Цветокоррекция в HDR: базовые понятия и требования
В рамках спецпроекта «Берем Canon на тест» колорист и моушн-дизайнер Олег Шарабанов разбирает форматы HDR, системы преобразования яркостей и технические требования работы с высоким динамическим диапазоном.
За последние несколько лет почти все телевизоры на полках магазинов бытовой электроники стали поддерживать HDR. В этой статье «Класса цветокоррекции» речь пойдет про технологию HDR для дисплеев, а в видео я расскажу, как настраивать DaVinci Resolve для работы с HDR-контентом.
Видеоурок 6. «Подготовка DaVinci Resolve к работе с HDR» в рамках проекта «Берем Canon на тест»
Форматы высокого динамического диапазона
HDR, или High Dynamic Range — это высокий динамический диапазон. Если панели стандарта Rec.709 предусматривали пиковую яркость в 100 нит (кд/м²), то современные стандарты закладывают яркость до 10 000 нит.
В настоящий момент на рынке существует два доминирующих HDR формата: HDR10/ HDR10+ и DolbyVision.
HDR10 использует цветовое пространство Rec.2020, 10-битную глубину цвета и гамма- кривую SPMTE ST 2084 (PQ).
HDR10 предусматривает передачу статических метаданных: MaxFALL — максимальное среднее значение яркости кадра и MaxCLL — максимальное значение яркости контента. Подробнее спецификации статических метаданных можно изучить в стандарте SMPTE ST 2086.
HDR10+ — это усовершенствованная версия HDR10, способная передавать динамические метаданные о яркости по кадрам и сценам. Спецификация передачи динамических метаданных описана в стандарте SMPTE ST 2094-40.
DolbyVision — это HDR-формат, разработанный Dolby Laboratories для UltraHD Blu-Ray-дисков и сервисов стриминга контента. В этом формате также используется гамма PQ, максимальное разрешение 4K и цветовое пространство, соответствующее ITU-R Rec.2020. DolbyVision рассчитан на 12-битный цвет и максимальную яркость 10 000 нит. Хочется отметить, что поддерживающие этот формат телевизоры имеют 10-битную глубину цвета и максимальную яркость от 800 до 1000 нит.
Виды преобразования яркостей
В современных HDR-телевизорах используются две основные системы преобразования яркости: PQ (Perceptual Quantizer) и гибридно-логарифмическая (Hybrid-Log Gamma).
Отдельно отмечу, что это системы, а не обычные фунцкии изменения яркости. Их основная задача — передать распределение яркостей, сохранив при этом творческий замысел оператора. Система PQ (Perceptual Quantizer) была создана Dolby, компанией, которая, в основном, занимается кино. HLG разработали BBC и NHK, чей главный род деятельности — телевидение. Для понимания отличий PQ и HLG рассмотрим сначала несколько терминов.
OETF (Opto-Electric transfer function) — оптико-электронная функция трансформации яркости. Это нелинейное соотношение количества света, попавшего на сенсор, и цифрового электронного сингала с камеры.
EOTF (Electro Optical Transfer Function) — электро-оптическая функция трансформации, нелинейное соотношение между цифровым сигналом, полученным монитором, и яркостью точек дисплея на выходе.
OOTF (Optical-optical Transfer Function) — оптико-оптическая трансформация, общее результирующее соотношение количества света, попавшего на сенсор, и выходной яркости дисплея. OOTF обычно нелинейная и представляет собой гамма-характеристику.
Одно из основных отличий PQ от HGL — в гамме OOTF, с которой сталкиваются и зрители и колористы, в зависимости от яркости дисплея и окружения.
Стандартная цепочка преобразования яркостей: исходный свет > кодирование в камере через OETF > видеосингал > декодирование дисплеем через EOTF > свет на дисплее.
Вся цепочка кодирований и декодирований описывается термином OOTF.
Сегодняшние кинотеатры обычно имеют яркость 48 кд/м², кинотеатры Dolby Cinema HDR — 75-106 кд/м², обычные бытовые телевизоры — около 200-300 кд/м², иногда ярче. Естественно, для правильного отображения фильма, подготовленного к темному кинозалу с яркостью экрана 48-100 кд/м², потребуется ремастеринг для HDR телевизора, который зрители смотрят в гораздо более ярких условиях. Оба формата Dolby Vision и HDR-10 предусматривают отправку метаданных о яркости изображения.
В случае соответствия условий освещения, цепочки кодирования яркости выглядят следующим образом:
PQ: свет на площадке, трансформация OOTF, PQ EOTF, творческая цветокоррекция на референсном мониторе, display-referred данные PQ > трансформация PQ EOTF > яркость дисплея
HLG: свет > трансформация HLG OETF > творческая цветокоррекция > HLG данные scene-reffered > декодирование HLG OETF > OOTF > яркость дисплея.
В случае соответствия параметров дисплея мастеринга и зрительского дисплея PQ и HLG выдают сравнимое качество и никаких подстроек не требуют. При этом мы увидим явное различие двух систем в случае несоотвествия дисплеев и фонового освещения.
PQ базируется на метаданных, и, в случае несоответствия дисплея изначальным спецификациям мастеринга, применяется подстройка OOTF с использованием метаданных, записанных на этапе мастеринга. Это так называемый display-referred подход. Он же используется в системах DCI и ACES. В этом случае сигнал содержит информацию о том, насколько яркий должен быть пиксель на экране, а также его цвет. По сути, это процесс, который был унаследован от пленки. Минус этого подхода заключается в том, что при создании мастера в 2000 нит мы получим вылеты на экране в 1000 нит. Поэтому для правильного преобразования потребуются метаданные.
С другой стороны, подход телевидения всегда был scene-referred. В этом случае информация об исходных значениях яркости содержится в сцене. А подстройку яркости выполняет непосредственно устройство, сравнивая исходные значения и параметры экрана.
В системе HLG, когда дисплей и окружение не соответствуют условиям мастеринга, телевизор сам будет подстраивать OOTF, базируясь на спецификациях дисплея и замерах фонового освещения. Метаданные в этом случае не потребуются. Гипотетически, материал, созданный для HDR с яркостью 2000 нит в системе HLG, будет корректно воспроизводиться даже на SDR-дисплеях с яркостью 300 нит без дополнительных преобразований. В системе PQ есть технология, которая включает в себя базовые SDR + метаданные для HDR, но для «честного» процесса потребуется отдельный ремастеринг под SDR.
Технические средства для работы с HDR
Для съемки HDR нет определенных спецификаций камеры: достаточно, чтобы она могла записывать 10-битный материал с 12 ступенями экспозиции или больше, а также чтобы цветовой охват камеры был на уровне DCI-P3 или выше. Конечно, можно получить HDR- изображение и из 8-битной камеры с помощью дополнительных обработок, но я крайне не рекомендую использовать такой процесс.
Canon DP-V2420 / Фото: Canon
Для цветокоррекции HDR материала потребуется референсный HDR-дисплей. Один из лучших в этом классе — Canon DP-V2420, представленный в конце 2016 года. Это 10-битный UHD-монитор референсного класса с IPS-панелью с RGB-LED-подсветкой, который полностью поддерживает охват DCI-P3, а также может работать в Rec.2020 с гаммами как PQ, так и HLG. В монитор можно загружать LUT-файлы. Также он может производить дебайеринг материала в RAW с камер Canon C300 Mark II и C500. В мониторе есть предустановленные луты для Canon Log/Canon Log 2/Canon Log 3.
Кроме этого, в дисплее есть официальная поддержка ACES2065-1 и его можно использоватьс любым источником сигнала в формате ACESproxy. Для мастеринга HDR монитор может показывать изображение сразу в в HDR и SDR. Это идеальное решение как для площадки, так и для студии цветокоррекции.
