Espacios de color ITU_DCI_HDR_v19_PARTE_3 PDF

Espacios de Color ITU + DCI + HDR PARTE 3. HDR y D-Cinema Álvaro Ortiz Roberto Tejero Índice PARTE 1 PARTE 2 Luz y Color Recomendaciones y Espacios de Color Espacio de color...

Espacios de Color ITU + DCI + HDR PARTE 3. HDR y D-Cinema Álvaro Ortiz Roberto Tejero Índice PARTE 1 PARTE 2 Luz y Color Recomendaciones y Espacios de Color Espacio de color Profundidad de bits Parámetros del color Submuestreo de Crominancia Gamma 3D-LUT Diagramas de Cromaticidad Rango Dinámico Gamut Temperatura de Color PARTE 3 HDR Digital Cinema Initiatives - DCI  HDR Digital Cinema Initiatives - DCI  Alto rango dinámico HDR High Dynamic Range (HDR) permite la visualización de contenido con escenas con gran diferencia entre sus zonas oscuras y sus zonas claras. Esto ofrece una imagen más natural y realista. La Ulta HD Alliance establece los siguientes requisitos para las pantallas HDR: Brillo máximo superior a 1.000 cd/m2 Nivel de negro inferior a 0,05 cd/m2 Contraste de al menos 20.000:1 Para pantallas OLED, los requisitos de HDR son: Brillo máximo superior a 540 cd/m2 Nivel de negro inferior a 0,0005 cd/m2 Contraste de al menos 1.080.000:1 Para tener HDR es necesario contar con un espacio de color ampliado WCG como, por ejemplo, BT.2020. Está presente generalmente en imágenes de Ultra alta definición (UHD). Aunque estas no siempre son HDR.  Rango de Color ampliado WCG Conocido como WCG (Wide Color Gamut) hace referencia a los espacios de color que muestran un área extendida de los colores visibles. WCG permite mostrar colores más precisos, con mayor saturación y calidez. WCG va de la mano de HDR. El primero permite un incremento de la gama de color, mientras que el segundo es un incremento en el rango de brillo. Los dispositivos HDR deben tener para la correcta reproducción de la imagen pantallas con 10 o 12 bits. Los espacios de color WCG más comunes son: Rec.2020 cubriendo el 75,8% de los colores visibles. DCI-P3 cubriendo el 53,6 %. Adobe RGB cubriendo 52,1%. * Comparado con sRGB de SDR, solo cubre el 35,9% de los colores visibles.  Formatos de HDR En HDR existen diferentes formatos para la transmisión de la señal hasta las pantallas: HDR10 HDR10+ Dolby Vision HLG PQ10 (formato PQ) Technicolor (HL-HDR2 en DVB) Las funciones de transferencia más habituales son: PQ ST.2084 HLG BT. 2100 Formato HDR10 HDR10. Estándar abierto, siendo un formato muy extendido, pero no compatible con pantallas SDR. Bits de color: Soporta hasta 10 bits de profundidad de color. Metadatos: Usa metadatos estáticos, lo que significa que la configuración del HDR (como brillo y contraste) se establece una vez para todo el contenido. Brillo máximo: Técnicamente limitado a 10.000 nits, aunque normalmente el contenido está generado entre 1.000 y 4.000 nits de brillo máximo. Compatibilidad: Es compatible con la mayoría de los televisores HDR. Adopción: Es el formato más básico y ampliamente soportado en plataformas de streaming, videojuegos y discos Blu-ray 4K. Formato HDR10+ HDR10+. Similar a HDR10, pero con mejoras sobre la calidad de la imagen. ES una evolución desarrollada por una alianza de fabricantes liderada por Samsung. Brillo máximo: Hasta 4.000 nits Metadatos: Uso de metadatos dinámicos para ajustar el brillo y contraste por escena o incluso por cuadro. Compatibilidad: No tan extendido como HDR10 pero va ganando popularidad entre fabricantes y plataformas. Utilizado por Samsung y Amazon Prime Video. Otros aspectos: Para los creadores de contenido es gratuito, sin embargo, los fabricantes de televisiones o reproductores deben pagar licencia. Formato Dolby Vision Dolby Vision. Tecnología propietaria de Dolby con gran precisión de color y rango dinámico. Es un ecosistema HDR de origen a destino, exigiendo pantallas con luminancias máximas de al menos 1.000 nit para los creadores de contenido. Bits de color: Soporta hasta 12 bits de profundidad de color, ofreciendo más de 68 mil millones de colores. Metadatos: Usa metadatos dinámicos, ajustando niveles para cada escena o fotograma. Brillo máximo: Puede soportar hasta 10.000 nits (la mayoría de televisores actuales alcanzan 4000-6000 nits). Compatibilidad: Disponible en muchos televisores de gama alta y también en plataformas de streaming como Netflix, Apple TV+ y Disney+. Adopción: muy popular en contenido premium y se considera uno de los mejores formatos en cuanto a calidad de imagen. Formato HLG HLG (Hybrid Log-Gamma). Orientado a transmisiones en vivo, siendo compatible con dispositivos SDR y HDR. Bits de color: Soporta hasta 10 bits de profundidad de color. Metadatos: No utiliza metadatos (ni estáticos ni dinámicos), facilitando la compatibilidad con transmisiones tanto en SDR como en HDR. Brillo máximo: Generalmente alcanza entre 1.000-2.000 nits, dependiendo del equipo. Compatibilidad: Es compatible tanto con televisores HDR como SDR, siendo ideal para transmisiones en vivo. Adopción: Es utilizado principalmente por emisoras y servicios de transmisión de televisión en vivo.  Formatos de HDR Formato Bits de color Metadatos Brillo máximo Características Aplicaciones principales Blu-ray 4K, streaming y HDR10 10 bits Estáticos 1.000 nits Versátil y económico videojuegos Streaming, televisores de gama HDR10+ 10 bits Dinámicos 4000+ nits Buena calidad, abierto y económico alta Dolby Calidad superior al resto, pero más 12 bits Dinámicos 10.000 nits Streaming premium, cine en casa Vision caro y menos compatible Versátil y compatible con SDR, pero HLG 10 bits Ninguno 1.000-2.000 nits Transmisiones en vivo menor calidad Formatos de HDR HDR10 HDR10+ Dolby Vision HLG Netflix Sí No Sí No Amazon Prime Video Sí Sí Sí No Disney+ Sí No Sí No Apple TV+ Sí No Sí No HBO Max No No Sí No YouTube Sí Sí No Sí MyCanal No No No No Salto No No No No Google Play Films et TV Sí Sí No No Rakuten TV Sí Sí No No BBC Player No No No Sí Metadatos en HDR Los metadatos son un conjunto de información que ayuda a un dispositivo de visualización HDR a mostrar el contenido de manera óptima. Estos datos incluyen: Gama de colores y puntos de referencia de color. Punto blanco. Rango de brillo o luminancia para el ajuste de contraste. Curvas de tono. Nivel máximo de luz de contenido MaxCLL (Maximum Content Light Level). Nivel máximo de luz promedio de fotograma MaxFALL (Maximum Frame-Average Light Level). Normalmente una escena HDR incluye metadatos, existiendo dos tipos: Metadatos Estáticos (SMPTE ST 2086). Los datos permanecen estáticos para todas las escenas y fotogramas del archivo de vídeo. Son más sencillos de calcular y requieren menos procesado. Metadatos Dinámicos (SMPTE ST 2094). Dynamic Metadata for Color Volume Transforms (DMCVT). Cada escena o fotograma tiene sus propios rangos de color y brillo en función del tipo de escena; lo que permite una representación más precisa de los escenarios de la vida real. Metadatos en HDR Fuente:https://www.avpasion.com/influencia-metadatos-dinamicos-vision-hdr/ Fuente: https://www.projectorcentral.com/Optimizing-Your-Projector-for-HDR.htm Metadatos en HDR Los metadatos se generan en la producción del máster del programa y se aplican en el sistema de reproducción, generalmente una TV. 1. Captura de la imagen: Se utiliza una cámara capaz de capturar un amplio rango dinámico. Esta cámara debe ser capaz de registrar tanto los detalles en las zonas más oscuras como en las más brillantes de la escena. 2. Procesamiento de la imagen: El software especializado analiza la imagen capturada y calcula los valores máximos y mínimos de brillo, la gama de colores, y otros parámetros relevantes. 3. Creación de los metadatos: Con base en los datos obtenidos en el paso anterior, se generan los metadatos. Estos metadatos pueden ser estáticos (si se aplican a toda la imagen) o dinámicos (si varían de escena a escena). 4. Empaquetado del contenido: Los metadatos se empaquetan junto con la imagen en un formato de archivo específico, como HEVC (H.265) o VP9. Funciones de transferencia HDR PQ ST.2084. Simula la percepción visual humana. En lugar de una escala lineal o gamma tradicional, PQ utiliza una curva logarítmica que mapea los niveles de brillo de forma más parecida a cómo el ojo humano percibe los cambios en la luminancia. Esto permite aprovechar mejor el amplio rango dinámico del HDR. Brillo: PQ puede codificar y decodificar señales con niveles de brillo que van desde 0,005 nits (negros profundos) hasta 10.000 nits (luces extremadamente brillantes). Metadatos: Los metadatos (estáticos en HDR10 o dinámicos en Dolby Vision) se transmiten junto con el vídeo para que la pantalla ajuste los niveles de brillo y color adecuadamente, escena por escena o cuadro por cuadro. Curva: Utiliza una combinación de función de transferencia completamente no lineal. Utilizando valores absolutos. Fuente: https://www.insightmedia.info/should-hdr-displays-follow-the-pq-curve/ Funciones de transferencia HDR HLG BT. 2100. Utiliza una curva híbrida: usa una curva gamma tradicional para la parte baja del rango dinámico (SDR) y una curva logarítmica para las partes más brillantes del rango dinámico (HDR). Esta permite que una señal de vídeo pueda reproducirse en pantallas SDR como HDR sin necesidad de metadatos. Brillo: HLG permite una representación de brillo que puede llegar hasta los 2000 nits, lo cual es suficiente para muchas transmisiones en vivo y televisores actuales. Sin metadatos: A diferencia de PQ, HLG no necesita transmitir metadatos porque la curva híbrida se adapta automáticamente al rango dinámico de la pantalla. Curva: Utiliza una combinación de función de transferencia lineal y curva logarítmica. Utiliza valores relativos. Fuente: https://kbnmedia.com/por-que-es-importante-la-nueva-grabacion-hdr-en-hlg-de-la-camara-sony-fs5/ Funciones de transferencia HDR Dedicamos alrededor de la mitad de la salida a las bajas luces (por debajo de 50-60 nits) Fuente: https://www.veneratech.com/hdr-transfer-functions-hlg-pq/  Funciones de transferencia HDR Compatibilidad de señales HDR en monitores SDR Fuente: https://www.veneratech.com/hdr-transfer-functions-hlg-pq/ Funciones de transferencia HDR La función de transferencia opto-electrónica (OETF) es la función de transferencia que tiene la luz de la escena como entrada y la convierte en la señal de imagen o video como salida. Esto se realiza mediante el sensor y electrónica asociada de una cámara. La función de transferencia electro-óptica (EOTF) es la función de transferencia que tiene la señal de imagen o video como entrada y la convierte en la salida de luz lineal de la pantalla. Esto se realiza mediante al electrónica y pantalla de una monitor o dispositivo de visualización. La función de transferencia opto-óptica (OOTF) es la función de transferencia que tiene la luz de la escena como entrada y la luz mostrada como salida. Por tanto, la OOTF es la suma de la OETF y la EOTF, siendo generalmente no-lineal. Funciones de transferencia HDR PQ (ST.2084). La función de transferencia se basa en la calibración sobre un monitor de referencia en la captación. La sección de OOTF está incluida en la codificación de la señal, por lo que dicha señal contiene información sobre el brillo que debe tener la pantalla final, indicándole los niveles de brillo en cd/m2 que debe mostrar. HLG (BT. 2100). El OOTF está incluido en la sección de decodificación, por lo que el brillo se ajusta en la pantalla. PQ OETF PQ EOTF HLG OETF HLG EOTF Funciones de transferencia HDR PQ OETF PQ EOTF Funciones de transferencia HDR HLG OETF HLG EOTF Funciones de transferencia HDR Pueden existir problemas cuando el monitor o televisor no cuenta con: Un brillo adecuado a la señal HDR (monitores con 300 a 400 cd/m2). No disponer de procesado de metadatos en el EOTF. Para evitar que la imagen aparezca muy oscura, algunos monitores y televisores cuentan con la selección de la función PQ ST.2084 recortada: PQ300 o ST 2084-300: la curva de brillo sigue la curva gamma PQ hasta que alcanza 300 cd/m2, saturándose para todas las gradaciones que superan ese punto. Esto permite la visualización precisa de gradaciones correspondientes a niveles de brillo de hasta 300 cd/m2, lo que lo hace adecuado para verificar la coloración de áreas de baja gradación. PQ1.000 o ST 2084-1.000:, la curva gamma PQ con un brillo máximo de 1000 cd/m2 se comprime para ajustarse a 300 cd/m2 para que coincida con el brillo del monitor. Esto permite la visualización de cada gradación de 0 a 1023 con un brillo de 300 cd/m2 para verificar el equilibrio general de gradación en el contenido. PQ10.000 o ST 2084-10.000: similar al anterior, pero hasta 10.000 cd/m2. Funciones de transferencia HDR Pueden existir problemas cuando el monitor o televisor no cuenta con: Un brillo adecuado a la señal HDR (monitores con 300 a 400 cd/m2). No disponer de procesado de metadatos en el EOTF. Para evitar que la imagen aparezca muy oscura, algunos monitores y televisores cuentan con la selección de la función PQ ST.2084 recortada: PQ300 o ST 2084-300: la curva de brillo sigue la curva gamma PQ hasta que alcanza 300 cd/m2, saturándose para todas las gradaciones que superan ese punto. Esto permite la visualización precisa de gradaciones correspondientes a niveles de brillo de hasta 300 cd/m2, lo que lo hace adecuado para verificar la coloración de áreas de baja gradación. PQ1.000 o ST 2084-1.000:, la curva gamma PQ con un brillo máximo de 1000 cd/m2 se comprime para ajustarse a 300 cd/m2 para que coincida con el brillo del monitor. Esto permite la visualización de cada gradación de 0 a 1023 con un brillo de 300 cd/m2 para verificar el equilibrio general de gradación en el contenido. PQ10.000 o ST 2084-10.000: similar al anterior, pero hasta 10.000 cd/m2. Funciones de transferencia HDR  Resumen HDR Formato HDR10 HDR10+ Dolby Vision HLG Profundidad de Bits 10 bits 10 bits 10 o 12 bits 10 bits Estáticos y Dinámicos Estáticos y Dinámicos Metadatos Estáticos Sin metadatos automáticos automáticos y manuales Función de transferencia PQ PQ, HLG y SDR HLG Estándar de referencia SMPTE ST 2084 ST 2084 y BT.2100 ITU-R BT.2100 Pico de Límite técnico 10.000 cd/m2 Variable luminancia Contenido (sin reglas) 1.000 a 4.000 cd/m2 4.000 cd/m2 1.000 cd/m2 Nivel de negro 0,005 cd/m2 o inferior Colores Límite técnico Rec. 2020 primarios Contenido P3-D65 P3-D65 P3-D65 P3-D65 Compatibilidad Ninguna HDR10 Según el perfil Con SDR Similar a PQ10 sin Compatibilidad con SDR Otras características metadatos solo en pantallas BT.2020  HDR Digital Cinema Initiatives - DCI  Digital Cinema Initiatives - DCI DCI es una asociación de los grandes estudios de cine, creada con el fin de marcar las líneas para la distribución y exhibición de cine digital. Crea la norma o estándar D-Cinema. Establece los parámetros técnicos para generar, distribuir y exhibir las películas en formato digital garantizando: La seguridad anti-copia de los contenidos. El nivel de calidad actualidad y futuro. Las características de la señal en DCI son: Resolución: 2K (2048x1080) en 24/48p y 4K (4096x2160) en 24p. Profundidad de bits de color: 12 bit con espacio CIE XYZ o DCI-P3 (HDR PQ ST.2084). Compresión: JPEG2000 Sonido: hasta 16 canales de 24 bit / 48 o 96 kHz sin compresión (5.1, 7.1 Dolby DTS y Dolby ATMOS). Subtítulos: PNG en capa alfa o texto renderizado en el sistema. Seguridad: Elementos encriptados.  D-Cinema en DCI D-Cinema lo componen varios elementos: DSM (Digital Source Master). Máster o archivo original del contenido creado en post-producción. No está comprimido y tiene una resolución máxima y cuenta con una gama de colores sin restricción. No está estandarizado. DCDM (Digital Cinema Distribution Master). A partir del DSM, se genera un archivo sin compresión, pero cumpliendo las especificaciones DCI: Resolución 2K o 4K, espacio de color DCI-P3, etc. Puede ocupar varios Teras. DCP (Digital Cinema Package). A partir del DCDM, se genera un paquete final para entregarlo al cine para su proyección. Contiene toda la información: audio, vídeo, subtítulos y metadatos siguiendo el estándar SMPTE ST 429-2. Vídeo comprimido: La señal visual se comprime mediante el codec JPEG 2000, manteniendo una calidad de imagen sin pérdidas perceptibles. Audio sin comprimir: El audio está en formato PCM. Encriptación: Protección anticopia mediante encriptación de contenido; KDM (Key Delivery Message). El DCP se compone de una serie de archivos organizados en una carpeta. Estos incluyen archivos MXF (Material Exchange Format) que contienen el video, el audio y otros elementos como subtítulos y el KDM. Flujo de trabajo D-Cinema El contenido en bruto o Máster (DSM) se normaliza en el fichero o conjunto de archivos DCDM. El DCDM es un conjunto de archivos originales para producir copias de proyección. Puede contener imagen sin comprimir o comprimida sin pérdida. Su tamaño puede llegar a varios Teras. Generación del DCP mediante la paquetización del DCDM para su transmisión como una copia digital al las salas de proyección. Se emplea el formato de empaquetado Material Exchange Format (MXF). Las imágenes van comprimidas en JPEG 2000, teniendo una tamaño aproximado de 250 GB para 2 horas en 4K. Distribución del DCP mediante transporte del medio físico, por red VPN o mediante satélite. En el destino, se desempaqueta el DCP, desencriptando en caso necesario. Se obtiene el DCDM* que es virtualmente idéntico al DCDM de origen (sin cambios perceptibles). El contenido DCDM* es reproducido en el proyector y altavoces.  Encriptado en D-Cinema Permite conservar la seguridad y privacidad de los archivos del DCDM, evitando la copia o reproducción no autorizada. El proceso se realiza al Paquetizar el DCP. El Encriptado en D-Cinema se realiza mediante Advanced Encryption Standard (AES). Empleando un algoritmo AES 128 bits, que cuenta con una clave secreta. La distribución de claves es distribuida mediante Key Delivery Message (KDM). El desencpritado se realiza con el mismo algoritmo AES 128 en el Cíne, justo para la reproducción del contenido. Fuente: https://www.dcimovies.com/ Flujo de trabajo D-Cinema Flujo de trabajo implicando encriptación mediante Key Delivery Message: Almacenamiento y Conservación de archivos D-Cinema El almacenamiento de los ficheros se produce en dos lugares: Productora o Distribuidora: Entorno seguro de almacenamiento. Conservación a largo plazo para su posterior utilización y/o edición. Se preserva en formato DCDM o en DCP sin encriptar, preferiblemente el primero. Debe tenerse en cuenta el tamaño mucho mayor del DCDP respecto al DCP. Cines: Ficheros únicamente para su reproducción durante un tiempo determinado. Deben permanecer en formato DCP encriptado para preservar la seguridad. Utilización de sistemas de discos duros en RAID por redundancia y disponibilidad. En Cines multi-sala, puede existir almacenamiento central o local por proyector.  Reproducción D-Cinema Fuente: https://www.dcimovies.com/