Wat is HDR?
High dynamic range: het lijkt wel een toverwoord voor verbeterde beeldkwaliteit. Maar is dat wel zo? Wat betekent HDR voor een televisie of een computermonitor of tv, en wat voor verbetering mag je eigenlijk verwachten? En is elk HDR-scherm even goed als alle andere? Hoe ziet het met standaarden? En content? Kortom: het is tijd om wat overzicht te scheppen rond het begrip HDR.
De laatste jaren zien we met de regelmaat van de klok nieuwe technologie in onze beeldschermen verschijnen. Enkele jaren geleden was er Ultra-HD 4K, daarna kwam er een breder kleurbereik, en nu heeft iedereen de mond vol van HDR of high dynamic range. Vooral in het televisielandschap heeft HDR heel wat verandering veroorzaakt, maar ook de pc-wereld werpt zich ondertussen op HDR. Wat is HDR nu eigenlijk?
01 - Wat is HDR?
Dynamic range is een ander woord voor contrast: de verhouding tussen het donkerste zwart en het helderste wit dat je scherm kan weergeven. Maar wacht even, contrast-ratio’s zijn toch al enkele jaren ontzettend hoog, als we fabrikantenspecificaties mogen geloven? Klopt, maar dat is omdat contrast gemeten wordt in ideale, vaak onrealistische omstandigheden.
Bij dynamisch bereik is dat anders. We spreken van het donkerste zwart en het helderste wit dat je effectief nog op het scherm kunt onderscheiden. En bovendien moet het scherm die extreme waarden kunnen tonen zonder zichtbare beeldartefacten zoals posterisatie of kleurbanden. Dynamisch bereik is dan ook een veel realistischere weergave van de prestaties van een scherm.
Onze huidige content noemen we tegenwoordig vaak SDR (standard dynamic range). HDR, high dynamic range dus, biedt een hogere helderheid en lagere zwartwaardes. Maar dat is niet alles: HDR levert, zoals we zullen zien, ook meer schaduwdetail én een uitgebreid kleurbereik.
02 - Wat heb je er aan?
Om het nut van HDR te verduidelijken, komt het begrip luminantie of lichtsterkte om de hoek kijken. De luminantie van de zon is ongeveer 1 miljard cd/m², binnenhuisverlichting is goed voor 10.000 units en een bewolkte lucht haalt nog steeds 2.000 units. De typische helderheid van een televisie of monitor is maar 250 cd/m². Vandaar dat beelden er vaak wat flets uitzien vergeleken bij de werkelijkheid.
HDR mikt in eerste instantie op een hogere helderheid, zodat het beeld realistischer is. Zo’n hoge helderheid hebben we enkel nodig in beperkte delen van het beeld; je hebt dus geen zonnebril nodig om HDR-content te bekijken. Die hogere helderheid maakt het mogelijk om meer witdetail te tonen, bijvoorbeeld in een zonnig sneeuwlandschap.
Ook de zwartwaarde wordt verbeterd. Huidige schermen kunnen vaak maar een dynamisch bereik van 1.000:1 tot 3.000:1 weergeven, terwijl ons oog ongeveer 10.000:1 aankan. Grotere helderheid en betere zwartweergave vormen daarmee een enorme stap richting realistische beelden.
Bij het uitwerken van de HDR-standaarden is gedacht aan een belangrijk detail: ons oog is het gevoeligst voor kleine veranderingen bij weinig licht. De stappen tussen zwart en wit zijn daarom niet allemaal even groot: in de donkerste tinten zijn ze heel klein, richting wit worden ze steeds groter, omdat ons oog daar minder gevoelig is voor verandering. Daarom kunnen HDR-beelden veel mooier en gedetailleerder schaduwdetail tonen, zonder kunstmatige helderheid en sfeerverlies. HDR kan heel helder detail met heel donker detail in één beeld combineren.
03 - Hoe zit het met kleur?
Strikt genomen heeft HDR enkel te maken met wat we hierboven beschreven hebben. Maar in de praktijk heeft men er ook gebruik van gemaakt om de kleurweergave te verbeteren. Onze huidige schermen gebruiken de Rec.709 standaard om hun kleurbereik aan te duiden. Maar heel felle, diepe (sterk gesatureerde) kleuren zoals bijvoorbeeld auberginepaars of brandweerwagenrood vallen buiten het bereik van deze standaard.
De nieuwe standaard Rec.2020 is heel wat ruimer en bevat bijna alle natuurlijk voorkomende kleuren. Om dit te bereiken moeten de primaire kleuren van het beeldscherm (rood, groen en blauw) bijzonder puur zijn (technisch: ze mogen maar een zeer smalle frequentieband gebruiken). Dat is een bijzonder moeilijke opgave, zeker als het energieverbruik redelijk moet blijven. In de praktijk mikken de huidige HDR-schermen op een iets kleiner kleurbereik dat beschreven wordt in de standaarden voor digitale cinema, namelijk DCI-P3.
©PXimport
Kleurdiepte en bitdiepte
Zoals gezegd vereist dynamisch bereik dat je het volledige bereik kunt weergeven zonder artefacten zoals kleurbanden. Om daar aan te voldoen hebben schermen een grotere kleurdiepte (of bitdiepte) nodig. De huidige 8bits-standaard die 256 stappen mogelijk maakt, volstaat niet meer. Voor hdr en voor een groter kleurbereik moeten we naar 10bit-weergave. Daarmee zijn 1024 stappen mogelijk en kunnen in totaal meer dan 1,07 miljard kleurtinten gemaakt worden. Sommige standaarden kijken zelfs al naar een toekomstige 12bit-weergave.
04 - De HDR-standaarden
Zoals bij elke technologische vernieuwing woedt rond HDR een strijd tussen verschillende standaarden. Welke de overhand krijgt is koffiedik kijken, dus we lopen ze langs op volgorde van huidig belang.
HDR10: Dit is zonder twijfel de basisstandaard voor HDR-weergave. HDR10 is op alle HDR-tv’s aanwezig en wordt gebruikt in spelconsoles en pc-omgevingen. HDR10 kan signalen tot 10.000 cd/m² bevatten, maar voorlopig is de meeste content beperkt tot 1000 - 4000 cd/m². Aangezien geen enkele tv dergelijke helderheid kan tonen, bevat het signaal metadata die de tv gebruikt om het signaal zo goed mogelijk weer te geven binnen zijn beperkingen.
HLG: 'Hybrid log gamma' is vooral op tv-uitzendingen gericht. Een HLG-signaal kan op zowel een hdr- als een sdr-televisie weergegeven worden. Zo hoeft er maar één signaal uitgezonden te worden. HLG is op bijna alle moderne televisies aanwezig.
Dolby Vision: Ook deze standaard kan tot 10.000 cd/m² gaan en gebruikt bovendien dynamische metadata. HDR10 signaleert enkel aan het begin van de video zijn metadata. Dolby Vision kan dat per scène of per beeld aanpassen. De televisie heeft dan veel meer informatie om het beeld zo goed mogelijk weer te geven. De standaard wordt ondersteund op een aantal tv-modellen van LG, Sony en Loewe.
HDR10+: Een opvolger van HDR10, die net als Dolby Vision ook gebruik maakt van dynamische metadata. Hij wordt voorlopig enkel ondersteund op televisies van Samsung, Panasonic en Philips.
©PXimport
Compatibiliteit HDR
De verschillende standaarden zijn slechts zeer beperkt onderling compatibel. HDR10+ is achterwaarts compatibel met HDR10. Dat betekent dat een HDR10+-video kan worden afgespeeld op een HDR10-scherm. De dynamische metadata worden dan genegeerd en je ziet enkel het HDR10-beeld. Dolby Vision is beschikbaar in verschillende vormen (zogenoemde profielen). Een daarvan maakt gebruik van een basislaag in HDR10 en een aparte datastroom die gecombineerd met de basislaag het Dolby Vision-signaal creëert. Die vorm is compatibel met een HDR10-scherm; dat negeert dan de extra datastroom. In de praktijk wordt dat echter zelden gebruikt. Je mag er dus zeker niet van uitgaan dat een Dolby Vision-video altijd compatibel is met HDR10.
05 - Aanbevelingen voor tv
Wie de markt verkent voor een nieuwe televisie en een model met HDR in huis wil halen, kan dat zonder al te veel zorgen doen. Goede prestaties zijn wel evenredig met de prijs. Idealiter mik je op ongeveer 1.000 cd/m² helderheid en minstens 90% DCI-P3 kleurbereik. Daarvoor kijk je het beste naar de oledmodellen en de top-lcd-modellen. Het prijskaartje voor een 55inch-model is dan snel 2000 euro en hoger. Ook met modellen van 1.500 euro (voor 55 inch) kun je al van HDR genieten, al moet je dan wel inleveren op vlak van helderheid en/of kleurbereik. Zak je onder die prijs, dan worden de HDR-prestaties snel erg beperkt. Het hdr-logo op je tv vertelt je dan enkel dat hij bepaalde standaarden herkent (doorgaans HDR10 en HLG), maar het beeld zal dan nauwelijks verschillen van SDR-weergave.
06 - Waar haal je HDR-content?
Er zijn heel wat verschillende bronnen, maar toch blijft het aanbod voorlopig beperkt. Ultra-HD-blu-ray, de opvolger van blu-ray, bevat bijna altijd HDR-beeld. Het gebruik van HDR10 is verplicht. Optioneel kan er ook een Dolby Vision-versie op de schijf staan. Je hebt er een nieuwe blu-ray-speler voor nodig, of een Xbox One X. Daarnaast vind je HDR-content bij streamingdiensten. Netflix ondersteunt HDR10 en Dolby Vision, YouTube levert HDR10 en HLG en Amazon Video gebruikt HDR10 en HDR10+. Uiteraard is niet alle content in HDR beschikbaar. Ze zijn gemakkelijk bruikbaar op smart-tv, maar op de pc is de ondersteuning voorlopig erg beperkt. Tot slot ondersteunen de spelcomputers Xbox One S, Xbox One X, PS4 en PS4 Pro HDR-games. Die maken allemaal gebruik van HDR10.
©PXimport
HDR-foto’s
In fotografie gebruiken we al veel langer de term HDR. Een algoritme combineert de highlights uit een onderbelicht beeld en het schaduwdetail uit het overbelichte beeld met de normale foto om een HDR-versie te maken. Vooral smartphone-camera’s halen er voordeel uit omdat hun kleinere beeldsensor een beperkt dynamisch bereik heeft. Is een HDR-scherm nodig om HDR-foto’s te bekijken? Neen. Alvorens ze worden opgeslagen als normale jpg-beelden, gaan HDR-foto’s door een tonemapping-algoritme die het uitgebreide dynamisch bereik overzet op het standaard dynamisch bereik van al onze schermen. In tegenstelling tot HDR-video, waarvoor specifieke standaarden gebruikt worden die je scherm moet herkennen, is een HDR-foto dus op elk scherm te bekijken. Er bestaan wel echte HDR-formaten voor fotografie (zoals floating point TIFF/PSD, Radiance RGBE, OpenEXR of JPEG XT), maar die zijn hoofdzakelijk bedoeld voor archivering en gebruik in programma’s voor fotobewerking.
HDR en Ultra-HD-4K
HDR en Ultra-HD-4K, je vindt ze vaak samen terug op de specificatielijst. Bij televisies is dat zelfs altijd het geval. Maar die combinatie is absoluut geen vereiste. Zowel voor beeldmateriaal als schermen is het perfect mogelijk om HDR te gebruiken in combinatie met andere resoluties. Computermonitoren die HDR ondersteunen kunnen dus net zo goed een Full-HD- of QHD-model (2.560 x 1.440) zijn.
07 - HDR-monitors
Bij computermonitors staat HDR nog in de kinderschoenen: een select aantal is er geschikt voor, en dan alleen voor de HDR10-standaard. De organisatie voor videostandaarden VESA heeft drie certificatieniveaus gecreëerd om recht te doen aan verschillende prestatie- en prijsniveaus: DisplayHDR 400, 600 en 1000.
DisplayHDR 400 kunnen we nauwelijks echte HDR noemen. Dit lijkt ons eerder een premium SDR-monitor met iets hogere helderheid. DisplayHDR 600- en 1000-monitoren kunnen wel echte HDR -beelden tonen; bij de laatste ligt de lat zelfs erg hoog. De vereiste helderheid en zwartwaarde combineren zal vermoedelijk een gesegmenteerde achtergrondverlichting en local dimming-techniek vereisen. Zelfs bij televisies zijn er slechts een handvol modellen die dit niveau halen.
Zowel AMD als Nvidia hebben ook een label voor HDR dat duidelijk mikt op gamers. In het AMD-kamp kun je uitkijken naar monitoren die ‘FreeSync 2 HDR’-gecertificeerd zijn. Tot voor kort gebruikte AMD de benaming ‘FreeSync 2’ en lagen de vereisten daarvoor op 400 cd/m² piekhelderheid en 90% P3-kleurbereik. Recent is de naam veranderd naar ‘Freesync 2 HDR’ en is de lat ook iets hoger gelegd, op 600 cd/m². Bij Nvidia is het ‘G-SYNC HDR’-logo je ticket naar het HDR-nirvana. Zij mikken op een equivalent van DisplayHDR 1000. Het prijskaartje is dan ook duizelingwekkend.
©PXimport
08 - HDR op je pc
HDR op je pc is voorlopig nog een lastige onderneming. HDR-support werd geïntroduceerd in de Windows 10 2017 Fall Creators update, maar in de 2018 Spring update is die flink verbeterd. Sinds de Herfst 2018-update worden ook HDR-games ondersteund. Je hebt een recente grafische kaart nodig (AMD gebaseerd op Polaris of Vega architectuur, of Nvidia 900- of 1000-reeks), en een HDR-monitor.
Als verbinding gebruik je het best DisplayPort, zeker als je een Ultra-HD-4K-monitor gekozen hebt. HDMI heeft immers niet genoeg bandbreedte om een 4K 10bit-signaal aan meer dan 30 fps te tonen zonder Chroma subsampling te gebruiken, wat je beeldkwaliteit zeker in een desktop-omgeving kan beïnvloeden. Daarna volstaat om in de instellingen HDR te activeren.
Helaas is Windows-software niet gemaakt voor gebruik met HDR; alleen een korte lijst games ondersteunt dit. Schakel daarom alleen in als je HDR-games speelt. Ook videostreaming in HDR wordt niet zomaar ondersteund op elke pc. Voor Netflix heb je bijvoorbeeld minstens een zevende generatie Intel-cpu (Skylake) nodig.
Kortom: HDR op pc is momenteel nog iets voor de vroege vogels. Je hebt een flink budget nodig voor een hdr-monitor en je moet niet opzien tegen flink wat experimenteerwerk. Beter even wachten tot de prijzen dalen, er meer content beschikbaar is, en het hele ecosysteem wat beter werkt.
©PXimport
