und Übertragung von ST 2094-10 (Dolby Vision)-Metadaten.

Dual-Layer-Video

Einige Dolby Vision-Profile verwenden ein Dual-Layer-Video, das aus einem Basis-Layer (BL) und einem Enhancement-Layer (EL) besteht. Je nach Dolby Vision-Profil (oder Kompatibilitätsgrad) kann die Basisschicht abwärtskompatibel mit SDR , HDR10 , HLG , UHD Blu-ray oder keinem anderen Format im effizientesten IPTPQc2- Farbraum sein (nutzt Vollbereich und Umformung).

ETSI GS CCM 001 beschreibt eine Compound-Content-Management-Funktionalität für ein zweischichtiges HDR-System, einschließlich MMR (multivariate multiple Regression) und NLQ (nicht lineare Quantisierung).

Annahme

Richtlinien

Richtlinien für das Ultra HD-Forum

UHD Phase A sind Richtlinien desUltra HD Forumsfür die Verbreitung von SDR- und HDR-Inhalten mit Full HD 1080p und 4K UHD Auflösungen. Es erfordert eineFarbtiefevon 10 Bit pro Sample, eine Farbskala vonRec. 709oderEmpf. 2020, eineBildratevon bis zu 60 fps, eine Bildschirmauflösung von1080poder2160pund entwederStandard Dynamic Range(SDR) oder High Dynamic Range mitHybrid Log-Gamma(HLG) oderPerceptual Quantizer(PQ)Übertragungsfunktionen. UHD Phase A definiert HDR als einenDynamikbereichvon mindestens 13 Blenden (213= 8192:1) und WCG als einen Farbraum, der breiter ist alsRec. 709. UHD Phase A Consumer-Geräte sind mit den HDR10-Anforderungen kompatibel und können Rec. 2020 Farbraum und HLG oder PQ bei 10 Bit.

UHD Phase B unterstützt 120 fps (und 120/1,001 fps), 12-Bit-PQ in HEVC Main12 (das reicht für 0,0001 bis 10000 Nits),Dolby AC-4undMPEG-H 3D Audio, IMAX-Sound in DTS :X (ohne LFE). Außerdem werden ICtCp und Color Remapping Information (CRI) der ITU hinzugefügt.

Videoindustrie

Spielindustrie

Standbilder

HDR-Bildformate

Die folgenden Bildformate sind kompatibel mit HDR ( Rec.2100 Farbraum , PQ und HLG Übertragungsfunktionen , Rec.2100 / Rec.2020 Primärfarben):

Andere Bildformate wie JPEG , JPEG 2000 , PNG , WebP unterstützen HDR standardmäßig nicht. Sie könnten dies theoretisch durch die Verwendung des ICC-Profils unterstützen . Bestehende Anwendungen berücksichtigen jedoch in der Regel nicht den in ICC-Profilen definierten absoluten Luminanzwert. Das W3C arbeitet daran, PNG HDR-Unterstützung hinzuzufügen.

Aufnahme von HDR in Standbilder

Panasonic : Die Kameras der S-Serie von Panasonic (einschließlich Lumix S1, S1R, S1H und S5) können Fotos in HDR mithilfe der HLG- Übertragungsfunktion aufnehmen und in einem HSP-Dateiformat ausgeben. Die aufgenommenen HDR-Bilder können in HDR angezeigt werden, indem die Kamera über ein HDMI- Kabelan ein HLG-kompatibles Displayangeschlossen wird. Panasonic hatein Plug-In veröffentlicht, mit dem die HLG-Standbilder (HSP) in Photoshop CC bearbeitet werden können. Das Unternehmen hat auch ein Plug-In zum Anzeigen von Miniaturansichten dieser HDR-Bilder auf einem PC veröffentlicht (für Windows Explorer und macOS Finder).

Canon : EOS-1D X Mark III und EOS R5 sind in der Lage, Standbilder im Rec.2100- Farbraum aufzunehmen, indem sie die PQ- Übertragungsfunktion verwenden , das HEIC- Format ( HEVC- Codec im HEIF- Dateiformat), das Rec. 2020 Farbprimärfarben , eine Bittiefe von 10 Bit und ein 4:2:2 YCbCr Subsampling . Die aufgenommenen HDR-Bilder können in HDR angezeigt werden, indem die Kamera über ein HDMI- Kabelan ein HDR-Displayangeschlossen wird. Aufgenommene HDR-Bilder können auch in SDR JPEG ( sRGB- Farbraum)konvertiertund dann auf jedem Standarddisplay angezeigt werden. Canon bezeichnet diese SDR-Bilder als "HDR PQ-like JPEG". Die Digital Photo Professional- Software vonCanonist in der Lage, die aufgenommenen HDR-Bilder in HDR auf HDR-Displays oder in SDR auf SDR-Displays anzuzeigen. Es ist auch in der Lage, HDR PQ in SDR sRGB JPEG zu konvertieren.

Sony : Sony α7S III- und α1- Kameras könnenmit der HLG- Übertragungsfunktion HDR-Fotos im Rec.2100- Farbraum aufnehmen , das HEIF- Format, Rec. 2020 Farbprimärfarben , eine Bittiefe von 10 Bit und ein 4:2:2 oder 4:2:0 Subsampling . Die aufgenommenen HDR-Bilder können in HDR angezeigt werden, indem die Kamera über ein HDMI- Kabelan ein HLG-kompatibles Displayangeschlossen wird.

Qualcomm : Snapdragon 888 Mobile SoC ermöglicht die Aufnahme von 10-Bit-HDR- HEIF- Standbildern.

Netz

Beim W3C wird daran gearbeitet , das Web mit HDR kompatibel zu machen. Dazu gehören:

  • Erkennung von HDR-Funktionen
  • HDR in CSS

Geschichte

Andere HDR-Technologien

Beispiel für ein HDR-Zeitraffervideo

Im Februar und April 1990 stellte Georges Cornuéjols die erste Echtzeit-HDR-Kamera vor, die zwei nacheinander oder gleichzeitig aufgenommene Bilder kombiniert.

1991 wurde von Hymatom, Lizenznehmer von Cornuéjols, die erste kommerzielle Videokamera mit Sensoren und Kameras der Verbraucherklasse vorgestellt, die mehrere Bilder mit unterschiedlichen Belichtungen in Echtzeit aufnahm und ein HDR-Videobild produzierte.

Ebenfalls 1991 führte Cornuéjols das Prinzip der nichtlinearen Bildakkumulation HDR+ ein, um die Kameraempfindlichkeit zu erhöhen: In Umgebungen mit wenig Licht werden mehrere aufeinanderfolgende Bilder akkumuliert, wodurch das Signal-Rausch-Verhältnis erhöht wird .

Später, in den frühen 2000er Jahren, verwendeten mehrere wissenschaftliche Forschungsbemühungen verbrauchergerechte Sensoren und Kameras. Einige Unternehmen wie RED und Arri haben digitale Sensoren mit einem höheren Dynamikbereich entwickelt. RED EPIC-X kann zeitsequentielle HDRx-Bilder mit vom Benutzer wählbaren 1–3 Blenden zusätzlichem Lichterspielraum im „x“-Kanal aufnehmen. Der "x"-Kanal kann mit dem normalen Kanal in der Postproduktionssoftware zusammengeführt werden. Die Arri Alexa- Kamera verwendet eine Dual-Gain-Architektur, um ein HDR-Bild aus zwei gleichzeitig aufgenommenen Aufnahmen zu erzeugen.

Mit dem Aufkommen kostengünstiger Digitalkameras für Privatanwender begannen viele Amateure, HDR -Zeitraffervideos mit Tone-Mapping im Internet zu veröffentlichen, im Wesentlichen eine Folge von Standbildern in schneller Folge. Im Jahr 2010 produzierte das unabhängige Studio Sowjet Montage ein Beispiel für HDR-Video aus unterschiedlich belichteten Videostreams mit einem Strahlteiler und HD-Videokameras für Verbraucher. Ähnliche Methoden wurden 2001 und 2007 in der wissenschaftlichen Literatur beschrieben.

Moderne Filme wurden oft mit Kameras mit einem höheren Dynamikumfang gedreht , und ältere Filme können konvertiert werden, selbst wenn für einige Bilder ein manueller Eingriff erforderlich wäre (wie bei der Umwandlung von Schwarzweißfilmen in Farbe). Außerdem erfordern Spezialeffekte, insbesondere solche, die echtes und synthetisches Filmmaterial mischen, sowohl HDR-Aufnahmen als auch -Rendering . HDR-Video wird auch in Anwendungen benötigt, die eine hohe Genauigkeit zum Erfassen von zeitlichen Aspekten von Veränderungen in der Szene erfordern. Dies ist wichtig bei der Überwachung einiger industrieller Prozesse wie Schweißen, in vorausschauenden Fahrerassistenzsystemen in der Automobilindustrie, in Überwachungsvideosystemen und anderen Anwendungen. HDR-Video kann auch in Betracht gezogen werden, um die Bildaufnahme in Anwendungen zu beschleunigen, die eine große Anzahl von statischen HDR-Bildern benötigen, beispielsweise bei bildbasierten Verfahren in der Computergrafik .

OpenEXR wurde 1999 von Industrial Light & Magic (ILM) erstellt und 2003 als Open-Source- Softwarebibliothek veröffentlicht . OpenEXR wird für die Film- und Fernsehproduktion verwendet.

Academy Color Encoding System (ACES) wurde von der Academy of Motion Picture Arts and Sciences entwickelt und im Dezember 2014 veröffentlicht. ACES ist ein komplettes Farb- und Dateimanagementsystem, das mit fast jedem professionellen Workflow funktioniert und sowohl HDR als auch einen breiten Farbraum unterstützt . Weitere Informationen finden Sie unter https://www.ACESCentral.com (WCG).

HDR-Technologie im Zusammenhang mit HDR-Displays

Im Mai 2003 demonstrierte BrightSide Technologies das erste HDR-Display auf dem Display Week Symposium der Society for Information Display . Das Display verwendete ein Array von einzeln angesteuerten LEDs hinter einem herkömmlichen LCD-Panel in einer Konfiguration, die heute als " Local Dimming " bekannt ist. BrightSide führte später eine Vielzahl verwandter Display- und Videotechnologien ein, die die Visualisierung von HDR-Inhalten ermöglichen.

Im April 2007 wurde BrightSide Technologies von Dolby Laboratories übernommen und bildete die Grundlage für Dolbys Einstieg in Videotechnologien, einschließlich der Entwicklung von Dolby Vision .

Im Januar 2014 Dolby Laboratories kündigte Dolby Vision - .

Die HEVC- Spezifikation enthält das Main 10-Profil in ihrer ersten Version , das 10 Bits pro Abtastung unterstützt.

Am 8. April 2015 hat das HDMI Forum Version 2.0a der HDMI-Spezifikation veröffentlicht, um die Übertragung von HDR zu ermöglichen. Die Spezifikation verweist auf CEA-861.3, das wiederum auf den Perceptual Quantizer (PQ) verweist, der als SMPTE ST 2084 standardisiert wurde. Die vorherige HDMI 2.0-Version unterstützte bereits den Rec. Farbraum 2020 .

Am 24. Juni 2015 war Amazon Video der erste Streaming-Dienst, der HDR-Videos mit HDR10 Media Profile Video anbot.

Am 27. August 2015 Consumer Technology Association angekündigt HDR10 .

Am 17. November 2015 gab Vudu bekannt, dass sie begonnen haben, Titel in Dolby Vision anzubieten .

Am 1. März 2016 die Blu-ray Disc Association veröffentlicht Ultra HD Blu-ray mit obligatorischer Unterstützung für HDR10 Medien Profil Video- und optionale Unterstützung für Dolby Vision.

Am 9. April 2016 bietet Netflix sowohl HDR10 Media Profile Video als auch Dolby Vision an.

Am 6. Juli 2016 hat die International Telecommunication Union (ITU) Rec. 2100 , das zwei HDR- Übertragungsfunktionen definiert —HLG und PQ.

Am 29. Juli 2016 gab die SKY Perfect JSAT Group bekannt, dass sie am 4. Oktober die weltweit ersten 4K-HDR-Sendungen mit HLG starten wird.

Am 9. September 2016, Google angekündigt Android TV 7.0, die Dolby Vision HDR10 und HLG unterstützt.

Am 26. September 2016 gab Roku bekannt, dass Roku Premiere+ und Roku Ultra HDR mit HDR10 unterstützen werden.

Am 7. November 2016 kündigte Google an, dass YouTube HDR-Videos streamen wird, die mit HLG oder PQ kodiert werden können.

Am 17. November 2016 genehmigte das Digital Video Broadcasting (DVB) Steering Board UHD -1 Phase 2 mit einer HDR-Lösung, die Hybrid Log-Gamma (HLG) und Perceptual Quantizer (PQ) unterstützt. Die Spezifikation wurde als DVB Bluebook A157 veröffentlicht und wird von der ETSI als TS 101 154 v2.3.1 veröffentlicht.

Am 2. Januar 2017 gab LG Electronics USA bekannt, dass alle SUPER UHD TV-Modelle von LG jetzt eine Vielzahl von HDR-Technologien unterstützen, darunter Dolby Vision, HDR10 und HLG (Hybrid Log Gamma) und bereit sind, Advanced HDR von Technicolor zu unterstützen .

Am 20. April 2017 Samsung und Amazon angekündigt HDR10 + .

Am 12. September 2017 kündigte Apple an, dass das Apple TV 4K mit Unterstützung für HDR10 und Dolby Vision unterstützt wird und dass der iTunes Store 4K HDR-Inhalte verkaufen und vermieten wird.

Am 26. Dezember 2019 kündigte Canon die Einführung des PQ-Formats (PQ10) für Standbilder an.

Am 13. Oktober 2020 kündigte Apple mit den Serien iPhone 12 und iPhone 12 Pro das erste Smartphone an, das Videos in Dolby Vision direkt in der Kamerarolle Bild für Bild aufnehmen und bearbeiten kann. Das iPhone verwendet das HLG-kompatible Profil 8 von Dolby Vision mit nur L1-Trim.

Im Juni 2021 kündigte Panasonic ein Plug-In für Photoshop CC an, mit dem HLG-Standbilder bearbeitet werden können.

Siehe auch

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Verweise