Безусловно, популярная HDR технология может позиционироваться как одно из магистральных направлений в развитии современного телевидения. Эта технология была разработана Dolby Lab в 2012 году под названием Dolby Vision. Его первая демонстрация на выставке CES 2014 произвела огромное впечатление на самых невозмутимых зрителей.
Как известно, Dolby Vision использует 12-битный цвет вместо традиционного 8-битного, радикально увеличивая его глубину. Но HDR технология требует высокого контраста современных телевизоров, который обеспечивается за счет высокой пиковой яркости и глубокого черного. OLED-матрица обеспечивает великолепный контраст за счет идеального черного из-за отсутствия светодиодной подсветки. Светодиодные ЖК-телевизоры обеспечивают контрастность за счет высокой пиковой яркости и достаточно глубокогочерного, который достигается с помощью технологии локального затемнеия на основе FALD (Full Array Local Dimming).
Через несколько лет после представления Dolby Vision, LG, Samsung, Sharp, Sony и Vizio объединили усилия и создали 10-битный открытый стандарт HDR10. Спустя еще несколько лет компании представили HDR10+ с поддержкой динамических метаданных. Таким образом, современные телевизоры используют 8-битные стандарты Rec.709 (HD), 10-битные DCI-P3 (HDR10 и HDR10+) и 12-битные Rec.2020 (Dolby Vision).
Но одновременное использование нескольких стандартов может вызвать путаницу.
Кодирование цветопередачи
Как известно, бит используется как единица хранения информации в виде ‘1’ или ‘0’. Соответственно, один бит может управлять пикселем (черный / белый).
Несколько битов предоставляют информацию для формирования цветов и их оттенков. Например, 2 бита образуют 4 значения, включая 00, 01, 10 и 11. 3 бита увеличивают количество возможных комбинаций до 8, включая 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110 и 111. Таким образом, число комбинаций в двоичном коде равно 2 в степени числа битов. Например, 8-битный стандарт достигает 256 (2 в восьмой серии).
В целом битовая глубина определяет градацию изменений в определенном диапазоне значений. Рисунок наглядно демонстрирует разницу между 8-битным и 10-битным кодированием.
В цветном изображении используются красные, зеленые и синие пиксели. Каждый из них рассматривается как отдельный канал. Иногда в маркетинговых целях компании не совсем корректно указывают количество битов. Например, 8-битный режим отображения классифицируется как 24-битный «True Color» (3 цвета канала, 8 бит каждый, 3 x 8 = 24). В соответствии с этой методологией «Deep Color» (30–48 бит) фактически обеспечивает от 10 до 16 бит для каждого цвета.
Матрица
Большинство современных телевизоров имеют 8-битную матрицу, использующую систему RGB. Красный, зеленый и синий цвета создают полную гамму цветов и их оттенков. Конечно, многие компании экспериментируют в этом направлении. Например, LG использует WRGB систему с дополнительным белым в своих OLED моделях.
Sharp добавляет желтый цвет (RGBY).
Но большинство компаний продолжают использовать традиционную систему RGB, каждый цвет которой формирует до 256 субпикселей для полного пикселя с глубиной цвета 8 бит.
Технические характеристики большинства телевизоров включают информацию о глубине цвета или количестве отображаемых цветов. Это значение зависит от матрицы и рассчитывается следующим образом.
Например, 8-битная матрица может отображать 2 x 2 x 2 x 2 x 2 x 2 x 2 x 2 = 256 цветовых оттенков для каждого из трех цветов. Тогда количество возможных комбинаций будет 256 x 256 x 256 = 16,777,216 или 16,7 миллиона цветов.
Соответственно, 10-битная матрица отображает 2 x 2 x 2 x 2 x 2 x 2 x 2 x 2 x 2 x 2 = 1024. Далее, 1024 x 1024 x 1024 = 1,07 миллиарда цветов для каждого пикселя. Конечно, это значение влияет на нассыщенность цветов и реалистичность изображения.
Технология FRC (управление частотой кадров)
Конечно, глубина цвета напрямую влияет на качество изображения и, соответственно, на цену телевизора. Поэтому компании разработали технологию увеличения глубины цвета без увеличения битности матрицы.
Конечно, 8-битная матрица будет отображать 10-битный контент с потерями. Технология дизеринга или управления частотой кадров (FRC) частично решает эту проблему, создавая иллюзию восприятия промежуточного цветового оттенка. В этом случае, алгоритмы ТВ отображают недостающие цвета с доступной палитрой, сглаживая цветовые градиенты. Кроме того, инженеры улучшили эту технологию с помощью мерцания пикселей. Этот режим улучшает восприятие цвета, еще больше уменьшая визуализацию градиентов. Сегодня во многих моделях среднего класса используется улучшенная технология A-FRC, называемая ‘8bit + A-FRC’. Конечно, качество их цветопередачи уступает 10-битной матрице, но превосходит 8-битную.
Сегодня многие компании использует 10-битную матрицу только в премиум моделях и OLED. ‘8bit + A-FRC’ матрицы часто используются в средне бюджетном сегменте.
Сегодня HDR поддержка один из основных критериев выбора телевизора.
Видео иллюстрирует разницу между 8-битной и 10-битной цветопередачей.
P.S.
Конечно, выбор оптимальной модели в первую очередь зависит от качества изображения. Оно, в свою очередь, в значительной степени зависит от количества оттенков, которые может воспроизводить телевизор, и цветовой гаммы, которая определяет, какие цвета может отображать экран. Фактически количество цветов характеризует количество градаций цветового охвата. Соответственно, расширение цветовой гаммы без изменения количества цветов (количества бит на канал) будет сопровождаться отрисовкой линий перехода от одного оттенка к другому.
Конечно, спецификации телевизоров строго соответствуют стандартам. В 1931 году Международная комиссия по освещению (CIE) приняла стандарт ‘CIE 1931’ для работы с цветовым пространством. Он основан на математической модели и включает все цвета, воспринимаемые человеком. Фактически, это максимум нашего зрения, который соответствует цветовой гамме 100% CIE.
Но для отображения фото или видео на разных устройствах требуется единая настройка цвета. Эту проблему решают разные стандарты цветовой гаммы, характеризуя цвета, которые может обрабатывать устройство. При этом, например, охват стандартов sRGB и Rec.709 практически идентичен, но sRGB предназначен для изображений, а Rec.709 — для видео.
Стандарты:
— Rec. 2020 (видео в формате Ultra HD) — 75,8% от CIE 1931;
— DCI-P3 (цифровые кинотеатры) — 45,5% от CIE 1931 года.
— Rec. 709 (видео Full HD) — 35,9% от CIE 1931;
— Adobe RGB (изображение) — 52,1% от CIE 1931;
— sRGB (изображение) — 35% пространства CIE 1931.
Разрядность матрицы:
— Rec. 709 (HD) — 8-битные матрицы;
— DCI-P3 (HDR10 и HDR10+) — 8 бит + FRS;
— Rec. 2020 (Dolby Vision) — 12 бит.