Frame Adapt HDR – Dynamic Tone Mapping – projektory JVC

Pod koniec 2019 roku sporo szumu zrobiło się w branży audio-video dookoła JVC i nowego oprogramowania, które otrzymali właściciele nowych projektorów kinowych JVC. Za pomocą aktualizacji oprogramowania systemowego, użytkownicy zyskali znacznie lepszą jakość prezentacji materiałów HDR na wielkim ekranie. Aktualizacja dotyczy wszystkich nowych modeli tj. JVC DLA-NX9, DLA-NX7, DLA-NX5, JVC DLA-RS3000, DLA-RS2000, oraz DLA-RS1000.

Mapowanie tonów to technika używana w obróbce obrazu, której zadaniem jest przypisanie określonej palecie kolorów, jasności i odcieni z obrazów o wysokiej rozpiętości tonalnej / zakresie dynamiki (HDR) – do zakresu, który jest zdolne odtworzyć urządzenie dysponujące ograniczonym zakresem tonalnym.

Mapowanie tonów to nic innego jak umożliwienie wyświetlenia obrazów HDR o zbyt dużym zakresie dynamiki na urządzeniach dysponujących znacznie mniejszym zakresem dynamiki. Obrazuje to zdjęcie poniżej. Przy czym algorytmy mapowania tonalnego muszą zachować jak największą ilość szczegółów zapisanych w mapie tonalnej.

Celem mapowania tonalnego jest możliwość reprodukcji danej sceny lub obrazu na wyświetlaczu, w taki sposób, aby jasność elementów była zbliżona do jasności elementów ze świata rzeczywistego, pomimo że sam wyświetlacz, czy też projektor nie jest w stanie odtworzyć aż tak wysokiego poziomu realności.

Zakres dynamiki (Dynamic Range – DR) rozumiemy jako różnicę pomiędzy najciemniejszym i najjaśniejszym elementem obrazu.

Właściciele projektorów od samego początku mają „pod górkę” podczas projekcji materiałów HDR 4K. Głównie dlatego, że format HDR powstał z myślą o płaskich panelach, a nie projektorach. Te pierwsze dysponują olbrzymią jasnością, która pozwala na uzyskanie efektu „wow”. W przypadku projektorów efekt ten od początku by znacznie mniej imponujący, właśnie z racji na bardzo ograniczoną jasność rzutników kinowych. Stąd posiadacze salek kinowych z projektorami video bardziej skupili się na korzystaniu z dobrodziejstw szerokiej przestrzeni barw oraz 10-bitowej palety kolorów (głębia bitowa, płynne przejścia tonalne).

Projektor domowy do obsługi sygnału HDR musi mieć zaimplementowaną funkcję mapowania tonów o której pisaliśmy powyżej. Niestety nie ma standardu określającego sposób w jaki to mapowanie ma się odbywać, więc każdy z producentów ma swoje autorskie podejście i rozwiązanie.

Jeśli popatrzymy na projektory kinowe HDR do instalacji kina domowego, takie jak Sony, JVC czy też Sim2 – to każde z nich ma zaimplementowaną jakąś wariację statycznego mapowania tonów. Oznacza to, że sygnał HDR jest „wciśnięty” w ściśle określony zakres, który bazuje na najjaśniejszych poziomach jakie zawiera materiał video. Samą informację jaki jest najwyższy poziom jasności materiału HDR jest stosunkowo trudno przewidzieć. Niektóre materiały mają zapisane informacje o szczytowej jasności w tzw. metadanych dołączonych do pliku video. Podczas gdy niektóre materiały HDR jej nie posiadają, co uniemożliwia właściwe dopasowanie mapowania.

Niezależnie od tego jak dopracowane jest mapowanie tonów, wszystkie części obrazu które są ciemniejsze od najjaśniejszych poziomów idą na spory kompromis. Mapowanie tonów przypisuje najjaśniejszy punkt tak, aby szczegóły w tym obszarze nie występowało przepalenie bieli i gubienie detali w najjaśniejszych partiach obrazu. Pamiętajmy jednak, że taka scena z maksymalną jasnością może pojawić się jedynie kilka sekund podczas całego filmu. A ponieważ nasz projektor musi mieć zapas jasności na te właśnie kilka sekund, to reszta filmu wydaje się być ciemniejsza niż być powinna. Czyli zasadniczo, rzutniki domowe pomimo swojej ograniczonej jasności muszą mieć rezerwę, tylko po to aby móc oddać charakter najjaśniejszej sceny w filmie.

Gamma to funkcja określająca krzywą odpowiedzi tonalnej wyświetlacza i informuje jaką generuje ilość światła przy danym poziomie sygnału video. W przypadku materiałów HDR mówimy bądź o EOTF, bądź o funkcji transferu. Pozwala ona na wyświetlenie HDR video o luminancji na poziomie do 10 000 nitów na dowolnie wybranym projektorze wspierającym format HDR.

Stosunek, relacja pomiędzy „jasnością wejściową” a „jasnością na wyjściu” odtwarzaną przez projektory kinowe może zostać zobrazowana za pomocą grafiki poniżej, którą nazywamy „krzywą PQ”.

Jak już wspomnieliśmy wcześniej, chociaż PQ HDR zakłada teoretyczną referencyjną jasność na poziomie 10 000 nitów, to maksymalna jasność nie zawsze tyle wynosi. Różny materiał powstaje na różnych poziomach jasności i stosunkowo rzadko widzimy film zapisany z maksymalną jasnością 10 000 nitów. Ciekawostką może być fakt, że film wydany na UHD BD Blade Runner 2024 edycja Europejska została wydana z maksymalną jasnością 4000 nitów, podczas gdy edycja USA już z 10 000 nitów (oraz przestrzenią REC2020 zamiast P3). Niektóre wydania UHD X-Men zaś z maksymalną jasnością 1000 nitów, a inne z 1100 nitów.

Co ciekawe, nie tylko same filmy, ale także poszczególne sceny i klatki filmowe posiadają różne jasności. To oznacza, że stosowanie tylko jednej krzywej PQ (statyczne mapowanie odcieni) nie pozwoli na odtworzenie optymalnej jakości obrazu.

W celu odtworzenia prawidłowego obrazu na tyle, na ile jest to tylko możliwe, JVC opracowało system automatycznego mapowania który przedstawił w rzutnikach JVC DLA-RS3000/DLA-RS2000/DLA-RS1000/DLA-Z1 oraz ich odpowiedników konsumenckich).

Jednak nadal mamy do czynienia ze statycznym podejściem do mapowania, ponieważ system „Auto Tone Mapping” czyta „Statyczne” metadane zapisane wewnątrz materiału video i nie dokonuje jakichkolwiek zmian, dopóki nie zmienią się one w metadanych filmu.

Niezwykle ważne jest, aby dostosować krzywą PQ właściwie nie tylko do materiału jaki odtwarzamy (jaki jest zapisany w metadanych), ale również w stosunku do scen lub klatek, które mają różną maksymalną jasność.

W odróżnieniu do standardu HDR10, dwa pozostałe standardy, czyli Dolby Vision / HDR10+ bazują na dynamicznych metadanych, które zmieniają się wraz z wyświetlanym materiałem. Niestety na dzień dzisiejszy żaden z tych standardów HDR nie jest obsługiwany przez projektory konsumenckie.

Stosując algorytm opatentowany przez JVC, system Frame Adapt HDR w czasie rzeczywistym analizuje szczytową jasność na zasadzie klatka-po-klatce materiału HDR10, a następnie automatycznie dostraja optymalny zasięg rozpiętości tonalnej. Co więcej, wraz z pojawieniem się funkcji Frame Adapt, istotnie zwiększyły się możliwości procesora obrazu w zakresie przetwarzania i precyzji gammy. Znacznie większa ilość przejść pomiędzy punktami pozwala na znacznie dokładniejsze wyliczenia i tym samym dostosowanie jasności.

To jednak co najbardziej interesuje końcowego użytkownika, to fakt że zyskujemy głębsze czernie w ciemnych scenach (które wcześniej były niestety często zbyt jasne), zaś szczytowe jasności w jasnych scenach wyświetlane są bez utraty kolorów. Widzimy płynniejszą gradacje kolorów i delikatniejsze przejścia tonalne, znacznie bardziej naturalne dla naszego oka.

Jak widać z poniższego diagramu najbardziej wiarygodne i precyzyjne, zbliżone do rzeczywistego stanu jest wybranie trybu Scena po scenie. Zapewnia ona najlepszą analizę i prawidłowo zakłada, że w ramach jednej sceny możemy mieć różną luminancję. Dana Scena może się składać z wielu Klatek posiadających różne natężenie jasności. Wraz z ruchem kamery pojawiają się elementy o większym i mniejszym poziomie jasności, co powinno być uwidocznione na ekranie. Takie rozwiązanie gwarantuje jedynie wybór trybu „Klatka po Klatce”.

W przypadku wyboru statycznego podejścia do HDR, gdzie w zależności od zaczytanych z materiału źródłowego metadanych dotyczących maksymalnej jasności aplikowane są stosowne ustawienia obrazu widzimy natychmiast, że dla sceny w której jasność wynosi X (materiał video), jasność na ekranie będzie wyglądała zupełnie inaczej dla ustawień projektora zróżnicowanych względem MaxCLL. Ta sama scena przy założeniu że zmienialibyśmy tylko wartość MaxCLL dla ustawień obrazu wyglądałaby najjaśniej dla ustawień MaxCLL A, zaś najciemniej dla MaxCLL C. Najciemniej, ponieważ w przypadku wariantu C projektor musi założyć dodatkową moc przeznaczoną dla wyższych wartości luminancji (jaśniejszych scen), które w przypadku opcji MaxCLL A zostaną skompresowane i zgubią tym samym detale.

Co warto zapamiętać?

Przetwarzanie Gamma

1. 1. konwencjonalna używa 12 bitów
   2. Frame Adapt HDR – 18 bitów – stosując profil Color Profile. Color Profile pozwala uzyskać znacznie więcej przejść tonalnych i stopni.

HDR Level

1. 1. Wpływa na jasność postrzeganą na ekranie.
   2. np. High – wyższa jasność obrazu na ekranie – dobre do współpracy z ekranami o dużych przekątnych
   3. AUTO – mechanizm automatycznie dostosuje do jednego z 3 trybów: High/Middle/Low. I tak dla przykładu jeśli oryginalny materiał jest wysoki, to wybierze tryb Low.
   4. Im wyższy tryb HDR tym bardziej skompresowana jest dynamika obrazu w stosunku do oryginału

Przetwarzanie HDR (processing)

1. 1. Klatka / Scena są analizowane wg. algorytmów JVC objętych tajemnicą producenta
   2. Statyczny jest jak auto mapowanie, gdzie zakres tonalny jest stały przez cały seans. Tryb ten jest zalecany kiedy używamy m.in. Panasonic HDR Optimizer.
   3. Analiza HDR nie wprowadza dodatkowego opóźnienia (time lag).

„Najlepszy w swojej klasie” czyli test projektora JVC DLA-RS3000.
Redakcja portalu brytyjskiego AVForums wzięła na warsztat najwyższy model projektora kinowego JVC. Zapraszamy do recenzji…

Zobacz jak wypadło w testach i opinii redakcji AVforums najnowsze oprogramowanie projektorów JVC na bazie modelu JVC DLA-RS2000. Test projektora do kina domowego JVC DLA-RS2000.