HDR-status 2020

HDR, High Dynamic Range är något vi tagit upp i tidigare artiklar genom åren. Hur det fungerar i praktiken är också något som jag tar upp i TV-testerna, där jag så gott det får plats försöker ge lite pusselbitar om vad som gäller. HDR är ett ämne som är väldigt brett och nytt. Det påverkar så otroligt mycket i fråga om bild och hur signalen fungerar. Den kanske viktigaste funktionen är processen med tone mapping för den avgör hur väl TV:n tar tillvara på sina styrkor.

HDR som begrepp är inte nytt. Det som skiljer HDR från tidigare diskussioner runt HDR, till exempel för fotografering där man läggar samman flera bilder med olika exponeringar, är att HDR på en TV är på riktigt. Ja. På riktigt. Ett faktiskt större dynamiskt omfång som bygger på ögats omfång. Alltså ögat och hjärnans förmåga att på en och samma gång urskilja färg och ljus.

HDR utfört på rätt sätt har förutsättningarna att om man så vill skapa total realism, eller bara för den delen ett spännande bildspråk. Paletten för den som skapar bild och film är nu så mycket större tack vare HDR. Även klassisk analog 35 mm-film har mer av HDR än vad som varit möjligt att visa i vardagsrummet.

SDR är allt det vanliga

I vardagsrummet härskar SDR, Standard Dynamic Range, som är allt det gamla vanliga i fråga om det vi menar med bild på skärm, tv och projektor med film, webb och foto. SDR är ett dynamiskt omfång som baseras på vad som är tekniskt möjligt med en färg-TV från 60-talet. HD-format, Blu-ray, Youtube och allt det där är alltså tjock-TV:n från 60-talet fast vi har många fler pixlar. Mer detaljer men fortfarande samma begränsande omfång av ljus, nyans och färg.

När det diskuterades HDR och vi leker med fotografier med flera exponeringar så var det inte HDR ”på riktigt”. istället är det en process som kallas tone mapping där vi tar ett urval av HDR-informationen och komprimerar, eller mappar om till SDR så att bilden kan återges lite som vi önskar på det begränsade dynamiska omfånget i jpeg-bild på webben, DVD eller Blu-ray. Bilden vi skapar dock fortfarande SDR och fortfarande begränsad i fråga om ljus, nyans och färg.

Det omvända, SDR inuti HDR är förstås inga problem. Liten dynamik får plats i en stor dynamik. Därför är HDR ett universellt format för såväl framtiden som för filmarkiven. HDR kan återge allt som SDR kan och gamla filmer kan nu återges så som de skapades, något som inte alltid var fallet. Inte ens med traditionell Blu-ray.

HDR baseras på hur ögat uppfattar ljus

Värt att påpeka är att vi aldrig kan demonstrera HDR genom att titta på exempel i SDR. Vi kan inte få en jpeg-bild på datorn att visa hur HDR ser ut för våra ögon. Vilken blir ännu tydligare med en tidning i tryck. Så alla exempel såväl här i artikeln som i reklam och liknande är bara liknelser. För att förstå HDR måste du se HDR med egna ögon. Ungefär som att jämföra högtalare.

Du lär inte kunna spela in ljudet av ett par mäktiga golvare på din mobiltelefon och förvänta dig att höra skillnader genom mobiltelefonens högtalare eller genom ett par hörlurar. Samma sak med ljuset från HDR. Du måste vara på plats och låta ljuset träffa dina ögon för att begripa vad det är.

HDR som det ser ut idag med en TV är ett dynamiskt omfång som är större än vad SDR och den gamla färg-TV:n tillåter. Och det bygger på ögat i vad som kallas PQ, Perceptual Quantizer, alltså en kvantifiering av vår uppfattningsförmåga. Man har konkret satt sig ned och kartlagt hur våra ögon, med pupill och allt, samt hjärna uppfattar nyanser.

Detta är nu formaliserat som en teknik standard kallad SMPTE.2084 och ingår i ITU-R BT.2100. Det vill säga FN-organet ITU, International Telecommmunications Union och är därför en världsstandard. Vi kallar detta för HDR10, den vanliga standarden, som också är basen för de dynamiska formaten Dolby Vision och HDR10+.

HDR10 går alltså till 10 000 nits vilket är ljusstyrkan du får om du tittar mot en naken lampa eller lysrör. SDR bygger på tjock-TV:ns ljusstyrka där vi har 100 nits. Vi kan med SDR inte fånga omfånget av till exempel dagsljus genom ett fönster och samtidigt återge hur den mörka mattan ser ut. Det vet alla som någon gång fotat bilder inomhus. Fönstret blir alldeles vitt om du vill se mattan och mattan blir svart om du vill få med fönstret i bild. Inte alls vad ögat ser. Med HDR kan vi fånga och återskapa det ögat ser.

Metadata talar om hur ljuset är i filmen

HDR skiljer sig från SDR med att HDR10 har absoluta nivåer. De absoluta nivåerna med HDR innebär att den som färgsätter filmen kan peka på bilden och säga att exakt så här så här många nits ska det lysa i bilden. Himlen ska lysa med 400 nits och explosionen i slutet av filmen ska lysa med fulla 1 000 nits som exempel.

Beroende på utrustning och målsättning kan den som skapar en HDR-film välja att mastra HDR till en viss ljusnivå där den vanligaste nivåerna är 1 000 nits, 2 000 nits, 4 000 nits och 10 000 nits. Detta är vad man menar med statiskt HDR. Vi har en ljusnivå per film och dessa variabler används som metadata:

• MaxCLL, Maximum Content Light Level. Den högsta ljusstyrkan som ska användas i filmen, spelet eller TV-avsnittet

• MaxFALL, Maximum Frame Average Light Level. Den genomsnittliga ljusnivån genom hela filmen

Dessa parametrar talar om för TV:n vad den förväntas göra med bilden och det är upp till TV-tillverkaren att göra det bästa av situationen. Har man nu läst tester av TV vet man att många LCD-TV inte når mer än 300–400 nits, OLED når 500–700 nits och enstaka LCD-toppmodeller med saftig prislapp och bakgrundsbelysning når över 1 000 nits. Fast filmen är ju kanske skapad för mer ljus än så?

Svaret är då tone mapping. TV:n måste ta den information den har och komprimera den, mappa om vad filmen kräver till de nivåerna som TV:n faktiskt kan återge. Och där har förstås den 1 000 nits ljusstarka toppmodellen så mycket bättre förutsättningar än den lilla och kanske rätt billiga LCD-TV som i bästa fall når 300 nits. Tillverkarna kan i alla fall försöka så gott det går och där skiljer sig resultaten enormt.

Tone mapping är processen där HDR-bildens innehåll komprimeras, mappas om, till att fungera med TV:n faktisk omfång. Ju bättre och ju mer ljusstark TV, desto mindre måste HDR-bilden komprimeras. Ju enklare TV, desto mer kommer HDR att till slut likna vanlig SDR. Tone mapping är därför en av de viktigaste egenskapen hos TV för att avgöra hur HDR-bilden återges, och det som låter TV:n spela på de styrkor den nu har. Där har Dynamisk HDR med Dolby Vision och HDR10+ förutsättningar att plocka det mesta möjliga ur varje given TV.

Dolby Vision och HDR10+ räddar dagen

HDR10 är statisk metadata där vi har en MaxCLL och MaxFALL baserat per filmtitel. Vilket förstås inte gynnar filmer med omväxlande mörka och ljusa scener eftersom TV:n måste anpassa sig för ett genomsnitt. Dynamisk metadata innebär att den som skapar filmen kan tala om hur filmen, scen för scen, skiljer sig i ljusnivåer. Då kan TV:n hantera genom att låta ljuset flöda annorlunda i olika scener för optimal bild i mörka scener respektive ljusa scener.

Dolby vision har funnits längst och används av exempelvis Netflix och Apple iTunes. Tekniken adderar dynamisk metadata till HDR10 och kan också öka färgdjupet till 12 bitar för att få bättre teckning av nyanser i ljusa delar av bilden. Dolby kan sin sak då de ligger bakom många av patenten som omgärdar HDR. Dolby Vision är därför beprövat och kan ge en mer samlad upplevelse oavsett om materialet är i HDR10 eller faktiskt kodas för Dolby Vision. Även SDR kan bli en mer konsekvent upplevelse, vilket vi har noterar i flera TV-tester. Dolby Vision bygger på att viss hårdvara finns i TV:n och är en sluten och licensierad lösning.

HDR10+ är i sin tur en öppen lösning för att hantera dynamiskt metadata till bilden där bland annat Samsung är en stark promotor. Amazon Prime ger HDR10+ via sin streamingtjänst. Skillnaden mot Dolby Vision är främst licensmodellen och kraven på hårdvara. Det var först under 2019 som HDR10+ började etableras som en standard i många TV-apparater.

Sammanfattning

HDR är ett komplext ämne och kanske doseras bäst lite i taget. HDR-filmer och TV-serier kan däremot dosera hej vilt! Tone mapping, Dolby Vision och HDR10+ är dock inte så komplicerade ämnen som det kanske först verkar. Allt handlar om att få TV:n att prestera maximalt med de resurser den har för HDR. Tone mapping är tillvägagångssättet och Dolby Vision och HDR10+ metoderna som säkrar detta för såväl den kraftfullare som den enklare TV:n.

4 vanliga frågor om HDR

Det finns flera krigande HDR-standarder och det är oklart vilken som vinner kriget?

Svar: Det som finns är HDR10 och utöver det finns dynamisk HDR i form Dolby Vision och HDR10+ som båda bygger på HDR10 men adderar dynamisk metdata så att TV:n kan anpassa ljuset scen för scen snarare än film för film. Dolby Vision och HDR10+ är alltid bakåtkompatibelt till vanlig HDR10. Har du ”fel format” får du fortfarande HDR10-bild. Utöver det finns HLG, Hybrid Log Gamma, som används för TV-utsändningar från satellit och liknande. En och samma bildsignal använd för både SDR och HDR. Användningen av HLG är dock inte lika utbredd.

HDR-bilden är för mörk

Svar: Med HDR kan den som skapar filmen direkt styra ljuset i bilden. Du kanske äger en TV som inte är så bra på HDR-återgivning och för ljusklen för rummet. Mörka subtila skuggor bara blir mörka och murriga. Ofta finns det olika alternativ att välja mellan, olika HDR-lägen där vissa lägen kan vara ljusare än andra. I slutändan handlar det om att lära känna sin TV och tyvärr är en del äldre modeller just för mörka. Då kan det vara lika väl att stänga av HDR. Annars försöker vi så gott det får plats i tidningen guida till lämpliga val i TV-testerna.

HDR-bilden är för ljus

Svar: 1 000 nits för ögonen är inte alltför bländande i verkliga sammanhang där HDR speglar just hur ögonen uppfattar ljus. 1 000 nits SDR är galet ljusstark men då finns heller inte dynamiken i bilden. Skulle man uppleva att HDR-bilden är för ljusstark i ett mörkt rum kan man anpassa belysningen på TV:n. Men ja – det kan bli ett problem. Även 500 nits HDR på en OLED kan upplevas som för ljusstarkt. Kommande teknik för 2020-TV-apparater kommer att använda ljussensor för att bättre hantera detta, till exempel Dolby Vision IQ.

Hur kan HDR10+ och Dolby Vision hjälpa till trots att filmen är vanlig HDR10?

Därför att detta säkrar i högre grad vilka metoder som används för tone mapping och kan då utnyttja TV:ns resurser. En klen TV är fortfarande en klen TV. Men hoppet är inte förlorat för det. Där har vi i flera fall sett att med Dolby Vision återges HDR-bilden utan fel. Nivåer och nyanser behålls och det blir heller inte för mörk bild. Därför fungerar de här teknikerna även för enkla och billiga TV. Återstår att se hur mycket HDR10+ tillför kring detta, men det mesta pekar på samma sak som med Dolby Vision. Dolby har helt enkelt haft längre tid på sig att etablera sin lösning och är därför mer beprövat.