- Štěpán Čermák
Co je 4k Ultra HD? Vše o UHD, 4k, HDR, WCG, Ultra HD Blu-ray a problematice nových formátů videa
Po splasknutí bubliny jménem 3D budou lidé vůči novým audiovizuálním technologiím právem ostražití, nicméně svět videa, televizní techniky a vlastně i filmu čeká další vývojový stupeň. Tentokrát se mu nevyhneme. Jmenuje se Ultra HD a podobně jako svého času u Full HD je jeho přínos neoddiskutovatelný. Nicméně Ultra HD, které si lidé - ba dokonce i výrobci - často pletou se 4k, nepřináší do televizního vysílání a našich obýváků “pouze” změnu z 1080p na 2160p. Po marketingovém opojení několikanásobně vyšším rozlišením si celý průmysl začíná uvědomovat, že více než na množství pixelů záleží na jejich kvalitě. A tak naše obýváky dobývají technologie a k nim příslušné zkratky jako UHD, HDR, HLG, WCG, HDMI 2.0a, HDCP 2.2, 10/12bit, HFR, Ultra HD Blu-ray, BT.2020, HEVC/h.265, nebo VP9, jejichž podobu stanovují mezinárodní sdružení jako SMPTE, ATSC, DVB, BDA, ITU-R, nebo MPEG. Výčet technologických novinek by mohl pokračovat od videa k object based audiu v podobě Dolby Atmos a DTS:X *1). Nechytáte se? Jste na správném místě.
Ultra HD s sebou zjevně nese ohromné množství změn v celém produkčním řetězci a tyto změny se logicky dotýkají koncových zařízení, tedy diváků a jejich televizorů, projektorů, přehrávačů, receiverů a ozvučení. Rozumět všem prvkům s Ultra HD spjatým je náročné i pro technicky pokročilé uživatele. Ti méně zběhlí v A/V technologiích mají navíc nevýhodu v tom, že je média - často i ta technicky zaměřená - občas krmí špatně interpretovanými nebo neúplnými informacemi, v nichž si pletou základní termíny.
V následujících řádcích - obrňte se trpělivostí, bude jich opravdu hodně - se pokusím veškeré informace kolem Ultra HD osvětlit a dát je do souvislosti s předchozími standardy tak, abyste je pochopil pokud možno každý. Zabrouzdám do minulosti, stejně tak do budoucnosti, abyste si sami udělali obrázek, nakolik má smysl na Ultra HD přejít, jestliže se už teď šušká o systémech jako Super Hi-Vision. Za cíl si skromně beru, že pokud se prokoušete až k posledním řádkům, budete Ultra HD a videu všeobecně rozumět lépe než prodejci i někteří novináři.
Pro začátek je důležité si uvědomit jedno: Zatímco Full HD označuje pouze rozlišení, pojem Ultra HD se sice primárně také týká množství pixelů, zároveň však sdružuje vícero prvků videa. U rozlišení tedy začneme, ale rozhodně u něj neskončíme.
*1) Technicky vzato není příchod object based audia přímo spjatý s Ultra HD, ostatně Dolby Atmos nebo DTS:X jsou dostupné i na klasickcýh Blu-rayích. Jelikož ale nastupuje ve stejném období a jedná se o podobnou revoluci, budeme o něm hovořit v souvislosti s UHD.
SD vs. Full HD vs. Ultra HD (vs. 4k) a pozorovací vzdálenosti
Ačkoli Ultra HD přináší také změny v barevných prostorech, jasových rozsazích a snímkových frekvencích, k čemuž se dostaneme později, čistě z marketingového hlediska ho bylo pro výrobce televizorů od prvních krůčků jednodušší prodávat pouze jako změnu v rozlišení.
Ostatně zákazníci už si jednou takovou změnou prošli, když se přecházelo z SD (tedy standardního rozlišení) do HD (vysokého rozlišení). Budeme-li se pohybovat pouze v evropském PAL regionu *2), znamenalo to skok ze 720x576 na 1920x1080 pixelů. Tyhle dva miliony zobrazovacích bodů *3) vedly spolu s novým typem komprese k lepšímu přenosu obrazových informací a vyšší ostrosti obrazu i na velkých úhlopříčkách.
Skok z SD do Full HD znamenal pětinásobný nárůst množství obrazových bodů. Ultra HD dostává do vínku rozlišení 3840x2160 pixelů, což je další čtyřnásobek Full HD a tedy ohromující dvacetinásobek SD. Tahle jednoduchá násobilka se dobře prodává a výrobci spotřební elektroniky se v samotných počátcích UHD v těch číslech trochu zamotali: Když v okamžiku, kdy začali televizory s takovým rozlišením vyrábět, ještě označení Ultra HD neexistovalo, vypůjčili si z profesionálního oboru označení jiné a první UHD televizory tak nesly označení "4k" *4). Jenže 4k je něco trochu jiného než UHD.
4k má k UHD blízko, označuje však jiné rozlišení, konkrétně 4096x2160. Spjaté je především s profesionální produkcí a s projekčními systémy, stejně jako bylo a vlastně stále je 2k. Výrobci spotřební elektroniky se k označení 4k přiklonili čistě proto, že výrobou prvních televizorů s Ultra HD rozlišením předběhli v roce 2013 vznik jakýchkoli norem a tudíž i existenci samotného označení Ultra HD. Což je ostatně důvod, proč jsme na Blu-space dlouho nedoporučovali koupi jakéhokoli televizoru s tímto označením - těm prvním chyběly "UHD základy", tedy trojkombinace HDMI 2.0a, HDCP 2.2 a HDR. K tomu všemu se postupně dostaneme, pointa je, že UHD televizor nemá se 4k nic společného, navzdory tomu, že se vás o tom budou výrobci snažit přesvědčit. Vrcholem je pak označení "4k Ultra HD", které se snaží laikům komunikovat předešlý marketingový kiks dohromady se současnou normou. Je to něco jako 2k Full HD. Pětiválcový čtyřválec, abych použil srozumitelnou analogii.
Každopádně seřaďme si jednotlivá rozlišení videa, ať v tom máme jasno:
SD: 720 x 576
Full HD nebo-li 1080p*5): 1 920 x 1 080
2k: 2 048 x 1 080
Ultra HD nebo-li 2160p: 3 840 x 2 160
4k: 4 096 x 2 160
Ultra HD zjevně přináší ohromné množství dalších obrazových bodů a nabízí se, že by zpozorovatelná změna mohla být podobně dramatická jako při přechodu z SD do Full HD. Rozdíl tu je. Zda ho spatříte, je však věc jiná. Hustota pixelů na zobrazovačích je totiž už při Full HD tak vysoká, že při určité pozorovací vzdálenosti člověk jednotlivé body a přechody mezi nimi přestane vnímat. Jestliže se díváme na obraz z Full HD zdroje na Full HD televizoru z dejme tomu dvou metrů, stejnou scénu na Ultra HD zobrazovači s totožnou úhlopříčkou bychom museli sledovat z méně než jednoho metru, abychom byli schopni zpozorovat jednotlivé pixely a tedy i rozdíl v drobnokresbě scény. Ale kdo by se díval na padesátipalcovou televizi z jednoho metru, že?
Na pozorovací vzdálenosti existují tabulky a každý, kdo si kupuje nový televizor nebo projektor, by je měl vzít v potaz. Kombinace fyzického rozlišení a úhlopříčky zobrazovače definuje, při jaké vzdálenosti jsou pro lidské oko viditelné jednotlivé pixely. Jestliže vím, že budu mít televizor dejme tomu čtyři metry od gauče a na stěnu se mi vejde maximálně padesátipalcové zařízení, čistě teoreticky by mi mohlo stačit 720p (pokud by se takové ještě vyráběly). Každé oko je samozřejmě jinak citlivé, jinak vnímá detaily a ostrost a jinak vidí na tak "velkou" vzdálenost. Stejně tak každý televizor a příslušné technologie vykreslují pixely různým způsobem. Nicméně platí, že při určitých podmínkách ztrácí vyšší rozlišení smysl, což je ostatně častý argument pro "lepší pixely, nikoli jejich větší množství", k němuž se postupně dostaneme.
Tématem pozorovací vzdálenosti jsem se na Blu-space už zabýval *6) a část textu teď s několika úpravami otisknu znovu. Pro pochopení smysluplnosti Ultra HD v mantinelech rozlišení je totiž důležité tato fakta pochopit:
Doporučenou vzdálenost od displeje stanovuje každý výrobce elektroniky jinak, rozdíly jsou však minimální. Zpravidla se dodržuje pravidlo, podle kterého by měl Full HD obraz zabírat 30° divákova zorného pole. Pokud máte Ultra HD zobrazovač, mělo by to být už 55°. To znamená, že od Full HD televizoru se posadíte na vzdálenost 1.6 krát vynásobené šířky displeje, od Ultra HD už pouze na 1.5 krát výšky zobrazovače. Jen tak pro zajímavost, u SD zobrazovače nebo SD materiálu násobíme sedmkrát. Pro tuto problematiku existují dokonce průmyslem stanovené standardy, konkrétně od SMPTE *7). Stanova SMPTE 30 pracuje právě se zaplněním 30° zorného pole diváka. Toho dosáhneme, pokud si změříme horizontální velikost displeje a číslo vynásobíme 1.6263. Pojďme pro příklad pracovat s mou 46" plazmou: Šestačtyřicetipalcová úhlopříčka u 16:9 znamená přibližně 102 x 57 cm obraz. 102 krát 1.6 je přibližně 163. Pokud tedy na své Full HD plazmě sleduji 1080p materiál, optimální pozorovací vzdálenost je 163 cm. SMPTE stanovami se řídí většina nadšenců do domácího kina. Je tu však ještě THX doporučení, které pozorovací vzdálenost Full HD táhne do extrémů. Podle THX by totiž mělo domácí kino zabírat rovnou 40° vašeho zorného pole. To znamená, že šířku displeje násobíme pouze 1.2 krát. Podle THX bych tedy měl od svého televizoru sedět pouhých 122 cm. To je však extrém, podobná hodnota se totiž často udává i u Ultra HD televizorů a materiálu (i když pozorovací vzdálenost u Ultra HD zatím žádný standard nemá). Ať už zvolíte SMPTE 30 nebo THX, nebo budete jejich doporučení dodržovat pouze orientačně, měli byste vzít v potaz tuto tabulku:
Podle té je jasné, že rozlišovací schopnost lidského oka od určitých vzdáleností nepozná rozdíl mezi jednotlivými fyzickými rozlišeními displejů. Pokud tedy nehodláte přizpůsobovat pozorovací podmínky velikosti svého displeje, hodí se nejdříve určit, zda vůbec má smysl kupovat 50" Ultra HD televizor, když na něj budete stejně koukat z takové dálky, že nepoznáte rozdíl mezi Ultra HD nebo Full HD. Ostatně ve Spojených státech je průměrná pozorovací vzdálenost dva a tři čtvrtě metru od televizoru. V Česku to bude asi podobné. Pro takovou pozorovací vzdálenost je doporučen sedmdesátipalcový FullHD displej. U Ultra HD bude úhlopříčka samozřejmě ještě závratnější. A co si budeme povídat, tak velké televize si ještě nějaký ten pátek koupí málokdo. Jestliže tedy nehodláte měnit pozorovací vzdálenost, nemá pro vás Ultra HD smysl. Tedy alespoň co do rozlišení. Ještě však nad Ultra HD nezanevřete, později se dostaneme k tomu, že rozlišení je pouze jednou z vícera výhod.
Každopádně když mluvíme o rozlišení zobrazovače a videa, musíme nejdříve brát v potaz rozlišení zdrojových materiálů. Tady teprve začíná pořádná legrace.
*2) SD se dle regionů liší v závislosti na vysílacích normách nejen vertikálním rozlišením, ale také snímkovou frekvencí: evropský PAL má 576 vertikálních bodů při 25fps, americký NTSC 480 při 30fps.
*3) SD rozlišení má 414 720 aktivních pixelů, Full HD 2 073 600, Ultra HD 8 294 400
*4) Někteří výrobci se označení 4k stále drží. Sony dokonce odmítá používat označení Ultra HD úplně a v marketingu dále nazývá své zobrazovače jako 4k
*5) "p" v termínu 1080p označuje "progressive", tedy neprokládané snímky
*7) SMPTE je zkratka pro Society of Motion Picture & Television Engineers
Divočina kolem masterů a rozlišení zdrojového videa
Jestliže přijmu televizní vysílání v Ultra HD, případně v tomto rozlišení streamuji nějaké video, nebo jsem si dokonce pořídil Ultra HD Blu-ray, logicky předpokládám, že materiály takto distribuované pocházejí ze zdroje s rozlišením totožným, ne-li vyšším. Ne vždy je to ale pravda. Než tedy uzavřeme kapitolu o rozlišení videa a zobrazovačů, musíme se ještě věnovat rozlišení samotných zdrojů. Ostatně materiál a technika záznamu stanovují, jak co vypadá a jaké kvality výsledný master dosáhne. Masterem přitom rozumíme produkční a archivační kopii pořadu, pomyslný zdroj, z něhož se přepočítávají všechny budoucí kopie (tedy ty pro kina, televize, VoD *8), DVD, Blu-ray atp.).
Začněme u filmů. Pomineme-li posledních deset až patnáct let, kdy většina filmařů postupně přesedlala na digitální kamery, máme za sebou více než stoletou historii a tedy tisíce filmových děl, které byly natočeny na analogový záznam. Ve většině případů *9) to bylo na 35mm filmový pás a jeho variace.
Analogový záznam má tu výhodu, že vzniká fotochemicky. Nejedná se o žádné jedničky a nuly, tudíž nemá žádné digitální rozlišení. Na jednotlivá políčka filmového pásu (je jich 24 za vteřinu) se při natáčení "promítne" obraz skrze čočku, tím dojde k fotochemické reakci světlocitlivé emulze, scéna se na materiál "otiskne" a vznikne tzv. negativ. Říkám to zjednodušeně, ale pointou je, že tak vznikne analogový záznam, jenž má několik výhod: Skvěle se archivuje (proto se v současnosti i po digitálním restaurování vytvářejí analogové mastery), je kdykoli "čitelný" a při degradaci přichází o minimum obrazových informací (zatímco digitální záznam může teoreticky poškodit ztráta pouhých několika bajtů, případně se může pro některé programy stát nečitelný, nebo může být archivovaný na médiu, k němuž přestanou existovat připojení / ovladače atp.), má extrémní životnost (při správné archivaci klidně i sto let a více) a - hádáte správně - může sloužit jako zdroj pro digitální kopie.
Tady je důležité pozastavit se nad klíčovou informací. Jistě jste se setkali s lidmi, nebo jste si dokonce položili tu samou otázku, kteří se ptali, jak je možné, že na Blu-ray vycházejí dvacet, padesát, nebo třeba devadesát let staré filmy, když se jedná o digitální technologii a HD kamery jsou na trhu teprve pár let? Odpovědí na takovou otázku je právě onen 35mm pás. Filmaři vlastně ve vysokém rozlišení točili již před sto lety. Pokud měli relativně solidní skla (což měli), mohl tehdejší záznam vypadat lépe než totožná scéna točená na 1080p kameru o sto let později. 35mm negativ se dá naskenovat, pak až vznikne digitální master a teprve ten je svazován rozlišením. Teoretické rozlišení 35mm políčka je přitom někde mezi 4k a 6k v závislosti na spoustě dalších faktorů. Takže ano, klidně i Chaplin se může dočkat svého Ultra HD Blu-raye.
Tahle hra čísel je však při vytváření digitálních masterů záludná. Filmový průmysl totiž digitální kopie nevytváří někde na hranici teoretického rozlišení kinofilmu. Většinou se pohybuje hluboko pod ní. Když tedy dnes filmař natočí film na 35mm, políčko se sice naskenuje ve 4k, následně je ale materiál downscalován na 2k pro tzv. intermediate master. V této 2k kopii se střihá, barví a v jejím rozlišení se dělají i digitální efekty. Výsledný master má tedy, hádáte správně, stále rozlišení "pouhá" 2k. Plyne to z ohromného množství vedlejších faktorů, mezi ty nejdůležitější samozřejmě patří peníze, dále kompletní produkční workflow, jehož upgrade by znamenal extrémní investice a změny, nebo třeba fakt, že to lidé vlastně nepoznají.
Světe div se, to samé platí i u novodobých blokbusterů točených na moderní digitální kamery s rozlišením 4k, 5k i 6k. Film se prostě ve většině případů finišuje ve 2k, přebytkové rozlišení se občas hodí k opatrnému reframování obrazu. Plus samozřejmě platí, že 2k z downscalovaného 4k vypadá lépe než 2k přímo ze 2k záznamu. Onen cit pro detail a ostrost se přenese i do nižších rozlišení, i když dojde ke ztrátě některých obrazových informací.
Tohle všechno si říkáme proto, abyste věděli, že na stáří filmu vlastně nezáleží. Šedesát let starý film může v Ultra HD vypadat lépe než čerstvý hollywoodský blockbuster. A také proto, abyste si byli vědomi faktu, ze kterého někteří technologičtí puristé lezou po zdi: Valná část filmů prezentovaných v Ultra HD - tedy alespoň v rané fázi formátu - pochází ze 2k masterů. Jedná se tedy o upscale.
Oprávněně váháte, zda z oněch dvou metrů ze svého gauče budete schopni poznat rozdíl mezi Full HD materiálem na Blu-ray, který je vlastně mírně downscalovaným 2k, a Ultra HD materiálem na Ultra HD Blu-ray, který pochází z toho samého 2k, ale je naopak upscalovaný. Dost možná ne. A pokud ano, budou rozdíly naprosto minimální.
Ultra HD zjevně předběhlo dobu. Přichází se specifikacemi, které musí filmový i televizní průmysl teprve dohnat. Například Sony Pictures na UHD bylo připravené už několik let (ostatně proto si mohlo dovolit vydávat "Mastered in 4k" Blu-raye*10)), a tak pouze jejich první Ultra HD Blu-raye pocházejí ze skutečného 4k. Ostatní studia musí masteringový proces postupně dohnat, ve většině případů se jedná o upscaling. Není to žádná tragédie. Ke změně k lepšímu dochází, jen ne tolik, jak by mohlo. V tomto ohledu je UHD značně "futureproof".
Tím bychom měli téma "rozlišení" uzavřít. Odnést byste si z něj měli především ponětí o rozdílu mezi Full HD, Ultra HD a 4k a o tom, jak s těmito rozlišeními pracují filmové produkce, a že jsou nám první Ultra HD videa servírována díky drobnému podvádění jako "pouhý" upscale ze 2k. Ale jak jsem několikrát naznačil, Ultra HD není pouze o rozlišení. Vlastně by ten počet pixelů mohl být nakonec druhořadý.
8) VoD je zkratka pro Video on Demand, tedy video na vyžádání. Jedná se o internetové služby jako Voyo, Netflix a podobné.
9) Dalo by se mluvit také o 16mm, na ten vznikala především amatérská nebo studentská tvorba. Dále o velkoformátových pásech jako 70mm nebo IMAX, případně o pokusech jako Cinerama. Jejich využití se ale počítá do jednotek procent, ne-li promile.
10) "Masterd in 4k" Blu-raye některé zákazníky matou. Jedná se o 1080p Blu-raye. Od "neMastered in 4k" BD se liší pouze tím, že 1080p přepis může "brát" obrazové informace z většího množství dat ve zdroji, tudíž je teoreticky o něco málo ostřejší.
SDR vs HDR, Rec.709 vs Rec.2020, nové barevné prostory a jasové rozsahy a opravdový potenciál Ultra HD
Následující téma bude místy trochu komplikované. Pro pochopení výhod Ultra HD je však zásadní.
Když DVB a EBU před třemi lety začaly připravovat jednotlivé fáze přechodů televizního vysílání do Ultra HD, shodli se členové na tom, že první fáze přechodu by mohla obejít prvek UHD, jenž do té doby všichni považovali za klíčový: Rozlišení. Argument byl ve své podstatě jednoduchý a platí dodnes. Při percepčních testech se zjistilo, že mnohem větší přínos Ultra HD je v kvalitě pixelů, nikoli v jejich množství. K vysvětlení, co si pod takovým kvalitním pixelem vůbec představit, je určeno celé tohle téma.
Vzpomínáte na CRT televizory? Mladší generace už se s nimi ani nemusely setkat, každopádně před příchodem LCD, plazem a OLEDů byla CRTčka, ony tlusté těžké vypouklé televizory s malými úhlopříčkami, téměř jedinou dostupnou technologií pro reprodukci televizního vysílání a signálu z VHS přehrávačů. CRT televizory měly kvůli fyzickému omezení technologie jisté jasové limity, když tedy vznikaly první standardy pro HDTV, ačkoli měly myslet na budoucnost, držely se právě mezi mantinely schopností CRTček. A tak na začátku devadesátých let minulého století vznikl jeden ze stavebních pilířů HDTV, standard Rec.709. A ten, i když se už při svém vzniku v jistých směrech nechával svazovat limity stárnoucích technologií v televizorech i broadcastingu, dodnes omezuje podobu videa prakticky ve všech odvětvích audiovizuální produkce a reprodukce. To znamená, že váš rok starý LED televizor, ačkoli by mohl být schopen mnohem větších divů, je při reprodukci barev a jasového rozsahu omezen touto stařičkou normou.
Rec.709 z dílny ITU-R je známý ještě pod zkratkou BT.709 (v revizi z roku 2015 konkrétně ITU-R BT.709-6) a zjednodušeně řečeno přehrávači i zobrazovači říká: "Tento materiál má takový a makový barevný a jasový rozsah". Díky tomu, že v tomto standardu pracuje audiovizuální produkce, broadcasteři i další poskytovatelé obsahu a samozřejmě ho interpretují i zobrazovače, se dá za jistých okolností zaručit, že se k vám obsah dostane přesně v takové podobě, v jaké ho tvůrci zamýšleli. Konkrétně ITU-R BT.709-6 říká: "V typické produkční praxi je enkódování obrazového zdroje přizpůsobeno tak, aby finální obrázek měl žádaný vzhled při zobrazení na referenčním monitoru, majícím referenční dekódovací funkci dle doporučení ITU-R BT.1886, v referenčním pozorovacím prostředí, jak ho definuje doporučení ITU-R BT.2035". Česky to znamená, že obrazová produkce podléhá tolika standardům, že je téměř nemožné, aby se za doporučených podmínek k divákovi dostal materiál v jiné než zamýšlené podobě.
Čistě technicky vzato toho BT.709 říká mnoho (stanovuje nominální hodnoty černé a bílé, formáty synchronizačních signálů, poměr stran, opto-elektronické charakteristiky a konverze, chroma subsampling, framerate, bitovou hloubku a další a další a další *11), navíc se odráží ještě od ITU-R BT.601 *12)). My se ale omezíme na základ v podobě barevného spektra. Rec.709 na pomyslné škále barevného prostoru zpozorovatelného lidským okem (diagram CIE 1931) vypadá takto:
Jak vidíte, trojúhelník reprezentující Rec.709 pojme pouze 35.9% celé škály a vynechává tedy ohromné množství odstínů, s nimiž by mohl při reprodukci videa pracovat. Filmový pás je zachytí. Digitální kamery už také operují nad rámcem Rec.709 a moderní zobrazovače jsou schopny dosáhnout větší barevné škály jakbysmet. Ultra HD se proto vymaňuje ze stařičkého barevného prostoru a přesouvá se jinam. Seznamte se s Rec.2020.
Standard Rec.2020 (nebo-li ITU-R BT.2020) pochází z roku 2012 a počítá s rozlišením až 8k a se všemi myslitelnými frameraty do 120 fps. Bitovou hloubku stanovuje buď na 10bit, nebo na 12bit, k tomu se dostaneme, a na CIE 1931 škále pokrývá rovnou 75.8%:
Jak vidíte, Ultra HD bude díky Rec.2020, které je pro spotřebitele označováno také jako WCG (Wide Colour Gamut), schopno pojmout zásadně větší barevný rozsah. Má to ale drobný háček: Žádná digitální produkce zatím není schopna veškerých odstínů v Rec.2020 dosáhnout. Krom experimentálních kousků neexistují digitální kamery, které by celý Rec.2020 pojaly, stejně tak neexistují spotřebitelské zobrazovače, které by celý rozsah Rec.2020 dokázaly reprodukovat. Rec.2020 proto momentálně v rámci Ultra HD (tedy především na Ultra HD Blu-ray) funguje jako kontejner. To znamená, že se jedná o pomyslnou schránku, která pojímá "slabší" standardy s menším barevným prostorem. Veškerá momentální filmová produkce a v kinech i reprodukce totiž probíhá v takzvaném DCI-P3. P3ka je barevný prostor někde mezi Rec.709 a Rec.2020, na CIE 1931, kde zabírá 45.5%, vypadá takto:
V tomto barevném prostoru jsou vám v digitálních kinech promítány filmy, jsou v něm tedy i barveny. Letošní highendové LED a OLED televizory jsou ho schopny dosáhnout zhruba z 90ti až 98mi procent. A filmy na Ultra HD Blu-ray jsou zatím právě v P3, i když i tam slouží jako kontejner Rec.2020. Jinými slovy, Rec.2020 technologicky trochu předbíhá dobu. Je proto dobré, že s ním Ultra HD počítá. Formát se tak stává "futureproof".
Nárůst barevného rozsahu je neoddiskutovatelným přínosem Ultra HD. Video si najednou může brát z mnohem větší barevné škály a tím pádem reprodukovat mnohem přirozenější barvy. Ale kolik přesně jich vlastně může být? To už stanovuje bitová hloubka. Jak zmiňuji výše, Ultra HD počítá s 10bit a eventuálně 12bit videem, což je oproti momentálním osmi bitům citelný skok. O co se jedná?
Barevná nebo bitová hloubka určuje množství odstínů jednotlivých barev. Jestliže Rec.709 nejčastěji operovalo v osmibitové barevné hloubce RGB kanálu, znamenalo to, že z prvního výše předvedeného diagramu si mohlo brát z barevné škály obsažené v onom trojúhelníku a pro každou ze tří základních barev (RGB - červená, zelená, modrá) mít uloženo 256 odstínů. Takže 256 odstínů červené, 256 odstínů zelené, 256 odstínů modré. Takovou má současné televizní vysílání, ale i streaming a Blu-raye barevnou hloubku. 256 odstínů na jednu barvu se nezdá jako moc, ony se ale během kombinování násobí. A 256x256x256 je 16 777 216. V onom Rec.709 trojúhelníku tedy bylo možno mít při osmibitovém kódování uloženo téměř sedmnáct milionů barevných odstínů. To už zní lépe, jak si ale řekneme níže, úplná hitparáda to není.
V případě Rec.2020 se barvy pohybují v pomyslném rozmezí trojúhelníku v druhém výše představeném diagramu. Při desetibitové hloubce si video pro každou z RGB barev může uchovat rovnou 1024 odstínů. Tento ohromný nárůst vede k více než miliardě barev *13)! Nestačí? Při dvanáctibitové hloubce už je to 4094 odstínů. Při jejich vynásobení byste se dostali k téměř devětašedesáti miliardám *14). Oproti necelým sedmnácti milionům docela rozdíl, že?
Co takové množství barevných odstínů znamená? Samozřejmě věrnější barvy, ale hlavně jemné jasové a barevné přechody na větších jednolitých plochách. Pokud máte v záběru například jasnou oblohu s postupně se měnícím tónem, v osmibitové hloubce může při jejím vykreslování docházet ke skokovým změnám odstínů. To se děje, když v Blu-ray recenzích mluvím o tzv. bandingu. Nejlépe si to ukázat na konkrétním obrázku.
Tohle je screenshot z Blu-raye Everestu:
Všimněte si jasových přechodů na obloze od pravé části obrazu. Bitová hloubka určí nejen množství modrých odstínů, ale logicky i to, jak "hladký" onen přechod bude.
Abychom si ukázali extrémní příklad, ten samý screenshot jsem uložil pouze ve čtyřech bitech. To znamená, že obrázek má šestnáct odstínů pro jednu barvu:
Došlo k ohromné ztrátě barevných informací a jak vidíte, nejlépe je to vidět právě na velkých plochách bez textur. Existují metody jako Floyd-Steinbergův dithering, které i při nižší bitové hloubce onen skok jaksi rozmělní. Z čistě praktického hlediska však bude platit: Obraz přišel o nuance v jasových přechodech a samozřejmě o ohromné množství barev.
Někdo by mohl namítnout, že obloha je krásně vykreslena i na osmibitovém obrázku z Blu-raye. Měl by pravdu. Možnost reprezentovat ji ještě větším množstvím barev však může odhalit obrazové informace, které se při authoringu pro Blu-ray ztrácí. Nebo může zdůraznit, že kamera při snímání oněch vlaječek zachytila mnohem větší barevnou škálu. Stromy v sobě mohly mít skryté další tóny, jež osmibit omezil. Jak prudká je změna směrem dolů, může být i směrem nahoru. Obraz získá na ještě větší plasticitě a bude vypadat realističtěji. Tak jednoduché to ve výsledku je. To jsou ty kvalitní pixely. A stejné divy jako rozšířená barevná paleta a barevná hloubka může s obrazem dělat i vysoký dynamický rozsah. Tím se tedy dostáváme k hlavnímu "selling pointu" Ultra HD: HDR.
HDR je zkratka pro High Dynamic Range, česky vysoký dynamický rozsah, a přináší, slovy marketingových expertů "jasnější i temnější obraz". Co to znamená?
Oklikou se dostáváme k limitům CRT televizorů. Ty byly omezeny nejen v barevné, ale také v jasové reprodukci. A toto omezení se díky Rec.709 přeneslo i na moderní technologie jako LCD. To je ze své podstaty schopno dosáhnout mnohem většího jasu - a také tak činí v různých dynamických režimech. Při správné kalibraci se ale musí držet Rec.709 standardu, v němž byl zobrazovaný materiál masterovaný, a ten praví: minimální jas reprodukce budiž 0.117 nitů, maximální jas budiž 100 nitů. To je jasový rozsah, ve kterém byste měli na svých televizorech sledovat vysílání, streaming, DVD a Blu-raye (při zhasnutých světlech, ale tím se nebudeme zabývat).
Moderní televize "svítí" podstatně více, dosáhnou třeba až šesti set nitů (a více!). Jakákoli úprava jasu a kontrastu nad meze Rec.709 však zkresluje obrazové informace zdrojového materiálu, tudíž dochází k degeneraci nuancí v obrazovém signálu a vy se najednou díváte na film v podobě, v jaké ho filmaři nezamýšleli.
Abyste si dokázali představit, co se skrývá za hodnotami nitů, vraťme se na Everest.
Jasový rozsah na v Rec.709 kalibrovaném zobrazovači by měl být takový, že obloha nebo schody se pohybují někde kolem devadesáti nitů, stíny na úpatí hory třeba kolem dvou. To je reprodukce. Ale co skutečná scéna?
Kdybyste stáli na stejném místě jako postavy, vaše oči by se musely vypořádat s úplně jiným jasovým rozsahem. Schody by zářily třeba čtrnácti tisíci nitů. Bunda postavy vlevo čtyřmi tisíci nitů. Úpatí hor třeba tisícem nitů. A stíny třeba sto nity. Udávám velmi orientační čísla, ale sami vidíte, že reálný a reprodukovaný rozsah je úplně jiný. Lidský vizuální systém vnímá jasové rozpětí kolem dvaceti tisíců nitů.
Záznamová technika velkou část reálného rozsahu zachytí, v postprodukci se ale jas signálu "přiškrtí" a dále ho omezí ještě způsob distribuce v SDR (Standard Dynamic Range, tedy to, na co jsme běžně zvyklí při sledování TV). Dobře to vysvětluje ilustrativní obrázek od LG:
Jak vidíte, cesta HDR začíná v postprodukci. Proto také platí, že do HDR se dá remasterovat většina doposud existujících filmů, a to jak těch z filmového pásu, tak těch z digitálních kamer.
Jak potom HDR vypadá při sledování? Psal jsem o tom v reportáži z návštěvy lineckého Dolby Cinema. Pro vysvětlení problematiky v rámci tohoto tématu část textu s úpravami publikuji znovu a plynule na něj navážu.
Většina lidí bude HDR znát ze světa fotografie, ostatně v HDR režimech dnes umí pracovat i foťáček ve smartphonu. V extrémních případech mohou HDR fotografie vypadat třeba takhle:
Je nesmírně důležité tyto dva světy odlišit: HDR ve videu je něco úplně jiného než HDR ve fotografii! Obrázek podobný tomu výše vzniká vrstvením několika různě exponovaných snímků do jednoho a "vyžehlením" highlightů i stínů do stejné jasové úrovně. To ve filmech nikdo nechce. Pokusím se to maximálně zjednodušit: HDR ve videu znamená přínos nového maxima a minima v jasových úrovních. Pojďme si uvést příklad na tomto obrázku:
V SDR běžných monitorů, televizí a projektorů by měla scéna za předpokladu jejich správné kalibrace vypadat všude velmi podobně. S tím, že jasový rozsah mezi nejsvětlejší a nejtmavší částí obrazu (meč vs. Kylův plášť) bude na většině displejů víceméně stejný, tedy cirka sto nitů. Pokud byste chtěli, aby meč více svítil, zvýšením jasu na moderním televizoru byste jednak přišli o kresbu detailů v highlightech (meč a jeho okraje, Reyina osvícená strana tváře) a některé plochy by se začaly slévat, jednak by se černá na Kylovu plášti začala měnit v šedou. A pokud byste chtěli, aby byla černá černější, museli byste zvýšit kontrast a snížit jas, čímž byste přišli o stínokresbu a došlo by k deformaci barev. Všechno najednou navíc (zcela logicky) udělat nejde. A právě tyhle problémy řeší HDR. HDR verze výše přiloženého obrázku by tedy vypadala takto:
... Ano, stejně. Ale s jedním velmi zásadním rozdílem. Při HDR reprodukci budou nejjasnější části světelného meče zářit několikanásobně více než v SDR. Místo sta nitů to bude třeba šest set. Nejen to, černá na Kylově plášti bude ještě černější. Rozsah mezi nejsvětlejší a nejtmavší částí obrazu tedy bude podstatně hlubší než u SDR. Ani v nejtmavší, ani v nejsvětlejší části obrazu přitom nepřijdeme o kresbu detailů, navíc nedojde ke zkreslení barev a ve zbytku scény bude obraz víceméně stejný jako v SDR variantě. Jako byste onen jas a kontrast štelovali v jednotlivých částech scény separátně a různými směry, aniž by to ovlivnilo zbytek kompozice. Obraz tím pádem nabere na bodovém kontrastu, což vede k dechberoucí tridimenzionalitě bez potřeby 3D brýlí.
Ukažme si to naposledy na Everestu.
V SDR schody "svítí" devadesáti nity, stíny se pohybují kolem dvou, zatímco v reálu schody "svítí" čtrnácti tisíci nity a ve stínech je jich sto. V HDR? Schody budou "svítit" čtyřmi sty nity, ale bude v nich vykresleno úplně stejné, ne-li větší množství obrazových detailů než v SDR. Stíny se budou pohybovat na podobných hodnotách jako SDR, ale mohou jít i níže, opět bez ztráty kresby.
Najednou je mezi nejsvětlejší a nejtmavší částí obrazu mnohem větší propast. Lidské oko se s tím vypořádá, takže stále vnímá stejné množství obrazových informací - ostatně je zvyklé, že na něj "scéna svítí" podstatně kontrastněji. Obraz mu ale díky většímu rozsahu připadá blíže skutečnosti. Opět nabere na plasticitě, opět vypadá reálněji. A vzhledem k tomu, že se pro lidské oko mění vjem ostrosti s výškou kontrastu, může HDR obsah s WCG ve FullHD vypadat ostřeji než SDR obsah v Ultra HD.
Ale HDR s WCG v Ultra HD? To je jiná káva. Proto je nutno Ultra HD brát jako kombinaci několika faktorů, nikoli pouze jako nárůst rozlišení.
Dobře to popsalo Ultra HD Fórum na svém oficiálním twitter účtu *15). Ultra HD podle něho stojí na čtyřech pilířích (tím pátým je NGA - Next Generation Audio, jak už jsme si ale řekli, zvuk je samostatná kapitola, která není exkluzivně spjata s UHD):
Takže 4k, což - jak víme - není 4k ale Ultra HD, dále WCG, tedy rozšířená barevná paleta a hloubka, HDR, nebo-li vysoký dynamický kontrast, a HFR, což je vyšší snímková frekvence.
Ona je svým způsobem sporná i přítomnost HFR (High Frame Rate). V UHD formátu se s ním počítá, pravděpodobně se ale bude týkat pouze sportovních záznamů nebo přenosů. Hollywood si k HFR ani přes trilogii hobitích pokusů Petera Jacksona, který točil Středozemi ve 48fps, nepřičichl. Ang Lee svou zatím nedokončenou novinku Billy Lynn's Long Halftime Walk natočil ve 120fps (i když v něm nebude mít kde promítat) a James Cameron si pohrává s HFR pro všechna čtyři pokračování Avatara. Zatím to ale vypadá, že se nativního HFR materiálu ve velkém nedočkáme. Jeho přítomnost mezi základními pilíři UHD se tedy vztahuje spíš na UHDTV. Každopádně pro ucelenost, UHD integruje snímkové frekvence (tedy počet zaznamenaných a tudíž i reprodukovaných políček ve vteřině) právě až do 120ti fps.
11) První verzi ITU-R BT.709 najdete zde
12) Poslední revize ITU-R BT.601 najdete zde
13) 1 073 741 824
14) 68 719 476 736
15) https://twitter.com/UltraHDForum
Ultra HD Premium, různé druhy HDR a způsoby distribuce a reprodukce
HDR může fungovat pouze v jediném případě: Že máte materiál, který nese HDR (meta)data (informace o oné jasové "nadstavbě" SDR) a zobrazovač se schopností je reprodukovat. Ve světě domácí zábavy to znamená Ultra HD Blu-ray, některé VoD služby, časem jistě satelitní příjem, podstatně později klasické vysílání; a samozřejmě nejnovější high-endový model televizoru (nejlépe OLED). Starší technologie HDR nezprostředkují. V kině platí podobná poučka. Klasické lampové projektory nejsou schopny tak kontrastní obraz usvítit (ani "zatmavit") a musí je nahradit laserové projektory.
Než se dostaneme k různým druhům HDR - protože kdyby existoval pouze jeden, bylo by to přeci příliš jednoduché - pozastavme se nad momentálními možnostmi reprodukce v domácnosti. Projektory úplně vynecháme, technologicky zatím nejsou schopny dosáhnout HDR (tedy alespoň ty, které si normální smrtelník může pořídit domů). Zbývají televizory, a to buď LCD (LED), nebo OLED.
Jak už víme, předpokladem správné HDR reprodukce je několik klíčových vlastností, a sice schopnost pokrýt širokou paletu a hloubku barev a mít velký jasový rozsah.
Neberte to tak, že bych zatracoval LCD, ale situace je taková, že momentálně dostupné LCD televizory až na několik - co by na prstech jedné ruky spočítal - výjimek nejsou schopny HDR zobrazit. Je nutné si to uvědomit, protože když zajdete do e-shopu a zaškrtnete políčko "HDR", vyskočí na vás podstatně větší množství produktů, než má normální člověk prstů i na obou rukách dohromady. Čím to je?
Začněme v základech. Krom naprostého highendu, tedy těch opravdu nejvyšších řad, nemají žádné momentálně prodávané televizory desetibitový panel. Valná většina z nich je osmibitová. To ještě není takový problém. Žádné z nich ani nedosáhnou barevného prostoru DCI-P3. Ten zobrazí opět pouze nejvyšší řady a jak jsem psal o pár odstavců výše, ani ty ho nepokryjí ze sta procent (i vyšší střední třída - řekněme například LG UH770 - umí jen něco přes sedmdesát procent, konkrétně u LG je to 77.6%). Ale co je nejdůležitější, klasická LCDčka nejsou schopna dosáhnout HDRka jako takového. Technologie totiž, pokud nemá FALD (tedy lokální stmívací zóny rozeseté po celém panelu) a má Edge-lit podsvícení, není schopna obraz dostatečně v jedné části zároveň stmavit na téměř černou a v jiné části napálit jas do extrémních výšin. Jde buď jedno nebo druhé, obojí dohromady ne tak docela.
Co se tedy stane, pokud pošlete HDR signál do Ultra HD LED panelu, který tvrdí, že HDR zvládne, ale ve skutečnosti k tomu nemá hardware? Televizor ho přijme, zpracuje, namapuje vyšší barevné spektrum na schopnosti svých obvodů, a jelikož dostane informaci o tom, že ve stopě se nachází HDR, automaticky zapne nejvyšší možné podsvícení displeje. Highlighty najednou vyletí do výšin, ale částečně se v nich ztratí kresba (mimo jiné proto, že jim budou chybět některé barevné informace), z černé se stane velmi jasná šedá (nebo spíše taková ta "LCDčkově modrošedá") a tím se degraduje plasticita obrazu. Navíc začne docházet ke zkreslení informací v méně jasných částech scény. Platí to i o televizorech, za které nedáte malé peníze - například Panasonic DX750, Sony XD85 a další střední a vyšší třídy *16).
Takže na HDR se díváte, ale ne v ideální podobě.
Nejvyšší modelové řady a tím pádem i nejdražší zařízení desetibitové panely mají. DCI-P3 pokrývají téměř ze sta procent. A mají plnohodnotné stmívání zón. To znamená (téma velmi zjednodušuji, abychom ještě nezabředávali do toho, jak fungují displeje), že jsou schopny v některé části obrazu svítit více, v jiné nesvítit téměř vůbec. Například Panasonic DX900E má podobných zón několik set a dělí je plastovými voštinami, kterým příznačně přezdívá "honeycomb". Díky tomu se jedná o jeden z mála televizorů, které HDR opravdu zvládnou. Cena? Přes sto třicet tisíc korun. A vtip je v tom, že ani na tomhle bezpochyby famózním přístroji HDR nedostanete v ideální podobě.
Ať už totiž oněch zón bude sebevíc, dokud jich nebude stejně jako pixelů, bude mít výsledný obraz mírné nedostatky. Ty se projevují v podobě jakéhosi oparu kolem jasných bodů. Pokud na takovém televizoru zobrazím černou noční oblohu a na ní hvězdy, obloha bude díky zatemnění některých zón opravdu černá jako uhel a hvězdy opravdu budou zářit. V jejich těsné blízkosti, tam, kde už by měla být obloha opět černá, však vznikne mírně jasný opar způsobený právě tím, že technologie nefunguje na bázi rozsvěcení a zhasínání jednotlivých pixelů, ale jejich větších zón.
Nechci tím srážet DX900E. Je to úchvatný přístroj a nemyslete si, že si nevytírá zad...ehm, konektorovou výbavu se všemi doposud existujícími LCDčkami. Kdokoli, kdo si ho koupí, bude šťastný jako blecha a bude mít nádherný obraz s krásným HDRkem. Ale nebude to ideální. To však doposud nebylo nikdy nic, takže se pohybujeme v rovině geekovského nitpickingu toho nejvyššího kalibru. Jsou lidé, kterým by to stačit nemuselo.
Proto je tak důležitá existence OLED displejů. OLEDy fungují na organické bázi - opět velmi zjednodušuji - kde se na základě elektronického "popudu" rozsvěcejí a zhasínají jednotlivé pixely samostatně. To je oproti LCD, kde jsou za panelem větší zdroje podsvícení, značný rozdíl, vedoucí k tomu, že můžete mít celou obrazovku černou jako uhel - černou jakože opravdu úplně zhasnutou černou, ne ztmavenou šeď - a uprostřed obrazu třeba jen jeden rozsvícený, jasně definovaný světlý bodík.
OLEDy jsou díky těmto vlastnostem schopny nekonečného (neměřitelného) kontrastu a tedy HDRka v takové podobě, v jaké by mělo být. Všechno ale má svá pro a proti, takže nebojte, nějakou tu špínu hodím i na svůj oblíbený OLED - a že jste dle mých loňských článků z IFA jistě pochopili, že technologii nesmírně fandím.
Problém současných OLEDů je v tom, že mají nižší jasovou špičku než LCD. Ty dokážou usvítit podstatně jasnější obraz. Všechno tedy má svou cenu. LCD bude vždy jasnější, tudíž bude asi vždycky vypadat lépe v přesvícených showroomech kamenných obchodů. OLED zase exceluje na druhé straně - v černé a ve stínokresbě, a také v kontrastu a jasové homogenitě. Asi nemusím podotýkat, že pro filmové nadšence je momentálně lepší OLED alternativa. Ale sledujete raději sport nebo filmy a seriály za denního světla? Možná už teď je pro vás lepší LCD.
Jelikož se za Ultra HD, jak už jste jistě pochopili, skrývá ohromné množství technologických novinek, jejichž pochopení není vůbec snadné, rozhodla se Ultra HD Alliance *17) k vytvoření standardu, který by měl potenciálním zákazníkům výběr nového televizoru nebo hardwaru všeobecně usnadnit. Kdo by se totiž byl schopen šťourat v hlubinách internetu a hledat informace o tom, kolika bitové jsou panely těch kterých displejů, jak velké spektrum barev pokrývají, jaký mají systém podsvícení a jestli vůbec dokážou ne jen zpracovat, to dnes umí většina zařízení, ale hlavně reprodukovat HDR, že? Vznikla proto Ultra HD Premium certifikace a jestli vám všechny dosavadní odstavce akorát zamotaly hlavu, tahle "nálepka" by vám s případným výběrem nového produktu měla značně pomoci.
Pokud na televizoru najdete štítek Ultra HD Premium, ve zkratce to znamená: Nemusíte se bát produkt koupit, bude splňovat nejvyšší UHD požadavky.
My si to samozřejmě rozebereme.
UHDA definovalo tři konkrétní specifikace, podmiňující certifikaci logem Ultra HD Premium: pro zařízení (tedy zobrazovače a přehrávače), pro distribuci a pro obsah. Jelikož už znáte většinu technologických novinek v Ultra HD videu, měli byste jim rozumět.
Obsah, který se dá označit Ultra HD Premium logem, musím splňovat tyto požadavky:
Rozlišení 3 840 x 2 160
Barevná hloubka minimálně 10bit
Barevný rozsah BT.2020
HDR (dle SMPTE ST2084 EOTF)
Tyto podmínky logicky není těžké splnit pro Ultra HD Blu-ray, proto například na prvních českých UHDBD edicích *18) najdete Ultra HD Premium certifikaci.
Úplně stejná specifika platí pro distribuci. Abych pravdu řekl, nejsem si jist, zda se UHD BD řadí pod položku "obsah" nebo "distribuce". Asi pod tu druhou. Prolíná však obě kategorie. Ať tak či onak, z hlediska distribuce si UHD Premium certifikaci asi moc kanálů nevyslouží. Mohl by mezi ně být zařazen VUDU, Netflix a Amazon, které jako první UHD nabízejí a s HDR experimentují. Vedle UHDBD a (S)VoD momentálně jiný způsob distribuce a konzumace plnohodnotného Ultra HD obsahu neexistuje. Snad ještě domácí kinoservery jako Kaleidescape *19).
Ale my se bavíme o televizorech. Pro jejich certifikaci Ultra HD Premium logem určila UHDA poměrně přísné požadavky. To je dobře. Zaručují totiž, že si tuhle kouzelnou nálepku nevyslouží kdejaký krám. UHDP certifikace od zobrazovačů vyžaduje:
Rozlišení displeje 3 840 × 2 160
Barevnou hloubku panelu 10bit
WCG a BT.2020 vstup
Reprodukci více než 90% P3
HDR (SMPTE ST2084 EOTF)
a kombinaci jasového vrcholu a minima (černé) v závislosti na typu technologie, tedy buď a) LCD, nebo b) OLED
a) Více než 1000 nitů na jasovém vrcholu a 0.05 nitů na černé
b) Více než 540 nitů na jasovém vrcholu a méně než 0.0005 nitů na černé
To, že UHDP bere v potaz typ zobrazovače, je nesmírně důležité. Uvědomuje si totiž, že každý druh displeje má, jak píšu výše, z čistě technologického hlediska různé limity a UHDA udává standardy mezi jejich mantinely.
Ultra HD premium certifikace by měla být vaším hlavním ukazatelem při nákupu televizoru. Zprvu samozřejmě bude pouze na těch nejdražších, příští rok se ale snad podívá i do vyšší a střední třídy.
UHDP by se měli držet všichni velcí výrobci. Pouze Sony, ačkoli je mezi zakládajícími členy UHDA, jde vlastní marketingovou cestou a své televizory bude i nadále označovat jako 4k, případně 4k HDR, a to i když budou UHDP podmínky splňovat. Asi aby to zákazníci neměli jednoduché.
Jednoduché to není ani s různými druhy HDR, konkrétně s jeho vznikem a distribucí. Po drobné hardwarové odbočce tedy pojďme zpět k vysokému dynamickému rozsahu.
HDR má několik proponentů s drobně odlišnými přístupy. Nebudu jmenovat všechny, věnovat se budeme pouze těm třem, které se s nejvyšší pravděpodobností stanou všeobecně používanými a rozšířenými. Dva z nich už se postupně dostávají i do našich domácností, třetí se bude týkat broadcastingu. Jsou jimi HDR-10, Dolby Vision a HLG. HLG je momentálně spíše v experimentálním stádiu (dělají na něm mimo jiné BBC a NHK).
Nejvíce rozšířený je a zřejmě i bude HDR-10, a to z prozaického důvodu: Nemusí se za něj platit. Jedná se o otevřenou platformu zpod záštity CTA *20) a vznikl tak trochu jako reakce průmyslu na vývoj Dolby Vision. Objektivně je HDR-10 horší než produkt od Dolby (k důvodům se dostaneme), jelikož se ale za jeho používání nemusí platit a nepodléhá certifikačním procesům, stihl se rychle rozšířit a stal se základem Ultra HD. Používají ho VoD služby a je v hlavních specifikacích Ultra HD Blu-raye. Interpretovat ho dovedou téměř všechny vyšší řady letošních Ultra HD televizorů (což automaticky neznamená, že ho mohou také reprodukovat, výše už jsme si popsali, že k tomu často nejsou vybaveny).
HDR-10 stojí stejně jako Dolby Vision na elektro-optické přenosné funkci SMPTE ST 2084 (metoda konverze signálu na viditelné světlo). Zásadní je způsob masteringu. HDR-10 používá desetibitové video a je masterováno pro displeje s jasovým stropem kolem tisíce nitů. Soudě dle prvních UHDBD titulů se zdá, že místo přenosu informací o vysokém dynamickém rozsahu pomocí takzvané enhancement layer bude HDR-10 už v base layer. To znamená, že místo aby video bylo v SDR a HDR-10 na něj bylo "nalepeno" jako rozšiřující vrstva, bude na discích uloženo rovnou HDR-10 bez zpětné kompatibility. O případný SDR signál se starají až přehrávače - UHDBD uvádí schopnost downkonverze HDR-10 do SDR jako povinnou funkci playerů.
V momentální podobě HDR-10 stojí na tzv. statických metadatech. Ta udávají konstantní jasový rozsah pro celý soubor. Je to nevýhoda, protože některé scény ve videu mohou vyžadovat větší posun highlightů, jiné větší propad do stínů. Vypořádalo se s tím SDR, tak proč by to mělo vadit v HDR, že? Ono jde čistě o uvolnění otěží při umělecké tvorbě. Přínos dynamických metadat je takový, že se při barvení videa může určovat rozsah nejen na celý soubor, ale proměnlivě také na jednotlivé scény, nebo dokonce snímek od snímku. Filmařům to umožní podstatně větší pružnost a tím pádem zvýraznění rozdílů například mezi noční a denní scénou. Každopádně HDR dynamická metadata umožňuje. Jen ne v HDR-10 (i když se momentálně spekuluje o tom, že bude formát funkcí doplněn dodatečně).
Dolby Vision má dynamická metadata už v základu. Ostatně stojí na několika letech vývoje. Poprvé bylo v experimentálním stádiu představeno již před deseti lety a ona metoda konverze signálu na viditelné světlo (SMPTE ST 2084) stojí právě na výzkumu z Dolbyho laboratoří. Vision navíc díky dlouhodobému vývoji stačilo pokrýt celý produkční řetězec, na implementaci technologie se proto podílelo s výrobci kamer, postprodukčních softwarů, projektorů i zobrazovačů.
Pro tvůrce je zajímavější minimálně proto, že v celém řetězci vyžaduje 12bit barvy a mastering probíhá tak, že materiál počítá s možností jasového stropu dosahujícího až deseti tisíc nitů. To je ohromné číslo, kterého momentálně nedosahují dokonce ani referenční monitory v samotných dílnách Dolby - ty mají limit na čtyřech tisících nitů. Podobně jako u Rec.2020, v jehož barevném spektru se samozřejmě Vision pohybuje, je tedy formát tak trochu kontejnerem, který počítá i se vzdálenou budoucností.
Materiál masterovaný pro Dolby Vision sice počítá s až deseti tisíci nitů v highlightech, namapovatelný je však na HDR displej (i projektor) s téměř jakýmikoli vlastnostmi. Stará se o to takzvaná Content Mapping Unit a Dolby s její pomocí zaručuje, že jakmile dostane televizor Dolby Vision certifikaci, bude schopen Dolby Vision materiál reprodukovat v referenční podobě. Pro podporu Vision je totiž potřeba speciálních čipů (momentálně je vyrábí Sigma, Realtek, Mediatek a Mstar), výrobci hardwaru proto musejí s Dolby spolupracovat přímo během konstrukce televizoru, kdy se kontroluje, zda je CMU jednotka správně nastavena přímo na ten který konkrétní displej. To je změna oproti HDR-10, výrobci si ho totiž každý interpretují po svém a ačkoli rozdíly budou minimální, čistě z technického hlediska se jedná tak trochu o divoký západ. A co je pro průmysl jistě nesmírně zajímavé, zatímco pro kino, Blu-ray, Ultra HD Blu-ray i televizi se dělají jinak barvené mastery (tzn. barvič si k filmu sedá až čtyřikrát - ale i vícekrát), Dolby Vision má master pouze jeden a o jeho přizpůsobení pro projekci, UHDBD nebo třeba potenciální vysílání se stará právě CMU.
Dolby Vision se enkóduje formou rozšiřující vrstvy (enhancement layer) a metadat, obojí je do videostreamu přičleněno k SDR nebo k HDR-10 (base layer). Až se tedy objeví první Ultra HD Blu-raye s materiálem v Dolby Vision, příslušný přehrávač si bude moci "vzít" onu datovou nástavbu o dvanáctibitových barvách a jinak mapovatelném jasovém rozsahu, majitelé "neDolby Vision" přehrávače se ale nebudou muset bát, že by obsah disku nebyl na jejich přístroji k přehrání. Player prostě bude Dolby Vision metadata ignorovat a vezme si pouze HDR-10, jehož přítomnost je nezbytná. Dolby Vision je například na UHDBD dobrovolné. Je tedy jasné, že se bude jednat o prémiový formát.
Ultra HD Blu-ray přehrávače s Dolby Vision zatím neexistují, ani nebyly oznámeny. První Dolby Vision televizory začíná prodávat LG (a v zahraničí Vizio), první Dolby Vision obsah se objevuje například na Netflixu. Dolby tedy i přes náskok ve výzkumu má oproti HDR-10 zpoždění. Počítat s ním ale musíme.
Z hlediska datové náročnosti se nejedná o žádné drama. HDR-10 i Dolby Vision zvyšují velikost UHD videa o dvacet až třicet procent. Ačkoli tedy mají z diváckého hlediska vyšší přínos pro kvalitu obrazu, paradoxně nezatěžují datový tok tolik jako vyšší rozlišení.
Nekonec HDRka ve zkratce:
HDR-10: HEVC, BT.2020, 10bit, jasový strop 1000 nitů, statická metadata, žádná zpětná kompatibilita (do SDR downkonvertuje přehrávač)
Dolby Vision: HEVC, BT.2020, 12bit, jasový strop 10 000 nitů, dynamická metadata, zpětná kompatibilita ve formě base layeru (SDR nebo HDR-10)
HLG (Hybrid Log-Gamma): HEVC, BT.2020, 10bit pro UHD, 12bit pro 8k, jasový strop 2000 nitů
17) Ultra HD Alliance je koalice hollywoodských studií, výrobců spotřební elektroniky, televizí a dalších společností. V jejich čele k datu publikace stojí: The DIRECTV Group, Dolby Laboratories, LG Electronics, Netflix, Panasonic Corporation, Samsung Electronics Corporation, Sony Corporation, Technicolor, Twentieth Century Fox Film Corporation, Universal Pictures, Walt Disney Pictures, Warner Bros. Entertainment.
19) Jedná se o servery, které si stahují digitální kopii filmu na své úložiště, tudíž při reprodukci nestreamují. Vizte http://www.kaleidescape.com/
20) Consumer Technology Association
Cesta Ultra HD k divákovi
Momentálně existují dva způsoby, jak se dostat k plnohodnotnému Ultra HD s HDR. Buď zvolíte některou z OTT služeb, tedy VoD jako Netflix, Amazon, VUDU, nebo uzavřené ekosystémy různých výrobců jako Sony Video; nebo si koupíte rovnou Ultra HD Blu-ray. Satelitní vysílání je ve fázi experimentů, klasické televizní vysílání je ještě roky vzdálené.
Na internetu logicky musíte počítat s jistými omezeními. Ultra HD video s HDR na Netflixu běží s datovým tokem kolem sedmnácti megabitů za sekundu. To pro české internetové providery není nedosažitelný stream, ostatně nabízejí i podstatně vyšší propustnost. Pokud ale započítáte agregaci své linky a případný vyšší počet připojení v rámci domácí sítě, už to může dělat problémy. To ale mluvíme o Česku, kde jsou na celosvětová měřítka nadprůměrně rychlé "internety". Třeba ve Spojených státech je připojení, které by utáhlo UHD stream Netflixu nebo kterékoli jiné služby, luxus a nejen že si ho nemůže dovolit každý, navíc na spoustě míst ani není dostupný. Ba co více, zrovna ve Státech se obnovuje diskuze o FUP limitech, jejichž opětovné zavedení by samozřejmě z hlediska VoD vedlo k ohromným omezením.
V tomto ohledu vždy bude mít navrch Ultra HD Blu-ray. Stejně jako byl etalonem kvality doposud Blu-ray, bude jím i nadále jeho nástupce. Fyzické nosiče mají mnoho výhod, volná ruka ve využívání vysokých datových toků patří k těm největším. A tak zatímco OTT i satelitní služby operují s datovými toky pod dvacet megabitů za sekundu, UHDBD může vysoko nad jejich pětinásobek. To umožňuje menší kompresi UHD i HDR, opomenout však nesmíme ani zvuk - zatímco na UHDBD bude v bezeztrátové kompresi, OTT i OTA *21) jsou omezeny na dvoukanál nebo na těžce komprimovaný šestikanál. Mluví se sice o uvedení object based audia do OTT, stejně tak o jeho implementaci v budoucích vysílacích standardech jako ATSC 3.0. I tam ale bude podléhat značným omezením.
Pokud tedy chcete Ultra HD video (a audio) bez kompromisů, obraťte se na Ultra HD Blu-ray. V Česku si formát odbyl premiéru 1. června a při té příležitosti jsem se mu široce věnoval v tématickém článku. Tímto vás na něj odkazuji a doporučuji jeho přečtení nejen proto, že jsem do něho vložil velké množství práce, ale i proto, že vám s pochopením světa Ultra HD dále pomůže.
K tomu, co nabízejí Ultra HD Blu-ray disky po technické stránce, jen krátce:
Velikost média: 66 GB (dual layer), 100 GB (triple layer)
Datové toky (pro celý transport stream): až 109 Mbps v LTR zóně, až 127.9 Mbps v HTR zóně
Rozlišení videa: 3 840 x 2 160
Barevný prostor: Rec.2020
Barevná hloubka: 10bit (12bit s Dolby Vision)
HDR: HDR-10 (povinné), Dolby Vision (dobrovolné)
(H)FR: 23.976p, 24p, 25p, 50p, 59.94p, 60p
Zvuk: všechny HD formáty od Dolby i DTS včetně Dolby Atmos a DTS:X
Jak vidíte, Ultra HD video obzvlášť na UHDBD vytváří vysoké nároky na přenos signálu. K tomu budeme i nadále využívat HDMI. Vzhledem ke změnám rozlišení, barev, frameratů i datových toků však bude potřeba některá z jeho posledních verzí, a to v celém řetězci - na přehrávači, na mezičlánku v podobě A/V receiveru *22), i na TV/projektoru/monitoru. Jakmile někde bude "překážet" nižší verze HDMI, dojde k downkonverzi nebo ztrátě signálu.
HDMI podporuje 4k (opravdové 4k, ne "jen" UHD) od verze 1.4. Všechny její revize však zvládají pouze 4k do snímkové frekvence 30ti fps. Nás proto zajímá až HDMI 2.0a s HDCP 2.2, což je digitální ochrana. Pokud ji nemáte opět v celém řetězci, nedojde ke správnému přenosu signálu.
HDMI 2.0a přišlo s podporou 4k se 60ti fps, Rec.2020 a HDR. HDR však podporuje pouze se statickými metadaty, což by mohl být problém.
Dovolím si v této souvislosti drobnou odbočku. Pohybuji se na úrovni osobních spekulací, ale nástup Dolby Vision možná brzdí právě HDMI, které ve své poslední verzi dynamická metadata nepodporuje. Změnit by se to mohlo až s verzí 2.1, na které se momentálně pracuje. To by však znamenalo, že pokud budeme chtít "future-proof" domácí kino s Dolby Vision, musíme si počkat nejen na přehrávače, ale logicky i na televizory, které HDMI 2.1 budou mít. Z hlediska přítomnosti Dolby Vision v televizorech se nic nemění, stále je možné získávat materiál ve formátu od Dolby přímo přes nainstalované aplikace a přes OTT nebo časem možná OTA, což nevyžaduje připojení externích zdrojů. Pokud ale budeme chtít UHDBD přehrávač s Dolby Vision připojit k televizoru, bude potřeba televizor vybavený HDMI 2.1. Tedy alespoň si to myslím a jak říkám, spekuluji - momentálně se s těmito informacemi nepracuje ani v zahraničních recenzích, ani ve specifikacích televizorů, ani ve veřejně dostupných studiích - jediná zmínka o dynamických metadatech a právě HDMI 2.1 je v rok sterém HDR whitepaperu od Philipsu *23).
HDMI 2.0a s HDCP 2.2 momentálně implementují téměř všichni výrobci televizorů i receiverů. Jejich přítomnost je pro udržení Ultra HD kompatibility nezbytná, vždy si ji proto ověřujte. Občas se stává, že takto vybavený vstup je třeba jen jeden z několika. Pokud tedy máte televizor s HDMI 2.0a a s HDCP 2.2, ještě si musíte pohlídat, do které zdířky konektor vsouváte.
Ke kompresi videa už opravdu jen krátce a v základech, protože způsoby práce různých kodeků by byly na další rozbor.
Ultra HD bude na Ultra HD Blu-ray využívat k enkódování videa (tedy k jeho souborovému "zmenšení") HEVC, nebo-li h.265. Stejný kodek si zvolí většina OTT služeb a je téměř jisté, že bude využíván i v broadcast technologiích (ať už v DVB-T2, nebo v další fázi UHDTV, nebo třeba v ATSC 3.0, což je americký standard, jenž právě vzniká a možná bude překlenut i do Evropy). HEVC se s nejvyšší pravděpodobností stane kompresním standardem stejně jako jeho předchůdce MPEG-4 AVC (h.264). Mluví se o tom, že je až jednou tak efektivní. To znamená, že teoreticky zvládne komprimovat stejný videostream bez viditelného rozdílu v kvalitě do polovičního souboru. Jinými slovy, dvacetigigový h.264 FullHD soubor na Blu-rayi by s h.265 měl pouze deset giga a nedošlo by k žádné další viditelné změně. Reálná čísla jsou samozřejmě střízlivější a HEVC je pravděpodobně efektivnější "pouze" o 25-40%. I to je ale zásadní rozdíl. Zvlášť, pokud se bavíme o souborech, jejichž velikost by v h.264 mohla být vysoko přes 100 GB.
Každopádně HEVC, ačkoli bude nejvíce rozšířený, nebude jediný kodek, se kterým se budeme setkávat. Jeho momentálně největším konkurentem je VP9, otevřený kodek z dílen Googlu, ve kterém je enkódováno veškeré UHD video na YouTube. VP9 je podobně efektivní jako HEVC, ale je méně hardwarově náročný a tudíž rychlejší (což je při kódování tak ohromných archivů zásadní). Google navíc tvrdí, že jeho další verze (VP10) bude schopna poskytnout Ultra HD při datovém toku do deseti megabitů za sekundu.
Další reálný konkurent by mohl vzejít z vývoje skupiny Alliance for Open Media. Ta vznikla jako reakce na zvýšení patentových poplatků za HEVC, tudíž se možná dá považovat více za politický tah, než za skutečnou hrozbu. Nicméně AOM chce vytvořit otevřený kodek, který má být efektivnější než HEVC a zdarma. V Alianci jsou vedle Googlu, Mozilly a Cisca také Intel nebo Microsoft. Pokud vůbec dají vzniknout nějakému produktu, možná se bude týkat až příštích generací videa.
Další podobně efektivní kodeky s minimálním rozšířením jsou RealMediaHD od RealNetworks, Tveon, Thor od Cisca, nebo třeba Perseus od V-Nova. Pravděpodobně se s nimi ale v reálu setkávat nebudeme a zůstanou součástí uzavřených platforem, nebo budou menšinovými hráči na trhu.
21) OTA: Over The Air, tedy klasické televizní vysílání, OTT: Over The Top, tedy IP vysílání
22) První Ultra HD Blu-ray přehrávače mezičlánek v podobě AVR vynechávají, aby si early adopters nemuseli kupovat nové receivery. Mají proto dva HDMI výstupy - jeden pro audio (do AVR), druhý pro video (do zobrazovače)
23) Whitepaper najdete zde, zmínka o HDMI 2.1 je na šesté stránce
Budoucnost se jmenuje Super Hi-Vision, týkat se nás ale ještě dlouho nebude
Při pohledu na všechny novinky ve světě videa vás jistě trápí otázka, zda má smysl veškeré technologie upgradovat, když se vývoj tak rychle žene kupředu.
Odpověď je jednoduchá: Má.
Ultra HD je ve své hotové podobě formát videa, který se dlouho nebude mít kam posouvat, a to z čistě logických důvodů:
V nativním 4k vzniká velmi málo obsahu. Hollywood je na dobré cestě a někteří hráči si za krátkou dobu vytvořili solidní náskok (Netflix), i tak se ale bude do 4k produkce posouvat ještě dlouhá léta a ačkoli už teď vznikají 8k kamery, mastering bude probíhat v nižších rozlišeních. A skenování 35mm filmů, tedy naší více než stoleté historie, téměř nemá v rozlišení nad 4k smysl. Co do počtu obrazových bodů se tedy nemáme kam dále posunout, respektive posun se bude týkat pouze (vzdálené) budoucí tvorby.
Rec.2020 ani zdaleka nenaplňuje svůj potenciál. Záznamová technika v tak širokém barevném prostoru ještě ani neoperuje a displeje ho nejsou schopny dosáhnout.
HDR je masterováno s předpokladem, že ho budeme zobrazovat až s desetitisícinitovými highlighty, což je desetinásobek čehokoli, co současné spotřebitelské zobrazovače dokážou usvítit.
Po obsahové stránce je Ultra HD standard, který ždímá z audiovizuálních možností současné produkce naprosté maximum a je připraven i na další vývoj. Pokud dnes koupíte film na Ultra HD Blu-ray, ve vyšší kvalitě už ho nebude možné dostat. Pokud v budoucnu koupíte nějakou novinku, je sice možné, že bude točena na kamery s vyšším rozlišením, masterována ale bude maximálně ve 4k. Najdou se výjimky, ale bude jich minimum.
Displeje jsou na tom podobně. Samozřejmě se dá argumentovat tím, že nemá smysl kupovat televizor, který nenaplňuje potenciál Ultra HD. Jenže ono se bude každý rok objevovat něco lepšího. Každá nová řada bude vyplňovat více a více Rec.2020 prostoru. Každá bude schopna věrnější černé a vyšších highlightů. Jenže tohle pravidlo svým způsobem platilo vždy a vždy platit bude. Pravda je taková, že už teď je na Ultra HD televizory radost pohledět, a to i na jejich nižší řady.
Jestli se dá z hlediska hardwaru mluvit o nějakém zádrhelu, tak v souvislosti s Dolby Vision, jehož přenos mezi přehrávačem a zobrazovačem ještě není v případě UHDBD úplně jasný. Jenže Dolby Vision bude prémiová nástavba.
Pokud je to ve vašich finančních možnostech, samozřejmě doporučuji kontrolovat Ultra HD premium certifikace a nejlépe se zaměřit na OLED technologie. Ale rozdíly pocítíte i "níže" s tím, že v příštích letech se to bude mít podobně, jako svého času s Full HD - úhlopříčky porostou, schopností televizorů bude přibývat a ceny půjdou dolů. Dobré je vědět, že i na extrémně velkých displejích je Ultra HD více než dostačující, jak jsme si vysvětlili v kapitole o pozorovacích vzdálenostech.
Proto také nemá moc velký smysl mluvit o formátu, který nastoupí po Ultra HD. Ale pro klid své i vaší duše se mu na zoubek krátce podíváme.
Říká se mu Super Hi-Vision. Pracují na něm Japonci (jak jinak), konkrétně NHK, které také vyvíjí příslušné kamery i broadcastingový systém. SHV je v experimentálním stádiu - proběhly zkušební přenosy, limity technologie se testují na velkých sportovních akcích (Olympijské hry, fotbalové šampionáty) a mluví se o tom, že se v něm v Japonsku začne vysílat v roce 2020. Ale to je Japonsko...
Super Hi-Vision operuje ve stejných barevných prostorech jako Ultra HD, rozdílné budou frameraty (počítá se se 120ti fps) a samozřejmě rozlišení: 7680 x 4320. To je 33 177 600 obrazových bodů. Připomínám, že lidé mají problém zpozorovat rozdíl mezi Full HD a Ultra HD, které má 8 294 400 pixelů. Super Hi-Vision jich má přinést o 24 883 200 více! Slovy: Osm milionů pixelů versus třiatřicet milionů pixelů. Já to raději zdůrazňuji, abyste chápali, o jaké sci-fi se bavíme.
Je potřeba brát v potaz souvislosti. Musíme si uvědomit, že filmový i televizní průmysl na Full HD přecházel poměrně dlouho. Přechod na Ultra HD bude ještě pomalejší a teprve začíná. O Super Hi-Vision broadcastingu proto nemá v Evropě ani v Americe smysl mluvit dalších dobrých dvacet let. Podobně se to má i s dalšími modely distribuce. Hlad po 8k obsahu by čistě teoreticky mohly hnát 8k televizory, jejichž první modely představil v prototypálním stádiu Samsung, LG i další. Hisense má své letošní nejvyšší modelové řady (ne ty prodávané v Česku) v 8k všechny. To je ale pouze další ukazatel technologie předbíhající dobu. Jsou to takové hračičky, které jsou z praktického hlediska k ničemu. Jestli bude mít 8k někdy smysl, tak na úhlopříčkách nad sto padesát palců. Ale budete od nich muset sedět dva metry. Výše přiložená fotka z mého reportu o 8k z loňské IFA vypovídá za vše: "Beyond Your Vision".
Takže ano. Na obzoru je něco lepšího. Ale ten obzor je tak vzdálený, že se o něm nemá smysl bavit. Leda jako o kuriozitě. Pokud se tedy ptáte, tak teď - tři roky po uvedení prvních "4k" televizorů - nastal čas ke přechodu do Ultra HD. Litovat ho nebudete a pokud si dáte pozor na výše rozebrané klíčové prvky, nebudete muset kolem svého domácího kina dalších deset let nic řešit. Ne-li déle.
Dovolím si několik osobních poznámek pod čarou. Jak jste jistě pochopili, Ultra HD je obsáhlé téma s rozsáhlou terminologií a spoustou dat. Veškerá svá tvrzení jsem se pokoušel opírat o pod čarou konkrétně odkázané informace, případně jsem je studoval ve whitepaperech SMPTE, EBU, Dolby, Philipsu, BDA a mnoha dalších. A ačkoli jsem jejich studiu věnoval opravdu velké množství času a tvorbě textu dlouhé hodiny, po sečtení spíš dny, není vyloučeno, že místy uvádím nepřesnosti. A rozhodně jsem velké množství souvisejících témat vynechal, tento článek je pouhá kostra, na kterou by se mohly další texty nabalovat. Každopádně bez další pomoci už v takovém rozsahu člověk sám sebe těžko kontroluje. Pokud tedy budete mít nějaké připomínky, než se pustíte do negativních komentářů, zkuste se na mě obrátit e-mailovou komunikací (adresa v sekci About). Rád s vámi o tématu podiskutuji a pokud mě opravíte, text updatuji s odkázáním přímo na vás. Diskuze je ale samozřejmě otevřena. Pouze připomínám, že náš diskuzní systém má v rámci své neplacené verze limit deseti samostatných příspěvků na článek. Limit na odpovědi však není, snažte se tedy, prosím, diskutovat přes tlačítko "Odpovědět", aby zůstal prostor pro co nejvíce příspěvků.
