Tecnologia

Os novos formatos de imagem em HDR

Até recentemente os modos de tela com HDR (High Dynamic Range) estavam restritos ao HDR 10 e ao formato Dolby Vision, o primeiro em código aberto e o segundo sob licença.

No ano passado a BBC introduziu o HLG HDR, que agora está sendo equipado em alguns modelos de TV de 2017. E até o fim do ano espera-se a atualização para o Advanced HDR, proposto pela Technicolor.

As aplicações em HDR estão focadas em serviços de streaming (Netflix, Amazon, etc.) e no YouTube. O Blu-Ray UHD (4K), que codifica HDR 10 e Dolby Vision, para nós brasileiros não teve até agora nenhuma chance de lançamento nem em discos nem em reprodutores de mesa, e este cenário promete não mudar tão cedo.

Eu sou um que espera que o HDR não acabe se transformando no mesmo fiasco do 3D em televisores. Quando este foi lançado, ainda debaixo de problemas de resolução bastante visíveis, a indústria fez dele um enorme estardalhaço. A partir de 2016 a fabricação de televisores com 3D começou a desaparecer do mercado. Os modelos atuais nem sombra mais do tão badalado 3D! O que levou o usuário que quisesse trocar a sua TV para uma mais moderna ficar com a sua coleção de discos 3D sem uso, um prejuízo irresponsável e desnecessário, causado pela decisão dos fabricantes.

O HDR, ao contrário do 3D, tem tudo para dar certo. A reprodução não depende de óculos, e pode ser implementada em qualquer tipo de TV, LCD ou OLED, desde que com nível de luminância compatível. E além do mais, a imagem HDR é retro compatível com qualquer tela convencional: se o usuário não tem tela HDR a imagem será reproduzida em SDR (Standard Dynamic Range), e neste caso as informações contidas nos metadados dos respectivos codecs serão ignoradas e a imagem será formada dentro dos padrões sem HDR.

A seguir, uma pequena abordagem sobre estes formatos, e o que muda para o usuário final:

HDR 10:

O HDR 10 é o padrão HDR com código aberto e praticamente obrigatório em todas as TVs que adotarem o formato. Ele é chamado de HDR 10+ (novo), ou HDR 1000 ou 1500 pela Samsung (número que se refere ao número de nits nos modelos), etc.

A imagem resultante é de ótima qualidade, embora como formato o HDR10 deixa muito a desejar em termos de avanços de reprodução. Por exemplo, o bit depth, valor que se refere ao numero de combinações de cores possível, está restrito a 10 bits (daí o 10 no nome do formato), e isso se traduz a uma gama de cores aquém da capacidade das telas atuais, nos modelos que operam a 12 bits. Além disso, o HDR 10 se restringe em princípio a 1000 nits (embora a Samsung afirme que vai a 1500 nits). Felizmente, na prática, nada disso aparenta ter grande importância, pelo menos não ao espectador casual.

O HDR 10+ é uma variante retro compatível do HDR 10, que recodifica metadados dinamicamente, ou seja, fornece informações de ajuste de tela para os níveis de brilho de cena a cena ou quadro a quadro. A modificação foi feita bem recentemente, e já implementada em alguns modelos mais novos de tela, com o nome de “Active HDR”. A análise quadro a quadro é feita em tempo real, por um chip dedicado

Dolby Vision:

Criado pelo Dolby Labs, com intenção de se tornar padrão estabelecido para cineastas ou para programas de TV, seriados, etc. A proposta do Dolby Vision é amparada na necessidade de trabalhar com sinais dentro do limite teórico na ordem de até 10 000 nits, mesmo que isto esbarre no limite de luminância das telas atuais.

Da mesma forma como o HDR 10 a codificação da imagem pode ser feita durante a pós-produção, durante a masterização do intermediário digital do material de origem (vídeo ou película).

A reprodução por Dolby Vision é de fato espetacular, mas não muito distante da qualidade do HDR 10. O formato foi proposto para complementar a reprodução de Dolby Atmos nas aplicações em televisores. Serviços de streaming como os citados Netflix e Amazon, já oferecem esta possibilidade.

HLG HDR:

O acrônimo HLG se refere ao nome em inglês do formato: “Hybrid Log Gamma” ou “Gama (ajuste de compensação) em curva logarítmica híbrida”, na qual a parte de baixo são exibidos sinais pertinentes a uma curva típica de correção de gama e na parte superior os sinais com função logarítmica. Segundo a fonte do Wikipedia, a curva de reprodução ficaria assim:

O formato foi desenvolvido e proposto pela BBC e pela NHK japonesa, com o objetivo de ser primariamente usado em serviços de transmissão aérea (broadcasting), mas podendo ser usado em outros serviços.

Da mesma forma como o HDR 10, o HLG se restringe a 10 bits de resolução, mas tem a vantagem do sinal ser portado sem a inclusão de metadados, fundamental, segundo seus proponentes, para que o mesmo seja aceito sem restrições em aparelhos convencionais de TV. Na prática, seria dizer que o sinal HLG seria transmitido no broadcasting normal e somente interpretado como tal nos televisores com esta capacidade.

O HLG HDR foi lançado no ano passado pela BBC, e agora introduzido em alguns dos modelos 2017 de televisores. Ele pode ser visto em alguns vídeos de demonstração postados no YouTube, embora nos meus testes (descritos a seguir) nem todos eles deflagram a decodificação apropriada no televisor que eu usei. Se o vídeo estiver corretamente codificado, o televisor sinaliza que o HLG foi identificado e será reproduzido. Por motivos que eu desconheço alguns desses demos apresentam falhas de pixelização (interrupção de sinal) inclusive na tela do computador, sugerindo serem originadas na fonte e não no formato.

https://youtu.be/qShr3wsMOPQ

Advanced HDR:

Este sinal de HDR ainda está por vir, e até o momento não foi publicada a lista de fabricantes que irá adotar este formato.

Destaca-se o fato de que a Technicolor, proponente do formato, convocou os seus cientistas da área de cinema para finalizar um modo de produção em HDR compatível com os objetivos cinematográficos da empresa.

O Advanced HDR se propõe a incorporar todos os outros formatos HDR ou sinais SDR e depois otimiza-los no codec final para a apresentação do conteúdo. Desta forma, o formato agilizaria a carga de trabalho no processo de pós produção, sem alteração do material da fonte. O formato poderia ser usado também em broadcasting.

Como ele ainda não está disponível fica aí a expectativa de comparação, se houver alguma!

O tratamento HDR na TV OLED LG 65E7P

As bases de funcionamento das telas OLED foram inicialmente descritas nesta coluna em 2012. De lá para cá muita coisa mudou, e as novas telas aparentam estar isentas de alguns problemas que poderiam ser negativos a ponto de contraindicar o investimento em uma tela desse tipo.

Eu instalei uma TV LG 65E7P para o meu uso pessoal, e aproveitei para fazer algumas observações. Até agora pelo menos este é o único modelo que eu conheço com capacidade para HDR 10, Dolby Vision e HLG HDR, e com previsão para atualização para Advanced HDR em futuro próximo.

Bastaram menos de cinco minutos depois de a TV ser inicializada para desconstruir e esquecer tudo que eu li de negativo a respeito deste tipo de tecnologia.

Antes de prosseguir, um alerta: é possível que os comentários a seguir não sirvam de parâmetro aos leitores, mas foi a única forma que eu achei para examinar o assunto na prática, já que não tenho laboratório para fazê-lo, nem sou profissional desta área, pelo que peço desculpas antecipadamente aos potenciais interessados.

A LG 65E7P é uma TV OLED de última geração. Seus aplicativos rodam em ambiente webOS versão 3.5, que mostra pequena quantidade de erros. Neste ambiente operacional, junto com a memória interna da TV, todos os aplicativos podem rodar ao mesmo tempo, o que na prática significa não precisar parar de reproduzir um aplicativo para iniciar/continuar outro.

O modelo E7P é também o único capaz de reproduzir Dolby Vision e Dolby Atmos simultaneamente, a partir de serviços de streaming, ao contrário do modelo anterior do ano passado (E6P) que só permitia um ou outro, segundo eu fui informado.

Logo na primeira atualização de firmware a LG introduziu o modo de tela Technicolor Expert Mode, que é um tipo de pré-ajuste dos principais parâmetros de reprodução, incluindo gama, temperatura e um monte de outros acertos, os quais, segundo a Technicolor, reflete fielmente o acerto normalmente procurado pelo pessoal de cinema, e portanto otimizando a melhor configuração possível para este tipo de tela.

A diferença visual entre os modos de tela Expert da ISF (Image Science Foundation) para ambientes claros e o modo da Technicolor é muito pequena. Na prática, eu notei que é preciso observar atentamente a qualidade tonal da imagem para comparar qual dos dois deve ser usado em uma determinada entrada de sinal, e ainda assim eu acredito ser muito mais questão de gosto pessoal do que os detalhes dos ajustes. Eu escolhi o modo da Technicolor para a entrada HDMI do meu A/V receiver ( Blu-Ray player incluso) e o da ISF para a entrada HDMI do meu serviço de TV a cabo, com bons resultados e precisando diminutas modificações.

Na E7P todo e qualquer conteúdo HDR pode ser também alvo das modificações contidas nos modos de tela usados para conteúdo SDR. Esta flexibilização para mim é novidade, geralmente o modo HDR tem ajustes pré-fixados, os quais o usuário não consegue alterar. Da mesma forma é possível aplicar um modo de tela HDR para qualquer uma das entradas HDMI ou aplicativos, coisa que eu pessoalmente não acho recomendável, porque o sinal de origem não foi previsto para trabalhar com HDR.

Sobre o formato HDR é preciso, antes de mais nada, enfatizar que não se trata do aumento do nível de contraste (diferença entre as áreas claras e escuras da tela), mas sim do aumento de Luminância.

A luminância de uma tela de TV, medida em nits (candelas por metro quadrado), é a quantidade de luz que pode ser emitida pela tela em um dado momento. O objetivo desse aumento é tornar objetos visualmente mais “reais”, digamos assim. Teoricamente, quanto maior for o valor em nits emitidos maior será o detalhamento obtido nas zonas de sombra. O principal efeito esperado na construção da imagem HDR é que as cores ficarão mais vivas, se a codificação tiver sido feita corretamente.

Além disso, para a formação de uma imagem HDR de qualidade é preciso levar em conta a combinação de cores, segundo o bit depth do material de origem. As televisões convencionais normalmente apresentam imagens com bit depth igual a 8 bits, suficiente para imagens SDR. Televisores atuais já conseguem trabalhar com pelo menos 10 bits e em alguns casos com 12 bits de resolução.

Isso em teoria significa que dentre os formatos de HDR existentes o Dolby Vision, com 12 bits de profundidade, é o que melhor daria tratamento HDR a uma imagem. Se o usuário fizer um escrutínio em cima do material hoje disponível ele ou ela poderão notar que na prática esta premissa teórica não é exata, tudo dependerá da maneira como o sinal de vídeo foi capturado e como ele foi posteriormente codificado.

Neste particular, um exemplo que eu tive chance de assistir foi o do seriado Marco Polo, em três momentos distintos: um em SDR, com a tela cheia de detalhes claros e escuros, porém com boa qualidade, outro em HDR 10, em outra TV, com uma imagem lavada de doer a vista, e finalmente em Dolby Vision, aí sim com uma qualidade não vista nas codificações precedentes.

A apreciação deste seriado demonstra alguns dos equívocos de produção com imagem HDR. Muitas sequências são gravadas (o material é totalmente digital) com baixa luminosidade no ambiente, o que enfatiza exageradamente qualquer intromissão de luz na cena.

Questionamentos de reprodução

Eu tenho lido seguidamente experts na Internet colocarem óbices ao uso de uma tela OLED para a correta reprodução de uma imagem HDR.

Um desses óbices é a alegada falta de luminância necessária à produção de uma imagem HDR convincente, seja lá em que formato for. Comparativamente, uma tela LCD pode, em tese, ter um backlight capaz de superar em nits uma tela OLED, que depende do seu próprio elemento emissor de luz.

Esta crítica é altamente questionável: no passado, experts em áudio mediam a curva de resposta de frequência de um dado equipamento e com base na variação em decibéis (mais ou menos 3 dB) afirmavam se tratar de um projeto exemplar. Auditivamente, porém, o resultado sonoro não comprovava a suposta qualidade de reprodução.

No tocante a uma tela de TV HDR não é somente a luminância que está em jogo. Em outras palavras, apresentar luminância alta só não basta!

Os outros fatores que influenciam tremendamente a observação de quem assiste se referem à maneira como as cores são compostas, e aí é que entra o principal mérito das telas OLED: a fabricação de um nível de preto que melhor representa as zonas de sombra!

O leitor talvez se lembre do momento em que as primeiras impressoras jato de tinta coloridas da HP apareceram no mercado, em meados da década de 1990. Nenhuma delas tinha previsão para o uso de um cartucho com tinta preta. A cor preta usada na impressão é fruto de uma mistura de pigmentos que dão o tom escuro da cor impressa. Sem este cartucho a impressão de preto ficava esverdeada (não é possível gerar cor preta com cartuchos ciano, amarelo e magenta somente), e as cores propriamente ditas completamente fora da tonalidade pretendida.

A mesma coisa funciona para uma imagem de TV, exceto que estamos tratando com “cor luz” e não com “cor pigmento”. Na cor luz, o preto é produzido na ausência de luz, ou na diminuição de tons na escala de cinza.

Em uma tela LCD muito esforço tem sido feito, e com resultados bastante interessantes, para alcançar um nível de preto satisfatório. Mas, este esforço esbarra em um problema difícil de contornar: a luz é emitida no background e vaza para a frente da tela, porque a camada de cristais líquidos não consegue obliterar completamente a passagem de luz por ali.

Na tela OLED este problema morre, à medida que o emissor de luz é a partícula orgânica. Uma vez cessada a passagem de corrente elétrica pelo pixel este simplesmente apaga! É na ausência de luz que o preto se forma, e como o sistema é modulável, é possível criar uma escala de cinza a melhor possível.

Uma vez obtido o nível de preto correto, todas as cores, sem exceção, são corretamente formadas, o que me dá base para afirmar sem hesitação, que a formação da gama de cores em uma tela OLED é superior a telas LCD, mesmo aquelas que usam pontos quânticos, cuja reprodução impressiona muito a quem assiste.

O grande percalço das telas OLED se refere à retenção de imagem. Muito cuidado para não se confundir retenção com burn-in. Este é o resultado da queima desigual de pixels, fartamente exibida em telas de plasma do passado. A retenção é fruto da ausência de reset no pixel, e este problema é hoje contornado de várias maneiras. Uma delas é o constante deslocamento de pixels (método idêntico ao usado nas últimas telas de plasma), a outra é o choque elétrico produzido por um programa contido na TV. Geralmente, este programa resseta todo o conjunto de pixels, quando o aparelho é desligado.

Eu não me arriscaria a fazer neste momento prognósticos de queima de telas OLED, lembrando que até recentemente um dos problemas deste tipo de tela é a baixa capacidade emissora de cor azul, que não se vê mais nas telas recentes.

Em resumo, eu entendo que a imagem HDR atinge o seu melhor impacto em telas OLED, independente do aumento de luminância. O tempo, entretanto, nos dirá se as minhas observações estão erradas ou não. [Webinsider]

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Paulo Roberto Elias

Paulo Roberto Elias é professor e pesquisador em ciências da saúde, Mestre em Ciência (M.Sc.) pelo Departamento de Bioquímica, do Instituto de Química da UFRJ, e Ph.D. em Bioquímica, pela Cardiff University, no Reino Unido.