HDR und Tone Mapping (Erklärung anhand von Beispielen)

Zitat von oto

na ja, sooo lange ist es ja auch nicht her

Naja, mein Mailverkehr zu dem spezifischen Problem ist drei Jahre her.

Zitat von oto

da noch einige weitere der meinung sind das beim tonemapping die farben geraten werden müssen, wäre es schön wenn du abschliesend dazu noch was sagen magst. um über den iststand aufzuklären, den halt nicht jeder kennt.

Da muss ich dich leider enttäuschen. So tief stecke ich da nicht drin, was Sättigungsanpassung usw. angeht. Das kann nur madshi selbst beantworten.

Zitat von oto

gibts da schon einen lösungsansatz, oder ist das jetzt erst mal der ist zustand?

Auch das kann ich dir nicht sagen. Ich musste wegen der Kinder einige Jahre auf Sparflamme im Hobby unterwegs sein, so dass ich auch nicht alle Diskussionen zu HSTM komplett verfolgt habe. Aktuell ist madshi anscheinend komplett mit dem Envy "geerdet". Das heißt, da tut sich gerade nicht viel bei madVR. Und wann die inoffizielle Beta endlich mal zu einer offiziellen Version (mit Dokumentation) wird, weiß ich auch nicht. Da bin ich einfach der falsche Ansprechpartner.

Nebenbei: wenn man wirklich mal das Tone Mapping zwischen einem Radiance und madVR vergleichen wollte, sollte man sich eine Capture-Karte holen und das Bild aufzeichnen. Dann kann man auch Screenshots direkt nebeneinander stellen. Alle Vergleiche mit langer Umschaltverzögerung sind ziemlich fraglich.

Zitat von audiohobbit

So nen Vergleich macht man lieber mit 2 "identischen" Projektoren und "LushiFushi"-Umschaltanlage (oder LushiFushi manuell wie ichs macl gemacht habe. Kartonblende und Seilzug)

Das "Identische" sicherzustellen ist aber je nach Modell und Lampe ein nicht unerhebliches Problem. Ein Screenshotvergleich ist dagegen deutlich weniger fehleranfällig.

Zitat von George Lucas

Leider hatte die SDR-Fassung keinen erweiterten Farbraum und keine 10 Bit, ansonsten wäre konkret zu sehen, was HDR macht.

Das ist so nicht ganz korrekt. Ich habe inzwischen beide Versionen da und bin noch am analysieren. Ich kann jedenfalls schon sagen, dass die SDR-Version 10 Bit pro Komponente besitzt.

Weiterhin steht zwar in den Metadaten BT.709 als Primärfarben drin, aber das glaube ich nicht. Wenn man den Film als DCI-P3 interpretiert, stimmt die Sättigung. Sie ist dann praktisch identisch mit der HDR-Version. Trotzdem sieht das Bild noch etwas anders aus. Auffällig ist, dass die Farbtemperatur etwas grünlicher ist. Korrigiert man das, wird der Unterschied noch geringer. Ansonsten gibt es noch Unterschiede in den Blautönen und in den unteren und oberen Stufen. Warum, weiß ich nicht. Es ist ja leider unbekannt, in welchem Format das Master genau vorlag und was da bei beiden Versionen noch für automatische Filter rübergejagt wurden.

Jedenfalls bekommt man das SDR-Bild extrem nah an das tone-gemappte HDR-Bild. Die Unterschiede sind dann praktisch nur noch beim Hin- und Herschalten sichtbar. Wahrscheinlich würden sie den meisten ansonsten nicht auffallen.

Zitat von George Lucas

Mein Player zeigt 8 Bit für das Quellformat an.

MediaInfo zeigt 10 Bit an und der Decoder gibt das Bild mit 10 Bit an den Renderer weiter. Beidem vertraue ich deutlich mehr als einem Player, der so ein Format nicht erwartet.

Wie auch immer, eine reine Gammakorrektur reicht für das Angleichen auch nicht aus. Da sind noch mehr Unterschiede in der Gradation. Ich meine, ich hatte schon Blu-rays und UHDs verglichen, bei denen die geringer waren. Es scheint also kein systematischer Unterschied zu sein. Ich vermute, beim Ausgeben des Masters werden feste Profile/Filter in der Software verwendet, die das Bild entsprechend verändern. Aber ohne jemanden vom Fach, wissen wir es einfach nicht.

Es gibt übrigens noch andere UHD-Blu-rays, die nur SDR beinhalten (BT.709 mit 4k). "Darkland" und "Brawl in cell block 99" sind zwei solcher Kandidaten. Bei beiden liegt das Bild in 10 Bit vor. Letzterer soll praktisch identisch aussehen wie die Blu-ray, die aber natürlich nur in 8 Bit vorliegt. Ich werde mir die Blu-ray leihen und untersuchen, was die höhere Genauigkeit wirklich ausmacht.

Zitat von FoLLgoTT

Es gibt übrigens noch andere UHD-Blu-rays, die nur SDR beinhalten (BT.709 mit 4k). "Darkland" und "Brawl in cell block 99" sind zwei solcher Kandidaten. Bei beiden liegt das Bild in 10 Bit vor. Letzterer soll praktisch identisch aussehen wie die Blu-ray, die aber natürlich nur in 8 Bit vorliegt. Ich werde mir die Blu-ray leihen und untersuchen, was die höhere Genauigkeit wirklich ausmacht.

Leider lässt der Test kaum Schlüsse zu. Erstmal ist zu sagen, dass die Unterschiede zwischen beiden Versionen sehr gering sind. Die Auflösung ist etwas höher bei der UHD und Banding etwas geringer. Allerdings bezweifle ich, dass die 10 Bit die Ursache sind. Denn wenn man das Bild mit 8 Bit ohne Dithering darstellt, ist das Banding immer noch geringer. Mehr noch, es ändert sich so gut wie gar nicht, wenn man Dithering einschaltet. Ich vermute, der Unterschied kommt viel mehr von den unterschiedlichen Video-CODECs. Die BD ist in AVC kodiert, die UHD dagegen in dem neueren HEVC mit 50 % höherer Bitrate. Also ein unfairer Vergleich.

Ich gehe inzwischen davon aus, dass sichtbares Banding fast immer durch zu niedrige Bitrate bzw. schlechte Encoder-Einstellung hervorgerufen wird und so gut wie nie durch die 8 Bit pro Komponente. Das Banding, das man in 8-Bit-Rampentestbildern sieht, ist um ein Vielfaches geringer als das, was manche Filme zeigen. 10 Bit wird aus meiner Sicht maßlos überschätzt. Gerade wenn dann Beschreibungen kommen wie "feinste Details sind sichtbar". Die Genauigkeit hat nämlich auf Details kaum Einfluss, weil sich bei Details benachbarte Pixel immer stark unterscheiden (genau das macht ja Details aus). Eine niedrige Genauigkeit sieht man dagegen immer in Farbverläufen mit flachem Anstieg. Also dort, wo benachbarte Pixel sehr ähnliche Werte besitzen.

Zitat von Aries

Ist der Wert 100 nits tatsächlich fix?

Soweit ich weiß, ist es so, wie du es beschreibst. Wenn man 800 Nits eingibt, findet Kompression bis dahin nicht statt, sondern erst darüber. Wie es genau in madVR implementiert ist, weiß ich allerdings nicht.

Zitat von Aries

Was bedeutet "zurückhaltend nutzen"?

Eher groß setzen, ggf. gleich zu DPL?

Ein zu hoher Wert bei DPL macht das Bild unnötig dunkel (auch wenn nur wenig Highlights enthalten sind), ein zu kleiner erzeugt Probleme in sehr hellen Filmen/Szenen, da diese dann nicht genug abgedunkelt werden.

Zitat von Aries

Die von Dir genannten 10 habe ich sonst bei keinem gefunden, da wird eher 50 bis 100 verwendet (bei mir aktuell 75).

Ich habe bei mir 40 - 50 eingestellt in Kombination mit verschiedenen DPL für verschieden helle Filme. Also drei Profile, die beide Werte jeweils etwas erhöhen und diese Profile habe ich dann in die Dateinamen von ausgewählten Filmen geschrieben. Der Standard ist bei mir aber DPL=100 und DTN=40.

Es kommt halt darauf an, wie hoch die maximale Leuchtdichte ist. Wenn das Bild generell nicht sehr hell ist, muss man um jedes Millinit kämpfen.

Der Thread ist ist zwar schon etwas älter, aber ich hole ihn mal aus der Versenkung, da ich das Gefühl habe, dass immer noch Missverständnisse rund um HDR bestehen. Der akute Anlass kam hier auf.

Über die Metadaten haben wir hier noch nicht viel diskutiert. Aus dem einfachen Grund, dass sie bei dem Tone Mapping, das wir in der Regel verwenden, kaum oder keine Bedeutung haben.

Die Metadaten bei HDR beschreiben unter anderem die durchschnittliche Helligkeit (MaxCCL) und die maximale Helligkeit (MaxFALL) über den gesamten Film (HDR) oder szenenbasiert (HDR+ und Dolby Vision). Da letztere aber erst später standardisiert wurden und optional sind, wurde an mehreren Stellen ein Tone Mapping implementiert, dass die realen Werte pro Bild misst, intern ein Histogramm erstellt und den Knickpunkt der Kurve (EOTF) dementsprechend dynamisch anpasst. Das heißt, die Metadaten werden damit umgangen. Selbst die Dolby-Vision-Metadaten werden von madVR/Envy bis heute nicht unterstützt (ich meine, Lumagen und JVC auch nicht), da es schlicht nicht notwendig ist.

Nun ist die EOTF bei HDR eine absolute Kurve. Das heißt, man kann von einem digitalen Wert exakt auf die Zielleuchtdichte schließen (sofern das Anzeigegerät 10.000 Nits erzeugen kann und absolut kalibriert ist). Es werden also überhaupt keine Metadaten benötigt, um Tone Mapping durchzuführen. Eine Bildanalyse reicht aus und ist sogar zeitlich genauer. Einziges Problem ist die Szenenerkennung in Echtzeit, da die Analyse nicht in der Zeit vorausschauen kann, sondern nur die Vergangenheit kennt. Daher wird die Kurve nicht schlagartig pro Frame angepasst (erzeugt sichtbare Helligkeitsschwankungen), sondern zeitlich geglättet. Sie passt sich also langsam über die Zeit an, was dann, je nach Stärke und Szenenwechsel, mehr oder weniger unsichtbar geschieht. Das hat dann aber auch zur Folge, dass das Verhalten bei Sprüngen auf der Zeitleiste (z.B. Kapitelsprung) anders ist als beim kontinuierlichen Abspielen des Streams. Weil für die Glättung die Historie fehlt. Das macht Vergleiche von Einstellungen leider häufig nicht deterministisch.

MadVR zeigt ja bereits ein Histogramm oben rechts im OSD an, so dass man ein Gefühl dafür bekommen kann, wie viel Highlights (also >100 Nits) überhaupt im Bild vorhanden sind. Mit MPV kann man sich dann noch die aktuelle Kurve anzeigen lassen und beobachten, wie sich diese je nach Szene ändert.

Das Histogramm einer extrem hellen Szene sieht z.B. so aus:

pasted-from-clipboard.png

Die dynamisch angepasste EOTF dazu dann so:

pasted-from-clipboard.png

Man sieht also, wie stark die Kurve obenrum abdunkeln muss, damit nicht große Teile des Bildes im Weiß verschwinden. Für statisches Tone Mapping (also einer einzigen Kurve für die gesamte Zeit) sind solche Szenen die Hölle, da sie überhaupt nicht zu der festen Kurve passen und obenrum kaum noch Details sichtbar werden.

Das ist allerdings ein Extrembeispiel. Es gibt viele Szenen (oder auch ganze Filme), die kaum oder viel moderater Highlights besitzen. Dementsprechend flach bleibt dann die dynamische EOTF und der Knickpunkt rutscht weiter nach oben.

pasted-from-clipboard.png

pasted-from-clipboard.png

Wenn man sich dieses dynamische Verhalten einmal vor Augen führt, dann wird auch klar, warum wir etwas Beliebiges sehen, aber nichts, was auch nur annähernd mit dem zu tun hätte, was im Stream enthalten ist. Die Darstellung wird komplett verbogen, komprimiert und die Farben ggf. noch entsättigt. Das heißt, sowohl statisch gibt es Unterschiede zwischen Tone-Mapping-Implementierungen, als auch über die Laufzeit hinweg. Kein Wunder, dass so viel Zeit in die Optimierungen eingeflossen sind.