UHD и HDR — от замысла к реализации

SDR vsHDR

 Последние месяцы регулярно появляются сообщения о запуске новых UHD каналов в разных уголках мира. Понятие UHD ассоциируется с 4 х кратным повышением разрешения картинки, однако уже давно стало ясно, что одного повышения разрешения окажется явно недостаточно, чтобы подвигнуть абонентов на массовой подписку на UHD услуги. О том, что представляет собой сегодняшнее UHD и как оно будет выглядеть завтра, шла речь на недавнем вебинаре, организованном журналом Digital TV Europe. Основным, и практически единственным спикером вебинара был член инженерной группы Arris Шон Маккарти.  Предлагаем изложение его выступления  с некоторыми  сокращениями и нашими пояснениями.


 Перспективы массового старта

По мнению спикера, внедрение UHD с видимо будет следовать  той же логике , что и распространение HD телевидение в 2000-2006 годах. Первый толчок в развитию HD услуг дали производители телевизоров, заинтересованные в продажах новых линеек. Триггерной точкой, с которой в большинстве стран начинался массовый запуск HD услуг становилось 3-х процентное распространение HD телевизоров среди населения. С этого момента запускалась круговая обратная связь—рост числа телевизоров катализировал запуск новых услуг, которые, в свою очередь, побуждали к еще более активной покупке новых телевизоров. Прогнозы аналитического агентства IHS относительно развития UHD выглядят схожим образом (рис.1)

Ultra HD динамика внедрения
Рисунок 1

Пока распространение UHD экранов  не достигло критической отметки, но уже сегодня в США практически невозможно купить не UHD телевизор с большой диагональю. Какую диагональ можно считать большой г-н Маккарти не уточнил, но оптимистично предположил, что тенденция к увеличению размеров экранов покупаемых телевизоров продолжится, так как оптимальное соотношение диагонали экрана к его расстоянию между экраном и диваном, на котором размещается зритель, для UHD телевизоров выше.

Сегодня основными поставщиками UHD контента, по крайней мере в США,  оказываются  ОТТ операторы—Netflix, Amazon и Vudu. Но далее к ним присоединятся и операторы закрытых сетей, абоненты которых по оценкам самих операторов готовы доплачивать за UHD услуги до 30 % от нынешней абонентской платы. По прогнозу SNL Kagan 78% опрошенных операторов планирует запустить UHD к 2018, а 88% — к 2020.

Тематикой запускаемых UHD каналов, как показывает практика, становятся не только традиционные  спорт и премиальные фильмы, но также и другие, например музыкальные.

Пока все UHD каналы предлагаются  по подписной модели, но по мере распространения услуг  ожидается постепенное добавление рекламной модели.

 Трехэтапное улучшение картинки

Шон Маккарти выделил три очевидных направления улучшения UHD изображения, реализация которых, к сожалению, оказалась разнесенной во времени. Первый этап — увеличение разрешения картинки, он начался с появлением UHD трансляций. Второй, который мы наблюдаем сейчас, характеризуется раcширением динамического диапазона яркости и цветовой гаммы. А через несколько лет, наступит этап повышения частоты передачи кадров. Сегодняшний, второй этап, возможно самый сложный с технологической точки зрения и запутанный для понимания потребителями. Сложность заключается в параллельном  существовании нескольких HDR технологий и их модификаций, разных вариантов расширенных цветовых гамм и в  невозможности понять как  все это будет отображаться  телевизорами абонентов.

HDR и WCG

 стандарты HDR
Рисунок 2

Известные аббревиатуры, вынесенные в заголовок параграфа, расшифровываются как High Dynamic Range -Расширенный Динамический Диапазон и Wide Color Gamut – Широкая Цветовая Гамма. Увеличение этих параметров позволяет получить более видимый эффект нежели увеличение разрешения, особенно на небольших экранах. Поэтому многие ожидают, что именно реализация этих расширений станет катализатором интереса к UHD услугам. К сожалению, в индустрии сегодня нет единого подхода к их реализации, но поиски консенсуса, разумеется, ведутся и некоторые половинчатые успехи в этом направлении уже есть. Технологическая картина, которую мы имеем на сегодняшний день, иллюстрируется таблицами на рис. 2 и 3.

На рис. 2 перечислены основные HDR форматы. Верхний- Hybrid Log Gamma 10 — совместная разработка NHK и BBC. Этот формат создавался для целей живого вещания, при котором скрупулезная обработка сигнала практически невозможна. Гибридной эта система называется потому, что для нижнего диапазона яркости она использует стандартную кривую оптоэлектронного преобразования, принятую  в SD и HD телевидении, а для верхнего диапазона —логарифмический пересчет, позволяющий загнуть кривую преобразования вниз, увеличив потолок передаваемой яркости. Этот вариант прост в реализации, но дает не самый впечатляющий результат. Второй стандарт, HDR 10 PQ, был разработан для студий с постпроизводством, имеющих возможность корректировать отснятый материал, просматривая его на эталонных экранах с очень высоким динамическим диапазоном. Информация о способах и условиях обработки видео заносится в метаданные, которые передаются вместе с сигналом и используются  для адаптации картинки к техническим параметрам разнородных абонентских дисплеев.

HDR и WCG
Рисунок 3

К слову,  тесты показали, что оптимальный потолок яркости для большинства телезрителей лежит в пределах 750-1500кд/м2 . Сегодняшние HD телевизоры имеют яркость не выше 500 кд/ м2, а распространенным высоким уровнем является 400 кд/м2.

Помимо отраслевого стандарта HDR 10 PQ есть еще корпоративные форматы, использующие перцептивное квантование. Самый распространенный из них — Dolby Vision.

Шон Маккарти также прояснил смысл не очень понятной новости о новом стандарте BT2100, недавно опубликованной МСЭ. Выяснилось, что он описывает схему взаимной конвертации HLG 10 и HDR 10 PQ .

HDR сегодня 

На сегодняшний день и HDR сервисы, и телевизоры с поддержкой HDR в основной массе поддерживают либо HDR 10, либо HDR 10 и Dolby Vision. Причем практика показывает, что верхние модели UHD телевизоров одинаково хорошо отображают HDR контент, передаваемый в любом формате. Видимо поэтому стандарт на телевизионные мониторы Ultra HD Premium не привязан к возможностям конкретной технологии. Но для телевизоров более доступного ценового сегмента использование Dolby Vision дает ощутимый выигрыш в качестве картинки.

Следующим этапом совершенствования картинки станет увеличение частоты кадров до 50 или даже 100  fps ( кадров/сек) , и он    возможно тоже потребует смены приемников, так как нынешние  интерфейсы HDMI 2.0х  рассчитаны на передачу  сигналов 4K@50/60 (2160p). Будет ли скорость кадров повышаться во всех программах или повышение сначала коснется только спортивных телепередач покажут будущие исследования. Повышение частоты кадров существенно усилит нагрузку на транспортные каналы и интерфейсы, поэтому ее вряд ли начнут повышать без предварительного технического и бизнес анализа.

Г-н Маккарти также отметил, что ведется работа по выработке метрик для оценки качества HDR видео. Что стандартные метрики PSWR и SSIM  применимы и для HDR, но после некоторого преобразования видео. Кроме того, разрабатываются новые метрики для оценки отдельных качественных характеристик видео.

Анна Бителева

Комментарии

Оставить сообщение