HDR, farverum og kalibrering

HDR, farverum og kalibrering er tre forskellige ting. HDR handler om, hvor stort et område af lysstyrke et signal kan rumme. Et farverum afgrænser de farver, der kan beskrives. Kalibrering er at måle og justere, hvordan en bestemt skærm gengiver farverne. Resultatet afhænger af indholdet, af skærmens paneltype og af forbindelsen mellem skærm og computer (se tilslutninger).

HDR og SDR: hvad er forskellen?

SDR (standard dynamic range) er det klassiske format. SDR-video har en maksimal luminans på omkring 100 cd/m², et sortniveau omkring 0,1 cd/m² og farveområdet Rec. 709/sRGB. HDR (high dynamic range) ændrer, hvordan lysstyrke og farver er repræsenteret i signalet. Formaterne kan rumme omkring 1.000–10.000 nits og giver lysere og mere detaljerede højlys, mørkere skygger og stærkere farver.

Tre forbehold er værd at kende:

• HDR forbedrer ikke skærmens egne egenskaber. Indholdet ser forskelligt ud fra skærm til skærm, og ifølge Wikipedia kunne ingen skærm i 2020 gengive hele det område, HDR-formaterne kan beskrive.
• Et HDR-logo fortæller kun, at skærmen kan modtage HDR-indhold, ikke hvor godt den viser det.
• Skærme med global dæmpning, som de fleste edge-lit LED-skærme, kan ikke vise HDR-indholdets fulde kontrast. Skærme med lokal dæmpning i zoner (se mini-LED) og selvlysende OLED-skærme kommer tættere på.

HDR og bredt farveområde (wide color gamut, WCG) er to forskellige, men supplerende teknologier: HDR udvider lysstyrkeområdet, WCG farveområdet.

Nits og cd/m²: lysstyrke

Lysstyrke (luminans) måles i candela pr. kvadratmeter, cd/m². „Nit“ er et ikke-SI-navn for samme enhed: 1 nit = 1 cd/m². Ifølge Wikipedia ser tallene sådan ud:

• sRGB-specifikationen sigter mod 80 cd/m² for skærme. Skærme, der kalibreres til SDR-tv eller farvekorrektion i studier, bør have 100 cd/m².
• De fleste LCD-skærme til forbrugere har 200–300 cd/m².
• HDR-skærme ligger på omkring 400–2500 cd/m². I 2018 kunne avancerede HDR-skærme til forbrugere nå 1.000 cd/m², i det mindste kortvarigt eller på en lille del af skærmen.

HDR-formater: HDR10, HDR10+ og HLG

Formaterne adskiller sig bl.a. på metadata, de oplysninger der følger videoen. Statisk metadata gælder for hele videoen. Dynamisk metadata kan ændre tilpasningen scene for scene eller billede for billede.

Format	Kurve og bitdybde	Metadata	Kort
HDR10	PQ (SMPTE ST 2084), 10 bit, farveprimærer fra ITU-R BT.2020	Statisk (SMPTE ST 2086, MaxFALL, MaxCLL)	Åben standard annonceret i august 2015 og det mest udbredte HDR-format. Ikke bagudkompatibel med SDR-skærme
HDR10+	Som HDR10	Dynamisk	HDR10 med dynamisk metadata, annonceret i april 2017
HLG (hybrid log–gamma)	10 bit, farveprimærer fra BT.2020	Ingen	Bagudkompatibel med SDR’s gammakurve og lavet til tv-transmission
Proprietære formater	–	Dynamisk	Licensbaserede HDR-formater fra enkelte virksomheder, også med dynamisk metadata

PQ (perceptual quantizer) er standardiseret af SMPTE som ST 2084 og erstatter SDR’s gammakurve. Den dækker luminans fra 0 til 10.000 cd/m². HDR10 er teknisk begrænset til 10.000 nits, men indhold færdiggøres (mastering) typisk til en topluminans på 1.000–4.000 nits. ITU’s Rec. 2100 beskriver HDR-indhold med 10 eller 12 bit, HLG- eller PQ-kurve og Rec. 2020-farveområdet.

Skal HDR bruges på en computerskærm, skal forbindelsen også kunne bære det. HDMI 2.0a tilføjede HDR med statisk metadata, og HDMI 2.0b fik HLG i december 2016. DisplayPort 1.4 tilføjede HDR10-metadata og Rec. 2020-farverummet.

VESA DisplayHDR

DisplayHDR fra VESA er ikke et HDR-format, men en måde at verificere en skærms HDR-ydeevne på. Det bruges mest til computerskærme og bærbare, og alle niveauer skal understøtte HDR10. Tallet i navnet er skærmens mindste topluminans i cd/m², så niveauer som DisplayHDR 400, 600 og 1000 fortæller noget om lysstyrke (der findes også 500 og 1400). Varianterne True Black bygger på dæmpning på pixelniveau og et sortniveau på højst 0,0005 cd/m².

Wikipedia markerer afsnittet om de enkelte niveauer som muligvis forældet, fordi kriterierne er ændret siden DisplayHDR v1.1. Er detaljerne vigtige, bør de slås op hos VESA. Tallet i navnet siger kun noget om topluminans. Kontrast, farveområde og dæmpning har også betydning for, hvordan HDR ser ud.

Kontrast: statisk og dynamisk

Kontrastforholdet er forholdet mellem luminansen af den lyseste og den mørkeste nuance, skærmen kan vise. En moderne LCD-computerskærm ligger typisk på 1000:1, mens tv kan ligge over 4000:1. Dynamisk kontrast måles ikke på samme måde som statisk kontrast, og tallene bør derfor ikke sammenlignes direkte.

Sortniveauet i en LCD er ikke helt sort, fordi de flydende krystaller ikke kan blokere alt baggrundslyset. En selvlysende OLED kan slukke enkelte pixels helt, som beskrevet under OLED-skærm.

Farverum: sRGB, DCI-P3, Adobe RGB og Rec. 2020

Hver RGB-skærm har sit eget farveområde (gamut), afgrænset af en trekant i et farvediagram. Nogle skærme har et mindre farveområde end sRGB, andre et større. Et farverum som sRGB er en standard for, hvilke farver et billede kan angive.

Farverum	Beskrivelse	Andel af CIE 1931-farverummet
sRGB / Rec. 709	sRGB blev foreslået i 1996 og er standardiseret som IEC 61966-2-1:1999. Det er standardfarverummet for internettet. Det bruger samme farveprimærer og hvidpunkt som Rec. 709, men en anden gammakurve	35,9 % (Rec. 709)
Adobe RGB (1998)	Udviklet i 1998 for at rumme de fleste farver, en CMYK-printer kan lave. Bredere end sRGB, især i cyan-grønne nuancer. Standardiseret af IEC som opRGB (IEC 61966-2-5:1999)	52,1 %
DCI-P3	Defineret i 2005 af Digital Cinema Initiatives til digital biografdistribution. Den grønne primærfarve ligger meget tættere på spektralkurven end sRGB’s og Adobe RGB’s, og den røde er dybere end sRGB’s	53,6 %
Rec. 2020	ITU-R BT.2020, standarden for UHD-tv med 3840 × 2160 og 7680 × 4320 pixels og 10 eller 12 bit. Første version blev lagt på ITU’s hjemmeside i august 2012	75,8 %

Procenttallene er målt som dækning af CIE 1931-farverummet. Andre målemetoder giver andre tal; Adobe RGB nævnes fx også med ca. 30 % af de synlige farver målt i CIELAB. Sammenlign derfor kun tal, der er målt på samme måde.

Display P3 er en variant af P3 til skærme med bredt farveområde. Den bruger D65-hvidpunktet og sRGB’s tonekurve. HDR-indhold farvekorrigeres typisk på en P3-D65-skærm.

Vises sRGB-indhold på en skærm med bredt farveområde, kan resultatet se urealistisk ud. Korrekt visning kræver, at skærmen er kalibreret, og at dens farveområde er bredere end billedets farverum.

Angiver et datablad dækning af et farverum, så se efter, hvilket farverum der er målt mod, og hvilken målemetode tallet bygger på. Fuld dækning af hele sRGB-farverummet fortæller, hvor stort et farveområde skærmen kan vise, men ikke hvor præcist den rammer farverne. Det måles i ΔE (se nedenfor).

Bitdybde: 8 bit, 10 bit og FRC

Farvedybde angives i bit pr. grundfarve. Med 8 bit pr. kanal (24-bit farve) fås 16.777.216 farvekombinationer. Med 10 bit pr. kanal kan en skærm vise omkring en milliard nuancer (1.073.741.824). HDR bruger typisk 10 eller 12 bit for at undgå banding, altså synlige trin i overgange. SDR bruger 8 eller 10 bit.

Et panel kan efterligne en højere bitdybde med FRC (frame rate control, tidslig dithering): pixlen skifter mellem to nuancer fra billede til billede, så øjet opfatter en mellemliggende nuance. Nogle producenter kalder 8-bit-paneler med FRC for 30-bit-paneler, men ægte deep color-skærme har 10 bit eller mere uden FRC. FRC kan i nogle tilfælde give synligt flimmer i billedet og ses tydeligst i mørke toner. Ifølge Wikipedia brugte TFT-paneler i 2020 ofte FRC til at vise 30-bit deep color eller HDR10 på 24-bit-paneler. De fleste TN-paneler kan kun vise 6 bit pr. kanal og bruger dithering eller FRC til at nå 24-bit farve (se paneltyper).

Gamma, hvidpunkt og delta E

• Gamma: I de fleste computerskærmsystemer kodes billeder med en gamma på ca. 0,45 og afkodes med den omvendte værdi, 2,2. sRGB bruger ikke en ren potensfunktion, men har en afkodningsgamma tæt på 2,2 over det meste af området og et lineært stykke nær sort.
• Hvidpunkt: D65 er CIE’s standard-dagslyslyskilde, altså gennemsnitligt dagslys med en korreleret farvetemperatur på ca. 6500 K (præcist 6504 K). sRGB fastsætter et hvidpunkt på 6500 K for skærme.
• Farvenøjagtighed: måles i ΔE (delta E). Jo lavere tal, desto mere præcis gengivelse. Som tommelfingerregel kan en ΔE under 1 ikke ses af det menneskelige øje, og 2–4 anses for god. Formlerne var oprindeligt lavet, så en forskel på 1,0 svarer til den mindste mærkbare forskel, men for CIE76-formlen er den senere revideret til 2,3. Tallet afhænger altså af, hvilken formel der bruges.

Kalibrering og profilering

Farvestyring (color management) skal sikre ensartede og præcise farver på tværs af skærme, printere og kameraer ved hjælp af farveprofiler. To begreber bruges ofte i flæng, men er ikke helt det samme:

Begreb	Hvad det er	Resultat
Profilering (karakterisering)	At måle en enheds farvegengivelse i forhold til et standardfarverum med et kolorimeter eller et spektrofotometer	En ICC-profil
Kalibrering	Minder om profilering, men kan også omfatte justering af selve skærmen og ikke kun måling	En skærm, der er justeret mod et mål, fx gamma 2,2 og hvidpunkt D65

En ICC-profil er et datasæt, der beskriver en enheds eller et farverums farveegenskaber efter standarder fra International Color Consortium (ICC). Alle enheder, der optager eller viser farver, kan profileres, og man kan selv lave profiler, typisk med et tristimulus-kolorimeter eller et spektrofotometer.

Behovet afhænger af brugen. Er det vigtigt, at farverne passer sammen mellem flere enheder, fx skærm og printer, er farvestyring relevant.

Læs videre

Opløsning og pixeltæthed er forklaret i skærmopløsning, og forsiden giver overblikket over skærmens dele. Forkortelser som ΔE, FRC og PQ samles i skærmordbogen.