wrzesień 2011 - Blog SkalibrujTV

xvYCC (x.v.Colour) i Deep Colour, czyli gdy technologia...

xvYCC (x.v.Colour) – nowa, szersza paleta barw?

Jako posiadacz, lub przyszły posiadacz nowego telewizora na pewno usłyszysz, od sprzedawcy w sklepie / broszury reklamowej producenta / z pokazowego video, o innowacyjnej, rewolucyjnej i w ogóle niezbędnej do życia funkcji szerszej palety barw, której oficjalna nazwa to xvYCC (inne to np. x.v.Colour, używane przez Sony).

„Zaraz, zaraz, szersza paleta barw…?” – Powie czytelnik bloga – „Przecież, w ostatniej publikacji pt. czym jest gamut pisałeś, Maciej, że standardem w jakim wydane są filmy i jakiego należy się trzymać jest Rec. 709. Czy istnieje w takim razie jakaś alternatywa?” Krótka odpowiedź zabrzmi: istnieje w teorii, w praktyce nie warto zaprzątać sobie tym głowy…

Historia narodziła się wraz z nastaniem panowania telewizorów LCD. Nowoczesne wyświetlacze nie posiadają już takich ograniczeń w reprodukcji barw, jaka dotykała ekrany CRT i są w stanie oddawać większość kolorów widzialnych. Przypomnijmy jakie spektrum barw ogarnia obecny standard ITU-R Bt. 709

Przypomnę, że całe kolorowe pole, to barwy rozróżniane ludzkim okiem. Trójkąt w środku to zakres kolorów jakie mogą powstać z mieszania barw podstawowych – czerwonej, zielonej i niebieskiej leżących na wierzchołkach, których położenie określa jednoznacznie standard Rec.709

Kolory na ekranie podlegają mieszaniu addytywnemu („dodają się do siebie”), sposobem na poszerzenie palety barw jest więc zaadaptowanie nowych punktów skrajnych (wierzchołków) i tym samym objęcie większej ilości barw. Jest jednak pewien poważny problem. Jak napisałem w temacie „czym jest gamut”.

Każde cyfrowe Video to nic innego jak ciągi informacji o ilości mieszanych barw składowych na każdym pikselu. Czyli swoisty przepis na obraz. Równie ważną jest jednak, wiedza o tym jak każda z tych, barw składowych, dokładnie wygląda.

Jeżeli wyświetlacz jest nieskalibrowany na przykład jego składowa zieleni jest zbyt mało nasycona, jak na przykładzie obok.

Każda mieszanka barw będzie reprodukowana nie tak jak należy. „Białe” przestanie być białe. Paleta kolorów zwyczajnie się skurczy, powodując problemy z obrazem.

Powyższy problem nastąpi też, jeżeli wprowadzimy nowy (lepszy) standard. Mastering nowych produkcji, mógłby być przeprowadzony używając nowych barwników, ale co ze wszystkimi produkcjami, które zostały wydane dotychczas, z barwnikami Rec. 709? Odtwarzanie ich na wyświetlaczu o innej charakterystyce odbiło by się bardzo negatywnie na jakości obrazu. Wprowadzenie nowych norm nie jest wobec tego takie łatwe.

Próbę rozwiązania tego problemu podjęto w roku 1998, jednak ówczesne szkice techniczne nigdy nie zostały przyjęte. Powrócono do nich w 2006r. i zaowocowało to uchwaleniem standardu xvYCC (dokument IEC 61966-2-4).

Co wyróżnia przestrzeń barwną xvYCC?

Aby nie zrywać kompatybilności z dotychczasowymi normami, ustalono, że nowy standard będzie współdzielił pozycję, wszystkich trzech wierzchołków, jak i punktu bieli, z dotychczasowymi normami Rec. 709 i sRGB .

„Zaraz, zaraz…” – mógłby powiedzieć czytelnik – „przecież nowy standard miał obejmować więcej barw, a wychodzi na to, że będzie klonem dotychczasowego…”.

Na pierwszy rzut oka może to tak wyglądać, inżynierowie znaleźli jednak wyjście w czymś, o czym nie nadmieniłem wcześniej. Strumień Video jakie jest serwowane nam na płytach DVD, Blu-Ray, czy w telewizji przenosi informacje o kolorze danego pixela w formacie YCbCr, gdzie:

Y – jasność

Cb – różnica pomiędzy kanałem niebieskim a luminancją

Cr – różnica pomiędzy kanałem czerwonym a luminancją

Pierwsza z tych wartości była do tej pory ograniczona do zakresu 16-235, pozostałe dwie 16-240. Przyczyny tych ograniczeń są zbyt długie aby się o nich rozpisywać. Tak czy inaczej, 8 bitowy kod pozwala rozróżnić 2^8 = 256 różnych wartości, a to więcej niż używano dotychczas. Wartości spoza wcześniej wymienionych zakresów były tak zwanymi „wartościami zakazanymi”, w xvYCC postanowiono zrobić z nich użytek.

Pomysł na xvYCC brzmi więc:

zapomnijmy o martwych ograniczeniach (ale nie zrywajmy kompatybilności), wykorzystajmy dodatkowe 32/37 poziomy (0 – 15, 240/235 – 255) do zakodowania nowych barw.

I tak oto rodzi się nowa figura, rzekomo 80% większa od obecnej.

xvYCC bazuje na wierzchołkach Rec 709, punkty poza gamutem standardowym uzyskiwane są dzięki nowym kodom,

Dzięki temu wszystkie filmy powstałe przy użyciu barwników obecnego standardu mogą być odtwarzane na nowych telewizorach xvYCC bez problemu (oczywiście, o ile wyświetlacz jest poprawnie skalibrowany do przestrzeni Rec 709). Takie zachowanie kompatybilności pozwala stopniowo nasycać rynek telewizorami zgodnymi z nowym standardem.

Ale… czy ten standard faktycznie nadchodzi?

Funkcja szerokiego gamutu swoją premierę miała w 2006. W tym samym czasie pojawiła się nowa specyfikacja HDMI 1.3, która wspiera wspomnianą funkcję. Większość wyświetlaczy sprzedawanych od 06 – 07 roku też wspiera xvYCC.

Nowy standard zachowuje kompatybilność wsteczną, ale co gdy użyjemy filmu kodowanego w nim na starym sprzęcie? Na to pytanie niestety nie ma jednoznacznej odpowiedzi. W lepszym scenariuszu wyświetlacz zwyczajnie obetnie wartości wychodząca poza standardowy zakres. W gorszym efekty mogą być nieprzewidywalne.

Wygląda więc na to, że wszystko zmierza w dobrym kierunku, jednak, zanim dostaniemy pierwszy film kodowany w szerokiej palecie barw, upłynie jeszcze kilka lat. Minęło już 5 lat od uchwalenia nowych standardów, ale na rynku wciąż, większość sprzętu jest nieprzystosowana do przetwarzania video xvYCC. Żadna wytwórnia nie zdecyduje się na mastering materiału z użyciem techniki, która zawęzi grono nabywców. Funkcję należy traktować w tej chwili jako ciekawostkę, jako przygotowanie na coś nadejdzie.

Nie należy dać się zwieść prezentacją sprzedawców, pokazujących, jakich niebywałych barw dostaje obraz z pomocą xvYCC. Owszem, różnice da się zauważyć, inaczej funkcja nie miałaby racji bytu, ale to co znajdziemy w supermarketach to zwyczajna manipulacja obrazem.

Wiedz też czytelniku, że…

Nawet najnowsze płyty i odtwarzacze Blu-ray (czy zanikłe HD DVD) są wciąż ograniczone do kodowania 8 – bitowego sygnału w trybie YCbCr 4:2:0 (o którym napiszę kiedy indziej). Nie pozwalają one i nie ma w najbliższych planach możliwości transmisji strumienia xvYCC.

Przykłady precyzji kolorów
2 bity

4 bity

8 bitów

24 bity (czyli 8 bitów na subpixel)

Deep Colour

A co z „Deep Colour”? Jak już wspominałem wyżej, do tej pory (i przez najbliższe lata) każde video, jakie trafia na rynek kodowane jest w trybie 8 bitów na subpixel w przestrzeni barwnej Rec 709. Przestrzeń barwna, jak już wiemy, ewoluuje. Precyzja koloru też.

Funkcja Deep Colour, wprowadzona wraz z HDMI 1.3 daje możliwość dystrybucji video w precyzji większej niż 8 bitowej, ściślej mówiąc dostępne są nowe warianty 10, 12 i 16 bitowy.

Ilość bitów na subpixel to nic innego jak ilość tonów jakie może uzyskiwać każda składowa barwa R (czerwony), G (zielony), B (niebieski). 8 bitów to 256 możliwości, 10 daje 1024, 12 – 4096 itd.

Jaka z tego korzyść?

Kodowanie z wyższą precyzją pozwala rozbić gamut wycięty wierzchołkami R (czerwony), G (zielony), B (niebieski) na większą ilość punktów, czyli wytworzyć więcej tonów każdej barwy.

Czy nowe tony będą widoczne? Przy przejściu z 8 na 10 bitów, odpowiedź moja jest twierdząca. Dalsze pogłębianie dokładności (vel 10 -> 12 bit) nie jest już tak oczywiste. 8 bitowy przypadające na każdy subpixel pozwala uzyskać 16,7 milionów różnych barw, 10 bitów to aż 1.073 miliarda.

Funkcja deep color nie odnosi się do jakiejś konkretnej przestrzeni barwnej, większa precyzja koloru może dotyczyć zarówno xvYCC jak i Rec 709 (a nawet starego Rec. 601).

Ponownie, podczas prezentacji możliwości deep color, nie należy dać się zwieść materiałom reklamowym przeznaczonym do tego. Zjawisko bandingu kolorów, czyli widocznego odcinania się jednej barwy od drugiej (obrazek po lewo):

To, na video, którym obejrzysz, najczęściej efekt stratnej kompresji obrazu, lub celowej manipulacji, a nie niewystarczającej precyzji kolorów. 256 stopni gradacji to na prawdę dużo.

Po raz kolejny mamy więc do czynienia z funkcją ewolucyjną, a nie rewolucyjną, która jak dotąd i w najbliższych latach nie zagości pod naszymi dachami.

Author: Maciej Koper 26 września 2011 5

Gamut czyli przestrzeń barw – co to właściwie jes...

W raportach z kalibracji zawsze zawarta jest analiza gamutu barw. W temacie tym postaram się jak najprzystępniej wytłumaczyć czym jest przestrzeń barw (czyli gamut), jakie standardy jej dotyczą i jakie znaczenie ma ona w kalibracji.

Zastanówmy się czym jest kolor. Odpowiedź na to nie jest w brew pozorom prosta. Na początku XX wieku rozpoczęto badania nad tym jak ludzkie oko postrzega barwy.

Wysnuto wniosek, że oko zasadniczo reaguje na trzy rodzaje fal (X, 420–440 nm), (Y, 530–540 nm), (Z, 560–580 nm). Jak na wykresie

Analizując te fale, w 1931 roku, międzynarodowa komisja (CIE) ustanowiła pierwszą przestrzeń barwną. Empirycznie zbadano ile barw potrafi przeciętny człowiek wyróżnić i zaklasyfikowano je w tą przestrzeń.

Ukazuje je właśnie powyższa figura. Na krawędzi jej poprowadzona jest linia i opisana długość fal, jaka docierając do oka daje generuje kolor.

Poza figurą, też w pewnym sensie istnieją barwy, w postaci nieskończonych ilości fal o różnej długości. Te niewiele wykraczające poza zakres widzialny ludzkim okiem np. podczerwień, ultrafiolet są rozróżnialne przez niektóre zwierzęta.

W rzeczywistości wykres powinien być trójwymiarowy, ale dla prostszego odczytu różnic pomiędzy kolorami został on rzutowany na planszę 2D. Do opisu koloru używa się teraz współrzędnych xyY, gdzie

Y – jasność (luminancja) wybranej barwy
x, y – chromatyczność (współrzędne na płaszczyźnie)

Mówiąc o współrzędnych płaszczyzny, chromatyczność można dalej rozbić na dwie cechy: odcień i nasycenie. Jeżeli wbijemy patyk w samo serce figury jak na poniższym rysunku

Kręcąc wokół własnej osi jak pokazują szare strzałki zmianie ulegnie odcień koloru. Poruszając się natomiast wzdłuż manipulować będziemy nasyceniem danej barwy, pozostawiając ten sam odcień.

Ponieważ kolory mieszają się addytywnie czyli „dodają się do siebie” wybranie trzech z nich wykreślna na płaszczyźnie wierzchołki trójkąta. Uzyskanie dowolnego punktu z wnętrza tego trójkąta będzie możliwe mieszając jego barwy wierzchołkowe.

Jak łatwo się teraz domyśleć powszechnie znane kolory podstawowe: R (czerwony), G (zielony), B (niebieski) również wykrajają pewną część Gamutu. Figura która powstaje jest ściśle zdefiniowana w standardzie ITU-R Bt. 709. To właśnie ten standard używany jest podczas masteringu filmów i w konsekwencji nim posługujemy się podczas kalibracji. Oto i on

Na czym polega kalibracja Gamutu?

Każde cyfrowe Video to nic innego jak ciągi informacji o ilości mieszanych barw składowych na każdym pikselu. Czyli swoisty przepis na obraz. Równie ważna jest jednak, wiedza o tym jak każda z tych, barw składowych, dokładnie wygląda.

Jeżeli wyświetlacz jest nieskalibrowany na przykład jego punkt zieleni jest zbyt mało nasycony, jak na przykładzie obok.

Każda mieszanka barw będzie reprodukowana nie tak jak należy. „Białe” przestanie być białe. Paleta kolorów zwyczajnie się skurczy, powodując problemy z obrazem.

Jednym z celów kalibracji TV jest umieszczenie barw pierwszorzędnych (czyli R G B) na swoich pozycjach, które przyjął standard i producenci filmowi. Ich właściwe, opisane przez standard, pozycje (x,y) to:

Punkt bieli		Wierzchołki
x_W	y_W	x_R	y_R	x_G	y_G	x_B	y_B
0.3127	0.3290	0.64	0.33	0.30	0.60	0.15	0.06

Mieszając kolory dwóch wierzchołków leżących na wspólnym boku uzyskujemy tzw. kolor drugorzędny. Z mieszanki zielonego i czerwonego powstaje żółć (Yellow), zielonego i niebieskiego – błękit (Cyan), niebieskiego i czerwonego – turkus (Magenta). Niezależna korekta kolorów drugorzędnych jest często możliwa w telewizorach z wyższej półki.

Czemu ten trójkąt jest taki mały?

Niestety, standard, w jakim powstały (i będą powstawać przez najbliższe lata) filmy High Definition, nie używa wszystkich kolorów widzianych przez człowieka. Czy jesteś zdziwiony? 🙂 Właściwie to nie używa nawet połowy z nich.

Dlaczego tak jest? To pytanie, podobnie jak to dlaczego TV nie są kalibrowane fabrycznie należałoby skierować do producentów. W tym przypadku sprawdza się reguła: jeżeli nie wiadomo o co chodzi, chodzi o pieniądze. W 1990 roku, kiedy został przyjęty standard ITU-R Bt. 709 na rynku nie było wiele wyświetlaczy potrafiących reprodukować znacznie szersze spektrum kolorów, a koszt produkcji takich, które to potrafią, ówcześnie, przekraczał cenę sprzętu dla przeciętnego konsumenta.

Obecnie, większość telewizorów na rynku jest w stanie oddać większą paletę barw pod sztandarem nowego standardu xvYCC (x.v. Colour to ta sama nazwa), ale temat ten zasługuje na swój własny wątek.

A co z funkcjami „poszerzającymi paletę barw”?

Na rynku istnieje grono (jeśli nie większość) telewizorów reklamowanych funkcjami „poszerzającymi paletę kolorów”. W jaki sposób coś takiego się odbywa? „Magiczną” rolę odgrywa tu elektronika urządzenia, która przelicza sygnał wejściowy względem współrzędnych leżących gdzieś poza granicami standardu w jakim został wydany film. Czy takie podejście ma uzasadnienie…? Nie. Na ekranie pojawią się barwy, których standardowo nie można uzyskać, ale nie są to barwy właściwe, które chciał uzyskać reżyser podczas robienia zdjęć. I tak jeżeli przedmiot na filmie ma mieć kolor czystej czerwieni, to „ulepszona” jej wersja będzie za bardzo przesycona. Efekt „powiększenia palety” będzie tak samo negatywny jak pomniejszenia… ale… marketingowo ładnie brzmi 🙂

Funkcje powiększające paletę barw, czy „poprawiające” kolor, wyłącznie psują obraz.

Jasność barw

Biel to mieszanka trzech barw składowych w odpowiednich ilościach. Ta w standardzie filmowym też ma ściśle określone proporcje. Na płaskim diagramie gamutu nie widać przekłamań z tym związanych (jest dwuwymiarowy, a jasność barwy to trzeci wymiar). Do ustawienia jasności wierzchołków barwnych posiłkujemy się kolejnym wykresem:

Pożądane wartości są procentowymi stosunkami do jasności punktu bieli. Dla ciekawych:

Czerwony: 21,26%
Zielony: 71,51%
Niebieski: 7,21%
Błękitny: 78,73%
Turkusowy: 28,48%
Żółty: 92,78%

Niepoprawnie skalibrowana jasność barw spowoduje równie dotkliwe błędy obrazu co niewłaściwy odcień czy nasycenie.

Tym akcentem zamykam mój mini-wywód o przestrzeni barw, pewnie popełniłem w nim wiele nadużyć, ale mam nadzieję, że pozwoli to lepiej dotrzeć do osób stykających się z tematem po raz pierwszy.

Ciekawskim polecam poniższą animację

Author: Maciej Koper 4 września 2011 1

Panasonic VT30 55″ – Dosięgnąć ideału

Sprawdzimy dziś co potrafi topowy model serii Viera 3D Panasonica. W naszych rękach model 55 calowy, jeszcze gorący po opuszczeniu fabryki.

TV posiada prekalibrowany tryb THX co jest rzadkością w modelach obecnych na rynku. Jakiś czas temu miałem okazję kalibrować starszy model – VT20, też posiadający tryb THX, nastawiałem się więc na minimalną korektę ustawień, bądź pokazaniu klientowi raportu, podziękowanie i wyjście. Myliłem się…

Jak na reprezentanta najnowszej serii neoPlasm przystało TV ma bardzo elegancki design i jak na telewizor plazmowy jest bardzo cienki (37 mm). Niektórzy powiedzą, że nie jest tak futurystyczny jak inne modele na rynku, ale mi osobiście przypada do gustu elegancja Panasonica.

We flagowym modelu na szczęście nie zabrakło możliwości kalibracji przez złącze ISFccc (tu robi za nie złącze sieciowe). Panasonic, z resztą dodaje tą funkcjonalność także w niższej serii GT30, brawa za to.

Tryb isf	tak (z zaawansowaną kalibracją)
Zarządzanie kolorami 3D	Tak
Tryb obrazu	Dynamiczny/Normalny/THX/Kinowy/Gry wideo/Zdjęcia/Pro1/Pro2/ISFccc

Na stronie jest też chwytliwy przypis „(z zaawansowaną kalibracją)”, którego nie ma w serii GT30. Co oznacza ta zaawansowana kalibracja? W serii niższej producent poskąpił możliwości kalibracji kolorów C, M, Y (drugorzędnych) i 10 punktowego ustawiania balansu bieli. Tu wszystko jest na miejscu.

W trybie THX obraz wygląda od razu bardzo przyzwoicie, ale… coś jednak nie gra, można to wychwycić zwracając szczególną uwagę na odcień skóry.

Przeprowadzamy pierwszą analizę obrazu.

I widać że wcale nie jest tak dobrze jak przyzwyczaił mnie do tego model VT20. Obraz wymaga skrupulatnej kalibracji. Sytuację można ocenić na dwa sposoby.

Optymista powie, że obraz jest oddany bardzo wiernie jak na telewizor niekalibrowany.

Pesymista napomknie, że rozmawiamy o trybie THX, gdzie nie powinno być prawie żadnych niedoskonałości.

Ja jako realista przystąpię do kalibracji 🙂

Odczyt czerni na poziomie 0.018cd/m2 oznacza, że jest to (na ten moment) telewizor z najgłębszą czernią na rynku, ale do króla KURO pod tym względem jeszcze trochę brakuje.

Podczas łączenia się z telewizorem możemy wybrać który profil (dostępne są 2) będziemy kalibrować.

ISFccc

Kalibracja Panasonica VT 30 przebiega wręcz książkowo, ustawienia działają przewidywalnie.

Po dwóch godzinach prezentujemy wyniki:

Balans bieli

Bardzo dobre wyniki, barwy składowe zbilansowane poniżej dokładności ludzkiego oka. Punkt gamma (2.2) niemal idealny, występuje jedynie delikatne przyciemnienie najciemniejszych partii obrazu. Rezultat – zarówno deltaE 1976 jak i UV poniżej wartości 3.

Gamut

Wyniki mogą wydawać się złe, jeżeli nie spojrzy się na skale błędu, do której wykresy same się dopasowują.

Dla kogo jest ten TV?

Panasonica VT 30 polecam przede wszystkim osobom, którze cenią sobie najwyższą jakość obrazu i używają TV w ciemnym pomieszczeniu. Flagowy model Panasonica sprawdzi się praktycznie w każdym scenariuszu – grach, filmach HD i SD, telewizji analogowej. Wszystkim, których cena nie odstrasza polecam ten model – jest wart zakupu.

[easyreview title=”Podsumowanie” cat1title=”Obraz przed kalibracją” cat1detail=”Jakość obrazu na ustawieniach fabrycznych” cat1rating=”7″ cat2title=”Obraz po kalibracji” cat2detail=”Jakość obrazu po naszej kalibracji.” cat2rating=”9.5″ cat3title=”Czas trwania usługi” cat3detail=”Im większa ilość gwiazdek tym więcej czasu zajęło uzyskanie powyższego wyniku.” cat3rating=”6″ summary=”This optional summary is automatically calculated. You just provide the text.”]

Author: Maciej Koper 2 września 2011 17

Archives wrzesień 2011