Log-gamma híbrido

Estándar de alto rango dinámico desarrollado conjuntamente por la BBC y la NHK

La función de transferencia híbrida log-gamma ( HLG ) es una función de transferencia desarrollada conjuntamente por la BBC y la NHK para la visualización de alto rango dinámico (HDR). ^[1] Es compatible con versiones anteriores de la función de transferencia de SDR (la curva gamma ). ^[2] Fue aprobada como ARIB STD-B67 por la Asociación de Industrias y Negocios de Radio (ARIB). ^{[1] [3] [4]} También se define en ATSC 3.0 , Digital Video Broadcasting (DVB) UHD -1 Phase 2 y la Rec. 2100 de la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT) . ^{[5] [6] [7]}

Gráfico que muestra una curva gamma SDR convencional y una curva logarítmica híbrida. HLG utiliza una curva logarítmica para la mitad superior de los valores de la señal, lo que permite un rango dinámico más amplio.

HLG es un formato HDR que utiliza la función de transferencia HLG, colores primarios BT.2020 y una profundidad de bits de 10 bits. ^[8] HLG fue diseñado para ser compatible con versiones anteriores de SDR UHDTV . Sin embargo, HLG no está pensado para ser totalmente compatible con las pantallas SDR tradicionales que no pueden interpretar la colorimetría BT.2020. ^{[8] [9]}

Tanto la función de transferencia HLG como el formato HLG están libres de regalías . ^[2] La compatibilidad con versiones anteriores permite su uso con estándares de transmisión existentes cuando el receptor es compatible con el contenedor de color BT.2020, lo que reduce la complejidad y el costo tanto para los fabricantes de equipos como para los distribuidores de contenido. ^{[1] [10] [9]} Son compatibles con HDMI 2.0b, HEVC , VP9 y H.264/MPEG-4 AVC , ^{[11] [12] [13] [14]} y son utilizados por servicios de video como BBC iPlayer , DirecTV , Freeview Play y YouTube . ^{[15] [16] [17] [18] [19]}

Descripción

HLG está diseñado para ser más adecuado para la transmisión de televisión , donde los metadatos necesarios para otros formatos HDR no son compatibles con versiones anteriores de pantallas que no son HDR, consumen ancho de banda adicional y también pueden desincronizarse o dañarse durante la transmisión. HLG define una función de transferencia óptica-electro no lineal , en la que la mitad inferior de los valores de la señal utiliza una curva gamma y la mitad superior de los valores de la señal utiliza una curva logarítmica . ^{[20] [21]} En la práctica, la señal se interpreta como normal en las pantallas de rango dinámico estándar (aunque capaces de mostrar más detalles en las altas luces), pero las pantallas compatibles con HLG pueden interpretar correctamente la parte logarítmica de la curva de la señal para proporcionar un rango dinámico más amplio. ^{[22] [23] [24]} A diferencia de los otros formatos HDR, no utiliza metadatos. ^[25]

La función de transferencia HLG es compatible con versiones anteriores de la curva gamma de SDR . Sin embargo, HLG se utiliza comúnmente con colores primarios Rec. 2020 que producen una imagen desaturada con cambios de tono visibles en dispositivos no compatibles. ^[26] Por lo tanto, HLG es compatible con versiones anteriores de SDR- UHDTV y mostrará distorsión de color en dispositivos SDR comunes que solo admiten colores primarios Rec. 709. ^[26]

Detalles técnicos

HLG define una función de transferencia no lineal en la que la mitad inferior de los valores de la señal utiliza una curva gamma y la mitad superior de los valores de la señal utiliza una curva logarítmica . ^{[4] [27]}

La referencia OETF de HLG es la siguiente (según se define en ARIB STD-B67):

$${\displaystyle E'={\begin{cases}r\,{\sqrt {E}}\ &0\leq E\leq 1,\!\\a\ln(E-b)+c&1<E\end{cases}}}$$

o como sigue (según se define en la Rec. 2100 ): ^[5]

$${\displaystyle E'={\begin{cases}{\sqrt {3E}}\ &0\leq E\leq {\frac {1}{12}},\!\\a\ln(12E-b)+c&{\frac {1}{12}}<E\leq 1\end{cases}}}$$

dónde

• E es la señal de luz lineal normalizada por el nivel de blanco de referencia en el rango de ARIB STD-B67 y en el rango de Rec. 2100. ${\displaystyle \left[0,12\right]}$ ${\displaystyle \left[0,1\right]}$
• E' es la señal no lineal resultante
• r es el nivel de blanco de referencia y tiene un valor de señal de 0,5
• y las constantes a , b y c se definen como a = 0,17883277, b = 1 - 4 a = 0,28466892 y c = 0,5 - a ln(4 a ) = 0,55991073

El valor de la señal es 0,5 para el nivel de blanco de referencia, mientras que el valor de la señal para 1 tiene una luminancia relativa que es 12 veces mayor que el nivel de blanco de referencia. ^[27] ARIB STD-B67 tiene un rango nominal de 0 a 12. ^[28] HLG utiliza una curva logarítmica para la mitad superior de los valores de la señal debido a la ley de Weber . ^[27]

La referencia OOTF de HLG es la siguiente: ^[5]

$${\displaystyle {\begin{cases}F_{D}=OOTF[E]=\alpha Y_{S}^{\gamma -1}E\!\\R_{D}=\alpha Y_{S}^{\gamma -1}R_{S}\!\\G_{D}=\alpha Y_{S}^{\gamma -1}G_{S}\!\\B_{D}=\alpha Y_{S}^{\gamma -1}B_{S}\!\\Y_{S}=0.2627R_{S}+0.6780G_{S}+0.0593B_{S}\end{cases}}}$$dónde

• ${\displaystyle F_{D}}$es la luminancia de un componente lineal mostrado en cd/m ² . ${\displaystyle R_{D},G_{D},B_{D}}$
• ${\displaystyle E}$es una señal para cada componente de color {Rs, Gs, Bs} proporcional a la luz lineal de la escena normalizada al rango . ${\displaystyle \left[0,1\right]}$
• ${\displaystyle Y_{S}}$es la luminancia de la escena lineal normalizada.
• ${\displaystyle \alpha }$es la variable de ganancia del usuario en cd/m2 ^. Representa LW, la luminancia pico nominal de una pantalla para píxeles acromáticos.
• ${\displaystyle \gamma }$es el sistema gamma. = 1,2 en la luminancia máxima de pantalla nominal de 1000 cd/m ² . ${\displaystyle \gamma }$

La referencia EOTF de HLG es la siguiente: ^[5]

${\displaystyle F_{D}=OOTF[OETF^{-1}[max(0,(1-\beta )E'+\beta )]]}$

dónde

• ${\displaystyle F_{D}}$es la luminancia de un componente lineal mostrado en cd/m ² . ${\displaystyle R_{D},G_{D},B_{D}}$
• ${\displaystyle E'}$es la señal eléctrica no lineal en el rango . ${\displaystyle R',G',B'}$ ${\displaystyle \left[0,1\right]}$
• ${\displaystyle \beta ={\sqrt {3(L_{B}/L_{W})^{1/\gamma }}}}$es la variable para elevar el nivel de negro del usuario.
• ${\displaystyle L_{W}}$es la luminancia máxima nominal de la pantalla en cd/m2 ^para píxeles acromáticos.
• ${\displaystyle L_{B}}$es la luminancia de la pantalla para el color negro en cd/ ^m2 .

HLG no necesita utilizar metadatos ya que es compatible tanto con pantallas SDR como con pantallas HDR . ^{[1] [3]} HLG se puede utilizar con pantallas de diferente brillo en una amplia gama de entornos de visualización. ^[3]

El rango dinámico que puede percibir el ojo humano en una sola imagen es de alrededor de 14 pasos . ^[27] Una pantalla de vídeo SDR con una curva gamma de 2,4 y una profundidad de bits de 8 bits por muestra puede mostrar un rango de alrededor de 6 pasos sin bandas visibles . ^[27] Las pantallas de vídeo SDR profesionales con una profundidad de bits de 10 bits por muestra extienden ese rango a alrededor de 10 pasos. ^[27] Cuando HLG se muestra en una pantalla de 2000 cd/m2 ^con una profundidad de bits de 10 bits por muestra, puede mostrar un rango de 200 000:1 o 17,6 pasos sin bandas visibles. ^[27]

HLG aumenta el rango dinámico del video en comparación con una curva gamma convencional al usar una curva logarítmica para la mitad superior de los valores de la señal. ^[27] HLG también aumenta el rango dinámico al no incluir la parte lineal de la curva gamma convencional utilizada por Rec. 601 y Rec. 709. [ ^29] La parte lineal de la curva gamma convencional se usó para limitar el ruido de la cámara en videos con poca luz, pero ya no es necesaria con las cámaras HDR . ^[29]

La tecnología HLG está respaldada por la Rec. 2100 con una luminancia pico nominal de 1000 cd/m2 ^y un valor gamma del sistema que se puede ajustar en función de la luminancia de fondo. ^{[5] [30]}

HLG se admite en HEVC con una fórmula que es matemáticamente equivalente a ARIB STD-B67 pero tiene un rango nominal de 0 a 1 en lugar de 0 a 12: ^[28]

$${\displaystyle V={\begin{cases}{\sqrt {3}}\cdot L_{c}^{0.5}&{\frac {1}{12}}\geq L_{c}\geq 0,\!\\a\cdot \ln(12L_{c}-b)+c&1\geq L_{c}>{\frac {1}{12}}\end{cases}}}$$

dónde

• L _c tiene un rango nominal de 0 a 1 y V es la señal no lineal resultante
• Las constantes a , b y c se definen como a = 0,17883277, b = 1 - 4 a = 0,28466892 y c = 0,5 - a ln(4 a ) = 0,55991073

Historia

Comienzo

El 15 de mayo de 2015, la BBC anunció que había comenzado a trabajar con la NHK para desarrollar una propuesta conjunta de HDR que se propondría a la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT). ^[31] El 9 de junio de 2015, se propuso HLG al JCT-VC para la codificación de video de alta eficiencia (HEVC) y se agregó al borrador de junio de 2015 de las extensiones de codificación de contenido de pantalla. ^{[32] [12]}

Más tarde ese año, Sony mostró video HLG en una pantalla HDR modificada en la conferencia SMPTE 2015. ^{[33] [34]} Colorfront anunció que su software Transkoder 2016 soportaría salida HDR usando HLG. ^[35] LG anunció que sus televisores OLED 4K 2015 soportarían HDR de HLG y cuantificador perceptual (PQ). ^[36] Blackmagic Design lanzó una actualización para DaVinci Resolve que agregó soporte para HLG.

SKY PerfecTV! anunció que utilizará HLG para transmitir programación HDR 4K UHDTV a sus suscriptores satelitales en Japón. ^{[37] [38]} Harmonic Inc. y la NASA anunciaron la captura HDR de un lanzamiento de Atlas V que se transmitió al día siguiente en NASA TV utilizando HLG. ^[39] El Centro de Televisión del Vaticano transmitió la ceremonia de la Puerta Santa utilizando HLG y el espacio de color Rec. 2020. ^[40]

2016

Organismos del sector:

• El Ultra HD Forum anunció sus pautas para la Fase A de UHD, que incluye soporte para HLG. ^{[41] [42]} El Ultra HD Forum también definió HLG con una profundidad de bits de 10 bits y el espacio de color Rec. 2020. ^[42]
• La UIT anunció la Rec. 2100 que define dos funciones de transferencia HDR que son HLG y PQ. ^{[5] [30]}
• Digital UK publicó su especificación 2017 para Freeview Play que incluye soporte para HDR usando HLG. ^[16]
• La Junta Directiva de Transmisión de Vídeo Digital (DVB) aprobó la Fase 2 de UHD-1 con una solución HDR que admite HLG y PQ. ^{[6] [43]} La especificación se ha publicado como DVB Bluebook A157 y será publicada por el ETSI como TS 101 154 v2.3.1. ^{[6] [43]}
• HDMI anunció que se había agregado soporte HLG al estándar HDMI 2.0b. ^{[11] [44] [45]}

Hardware:

• Leader Electronics Corporation anunció sus monitores de forma de onda 12G-SDI con soporte para HLG. ^[46]
• Harmonic Inc. lanzó una actualización para el codificador ViBE 4K UHD que agregó soporte para HLG. ^[47]
• Canon Inc. anunció que lanzará actualizaciones de firmware para las pantallas de referencia DP-V2410 y DP-V3010 para agregar soporte para HLG. ^[48]
• Sony anunció el monitor OLED PVM-X550 con soporte para HLG. ^[49] Sony también anunció una actualización de firmware para el monitor OLED BVM-X300 para agregar soporte para HLG. ^[49]
• Sony anunció que en octubre lanzaría una actualización de firmware para agregar HLG a su monitor OLED BVM-X300. ^[50]
• Sony anunció que su proyector VPL-VW675ES soportará HLG. ^[51]
• El sitio web Trusted Reviews informó que Samsung les había dicho que todos sus televisores HDR 2016 podrían soportar HLG con una actualización de firmware. ^[52]
• Atomos actualizó su producto Shogun Inferno para incluir entrada y salida HLG para grabación, monitoreo, edición y diseño desde cámaras y computadoras, así como también hacia televisores compatibles con HLG. ^[53]

Software:

• Avid Technology lanzó una actualización para Media Composer que agregó soporte para HLG. ^{[54] [55]}
• Google anunció Android TV 7.0 que admite HLG. ^{[13] [56]}

Locutores:

• Dome Productions anunció que comenzarán las pruebas de HLG para ofrecer contenido HDR. ^[57]
• SKY Perfect JSAT Group anunció que el 4 de octubre comenzarán las primeras transmisiones 4K HDR del mundo utilizando HLG. ^[58]
• Eutelsat anunció que lanzará un nuevo canal utilizando HLG. ^[59]
• Google anunció que YouTube comenzará a transmitir videos HDR que pueden codificarse con HLG o PQ. ^{[60] [15]}
• La BBC anunció que agregaría una edición HLG de 4 minutos de su serie Planet Earth II a su plataforma BBC iPlayer IPTV para pruebas públicas en UHD. ^[61]
• Mediapro/Overon anunciaron que transmitirán la Liga Española de Fútbol (LFP) a nivel mundial mediante emisiones 4K HDR basadas en HLG

2017

Organismos del sector:

• ATSC lanzó el estándar de video para ATSC 3.0 que incluye soporte para HLG. ^[7]

Hardware:

• LG Corporation anunció que sus televisores Super UHD 2017 serán compatibles con HLG. ^[62]
• Panasonic anunció que su televisor OLED 2017 será compatible con HLG. ^[63]
• Sony anunció que sus televisores OLED 2017 serán compatibles con HLG. ^[64]
• JVC anunció que sus proyectores 4K 2017 serán compatibles con HLG. ^[65]
• LG Corporation anunció que agregará soporte para HLG a sus televisores OLED 2016 y sus televisores Super UHD 2016 con una actualización de firmware. ^[66]
• Sony anunció que agregará soporte para HLG a sus televisores 4K 2017 con una actualización de firmware. ^[67]
• Panasonic anunció que agregará soporte para HLG a varios modelos de sus televisores 4K 2016 con una actualización de firmware. ^[68]
• Philips anunció que sus televisores 4K 2017 serán compatibles con HLG y que agregará soporte para HLG a varios modelos de sus televisores 4K 2016 con una actualización de firmware. ^[69]
• Sony comenzó a lanzar actualizaciones de firmware para varios de sus modelos de Android TV de 2016 y 2017 que agregan soporte para HLG. ^[70]
• Panasonic lanzó la actualización de firmware 2.0 para la Panasonic Lumix DC-GH5 que agregó soporte para grabación HLG. ^[71]
• Panasonic comenzó a lanzar actualizaciones de firmware para varios de sus modelos de TV 2016 que agregan soporte para HLG. ^[72]
• Qualcomm anunció el Qualcomm Snapdragon 845 que incluye soporte para HLG. ^[73]

Software:

• Adobe Systems anunció actualizaciones para Adobe Creative Cloud que incluyen soporte para HLG. ^[74]
• Apple lanzó una actualización de firmware para Final Cut Pro X que incluye soporte para HLG. ^[75]

Locutores:

• Eutelsat anunció que su servicio de video Hot Bird incluiría el canal Travelxp 4K que utiliza HLG. ^[76]
• La BBC anunció que Blue Planet II estaría disponible en 4K HDR en BBC iPlayer usando HLG. ^[17] Blue Planet II estará disponible en el servicio BBC iPlayer desde el 10 de diciembre de 2017 hasta el 16 de enero de 2018. ^[77] La ​​BBC afirma que casi 400 modelos de TV tienen soporte para HLG, que incluye modelos de TV de Finlux , Hisense , Hitachi, LG, Panasonic, Philips, Samsung, Sony y Toshiba. ^{[17] [77]}
• DirecTV comenzó a transmitir HLG HDR en sus canales 4K 104 y 106. ^{[18] [19]}

2018

• Vizio anunció el soporte de HLG para sus modelos 2018. ^[78]

2019

• Panasonic anunció la compatibilidad con HLG en sus cámaras sin espejo de fotograma completo S1 y S1R que se lanzarán en marzo de 2019. ^[79]

2020

• Sky UK anunció que su popular decodificador Sky Q tendrá soporte HLG a partir del 27 de mayo de 2020. ^[80]
• Apple lanzó la serie iPhone 12 con soporte de grabación de video HLG a través del perfil Dolby Vision 8.4, que agrega una capa de metadatos Dolby Vision sobre el metraje HLG. ^[81]

Véase también

• Rango dinámico
• Corrección gamma
• Representación de alto rango dinámico
• Imágenes de alto rango dinámico
• Vídeo de alto rango dinámico

Referencias

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Enlaces externos

• Norma ARIB-B67
• T. Borer y A. Cotton, Un sistema de televisión de alto rango dinámico "independiente de la pantalla", Informe técnico de investigación y desarrollo de la BBC WHP 309, septiembre de 2015