La gran explosión del HDR

Introducción

Vivimos tiempos convulsos en el ámbito del audiovisual. La llegada del «4K», con todo lo que significa esta poderosa sigla (aunque no se entienda bien qué demonios significa) ha irrumpido con fuerza. Tenemos televisores 4K, videoconsolas 4K (o casi), cámaras 4K, móviles 4K…todo gira sobre algo abstracto y poco definido. Es complicado para el común de los mortales hacerse una idea de lo que significa tal cantidad de información en una imagen. Solo gente con ganas de «saber más» llegan a percibir realmente lo que significa.

Sin embargo, por la puerta de atrás ha venido llegando una tecnología que llevaba con nosotros aún más tiempo. Ha estado en las sombras, esperando su momento. Y ha irrumpido con una fuerza que hasta el 4K tiembla a su lado. Hablamos de HDR (otra de esas siglas del demonio) o High Dynamic Range. O en Español, «Alto Rango Dinámico«.

En el pasado escribí dos artículos sobre el tema, a los que me remito, para ENTENDER por encima lo que significa una imagen de Alto Rango Dinámico, o HDR (recordar muy bien esta sigla, la vais a ver hasta en la sopa):

1. https://www.trastomania.com/2011/07/hdr-hdri-y-tone-mapping-historia-teoria-y-practica/
2. https://www.trastomania.com/2014/05/hdr-high-dynamic-range-en-cine-digital-una-primera-aproximacion/

Estos dos artículos cubren de una forma más técnica el «núcleo» de lo que es una imagen HDR, como se generan, etc…

El objetivo de este artículo (que espero que sea ameno, pues es largo de narices) es doble. O triple.

Por un lado se trata de poner en contexto el HDR dentro del ecosistema actual. Con la llegada de los primeros televisores y displays con HDR a nivel consumidor, se ha creado  una «sopa» en el que todo está ligado. Al final, todo es un conjunto de piezas que conforman un puzzle. Desligar lo que ES y lo que NO ES, pero mantenerlo dentro de un conjunto el clave para entender esto.

Por otro, actualizar a día de hoy las posibilidades y el futuro al que se enfrenta el HDR.

Por último, ofrecer una mínima información técnica cara al profano, pero que también sirva al que ya sabe algo más sobre ello.

Qué es una imagen HDR

Una imagen HDR hace referencia a lo INTENSO que puede llegar a ser un color o pixel en concreto. No toda la imagen tiene porqué ser así. Solo determinadas partes (las más intensas)

En el «mundo digital», existe un límite de la luminosidad de la imagen determinado por la pantalla. Esto es, un color siempre se podrá ver como máximo con esa intensidad, independientemente del display. Podemos tener un display que ofrezca mayor luminosidad que otro, pero ambos compartirán la misma propiedad…ese pixel solo podrá llegar a 100. En vídeo se llama IRE, y es la que establece el límite máximo que podrá tener ese color, sea cual sea. A estas imágenes se las denominan SDR (Standard Dynamic Range).

Por lo tanto, una imagen que tenga información más allá de esos 100 niveles, se considera que tiene un RANGO DINÁMICO ALTO (HDR). El problema de esa imagen, que tiene más información de intensidad de brillo, es que no se puede visualizar en un display SDR (el 99% de los displays actuales son SDR). Para poder verla, se tiene que prescindir de esa «propiedad» que consiste en dar más luminosidad (Tone Mapping o falso HDR para entendernos)

Y aquí es donde entran los displays HDR, que permiten, por fín, visualizar una imagen con todas las características de ese brillo más intenso. Un ejemplo muy característico sería este:

Ejemplo de display SDR y display HDR

Se puede observar que el display HDR, a la derecha, ofrece más intensidad de luz, generando un efecto «bloom» o «halo» en la foto (debido a su alta intensidad). No, ese halo no pertenece a la propia imagen. Es porque es así de intensa, genera «deslumbramiento» a la cámara como si fuese en el mundo real.

Pero para que una imagen HDR pueda ofrecer tal tasa de iluminación, los 8bits habituales se quedan escasos. Aunque es posible generar una imagen HDR bajo 8bits, la calidad sería muy pobre. Con lo cual la solución es aumentar de bits y subir hasta 10bits por color o más. ¿Qué significa esto?. Pues gráficamente:

Significa una mejor gradación entre tonos. Es decir, si con 8 bits tenemos como máximo 256 tonos intermedios entre cada color, con 10bits aumentamos a 1024, y con 12bits a 4096.

Ojo, eso NO significa que al tener «más tonos» van a ser «más intensos». Ahí es donde está el error. Simplemente la precisión entre tonos será mucho mejor y evitaremos cosas como el Banding, es decir:

Imágen con banding (8bits) vs simulación de lo que serían 10 bits

Por último, necesitamos unos METADATOS dentro de la propia imagen que nos diga CUANTO de intenso es cada pixel. Aquí entra en juego la «profundidad de bits» de cada pixel, que para HDR necesita ser de 32bits por pixel (no confundir con los bits de color, ojo). Al mezclar uno con otro, tenemos, por fin, la intensidad de CADA COLOR.

Esto, esencialmente, es lo que conforma una imagen con Rango Dinámico Alto.

Por lo tanto, una imagen HDR no está limitada ni por resolución, ni por espacio de color, ni por su profundidad. Puede ser todo lo grande o pequeña que uno quiera, usar 4 colores o usar 4 millones. Lo realmente importante es cuan intensa es. Ya está. Es así de sencillo 😉

El Standard UHD-HDR

Al final, tienen que haber unas normas para definir un formato, y dado que el formato actual basado en Rec.709 se nos ha quedado pequeño, tenemos que saltar a algo nuevo que nos permita evolucionar la calidad de la imagen hasta límites insospechados. Aunque mucho me temo que más tarde o más temprano llegaremos a esos límites.

Este Standard nuevo se llama  ITU-2020, y establece unos mínimos que realmente «marean».

Para empezar, establece la resolución inicial en 4K (3840 x 2160) y la máxima en 8K (7680 x 4320). Tenemos un gran tapiz sobre el que «pintar» de color.

Y aquí es donde llega la segunda cuestión, pues se adopta el sistema de color Rec.2020, el cual establece un «gamut» mucho más alto que el pobre Rec.709.

Si bien Rec.709 cubre aproximadamente el 70% de los colores visibles, Rec.2020 aumenta la cifra hasta el 100%. Dentro de esos 30% de colores hay algunos que son importantes desde el punto de vista visual. Es el caso, en particular, de la zona del amarillo y el dorado (tonos piel) y de la zona del cian y el azul (cielo y aguas tropicales). Además de otros colores «intensos» como los ultravioleta o los neones:

Espacio de color Rec.709 y Rec.2020 sobre el espectro visible

Al final, la suma combinada de todo esto hace imágenes más impactantes, más vibrantes, con más intensidad y más reales. Se benefician los reflejos especulares, destellos, colores iridiscentes, reflejos complejos, etc.

Pero eso NO significa colores más saturados o chillones. No confundamos. Al final, es riqueza de color, no colores estrambóticos. No lo olvidemos. Se puede tener un HDR equilibrado que sea muy natural y pase desapercibido, o tener planos en películas donde el formato de todo lo máximo posible. La última palabra la tiene el colorista, no el formato 😉

El gran «tapado»

Durante estos últimos años el enfoque ha sido hablar sobre el 4K como un gran mantra, la solución a nuestros problemas y una visión del mundo «más real». La resolución, al final, no lo es todo. La tecnología HDR ha estado ahí, esperando su momento, hasta que los fabricantes de displays han decidido ofrecer «algo diferente» que ha pillado un poco con el pie cambiado a todo el sector dedicado al audiovisual. Y lo ha conseguido.

La historia del HDR no es nueva, ya en 1997 se creaban los primeros archivos con una información por pixel enorme, captando varias exposiciones diferentes y así reteniendo toda la potencia lumínica y el detalle más pequeño de las sombras. Su aplicación fue sobre todo en Infografía 3D, pues por aquel entonces no había ningún display capaz de visualizar una imagen completa en todo su esplendor. En 2011 surgieron los primeros displays pero a nivel profesional y limitados al ámbito reducido de la computación, no a la imagen en movimiento, pero a partir de entonces empezó a gestarse un tipo de display dirigido al gran público que permitiese admirar esas imágenes en sus casas.

Así llegamos hasta la época actual, donde cada vez más televisores soportan HDR. Y sin embargo, ¿donde están los contenidos?. Más adelante veremos más sobre esto.

Los Displays

Es obvio, necesitamos un televisor o display con soporte para HDR para poder ver las imágenes HDR. El problema es que estamos en un estado aún inicial y pese a que existen displays que permiten visualizar HDR, no lo hacen con toda la intensidad necesaria. Sí obviamente se aprovechan del resto de funciones asociadas (en el mundo vídeo), pero poco a poco van aumentando los «nits», que es el valor de potencia lumínica que ofrece un display. Así nace la «UHD ALLIANCE PREMIUM«, que es un sello que garantiza un mínimo de calidad en el formato, como describe la siguiente tabla (En Inglés, pero fácil de entender):

Especificaciones para UHD PREMIUM

Si nuestro display no cumple estos MÍNIMOS necesarios, el efecto del HDR (del conjunto de mejoras del nuevo formato) no será 100% satisfactorio.

Y es el momento en el que nos encontramos, pues existen displays que no cumplen estas especificaciones, y que no dan la talla al 100%. Por eso la apuesta más segura es ir a un display que tenga esta certificación, para quedarnos más tranquilos:

Si tu display tiene este sello, ¡enhorabuena!

¿Y qué sucede con el resto de displays que no tienen HDR pero sí 4K?. Pues que quedan en una posición complicada. Es cierto que podrán seguir viendo contenidos en UHD, al fín y al cabo ésto del HDR no es algo mayoritario (¡de momento!), y se puede estirar hasta llegado un momento en el que merezca la pena saltar, ya sí, a un display que garantice todo esto.

La pregunta del millón sobre todo esto es…¿PERO REALMENTE SE NOTA?.

La respuesta es complicada. Se nota, sí. Pero con ciertos condicionantes. Por ejemplo, las demos citadas antes, son el mejor exponente del formato, enseñan lo mejor que puede dar de sí un display. Y sin embargo muchas películas que disponen de HDR no deslumbran tanto. En realidad, no tienen porqué hacerlo. Como se ha repetido antes, la mesura es el sentido común.

Luego, está el tipo de display usado. Por ejemplo, no es lo mismo ver HDR en un televisor OLED LG920 (4K con HDR muy al límite, de los primeros que salieron), que en un OLED de la serie «E» (la más actual en 2016). Los nits emitidos entre uno y otro son determinantes, así como la propia calidad del panel.

¿Y en un display LCD?. En los más normalitos, el look será similar al que ofrece un televisor OLED, generando un fuerte contraste. Sin embargo, los negros nunca serán tan profundos, pero sí convincentes. Es un «quiero pero no puedo» que puede llegar a decepcionar (y con razón)

En un display LCD Ultra HD Premium el look visual será mucho mejor, junto con los OLED de nueva generación.

Recordemos, una vez más, que todo esto sigue estando muy verde. Y que por ejemplo, no existen a día de hoy displays orientados al público que lleguen a los 4.000 nits. Y menos aún a los 10.000, que es el límite que a día de hoy se establece (en un futuro serán ampliados, seguro).

Por último, el realizar UNA FOTO a un display HDR para enseñar al resto de nuestros contactos para «demostrar» lo bien que se ve, es un ejercicio inútil. Porque la cámara no va a registrar esa potencia lumínica, y aunque así fuese, nuestros interlocutores no podrán verla si no tienen un display HDR. Y en cualquier caso, hoy día no es posible técnicamente realizar una foto de esas características. Llegará el momento, SI. Pero NO AHORA.

El efecto del HDR se tiene que ver EN VIVO. SIEMPRE.

Los formatos de HDR

Cuando hablamos de HDR lo hacemos de una forma genérica. Pero olvidamos que a día de hoy, existen varios estándares definidos:

HDR10: Es un estándar ABIERTO. Esto significa que CUALQUIERA puede usar sus especificaciones sin pagar Royalties. Admite como máximo 1.000 nits, 10 bits de color y los metadatos asociados para el HDR son estáticos (no cambian fotograma a fotograma, son como una LUT fija aplicada a todo el vídeo). Además, permite actualización POR SOFTWARE. Actualmente está en proceso su revisión para aumentar tanto nits, bits de color y metadatos.

DOLBY VISION: Es un estándar CERRADO, lo que significa que los que quieran implementar esta solución DEBEN pagar por ello. Admite como máximo 10.000 nits, limitadas a 4.000 por los propios displays, 12 bits de color y los metadatos asociados son dinámicos (pueden cambiar a nivel de fotograma, otorgando más precisión y riqueza a la imagen HDR generada). La actualización debe ser vía HARDWARE, lo que hace que pueda quedar obsoleto en equipos antiguos.

Estos son los dos tipos de HDR que se están implementando HOY DÍA en los televisores, pero existe un tercero, indicado para TDT:

HLG: Es un estándar ABIERTO, indicado para difusión de televisión (SATÉLITE y TDT). Se basa en un concepto diferente (Hybrid Log Gamma) que permite que la señal recibida con HDR, se pueda ver también en un display SDR. Solo los televisores con capacidad de entender la curva de Gamma de HLG añadirán la «capa» HDR. Admite como máximo 1.000 nits.

Respecto a su uso, la adopción mayoritaria es UHD10, debido a que ni hay reproductores BD-UHD que soporten Dolby Vision (se espera para mediados de 2017), ni tampoco títulos en este formato. Netflix y Amazon Vídeo sí disponen de algún título en Dolby Vision. HLG aún está en pruebas y no existe ningún televisor hoy día que lo soporte (modelos de 2017 lo harán).

Las películas

Lo primero que pensamos en HDR es en las películas. Es lógico. Por una parte tenemos unas cuantas películas editadas en formato físico BD-UHD. Este nuevo formato superior a Bluray en todos los sentidos obliga a comprar un nuevo reproductor. En ese sentido, la mejor opción hoy día es optar por la videoconsola XBOX ONE «S», disponible desde Agosto de 2016, y que incorpora lector BD-UHD, y soporte HDR.

Por otro lado, Netflix tiene en catálogo unos pocos títulos en HDR (también en Dolby Vision), que es de esperar que crezcan próximamente.

Por último, tenemos la opción de probar el HDR con algunas DEMOS disponibles gratuitamente en Internet, aquí:

http://demo-uhd3d.com/categorie.php?tag=hdr

De todas ellas, una de las más impactantes es la llamada «LG CHESS«. Aconsejo verla sobre todo en un display OLED con HDR, pero en cualquier caso se verá igualmente de bien en cualquier otro display con HDR.

Por supuesto, necesitamos que nuestro display tenga una conexión HDMI 2.0b, que es la que nos garantiza 4K a 60p y HDR. También debemos configurar adecuadamente nuestro televisor, habilitando la salida «UHD DEEP COLOR» en el puerto HDMI sobre el que vayamos a conectar el reproductor. De otro modo, no podremos ver las películas en este formato.

Si no disponemos de un display HDR, podemos al menos hacernos una idea del look visual, a través del uso combinado de MPC-HC (Media Player Classic Home Cinema) y los filtros MadVR. Una vez configurados adecuadamente, incluso podemos simular como será el Look HDR con diferentes nits, tipos, o incluso enviar la señal a través del HDMI a un display con HDR. Se necesita un equipo bien potente para poder visualizar correctamente estas demos, avisados estáis 🙂

Los Videojuegos

Aquí es donde realmente está todo el «lío». Con la presentación de la nueva versión «S» de la videoconsola XBOX ONE, además de añadir una unidad BD-UHD y soporte HDR tanto para películas como para Streaming, abrían la puerta para un nuevo formato: Los Videojuegos. Se anunciaron tímidamente dos juegos iniciales: Forza Horizon 3 y Gears Of War 4. Y seguro que vendrán más. Porque el filón es realmente interesante.

En Sony también han hecho los deberes. Con la nueva PS4 Pro será posible obtener HDR en Streaming y Videojuegos, e incluso hasta HDR en la PS4 original (aunque la realidad es que su implementación será muy difícil debido a cuestiones técnicas que son muy aburridas de contar). No se podrán reproducir películas en BD-HDR, pues han decidido no «canibalizar» su segmento de reproductores. Veremos más adelante si deciden incorporar una en una futura revisión o qué.

Pensemos por un momento porqué los videojuegos son un escenario ideal. Los mundos virtuales generados con los motores de render en tiempo real, la iluminación, etc, son procesados generalmente con coma flotante. Lo que sucede es que como luego hay que adaptar esos datos al standard (100nits), se «capan», se añaden «halos» para simular una alta potencia lumínica, destellos, etc. Con un verdadero display no es necesario recurrir a esos trucos, pues el look será visualmente ese.

Por supuesto, es un ejercicio inútil poner fotos de cómo se ve CON y SIN. Sencillamente hay que verlo en vivo. No insistáis en querer ver fotos o vídeos. No vais a apreciar lo que supone, en serio.

También, en este inicio, hay tropiezos. Por la parte de displays, algunos no dan la talla y la implementación de HDR que se ha visto hasta el momento (Forza Horizon 3) funciona solo con displays que tengan el sello «ULTRA HD PREMIUM«. En el resto, el HDR será más bien discreto, aunque obviamente se apreciarán diferencias.

En cuanto a la colorimetría, pues tenemos que dado que TODOS los videojuegos se diseñan con el objetivo de ser visualizados en displays sRGB o Rec709, no existe soporte para WCG (Wide Color Gamut). Aunque podamos forzar la salida 36 bits y habilitar el Color Ancho (Deep Color), las texturas no están preparadas para ello y puede que algunos colores se vean falseados. Aún así, es un espectáculo ver colores intensos y brillos potentes. Aquí sí que las reglas son diferentes y se pueden permitir el lujo de «excentricidades».

En una reciente conferencia de Microsoft se hicieron fotos a unas diapositivas donde revelaban hacia donde va el camino al respecto:

Está claro que aún queda bastante camino por recorrer, pero las bases están sentadas y a partir de mediados de 2017 la cosa se va a poner interesante no, lo siguiente.

Windows

Por supuesto, el Sistema Operativo no se quedará ajeno a estas cuestiones. Microsoft ha estado en «la sombra», preparando su Sistema Operativo para que a partir de 2017 podamos disfrutar Windows con las ventajas de HDR. No, eso no significa que el cursor del ratón nos dejará ciegos, tranquilos :-D.

La propuesta de Microsoft es integrar elementos HDR dentro del escritorio, pero que NO afecten negativamente a la experiencia de usuario. Aunque obviamente eso depende de los desarrolladores, se espera que se imponga el sentido común. Los principales beneficiados serán los vídeos, películas y los videojuegos, pero aplicaciones relacionadas con la imagen (Photoshop, Premiere, etc) también harán uso activo del HDR.

Esto, además, implica un rediseño de los looks de la UI, teniendo a ser más oscuras para que el impacto del HDR sea mayor, y por supuesto, tratando de evitar usar HDR sobre la UI.

Se usarán dos formatos, uno soportando hasta 10.000 nits, y otro establece un límite de 5 MILLONES de NITS (sí, no nos hemos equivocado), con lo que se aseguran un futuro cara al desarrollo de displays.

Esto abre la gran posibilidad de que a lo largo de 2017 se puedan obtener los primeros Displays para ordenador con HDR, y posiblemente tecnología OLED. Como mínimo lo primero.

Los desarrolladores, en efecto, ya están trabajando en ello, y a lo largo de 2017 veremos las primeras implementaciones.

El Futuro

Es complejo averiguar cómo evolucionará el mundo de la imagen en próximos años. Tenemos el ejemplo del HDR el cual, eclipsado por el «fenómeno» 4K, ha sido un «tapado» que ha emergido con fuerza. Lo que está claro es que tanto la resolución UHD (4K) como el HDR, han llegado para sustituir al Full HD. No lo han sustituido todavía, y no empezará hasta al menos los dos próximos años. Pese a que en Internet se hablar mucho de 4K y de HDR, la verdad es que no representan ni un 1% del total de las imágenes que se mueven en todo el mundo.

Tampoco hay demasiada gente con el equipamiento necesario para disfrutar de esas imágenes. Y no es solo tener un televisor a la altura, sino reproductor, sistema de sonido, etc.

A nivel técnico, aún ni siquiera la inmensa mayoría de Software soporta Rec.2020 y HDR, con lo que la generación de contenidos a nivel «masivo» aún tardará en llegar.

Además, los displays aún tienen que mejorar para ofrecer unas cifras cercanas al 100% de visualización de colores de Rec.2020, soportar 12bits de forma NATIVA (no simulada usando paneles de 10bit e interpolación de tramas), etc.

A este respecto HDR10 tiene que evolucionar para convertirse en HDR12, con soporte para metadatos a nivel de fotograma, soporte de 12 bits, etc.

En cualquier caso, tarde o temprano acabaremos disfrutando de esta nueva tecnología, que a día de hoy da sus primeros pasitos para salir corriendo dentro de menos tiempo del que parece…

ENLACES

Si queréis profundizar -aún más- en este tema, aquí dejo un par de enlaces donde seguir leyendo aún más al respecto sobre HDR. Además, es posible que más adelante este artículo se amplíe con más información y datos.

HDR, Resolve, and Creative Grading

http://www.dualshockers.com/2016/03/17/directx-12-adoption-huge-among-developers-hdr-support-coming-in-2017-as-microsoft-shares-new-info/

http://www.lightillusion.com/uhdtv.html