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O que é HDR, e o que significa para o monitor?

Thumb O que é HDR, e o que significa para o monitor?
Há uma nova palavra-chave de tecnologia – bem, nova em seu significado: High Dynamic Range, ou HDR. Essa é uma tecnologia de exibição que requer um novo tipo de exibição, bem como novos conteúdos específicos de HDR.

Vamos falar sobre cores

É importante primeiro entender como os seres humanos percebem a cor, e como a cor HDR difere da Escala Dinâmica Padrão comumente usada hoje. Na física, a cor é derivada do comprimento de onda da luz, com a cor vermelha como o menor comprimento de onda da luz que podemos ver, até o roxo como o mais alto. O comprimento de onda, ou freqüência de luz, aqui é diretamente análogo à freqüência de sons diferentes.

Mas, embora nossos ouvidos possam diferenciar entre frequências de som, nossos olhos, ou os receptores neles, não podem diferenciar entre frequências de luz – pelo menos, não sem um truque. Cada receptor em seu olho é aproximadamente equivalente a um pixel na “tela” do que você pode ver, e cada um carrega uma resposta diferente para determinados comprimentos de onda (cores) da luz.

Especificamente, seus receptores são divididos e podem (principalmente) ver uma das três cores diferentes: vermelho, verde ou azul. Para ver a gama completa de cores, então, seus olhos inferem informações. Se um receptor verde recebe um sinal fraco que está ao lado de um receptor vermelho, pegar um sinal forte, então seus olhos inferem que deve haver algo de laranja escuro ao redor da localização entre estes dois receptores.

Isso, por sua vez, fornece uma maneira agradável e barata de engenharia de cores em uma tela. Em vez de ter que produzir cada comprimento de onda real de cores, as telas hoje usam uma combinação de subpixels vermelho, verde e azul. As telas podem simplesmente variar a quantidade de luz e sinalizar cada uma dessas cores subpixel para produzir o que parece ser a cor real, pelo menos no que diz respeito aos seus olhos.

Como a cor se relaciona com HDR

HDR

Então, o que isso tem a ver com SDR versus HDR? É aí que as gamas de cores entram. Uma gama de cores é a variedade de cores que você pode produzir com as cores de subpixel vermelho, verde e azul que você possui. Qualquer cor entre estas três cores primárias pode ser produzida, mas você não pode reproduzir uma cor que não esteja dentro desse triângulo.

Um dos dois conceitos por trás do HDR é expandir esse triângulo de vermelho, verde e azul do pequeno atual denominado “BT.709” para algo mais próximo de preencher toda a gama de cores que os seres humanos podem ver (veja o gráfico acima) . O objetivo final aqui é o triângulo denominado “BT.2020”. O problema é que atualmente, a única maneira de produzir as cores vermelha, verde e azul necessárias para esta gama é usar lasers (o que é legal, nós sabemos, mas impraticável). Isso significa que os projetores a laser caros são os únicos dispositivos de exibição atualmente capazes de mostrar todas as cores envolvidas – e apenas certos projetores a laser com lasers nos comprimentos certos de onda .

Os monitores equipados com HDR de hoje, em vez disso, se contentam com a gama DCI-P3 menor, que pode ser reproduzida por OLEDs e LCDs, bem como por projetores. Embora seja um pouco menor do que a gama completa BT.2020, ainda contém significativamente mais cores do que a gama SDR. Como um bônus, também é a mesma gama de cores que tem sido usada por filmes por algum tempo, o que significa que já há equipamentos e conteúdo que o suporta e o usa.

No entanto, em algum momento do futuro, o plano é que o BT.2020 deve ser adotado por todos, mas isso precisará esperar até que tecnologias de exibição comuns possam realmente suportá-lo.

Brilho e Percepção

A próxima coisa a entender é como os seres humanos percebem o brilho, o que os humanos fazem em uma escala log2. Isso significa que cada vez que o brilho (ou a quantidade de fótons atingindo seu olho) dobra, você percebe como subindo apenas um ponto em uma escala linear (ou subindo uma “parada”). Por exemplo, ao olhar para uma cena com uma luz e um pedaço de papel, a luz poderia disparar 32 vezes mais fótons em seu olho do que o papel abaixo, mas para você, a luz ficaria cinco vezes mais brilhante do que o papel.

Você pode descrever o brilho desta luz teórica e do papel usando uma medida padronizada: nits. Um nit é igual a uma candela por metro quadrado(1 nit = 1 cd/m²). Uma candela é tão brilhante como uma vela de cera acesa, então 1 vela = 1 nit. Enquanto isso, um pedaço de papel branco sob um sol brilhante pode ter cerca de 40.000 nits, ou melhor, 40.000 vezes mais brilhante do que uma vela.

Embora o papel sob um sol brilhante atinge 40K nits, dentro de um escritório o papel pode ter apenas 500 nits. Os seres humanos podem perceber tudo isso ao mesmo tempo; na verdade, os humanos podem “perceber” até 20 paradas de brilho em uma única cena. Uma “parada”, lembre-se, é simplesmente um ponto dessa escala log2, o que significa que os seres humanos podem simultaneamente perceber em uma cena um milhão de vezes mais brilho do que a parte mais escura dessa cena.

Brilho e HDR

Então, como tudo isso se relaciona com HDR? Primeiro, o objetivo da HDR era simples: produzir em uma tela uma aproximação de uma cena extremamente brilhante. Dolby, a primeira empresa a começar a testar um padrão para HDR, encontrou 10 000 nits para ser o melhor lugar para sua configuração de teste. É por isso que a função de transferência eletro-óptica comum, ou EOTF, que é usada por todos os padrões de HDR, tem limites de 10K de brilho. O EOTF é a função matemática para transferir um sinal eletrônico para o sinal óptico desejado – isto é. Função digital para analógica.

Para comparação, a referência para BT.709 cai em 100 nits, o que significa na nossa escala, o HDR tem mais seis paradas de alcance do que SDR. Para referência, o SDR cobre 1-100 nits, ou cerca de seis paradas e meio de brilho. O HDR enquanto isso, idealmente, cobre 13,5 paradas. Portanto, a amplitude de brilho representável pelo HDR é o dobro do SDR, na medida em que nossa percepção está aguçada.

Utilização

Toda essa informação extra em brilho e cor precisa ser armazenada para mostrar em sua tela. A informação sobre cor e brilho é, em termos digitais, armazenada em binário e exibida por cor. Portanto, X número de bits por cor dá-lhe quantidade de informação (um “bit” é um digital 1 ou 0).

As considerações para o número de bits necessários são duplas: quanto mais bits você tiver, menos bandas você perceberá. Banding é um “salto” de cor ou brilho que ocorre porque não há informações suficientes sobre as cores / brilho intermédias para apresentar uma transição suave. Isso foi visto com maior freqüência no formato GIF original (agora não utilizado) que pode armazenar apenas 8 bits por toda a imagem, resultando em faixas altamente visíveis (apenas 256 cores por quadro!). A desvantagem de usar mais bits por pixel é que a imagem ocupa mais espaço e, portanto, requer mais tempo para transmitir e carregar em qualquer dispositivo.

HDR

O objetivo é representar a cor e o brilho desejados com o menor número possível de bits, evitando bandas. Para SDR. isto era 8 bits por cor, para um total de 24 bits por pixel de qualquer imagem resultante. Felizmente para nós, o binário também é log2, então cada bit que você adiciona efetivamente dobra a informação que você pode armazenar.

Neste caso, importa mais qual é o nível de brilho real transmitido (em outras palavras, as nits). Dez bits apenas não cobrem informações suficientes para alcançar além do o chamado “Limite de Barten” (que é o limiar medido onde as faixas podem se tornar visíveis). Por outro lado, 12 bits podem cobrir mais do que o suficiente para exibir sinais HDR sem bandas e também devem ser capazes de cobrir a gama REC 2020 com facilidade.

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