HDR (High Dynamic Range) på TV forklaret - FlatpanelsDK

HDR (High Dynamic Range) på TV forklaret

23 Jun 2015 | Rasmus Larsen (@flatpanelsdk) |

Hvad kommer efter Ultra HD? De fleste i branchen peger på high dynamic range (HDR) ud fra en overbevisning om, at det giver er en større forbedring i billedkvalitet end Ultra HD-opløsning. Men hvad er HDR helt præcis og hvorfor er det vigtigt? Vi forklarer her hvad HDR på tv-skærme handler om og forklarer hvorfor det kan lægge et helt nyt fundament for digitale skærme, der stadig trækkes ned af den analoge arv.

HDR på skærme forklaret

Du kan tænke på HDR som næste skridt efter 4K Ultra HD. Sådan positionerer branchen det i hvert fald. 4K handler om ”flere pixels” - fire gange så mange som HD - mens HDR handler om “bedre pixels”. Det er naturligvis en forenkling, så lad os prøve at kigge nærmere på hvad HDR er.

HDR er en forkortelse for high dynamic range - eller højt dynamikområde - hvilket implicit betyder, at du i dag kun ser standard dynamikområde (SDR). Det er umuligt at demonstrere, hvordan det ser ud - din skærm kan ikke vise HDR - men overvej alligevel det simulerede foto nedenfor (fra Dolby). HDR simuleres til højre.

Dolby Vision HDR


HDR handler i praksis om at kunne gengive lysere hvid og mørkere sort, med flere detaljer i begge ender – altså højlys og skyggedetaljer samtidig. Det handler om bedre at kunne gengive den verden, vi ser omkring os. Det kan traditionelle skærme ikke, fordi verden er mere end pixels. Lys er lige så vigtigt. Det kan måske lyde abstrakt, men vi vender tilbage til det om lidt.

Forestil dig, at din skærm kunne vise intensivt sollys, der reflekterede sig i en metallisk overflade ligesom i virkeligheden, eller alle stjernerne på himlen på et perfekt sort lærred. Eller tænk over det simple faktum, at din nuværende tv-skærm ikke kan gengive hyppigt forekommende farver såsom Coca Cola-rød. Det er med afsæt i disse faktorer, at branchen forsøger at tage skridtet videre til “bedre pixels”.

Der er i øjeblikket en del forvirring om HDR og med god grund. Mange aktører har meldt sig på banen, men der er ikke enighed. Du har måske allerede hørt om Dolby Vision. Der findes også en åben HDR-standard, som vil blive taget i brug på Blu-ray-skiver og af andre indholdsudbydere. Tv-producenterne refererer også til HDR med mange forskellige ord. Den gode nyhed er dog, at standarderne næsten er på plads, så nu kan vi begynde at kigge konkret på sagerne.

Samsung kalder f.eks. sine HDR-kompatible skærme for "SUHD" og kalder systemet, der gør det muligt, for "Peak illuminator". Panasonic refererer blot til det som HDR, men kalder systemet, der gør det muligt for "Super Bright Panel". Sony refererer også til det som HDR, men kigger du på specifikationslisten skal du holde øje med "X-tendens Dynamic Range". Alt dette er blot markedsføring. Andre spillere såsom Dolby taler om “Dolby Vision”, der indeholder mere end blot HDR.

Dolby Vision på CES 2015


Men lad os starte med at tage et par skridt tilbage og kigge på HDR fra et mere grundlæggende perspektiv. Det næste afsnit er ret teknisk, men det er ikke nødvendigt at forstå alle nuancer. Vi gentager hovedpointerne senere.

Et helt nyt fundament - teknisk gennemgang

For at forstå hvorfor HDR er et vigtigt skridt fremad, bliver man nødt til at kigge på nuværende standarder og i denne forbindelse kigge grundlæggende på lys og gamma-definitionen. De to elementer er i sig selv for omfattende til at gennemgå i denne artikel, men det er essentielt at forstå, at de fleste standarder, som tv-verdenen bruger i dag, har oprindelse i analoge billedrørsskærmes egenskaber. Man har simpelthen ikke revet sig fra af den analoge arv endnu.

Når man skal genskabe et billede bruger man en såkaldt EOTF (Electro-Optical Transfer Function - på dansk elektrisk-optisk overføringsfunktion) metode til at konvertere et signal til synligt lys (og derved et billede). Denne metode blev udviklet og baseret på principperne omkring billedrør-teknologi. For tv-skærme vil den typisk angive en lineær “gamma”-funktion (typisk 2.2 eller 2.4). Vi referer ofte til denne “gamma” i vores anmeldelser, når vi kalibrerer.

Nutidens skærmteknologier såsom LCD og OLED er naturligvis på de fleste punkter langt bedre end billedrøret, og med overgangen til HDR tager vi endelig fat på dette helt grundlæggende princip omkring skærme. Det sker med en ny EOTF, der er udviklet baseret på principper omkring det menneskelige syn, i stedet for at tage udgangspunkt i given skærmteknologis begrænsninger. På den måde klipper vi navlestrengen til den analoge alder over og sikrer fremtiden.

Før vi kommer til det, så tænk over følgende: De fleste film og tv-produktioner skabes og redigeres baseret på principper, der foreskriver, at den maksimale lysstyrke (hvid) er 80-120 nits (eller cd/m2) og den minimale lysstyrke (sort) er på omkring 0,05 nits, når de skal gengives på tv-skærmen i stuen (maksimalt 48 nits i biografen). Absolut sort er naturligvis 0,0 og det kan f.eks. OLED-skærme gengive. Vores tv-skærme kan også nå langt ud over de 80-120 nits i maksimal lysstyrke. Standardarne har ikke fulgt med skærmene, hvilket har betydet, at mange tv-producenter har forsøgt at “forbedre” billedet med forskellige tiltag, ligesom de har forsøgt at forbedre gengivelse af bevægelse. Indholdsskaberne hader det, men pointen er, at vores nuværende teknologi er klar til mere end standarderne dikterer.

Desværre har tv-producenternes tiltag betydet, at mange forbrugere associerer en række dårligdomme med “høj lysstyrke”. Det kan lede tankerne hen på den billedprofil, der ofte er navngivet “Dynamisk” på tv-skærme, og som giver ganske rædsom billedkvalitet. Glem disse associationer for en stund og overvej i stedet, at en typisk dag med tynde skyer på himlen svarer til en lysstyrke på 4000-7000 nits, mens en solrig dag nemt kan komme op over 30.000 nits. Direkte sollys er langt mere ekstremt. Der er naturligvis ingen af os, der ønsker at sidde foran tv-skærmen med solbriller på, men hvis vi ønsker, at skærme skal kunne gengive billeder, der er mere virkelighedstro, er der ingen vej udenom; vi har brug for højere lysstyrke. Husk også på, at det menneskelige øje dynamisk tilpasser sig lyset i omgivelserne ved at åbne og lukke pupillen. Det er den måde vi dynamisk tilpasser os til at kunne se i dagslys og aftentimer.

Men hvor meget lysstyrke har vi så brug for på skærmen? Det er et emne, der debatteres i branchen. Dolby mener f.eks., at dynamikområdet på skærme bør gå fra 0 til 10.000 nits, og derfor er det en del af Dolby Vision-formatet. Folkene bag Blu-ray og flere tv-producenter mener, at det er for højt. Blu-ray-gruppen anbefaler f.eks., at en lysstyrke på over 1000 nits begrænses til meget få scener eller “overfladespejlinger”, såsom sollys der rammer en metallisk overflade. Herudover ses et af resultaterne af Dolby’s forskning.

Dolby Vision


Uanset topmålet, så er udfordringen imidlertid, at den nuværende EOTF-gammametode, som blev udviklet i billedrørstiden, ikke er velegnet. Vi har brug for en ny EOTF; en ny metode til at konvertere et digitalt signal til lys, der tager den dynamiske natur af det menneskelige øje med i betragtningen. Denne metode er blevet døbt "Perceptual quantizer" eller PQ af Dolby. Det er en helt ny metode til at fortolke lys på i en digital skærm. PQ-formatet er nødvendigt hvis vi vil muliggøre HDR, hvilket igen er nødvendigt, hvis vi ønsker at forbedre billedkvaliteten på skærme.

Disse principper er bl.a. blevet en del af "SMPTE 2084”-standarden, som branchen også refererer til som HDR EOTF eller PQ EOTF. En anden standard kaldet "SMPTE 2086" beskæftiger sig med, hvordan HDR-signaler i praksis kan leveres til tv-skærme og sikre bagudkompatibilitet med non-HDR skærme. Det betyder naturligvis implicit, at en skærm med HDR også må understøttelse PQ EOTF, og at indholdsskaberne/distributionssystemerne også må.

For at gøre det muligt i praksis, bliver vi samtidig nødt til at kunne definere flere ”skridt”, eller gråtoner, i det bredere dynamikområde. Dolby mener, at vi har brug for 12-bit per kanal (36 bit i alt), mens resten af branchen lader til at mene, at 10-bit per kanal (30-bit) er nok indtil videre. Som du sikkert ved, så bruger skærme i dag typisk 8-bit per kanal. De første HDR-skærme bruger 10-bit per kanal. Hvis branchen virkelig ville presse den nuværende EOTF-gammametode, der er udviklet til billedrøret, til det yderste, skulle man bruge 14 eller måske endda 16-bit per kanal. Det ville ganske enkelt ikke være muligt med nutidens teknologi. HDR EOTF-systemet gør derimod langt bedre brug af de tilgængelige bits.

Dolby Vision PQ


Hvis du vil vide endnu mere om emnet, så se SMPTE’s video på YouTube.

HDR kan på den måde hjælpe med at bygge fundamentet for fremtidens videostandarder. Det alene burde være nok til at heppe, ikke sandt?

”HDR" betyder mere end lys

Som nævnt tidligere, kræver HDR en højere lysstyrke, flere farve-bits og et nyt PQ-format. En interessant følgevirkning heraf er, at branchen faktisk ikke stopper her. Med højere lysstyrke følger muligheden for bedre farver. Eller for at være præcis; muligheden for at gengive et større farverum. Det er som sådan ikke en del af “HDR”-begrebet, men når industrien siger “HDR”, så betyder det som regel også bedre farver.

Tv-skærme i dag gør brug af det såkaldte BT.709-farverum, der indeholder omkring 35% af de farver, som det menneskelige øje kan se. De første tv-skærme, der understøtter HDR, gengiver derimod tæt på DCI P3-farverummet, som biografer allerede gør brug af. DCI P3 indeholder ca. 54% af de farver, som vi kan se, men industrien har faktisk allerede defineret et langt mere ambitiøst BT.2020-farverum, der dækker hele 76%!

Det samme kan siges om 4K Ultra HD-opløsning. HDR er som sådan ikke afhængigt af opløsningen og man kunne snildt muliggøre HDR sammen med HD-opløsning. Det er der dog ikke udsigt til, så når man hører “HDR” indebærer det som regel 4K-opløsning.

Som sagt, er disse faktorer egentlig ikke en del af “HDR”-begrebet, men branchen lader til enstemmigt at rykke videre til DCI P3 med et mål om at kunne gengive hele BT.2020 på et senere tidspunkt. Som forbruger kan man kun være begejstret over dette. Fuld dækning af BT.2020 farverummet vil sandsynligvis ikke ske de kommende år. Som navnet antyder, er det et langsigtet mål for år 2020.

Læs også vores baggrundsartikel om Ultra HD og større farverum

Herunder ses eksempler på ”normal HD Blu-ray” (øverst med pause-logo) vs. ”HDR + større farverum (DCI)” (nederst uden pause-logo) på Samsung’s ”SUHD ”JS9505 skærm. Bemærk, at din skærm hverken kan vise DCI eller HDR, så eksemplerne er ikke helt repræsentative for forskellen. Klik på billederne for at se dem i større format.



Lad os bevæge os væk fra de tekniske termer igen og komme tilbage til den virkelige verden.

HDR i den virkelige verden - kræver nyt TV

HDR er ikke en gimmick. Det er en ægte forbedring. Derfor har industrien et ansvar for ikke at udvande begrebet. Desværre vil du formentlig se tv-producenter, der forsøger at ride på den hype, der er omkring HDR. Det sker allerede til en vis grad i dag med billedprofiler såsom “Dynamisk" på tv-skærme.

For at få fuldt udbytte af HDR skal det implementeres i samtlige led af kæden. Kameraet skal kunne fange HDR, studiet skal kunne redigere HDR, distributionskanalen skal understøtte HDR og dit tv skal naturligvis supportere HDR (og ikke bare imitere det). Lad os fokusere på de to sidste led i kæden.

Tv’et bliver naturligvis nødt til at kunne gengive en højere lysstyrke, men lige så vigtigt et lavere sortniveau. Plasma-tv kunne ikke nå op på de niveauer af lysstyrke, som er nødvendigt, men LCD og OLED kan. På LCD-skærme er det nødvendigt at bruge "local dimming”-systemer, hvor lysstyrken kan styres i zoner. Jo flere zoner desto bedre. Desværre ser vi allerede flere producenter påstå, at deres LCD-skærme med kantbelyst LED, der altså ikke har local dimming, kan håndtere HDR. Vi mener, at det er at strække den. Ideelt set burde tv-skærmen kunne styre lyset i hver enkelt pixel fra perfekt sort til en maksimal lysstyrke på i hvert fald 800-1000 nits (eller endnu højere for Dolby Vision, typisk 4.000-10.000). Lyder det bekendt? Det er sådan OLED-skærme virker.

Samsung SUHD viser HDR


Af samme årsager kan du ikke opleve HDR på din nuværende skærm. Ud over den højere lysstyrke, skal tv’et også understøtte det nye PQ-format, der blev beskrevet ovenfor.

Udvalg af skærme med HDR-support:
  • Samsung JS9505 (bagbelyst LED), JS9005 (kant LED) og JS8505 (kant LED)
  • Sony X94C (bagbelyst LED) og X93C (kant LED)
  • Panasonic CX850 (bagbelyst LED), CX800 (bagbelyst LED) og CR850 (bagbelyst LED)
  • LGs 2015 OLED-tv (HDR-softwareopdatering kommer senere på året)
  • Vizio Reference (Dolby Vision. bagbelyst LED)

    Samtlige skærme er high-end-modeller for 2015. Efterhånden som HDR bliver mere udbredt, kan vi forvente, at understøttelsen rykker ned i mellemprismodellerne. Der er dog stadig masser af ukendte parametre på vejen mod massemarkedet. Technicolor arbejder f.eks. lige nu på at implementere HDR i tv-bokse og udvikle løsninger til tv-kanalerne. Som nævnt er der også flere tilgange til HDR, herunder Dolby Vision og den “åbne” standard. På de kommende Ultra HD Blu-ray-afspillere er det eksempelvis obligatorisk at understøtte den åbne standard, mens Dolby Vision er valgfrit. Philips og Sony har også arbejdet på HDR-løsninger.

    Branchen har herudover lagt kræfterne sammen og dannet UHD Alliance (link 1, 2), der skal sikre, at alle aktører bevæger sig i samme retning ved at anbefale de bedste løsninger og implementeringer.

    Du tænker på nuværende tidspunkt måske på, hvad der vil ske, når du forsøger at afspille en HDR-film på en skærm uden understøttelse. Overraskende nok, er industrien faktisk kommet på en glimrende løsning, der sikrer bagudkompatibilitet. Du får således den almindelige SDR (standard dynamic range) version af billedet. HDR-informationen ligger i et lag ovenpå signalet, som en ekstra pakke der signaleres med metadata (kræver HDMI 2.0a). Hvis dit tv ikke understøtter HDR, ignorerer den blot den ekstra information.

    Netflix i Dolby Vision HDR


    Hollywood-studier er allerede begyndt at klargøre flere titler til udgivelse i 4K HDR og det kommende Ultra HD Blu-ray-format vil naturligvis understøtte det.

    Udsigterne til indhold i HDR
  • Ultra HD Blu-ray-afspillere - kommer i slutningen af 2015
  • Netflix - vil begynde at streame i 4K HDR senere på året med en bitrate på 18 Mb/s (HEVC), muligvis i mere end én HDR format
  • Amazon Instant Video - vil begynde at streame i 4K HDR senere på året
  • M-Go - vil tilbyde film i 4K HDR som download til en krypteret harddisk. Til at starte med kun for Samsung-kunder i USA
  • VUDU – amerikansk filmudlejningsbutik vil begynde at tilbyde HDR-indhold i år
  • Dolby Cinema - en ny type biografsalg, der kombinerer Dolby Vision (HDR + mere) og Dolby Atmos lyd. Tomorrowland fik premiere d. 22. maj og var første titel i Dolby Vision

    Se også vores oversigt over 4K / HDR film & tv-serier

    HDR er en vigtigere udvikling end de fleste tror, så hold øje med det ved næste køb. Det gør vi. Følg med i nyhederne i vores Ultra HD / HDR tema.

    - Kilde: Samsung interviews, LG interviews, SMPTE, Dolby (billeder + info)



  • Del på:


    Flere fokusartikler

    DR TV

    Guide: Klip kablet til tv-pakken

    15 Dec 2017 | Rasmus Larsen |
    TV frit valg

    Guide: Den billigste tv-pakke

    11 Dec 2017 | Torben R, Rasmus L |
    Filmtjenester online

    Guide: Filmtjenester på nettet

    01 Dec 2017 | Rasmus Larsen |
    HDR formater

    HDR videoformater - fremtidsudsigterne

    13 Nov 2017 | Yoeri Geutskens |
    Vejen til himlen

    Vejen til TV-himlen

    18 Oct 2017 | Yoeri Geutskens |
    Motion Interpolation

    Guide: Sådan undgår du "soap opera" effekten på dit TV

    11 Oct 2017 | Rasmus Larsen |
    Streamingbokse

    Apple TV 4K vs. Nvidia Shield vs. Chromecast Ultra m.fl.

    24 Sep 2017 | Rasmus Larsen |
    iTunes 4K HDR

    Liste: Film i 4K HDR klar i iTunes - danske priser lavere end UHD Blu-ray

    15 Sep 2017 | Rasmus Larsen |