В последнее время технологии съемки и кодирования видео развиваются настолько быстро, что отслеживать их развитие всё сложнее и утомительнее. Отличный пример – HDR. Все знают, что это крутая технология, которую обязательно должны поддерживать продвинутые девайсы от смартфонов до проекторов. Многие даже верят, что их новый телевизор на полную использует все фишки «расширенного диапазона», хотя и не очень представляют, что и куда там на самом деле расширяется. Что ж, попробуем расставить всё по местам.

ТРИ ЗАВЕТНЫХ БУКВЫ

Вся история кино- и видеосъемки, это бесконечная борьба за натурализм. Посмотрите первые фильмы с Чарли Чаплином: они не просто чёрно-белые, они почти силуэтные, то есть промежуточные тона между ярким светом и непроглядной чернотой практически отсутствуют. Но сто лет назад это особо никого не беспокоило, ведь у индустрии были другие приоритеты – впереди освоение звука и цвета, причём поначалу тоже без оглядки на эстетские тонкости.

С годами изображение становилось всё лучше, и на первый план стала выходить проблема узкого диапазона яркостей. Операторы и режиссеры как никто понимали художественное убожество картинки, лишенной утонченных оттенков и полутонов. За проблему взялись всерьез, и ещё лет тридцать назад киноплёнка достигла отличного динамического диапазона, порядка 11-12 ступеней экспозиции. С переходом на цифру покорять вершины динамического диапазона пришлось заново, но дело пошло ещё быстрее и сегодня профессиональные матрицы вплотную приближаются к пределам человеческого восприятия, то есть обеспечивают захват до 14 экспоступеней.

Одним словом, снять кино с высокой световой достоверностью не такая уж и проблема. А вот показать реалистичное изображение зрителям по-прежнему очень непросто.

Побег из замкнутого круга

Главная сложность в том, что переделать огромный мир за воротами киностудии не в пример труднее и дороже, чем поставить новую камеру в съемочном павильоне. До недавнего времени картинку с по-настоящему широким диапазоном яркостей рядовому зрителю просто не на чем было смотреть. Для примера возьмем цветок на залитой солнцем поляне. Самые светлые его части запросто могут излучать под 15 000 кд/кв. м., и это при том, что стандартная яркость экрана в коммерческом кинозале вот уже многие десятилетия составляет 48 кд/кв. м. Увеличить данный показатель крайне сложно, ведь по сути, огромный экран заставляет светиться одна единственная лампочка, установленная на противоположной стене огромного помещения.

С домашними киносеансами ситуация развивается по похожему, хотя и более оптимистичному сценарию. Ещё три-четыре года назад максимальная светимость матриц LCD и OLED не превышала 200 — 300 кд/кв. м. Увеличивать её дальше было не только технически трудно, но и попросту бессмысленно, ведь стандарты кодирования видео для частного просмотра большей яркости не предусматривали.

Таким образом сложился замкнутый круг: киношники вроде бы и готовы были выпускать фильмы с большим динамическим диапазоном, но донести их до зрителей мешало отсутствие хоть сколько-нибудь ярких экранов плюс засилье устаревших форматов кодирования и передачи видео, доставшихся в наследство от давно забытых кинескопных времен. В свою очередь, разработчики телевизоров встревать в гонку за световым потоком тоже не торопились, поскольку дело это хлопотное и крайне затратное, а показывать все равно нечего.

С мертвой точки ситуацию сдвинуло крушение другой технологии – 3D. Ставки на объемное изображение были очень высоки, и уж тут ни киношники, ни электронщики денег и сил не жалели. Однако зрители необходимость смотреть в очках спорное по качеству изображение не оценили. По этой причине индустрии срочно понадобился новый локомотив. К счастью, вспомнили именно про динамический диапазон, и главной целью прогресса стал не очередной цирковой аттракцион, но ключевая технология, действительно необходимая для развития всех видов визуальных искусств и развлечений.

Суета вокруг стандарта

Сам по себе термин HDR никакой технической конкретики не несет. Он лишь противопоставляет яркое высококонтрастное изображение стандартной картинке SDR, зажатой тисками старых форматов. Под ними понимаются в основном 8-битное кодирование цвета (то есть каждого из компонентов RGB), а также использование палитры sRGB или почти идентичной ей Rec.709, сильно ограничивающих цветовой охват изображения.

HDR это не только очень яркая картинка, но и возможность разглядеть самые тонкие тональные переходы в любой части изображения

Зрителям по всему миру очень сильно повезло еще раз, когда, решившись на массовое продвижение HDR, разработчики сумели быстро договориться о стартовом универсальном формате. Им стал HDR10, который предусматривает 10-битное кодирование цвета, широчайшую палитру Rec.2020 и передаточную функцию (то, что мы в обиходе называем «гаммой») по стандарту ST-2084.

Пройдемся по трем этим позициям чуть подробнее. Два дополнительных бита в описании каждого из трех основных цветов позволяют увеличить количество возможных оттенков каждой точки изображения с 16 миллионов до 1,073 миллиарда, то есть палитра становится богаче в 67 раз – согласитесь, совсем неплохо. Но чтобы использовать данный факт на практике, нужен стандарт, детально описывающий координаты и прочие параметры цветового пространства. Без этого невозможно сохранить точное соответствие колорита на протяжении всей рабочей цепочки, включающей съемку, пост-продакшн, изготовление мастер-копий для кинопроката и лазерных дисков, вещание в онлайне и т.п. За это, собственно, и отвечает спецификация Rec.2020.

Стандарт Rec. 2020 (красный) драматически превосходит по цветовому покрытию старые добрые sRGB или Rec.709 (синий). Жаль только, на сегодня массовым устройствам (зеленый) до него далеко. Их ближайшая и уже сейчас вполне достижимая цель – формат DCI-P3 (желтый), ставший стандартом де-факто для коммерческого цифрового кинематографа

Но главное свойство HDR, это конечно возможность передавать огромное количество полутонов в не менее внушительном диапазоне яркостей. Кстати, именно поэтому и пришлось придумывать новый стандарт для функции «гамма» – старый график соответствия яркостей при съемке и показе просто не рассчитан на высокие уровни светового потока. Для HDR10 пиковая яркость экрана может достигать 1000 кд/кв. м., что, конечно, все еще далековато до 15 тысяч кд/кв. м. вышеупомянутого цветочка. Однако, во-первых, на ярком солнышке и в реальности некомфортно без темных очков. А во-вторых, даже такое относительно скромное значение в разы превосходит возможности привычного SDR и вплотную приближается к возможностям даже самых продвинутых домашних телевизоров и мониторов. О проекторах, как вы понимаете, и говорить нечего. Для них честная яркость откалиброванного под кинопоказ изображения в 200 — 250 кд/кв. м. до сих пор остается просто очень крутым показателем.

Очень наглядная демонстрация потерь в цветопередаче, контрастности и яркости, с которыми зрителям приходилось мириться до прихода HDR. Их ухудшение происходило на всём пути от съемочной камеры до экрана, но самым узким бутылочным горлышком оказывались именно домашние телевизоры, ограниченные 8-битным кодированием цвета. 

По аналогии со звукорядом, диапазон отображаемой яркости зависит и от стандарта передачи сигнала, и от исполнительских способностей конкретного «инструмента». 

И еще один момент. К параметрам яркости, указанным в рекламных буклетах современных телевизоров, следует относиться со здоровым скептицизмом. Инфляция данного показателя сегодня примерно такая же, как стремительный рост бумажной контрастности несколько лет назад. Например, в качестве максимальной яркости могут быть указаны значения, полученные при совершенно неприемлемой цветопередаче, актуальные для небольшой области экрана и/или на протяжении всего нескольких секунд – пока матрица не перегреется.

Незатейливый универсал

Как видим, не смотря на широко разрекламированное начало эпохи HDR, проблем с показом изображения на большой яркости еще хватает. Чтобы облегчить адаптацию продвинутого видеосигнала под далеко не безграничные возможности современных телевизоров и проекторов, в HDR10 предусмотрели передачу служебной информации о реальных параметрах конкретного изображения. Речь идет о метаданных MaxCCL и MaxFALL, обозначающих максимальный уровень яркости контента и максимальную усредненную яркость в кадре. Такой подход оказался достаточно простым и удобным, а потому поддержка формата стала обязательным требованиям ко всем системам передачи и показа видео массовому зрителю. То есть HDR10 понимают все HDR-совместимые телевизоры и проекторы, именно в нем записаны фильмы на всех дисках Ultra HD Blu-ray, а также HDR-контент, поступающий из онлайн-кинотеатров.

Главная задача HDR – раскрыть как можно больше деталей и цветов даже в самых сложных с точки зрения освещения сценах

Однако, при всех достоинствах, у HDR10 имеется и недостаток: не предусмотрена возможность изменения значений яркости во время просмотра фильма. То есть сцена в подземелье при свете свечей будет показана с теми же настройками, что и залитая солнцем пустыня. Имея в виду ограниченные возможности и OLED, и LCD, и DLP-матриц, это, конечно, далеко не самый оптимальный вариант.

Чтобы максимально точно показать конкретные кадры на конкретном экране, в компании Dolby Labs решили сделать метаданные динамическими, то есть обновлять информацию о средней и максимальной яркости сцены прямо по ходу воспроизведения. Так появился Dolby Vision. Кстати, новый способ представления гамма-кривой, то есть электронно-оптической передаточной функции, получившей название PQ (стандарт ST-2084), разработали именно в Dolby, так что им, как говорится, и карты в руки.

Цвета мало не бывает

Помимо динамического изменения метаданных, Dolby Vision предусматривает не только 10-битное, но и 12-битное кодирование видео, а также увеличение максимальной яркости до четырех или даже до двенадцати тысяч кд/кв. м. Таким образом он стал наиболее продвинутым и перспективным форматом HDR.

Особенно важна 12-битная точность цвета, востребованная в коммерческом прокате. Сейчас приходу HDR в кинотеатры мешает низкий световой поток большинства проекционных систем, но рано или поздно это ограничение исчезнет. Уже вовсю идут эксперименты по установке в больших залах не проекторов, а продвинутых светодиодных панелей. Такие экраны предлагают Samsung и Sony, и по яркости они превосходят стандартные проекционные решения как минимум в десять раз. По принципу построения эти системы близки к рекламно-информационным видеостенам, но в отличие от них могут похвастать бескомпромиссным цветовым охватом (DCI-P3) и деликатным обращением с нежными полутонами.

Высококлассные кинозалы на светодиодных панелях уже существуют, и очень может быть, что коммерческий кинопрокат находится на пороге огромного качественного скачка

Впрочем, сама Dolby тотального нашествия светодиодных экранов решила не дожидаться, и активно развивает сеть фирменных премиум-кинозалов Dolby Cinema на базе другой перспективной технологии – проекторов со сверхмощными RGB-лазерами в качестве источников света.

Что касается домашнего применения, то Dolby Vision уверенно становится обязательным атрибутом премиум-сегмента, причем это относится и к аппаратуре, и к контенту. Наиболее продвинутые телевизоры (как правило, на матрицах OLED), ресиверы, мультимедийные плееры и онлайновые приставки уже обзавелись его поддержкой, а что касается интернет-кинотеатров, то в Dolby Vision ведут кинопоказы Google, Apple, Amazon и Netfilx плюс наша IVI.

Andy Fiord Lab – первая в России студия мастеринга Dolby Vision. По центру тоже первый и пока единственный у нас в стране референсный монитор Flanders Scientific XM310K с честной яркостью 3000 кд/кв. м. Даже на фото хорошо видно, насколько он ярче других профессиональных мониторов и высококлассного телевизора

Голливудские киностудии, понятное дело, в стороне тоже не остались, и на сегодня в данной версии HDR выпускаются если не все, то очень многие высокобюджетные фильмы. В России лицензию на пост-продакшн получила студия Andy Fiord Lab, после чего в Санкт-Петербурге был подготовлен второй в мире видеоклип в Dolby Vision – Frau & Mann дуэта Lindemann.

…и другие

HDR10 и Dolby Vision – самые распространенные, но далеко не единственные форматы расширенного динамического диапазона. Вот краткий обзор других стандартов, так или иначе встречающихся сегодня в индустрии.

Dolby Vision – фирменная разработка, и за ее использование нужно платить лицензионные отчисления. А вот в Samsung разработали открытый стандарт HDR с динамическими метаданными. Его могут свободно использовать любые создатели аппаратуры или студии, однако, несмотря на это, особой популярности он не снискал. Из разработчиков телевизоров его используют только сам Samsung, а также Panasonic и Philips, но последняя парочка поддерживает и конкурирующий формат. Что касается студий, то некоторое количество дисков Ultra HD BD с фильмами в HDR10+ выпустили 20th Century (уже не Fox), Universal и Warner Bros., однако по общему количеству контента открытый формат проигрывает конкуренту с гигантским и постоянно возрастающим отрывом.

HLG

Несмотря на бурный рост стриминговых сервисов, эфирное и кабельное телевидение по-прежнему живёт, располагает огромными техническими ресурсами и продолжает радовать миллиарды зрителей по всему миру. Чтобы приобщить их к модному тренду, BBC и NHK придумали формат распространения HDR по уже существующей вещательной инфраструктуре. Именно поэтому на стриминговых сервисах и лазерных дисках HLG не встречается, однако поддерживается практически всеми разработчиками телевизоров и крупными телевизионными сетями, включая FOX, CBS, Canal+, RTL, SKY и Eurosport. А еще видео в HLG способны снимать некоторые фотокамеры Panasonic Lumix и Sony Alpha.

Advanced HDR by Technicolor

Довольно экзотический формат, точнее, семейство форматов, разработанных Technicolor совместно с Philips и совместимых с некоторыми телевизорами LG. Придуман по большей части для облегчения жизни операторам кабельного и спутникового телевидения, но, в отличие от HLG, в эфире встречается крайне редко.

Настоящее в будущем времени

Итак, подведём итоги. На данный момент к наступлению эры HDR лучше всего готовы кинокомпании. И съемочное, и монтажное оборудование полностью соответствует новым стандартам, да и опыт работы с каждым днем растет. Правда, тонкость в том, что люди творческие воспринимают и осваивают новые технологии куда медленнее, чем технические специалисты. Особенно если мы говорим о персонах с большим именем и в не слишком юном возрасте.

К тому же не будем забывать, что целые поколения операторов, художников по свету и, конечно же, режиссеров учились втискивать и реальные, и самые фантастические визуальные решения в прокрустово ложе жёстких технических ограничений. Они всю жизнь подсвечивали тени, чтобы не потерять детали на темных участках кадра, и прикрывали яркий свет, чтобы картинка не выбилась в сплошную белизну.

И вот теперь, когда впервые за сотню лет появилась возможность этого не делать, сломать стереотипы, засевшие на генетическом уровне, оказалось очень непросто.

Но зрителям, возможно, сейчас еще труднее. Ведь все рекламные буклеты и технические обзоры внушают им, что стоит купить телевизор с логотипом HDR, как домашний кинотеатр начнет выдавать невиданной красоты изображение с фантастическими яркостью и контрастом. Причем даже на фильмах, снятых 30 лет назад – их ведь тоже сегодня вовсю переиздают в 10-битном формате.

HDR хорош тем, что на грамотно снятом материале его преимущества просто бросаются в глаза независимо от размера экрана или его разрешения

В действительности все не так просто. Во-первых, как мы уже обсудили, ни один бытовой телевизор на сегодня не может обеспечить полного соответствия изображения возможностям HDR10 и уж тем более Dolby Vision. Ни в плане яркости, ни в плане цветового охвата. К домашним проекторам, даже самым продвинутым, это, увы, относится в еще большей степени. Но самое главное, что даже в фильмах, по-честному снятых и смонтированных в HDR, далеко не всегда можно с первого взгляда прочувствовать прелести широкого динамического диапазона. Достаточно художнику по свету, оператору или колористу сработать по старинке или просто отнестись к делу формально, и картинка на экране не раскроет даже реальных возможностей домашнего HDR-кинотеатра.

Между тем, возможности эти растут достаточно энергичными темпами. Приход лазер-фосфорных источников света заметно улучшил параметры проекторов, панели на органических светодиодах выдают роскошно детализированные тени, а эксперименты с новыми типами матриц на квантовых точках дают надежду на получение по-настоящему мощного светового потока на фоне действительно широкой цветопередачи.

А раз так, будем надеяться, что уже в недалеком будущем HDR по-настоящему расцветет не только в рекламных буклетах, но и на наших экранах, а главное – в головах создателей фильмов.