Diit.cz - Novinky a informace o hardware, software a internetu

Ještě jednou k HDR 4k videu aneb velký průšvih v podobě chybějícího standardu

V našem novoročním shrnutí jsem trochu naťuknul problém, o kterém se doposud nemluvilo, prakticky se o něm nepsalo a přesto je natolik závažný, že brzdí úspěšný nástup UHD / 4k videa…

Rozsah a ladění novoroční rekapitulace se úplně nehodilo k podrobnějšímu rozvedení tohoto tématu, a tak se k němu ještě jednou vracím.

Nejhorší trend roku 2015
UHD video. Situace se dostala do stavu, kdy se už prakticky nikdo nevyzná v tom, jaké standardy existují a neexistují, čeho se týkají a netýkají a co na čem půjde a nebo nepůjde přehrát. Reálně zatím ke schválení definitivních standardů nedošlo, bohužel. Zkratka UHD (dá-li se to tak říct) stanovuje pouze minimální rozlišení 3840×2160 a poměr stran 16:9. Kodeky, snímková frekvence, barevná hloubka, to už záleží na okolnostech. Kupříkladu v Japonsku se vysílá v h.264 a MPEG4 a také jde o UHD video. HEVC/h.265 tedy není nutnost - použití formátu zatím není žádným standardem zakotvené. Podíváme-li do jiných zemí, převažuje sice HEVC, ale další aspekty už jsou nejednotné. Ve většině zemí si vystačíte s hardwarem podporujícím 8bit barevnou hloubku (HEVC profil Main), podporu pro 10bit (HEVC profil Main10) může vyžadovat vysílání v Koreji… (více)

V podstatě jediný standard, o kterém se opakovaně hovoří, jsou specifikace pro Ultra HD Blu-ray. Někdy z doby přelomu zimy a jara loňského roku pocházejí útržkovité informace, podle kterých se předpokládá, že od dekodéru bude vyžadována podpora pro:

  • min. rozlišení 3840×2160
  • formát („kodek“) HEVC / h.265
  • min. 60 FPS
  • pro HDR / WCG obsah 10bit, tzn. profil Main10

Právě poslední položka je oním kamenem úrazu. Zatímco se základním profilem Main určeným pro 8bit barevnou hloubku (tzn. pro video, které je přehrávané tak jak je a dále už není zpracováno) není problém, je podpora 10bit spjata s obsahem využívajícím HDR (high dynamic range) nebo WCG (wide color gamut). To s sebou nese požadavek na správné zpracování dekomprimovaného obrazu. Zda bude hardware (stolní dekodér, grafická karta ap.) toto zpracování umět, záleží na formátu, který pro HDR nebo WCG obsah bude použit. Právě to doposud nebylo standardizováno.

Jinými slovy: fakt, že dekodér podporuje profil Main10, tedy dekompresi 10bit obsahu, ještě neznamená, že bude možné video na příslušném dekodéru přehrát. Podpora Main10 je nutná, nikoli postačující podmínka. Formátů pro HDR i WCG existuje celá řada. Zatím však není jisté ani to, zda bude do specifikací Ultra HD Blu-ray vybrán nějaký existující (HDR 10, SMPTE 2084, SMPTE 2086, Dolby Vision… /více viz v závěru/), nebo vznikne nový. Loňský náčrt totiž hovořil o preferenci open-source formátu, aby se do koncové ceny filmu nepromítaly další (zbytečné) poplatky za komerční formát.

I když už existují dekodéry, které nějaký ze stávajících formátů podporují (některé dokonce umějí více než jeden), není jisté, zda právě ony podporované projdou do finální specifikace. S ohledem na určitou různorodost je vlastně jisté, že ať bude zvolen jakýkoli formát, najde se hardware, který jej nebude umět a tudíž na něm 10bit HDR obsah nepůjde přehrát (v horším případě vůbec, v lepším alespoň jako SDR - v úvahu skutečně připadají oba scénáře - k tomu se ještě dostaneme).

Je až nepochopitelné, že situace zašla tak(to) daleko a žádná ze zúčastněných stran neprojevila snahu včas tento problém řešit. Možná by i snaha byla, ale skoro to vypadá, jakoby si vznikajícího problému za celý předešlý rok nikdo pořádně nevšiml nebo spíš nedomyslel, jak může jeho odkládání zkomplikovat situaci. Teprve koncem loňského podzimu začala SMPTE (The Society of Motion Picture and Television Engineers) ve spolupráci s CCW (Content & Communications World) chystat konferenci, která by otázky nadnesla a mohla začít diskuse mezi jednotlivými organizacemi a výrobci. Konference proběhla v listopadu - sama o sobě ale odpovědi nepřinesla a to ani ve směru, zda bude formát volen s ohledem na možnosti již existujícího hardwaru, nebo se stávající produkty smetou ze stolu a začne se od nuly. Konference sloužila jen jako počáteční impulz.

Možná si pamatujete, že v loňském roce přišla zkratka HDR nejednou na přetřes i v souvislosti UHD / 4k videem. UHD Alliance se dokonce nechala slyšet, že chystá certifikace, které bude udělovat podle úrovně podpory, ale ty se spíš než formátu jako takového mají týkat výsledného výstupu, což v první řadě reflektuje kvalitu a možnosti panelu. Podle výsledku testu by systém dostal logo „Advanced Premium“, „Premium“ a „No Qualified“ (které by asi na své produkty žádný výrobce nelepil). Tyto certifikace ale nijak nesouvisejí s otázkou standardizace HDR formátu digitálního videa. Navíc se předpokládá, že stávající televizory, u kterých výrobci přislíbili doplnění HDR prostřednictvím aktualizovaného firmwaru nebo hardwarového modulu, na certifikace nedosáhnou, byť patrně na úrovni digitálního zpracování nebude problém. Systém certifikátů podle UHD Alliance zmiňuju jen pro úplnost - v loňském roce totiž vznikl nejeden článek, který si vyjádření Alliance chybně vyložil a certifikáty považoval za standardizaci pro HDR formáty digitálního videa, k níž ve skutečnosti nedošlo.

Návrh certifikace televizí podle UHD Alliance

Tím ale zmatky nekončí. Nezdá se, že by výrobci měli o certifikace UHD Alliance nějaký enormní zájem. Kupříkladu LG ohlásila nové modely 4k televizí, které HDR nevycházejí vstříc pouze na úrovni digitálního zpracování obrazu, ale také na úrovní zobrazení díky nové generaci panelů. Aby toto rozlišila, zavedla vlastní značení. Modely, které HDR implementují na úrovni elektroniky, ponesou logo „HDR“, naopak nové modely pro rok 2016, které doplní i lepší panely, označí výrobce jako „HDR Plus“.

Současná pozornost se upírá k CES: UHD Alliance přislíbila, že při této příležitosti odhalí nové HDR standardy, ale avizo je poměrně vágní, takže není zcela jasné, zda půjde o standardy zaměřené na televizory jako takové (jinými slovy potvrzení výše popsaného systému certifikátů), nebo už půjde o přiklepnutí HDR standardu pro digitální video, o němž se vedly diskuse v listopadu a v prosinci. Četný výskyt termínu „display“ ve zprávě UHD Alliance ale spíš indikuje první možnost.

Společnost Sony vydala prohlášení, že ještě začátkem letošního roku pošle do distribuce filmy na Ultra HD Blu-ray s využitím HDR. Vzhledem k tomu, že příslib je již listopadového data, opět není jisté, zda si Sony už v tu chvíli byla jistá, který ze standardů to vyhraje, nebo zkrátka zvolila jeden, který je kompatibilní s vlastním hardwarem - bez ohledu na to, zda bude zahrnut do dosud nezveřejněné specifikace (tedy zda půjde přehrát i na jiném hardwaru než jen systémech Sony).

HDR formát - zpětně kompatibilní, nebo ne?

V tomto kontextu nelze opomenout, že existující standardy se liší v jednom zásadním aspektu: Kompatibilitou. Je totiž velký rozdíl, zda půjde konkrétní HDR video přehrát pouze na systému podporujícím HDR (a uživatel bez HDR-kompatibilního přehrávače zcela ostrouhá a video nepřehraje), nebo zda bude formát koncipovaný tak, aby jej bylo možné přehrát i na systému, který s HDR nepočítá. Některé subjekty, které mají s UHD videem co k dočinění, jsou si vědomy problematické situace a faktu, že nezanedbatelné množství hardwaru nebude s HDR kompatibilní. Snaží se proto o prosazení takového standardu pro HDR, který bude fungovat nadstavbově nad SDR (klasickým) ne-HDR videem. Zkrátka tak, aby základní stream byl „SDR“-kompatibilní, bylo jej možné přehrát na co nejširším spektru hardwaru a HDR bylo obsažené formou určitého rozšíření, které na HDR-kompatibilním přehrávači základní stream doplní do HDR podoby. Tím by byla zaručena alespoň základní zpětná kompatibilita. Na druhou stranu pro podporu HDR by byl třeba už trošku sofistikovanější hardware, což zase není v zájmu těch výrobců, kteří už implementovali (jiný) HDR standard s tímto konceptem nekompatibilní.

Z hlediska zpětné kompatibility existují 3 základní koncepty pro implementaci HDR standardu:

  • HDR video půjde přehrát jen na HDR-kompatibilní zařízení, jinak vůbec. I pokud chceme jen SDR zobrazení, musí být stream zpracován HDR-kompatibilním zařízením, následně převeden na SDR a zobrazen.
  • HDR video obsahuje 10bit SDR stream plus samostatná data, která jej rozšíří na 10bit HDR. Na HDR-kompatibilním zařízení půjde přehrát v HDR, nekompatibilní zařízení jej přehraje jako SDR, pokud zvládá dekomprimovat 10bit barevnou hloubku (profil Main10).
  • HDR video obsahuje 8bit SDR stream plus samostatná data, která jej rozšíří na 10bit HDR. Na HDR-kompatibilním zařízení půjde přehrát v HDR, nekompatibilní zařízení jej přehraje jako SDR a to i v případě, když nepodporuje 10bit barevnou hloubku (profil Main10).

Druhý koncept nabízí standardy vyvinuté společnostmi BBC R&D a NHK, třetí vyvinula Technicolor. Ta má dokonce k dispozici dvě varianty: První počítá s tím, že doplňuje data, kterými se 8bit SDR stream liší od 10bit HDR. Dekodéry, které HDR neumějí, tato data navíc jednoduše ignorují a přehrají 8bit SDR stream (což zvládá jakýkoli HEVC / h.265 přehrávač). HDR-kompatibilní dekodér data spojí a přehraje jako 10bit HDR. Přijetí této varianty by byla asi největší možná výhra z hlediska zpětné kompatibility i distribuce (jeden stream by si přehráli všichni, nebylo by třeba UHD film distribuovat ve více verzích pro různé přehrávače). Druhá varianta od Technicolor také zakládá na SDR videu (není specifikováno, zda je jako základ použita 8bit nebo 10bit hloubka), ale HDR není integrováno v podobě datového rozdílu, ale spíš v podobě obrazového rozdílu: Video je při záznamu zachyceno jako HDR, ale zpracováno a zkomprimováno jako SDR. Přitom jsou analyzovány obrazové rozdíly mezi zachyceným HDR videem a zpracovaným SDR videem a tyto rozdíly jsou v podobě jakési kuchařky přiloženy k SDR streamu. Kompatibilní přehrávač pak podle oné kuchařky upravuje obrazové parametry, aby jej přiblížil HDR originálu (jak dobře to v praxi funguje, zatím není jasné, veřejná ukázka se ještě nekonala). Nekompatibilní přehrávač opět bez problémů přehraje SDR stream a dat kolem si nevšímá.

Je téměř jisté, že pro vysílaný obsah bude použit některý ze zpětně kompatibilních standardů. Z hlediska omezených možností datových přenosů totiž není možné mít pro jednu skupinu uživatelů HDR stream a pro druhou SDR stream. Jeden stream kompatibilní s HDR i SDR má totiž zásadní výhodu v tom, že umožňuje rozšířit o HDR data i Full-HD vysílání. Přidáním nevelkého (+~20 %) množství dat je možné kvalitativně zatraktivnit i Full-HD obsah těm uživatelům, jejichž obývák bude vybaven HDR televizí příslušného standardu.

Pro online služby a fyzická média by byl vhodný široce zpětně kompatibilní formát od Technicolor, ale dosavadní praxe ukazuje, že technologicky nejlepší řešení se nemusí vždy prosadit.


Situace je velmi složitá a i když nechci být pesimistou, zavání možností roztříštěnosti a limitované kompatibility. Pokud výrobci zvolí jeden standard, stane se řada již existujících (nebo k vydání připravených) systémů HDR-nekompatibilní. Pokud dojde k volbě více HDR standardů, aby nebyl popuzen žádný z výrobců, pak může nastat situace, kdy obsah využívající jeden standard nepůjde přehrát na systému podporujícím jiné standardy. Těmto problémům bylo možné předejít zcela jednoduše: Stačilo zvolit a schválit specifikace včas. Nejdříve přijmout standardy, pak teprve začít vyrábět hardware.

I když tato situace bude trápit spíše výrobce televizorů a set-top boxů, které jsou vybavené jednoúčelovými čipy, dotkne se zcela jistě i sféry počítačů. V případě grafických karet je problém o něco menší: Pokud nebude mít HDR standard opravdu velmi specifické hardwarové nároky, pak by neměl zásadně limitovat kompatibilitu. I v případě, že jej videoprocesor integrovaný v GPU nebude nativně podporovat, existuje šance, že půjde podporu doplnit aktualizací ovladačů. I v případě, že by integrovaný videoprocesor nestačil pro některé operace, může být využito programovatelné grafické jádro nebo programovatelná display-pipeline. Pokud by ani to nestačilo, je vždy k dispozici plně flexibilní CPU. Problémem v takové situaci nebude nekompatibilita jako taková, ale výpočetní výkon a tím i energetické nároky, které může dosažení kompatibility stát. V případě mobilního hardwaru by to znamenalo sníženou výdrž baterie, v případě HTPC pak zvýšení hlučnosti. Pokud se ptáte, proč uvažuju o přehrávání HDR obsahu na tabletu nebo notebooku, pak opět připomínám, že dosud není jasné, zda bude přijat standard obsahující čistě HDR stream (který bude třeba jako HDR stream zpracovat a případně dodatečně převést na SDR), nebo bude základem SDR stream, který se na HDR-kompatibilním systému obohatí přiloženými HDR daty, ale na HDR-nekompatibilním dekodéru půjde přehrát také (jako SDR). První možnost by byla poměrně nemilá, protože by takové video i na ne-HDR zařízeních, jakými tablety a notebooky bezesporu ještě dlouho budou, podmiňovala přehrání videa HDR-kompatibilním dekodérem.

Nezbývá než doufat, že CES do celé situace vnese světlo. Hodně světla. Pokud vás problematika HDR standardů pro digitální video zajímavá hlouběji, pak mrkněte do čerstvého článku na webu videonet, který pěkně sumarizuje veškeré HDR formáty, jež lze považovat za možné kandidáty ke standardizaci. U mnohých uvádí i pozadí jejich vzniku, výhody a nevýhody.

Zdroje: 

Diskuse ke článku Ještě jednou k HDR 4k videu aneb velký průšvih v podobě chybějícího standardu

Úterý, 5 Leden 2016 - 18:29 | sakraforte | + za vysvetlenie :-)
Úterý, 5 Leden 2016 - 13:11 | no-X | Žádný nový trend se nekoná. Počet „napoutaných“...
Úterý, 5 Leden 2016 - 11:25 | DTS maniac | Já věděl, že s nákupem 4K projektoru mám ještě...
Úterý, 5 Leden 2016 - 10:44 | Plutotype | Nechcem byť pichľavý, ale komentáre sú off topic...
Úterý, 5 Leden 2016 - 09:52 | RiCZie | V součtu s tímto a předchozím komentářem bych dal...
Úterý, 5 Leden 2016 - 09:38 | Martin Pavelec | používám TV jen jako zobrazovadlo k PC, takže...
Úterý, 5 Leden 2016 - 09:14 | Jirka1 | To je několik pojmů najednou. Deep Color znamená...
Pondělí, 4 Leden 2016 - 23:42 | PV | Přiznám se, že jsem ještě neviděl tak velký SD...
Pondělí, 4 Leden 2016 - 23:36 | Psycho Mantis | 1) to by mohlo fungovat pouze u budoucích TV, ty...
Pondělí, 4 Leden 2016 - 23:16 | Psycho Mantis | teoreticky ano, máte pravdu. Ale v reálu je to...

Zobrazit diskusi