HDR とは?
ハイダイナミックレンジ (HDR) の追求は、私達がいつも視ている、体験している人間の視覚システム (HVS) を理想とし、それに近づくことです。
- HDR は 新たな TV ディスプレイシステムの一つで、人間の視覚システム(HVS)が見ている状態により近い表現をするために設計されています。
- 人間の視覚には、とても広いダイナミックレンジと広範囲な色彩が拡がっています。
- 現代のカメラでは、最大 14 ストップのダイナミックレンジを実現しています。
- BT.709 規格のスタンダードダイナミックレンジ (SDR) システムでは、最大約 6 ストップ相当までしか表示できません。
- HDR は我々が目にする世界をより豊かに表現しようとしています。今日、大判カメラのダイナミックレンジによってそれは可能となってきており、撮影された素材は制作工程を経て、最終的には HDR 対応の手頃な価格のディスプレイ上での表示が意図されています。
動画で見る HDR のメリット
AJA のプロダクトマネージャー Bob Hudelson 氏が、リアルタイム映像制作で HDR を用いる利点と、HDR により維持できる映像の芸術性について説明します。
HDR 手法とカラースペース
- HDR は異なるカラースペースと様々なカメラメーカーが採用している Log (対数) 表現を取り込む必要があり、現代の表示と配信向けに登場した HDR 規格のために、最終的な配信までの過程を移行する必要もあります。
- 放送事業者とプロデューサーは、視聴者にコントラストや輝度の範囲が拡がった、幅広く豊かなカラーパレットと没入感の高い視聴体験を提供するために、カメラで捉えられるワイドダイナミックレンジを利用し、またそれをできる限り忠実に保持したいと望んでいます。
- HDR 規格はカラースペースを適切に管理することで、アプリケーション毎のルックが正しいかどうかを確認できるため、混乱を防ぎます。また、改良されたディスプレイの能力を最大限に活用できます。
- RAW や Log などのカメラフォーマットを新興の HDR 規格に変換することが課題です。さらに、編集、色補正またはモニタリングの過程を通じて、選択した HDR 規格を適用/変換できるようにしなければなりません。
- 現在多くの UltraHD ディスプレイには HDR 機能が含まれており、より写実的で没入感の高い視聴体験が可能になりました。これはハイダイナミックレンジ(HDR)を活用し、ワイドカラーガマット(WCG)と明度でカラースペースの表現を拡げることによって達成されます。
PQ (パーセプチュアル・クォンタリゼーション・カーブ) 、より優れた曲線 (カーブ) の発見
既存のインフラとテクノロジーで得られる帯域幅の制限内で人間の知覚に近づくという、目標を達成するために、彩度と輝度のサンプリング、ビット深度、ガンマに対する対数曲線の長所と短所も考慮した、これまでにない優れた曲線が必要になりました。
より優れたカーブが必要な理由と PQ *の利点
- べき乗関数は、輝度範囲上限のビットを破棄してしまいます。
- 対数関数は、輝度範囲下限のビットを破棄してしまいます。
- ガンマは高ビット深度であっても低輝度レベルだと破綻します。
- 最も効率的なのは、人間の知覚に従うことです。
- PQ は輝度の全域で、バランスの取れた能力を発揮します。
* PQ を表現する規格は 2 つあります。オープン規格の HDR 10 と Dolby Laboratories の独自システム Dolby® Vision です。どちらの規格も、輝度の範囲と可能なコントラストのステップを通じて、ビットを最も効率的に使えるよう設計されています。
PQ は SMPTE ST 2084 および BT.2100 で規格化されており、PQ はバンディングが最小可知差異 (Just Noticeable Difference) 未満となるよう曲線を定義します。PQ 曲線はコードを最も効率的に使用するので、必要なビット深度を最小限に抑えます。
HDR 規格
HDR のニーズに応えるため、いくつかのシステムが登場しています。
HDR がディスプレイに送信された際には、鮮やかな画像が期待されます。滑らかなグラデーションを提供し、視聴者を満足させるためには、カラーと輝度の範囲内に十分なステップ数を提供する必要がありました。Dolby Vision は、映像がテレビでどう見えるかを定義する新たな規格です。各コード値が特定の明るさを定義する「Display referred (ディスプレイ基準)」システムです。 つまり、ユーザー側で輝度調節は行いません。
HDR 規格は相互運用性を保証し、混乱を回避します。いくつかの規格には、適切なカラースペースの管理に役立てるためにビデオストリームにメタデータが含まれています。これにより、アプリケーション毎に表示を正確にし、改良されたディスプレイの能力を最大限に引き出します。
Dolby Vision は 4096 階調の 12-bit データを HDMI ケーブルで送信する方式を採用していて、滑らかなグラデーションを表現できます。一方、現在ほとんどのプロダクションのパイプラインでは、 10-bit で利用可能な 1024 階調またはステップが利用されています。HDR 10、Dolby Vision、HLG は、これらのジレンマを解決するために設計されました。輝度と色域の範囲内から最適な曲線を効率的に選択し認識できるバンディングを最小限に抑え、人間の視覚系により近い驚異的な結果を達成します。
- 独自フォーマット
- SMPTE ST-2084 知覚的量子化 (PQ)
- 動的メタデータ : ST 2094* 準拠
- 電気光伝達関数 (EOTF : Electro-Optical Transfer Function)、最大 4K の解像度
- 12bit カラービット深度
- 最大 10,000 nit の最高輝度 (実際には 4,000 nit まで対応)
- ワイドカラーガマット (WCG) カラースペース (ITU-R Rec. 2020 と 2100)静的メタデータ (SMPTE ST 2086) を使ってマスターモニターの測色情報をエンコードすることができます。また各シーン毎に動的メタデータ (SMPTE ST 2094) を提供することも可能です。
HDR 10 は CTA (Consumer Technologies Association) によって定義された規格です。HDR 10 は SMPTE ST-2086 "Mastering Display Color Volume" の静的メタデータを使用して、マスターモニターのカラーキャリブレーションデータを送ります。MaxFALL (Maximum Frame Average Light Level) と MaxCLL (Maximum Content Light Level) の静的値も同様に送信できます。HDR 10 は、様々な企業でサポートされているオープン規格です。
- SMPTE ST-2084 知覚的量子化 (PQ)
- 最小信号インタフェース : HDMI 2.0a
- プレイバックカラー表示 : BT.2020 (Dolby Vision と同一)
- プレイバック伝達関数 : ST 2084 (Dolby Vision と同一)
- 静的メタデータ : ST 2086
- プレイバックビット深度 : 10 bit
- オープン規格
HDR 10+ は HDR 10* から構築された規格で、動的メタデータなどを追加し、シーンまたはショット毎の変化を可能にします。HDR 10+ では、ディスプレイの色空間などを認識可能になります。
サムスンはこの規格開発の主要な推進者です。HDR 10+ は最近多数の企業に採用され、アマゾン、サムスン、パナソニック、20世紀フォックス (FOX)、ワーナー・ブラザースなどを含む HDR 10+ アライアンスが結成されました。
- SMPTE 2094-40 準拠 色空間変換向け動的メタデータ (DMCVT)
- シーン毎、ディスプレイ毎に最適化された色変換
- 動的メタデータ : ST 2094 準拠
- 補足カラーグレーディング情報をメタデータトラックで伝達
- 最低限必要なシグナルインターフェース : HDMI 2.0a
- プレイバック時のカラー表示 : BT.2020 もしくは BT.709 (ディスプレイに依存)
- プレイバック転送機能 : ST 2084 準拠
- プレイバックビット深度 : 10-bit
HLG (ハイブリッドログガンマ) は、BBC と NHK が共同開発した HDR 規格です。HLG は輝度値を相対的に扱うのに対して、PQ は絶対値として扱います。HLG は広色域向けの BT.2020 規格上に位置し、BT.2100 として知られる規格にも PQ と HLG ダイナミックレンジ は追加されています。HLG 規格はロイヤリティフリーで、HDR ディスプレイと同様に SDR ディスプレイにも互換性があります。HLG は HDMI 2.0b、HEVC 、VP9 でサポートされています。HLG のアピールポイントは、HDR と SDR が同じ信号から提供されていることです。
- ガンマとログの相互間でハイブリッド
- 相対輝度
- SDR 曲線に酷似
- 10 bit の色深度
- カメラからの線光画像データは、HLG OETF 曲線と WCG カラースペースの BT.2020 にマッピング
- メタデータ不要
* HLG はメタデータを含まないため、HLG は全ての HDMI 仕様で動作します。HDMI 2.0b は HDMI 2.0a を拡張した規格です。
変換 : FS-HDR
Colorfront™ のテクノロジーを搭載した FS-HDR
- FS-HDR は、カメラの広いカラースペースと輝度範囲から HDR 規格への変換に必要なブリッジ (架け橋) となるよう設計されています。HDR 以外の素材を HDR 番組に利用するための SDR から HDR への変換もリアルタイムで行なえます。
- FS-HDR に搭載されている Colorfront Engine™ は、Colorfront 社の CTO Bill Feighter 氏と主任技術者 Tamas Perlaki 氏によって開発されました。両氏は共にアカデミー賞を受賞しています。広色域、ハイダイナミックレンジ、ハイフレームレート、高解像度の処理をリアルタイムで提供します。
HDR/WCG リアルタイムコンバージョン
- SDR BT.709 素材を HDR BT.2020 へ変換
- HDR BT.2020 素材を SDR BT.709 へ変換
- PQ BT.2020 素材を HLG BT.2020 へ変換
- HLG BT.2020 素材を PQ BT.2020 へ変換
- カメラ Log フォーマットを HDR BT.2020 へ変換
- HDR BT.2020 素材をカメラ Log フォーマットへ変換
強力な HDR ツール
- Colorfront Engine Live モード : 生放送、A/V、イベント会場向けのアルゴリズムと制御
- Colorfront Engine Film モード : 撮影現場でのカメラプレビューやルック作成向けのアルゴリズムと制御
- ITU BT.2408-0 に準拠した数学的な BBC HLG 変換 LUT マッピング
- ユーザーが作成した 3D LUT (33 ポイント) のアップロードに対応
- サードパーティ製 LUT ツールからのダイナミック LUT アップロードに対応
ワークフローに合わせて設定
- 1 チャンネルの 4K/UltraHD 処理向けまたは 独立した4チャンネルの 2K/HD/SD 処理向けとして設定可能
- 入出力フォーマット : 4K、UltraHD、2K、HD、SD
- 入出力フレームレート : 23.98、24、25、29.97、30、50、59.94、60
- YCbCr、4:2:2、10-bit
- プリセットに設定を保存し、呼び出し / エクスポート / インポートが可能
- シングルマスターワークフローに対応
幅広い SDI インターフェイスオプション
- 12G/6G/3G/1.5G-SDI 対応
- シングル / デュアル / クアッドリンク対応
- 2 ピクセルインターリーブまたはスクエアディビジョン (4分割) ピクセルマッピング
- BNC もしくは Fiber LC を選択可能
- 注記 : 12G-SDI と Fiber SFP モジュールはオプション
編集と色補正のための AJA HDR ソリューション
ポストプロダクションの最中には、HDR 素材を互換性のあるモニターに表示し、プレビューする必要があります。AJA Desktop ソリューションは、AJA Control Panel が提供する HDR メタデータと HLG のセットアップによって、作業をシンプルにします。
- * 互換性については、ソフトウェアの製造メーカーにお問い合わせください。
- ** HLG への対応はアプリケーション毎に異なります。互換性は、使用するソフトウェアの開発元までお問い合わせください。
HDR でのゲーム画面キャプチャ、VR、プロジェクションマッピング
HDR は、ゲーム画面キャプチャ、eスポーツ、VR (仮想現実)、プロジェクションマッピングなどの没入型環境でも活用できます。KONA HDMI を使うと、HDMI ソースを HDR でキャプチャできます。
KONA HDMI
KONA HDMI は、8 レーンの PCIe 2.0 マルチチャンネル HDMI キャプチャーカードで、業界で定評のある AJA 品質と柔軟性を兼ね備えています。
ゲーム、ストリーミング、VJ、ライブイベントでのスイッチング、ビデオブログ、VR、ポストプロダクション、放送局などに求められる複数のワークフローに応える設計がされています。この強力なキャプチャーカードは、最大 4K/UltraHD 60p のシングルチャンネルもしくは、最大 2K/HD 60p の 4 チャンネルのキャプチャーに対応します。
KONA HDMI は HDR 信号のキャプチャーに対応しています。HDMI 経由で PS4® Pro のような HDR 対応ゲーム機から HDR 信号のキャプチャーが行えます。
HDR モニタリング
SDI ソースを HDR でモニタリング
Hi5-4K-Plus
HDR に対応したハイフレームレート向けミニコンバーター
SDI で HDR を伝送する規格の進化が続いている一方、HDMI 2.0 の HDR 対応ディスプレイは手頃な価格で入手可能になっています。
3G-SDI から HDMI に変換する AJA の代表的なミニコンバーター Hi5-4K-Plus は、HDR 10 と HLG をディスプレイに表示するワークフローを実現します。
Hi5-4K-Plus と AJA の 無料アプリケーション Mini Config を使って、CTA-861-G や HDMI 2.0a で定義されている HDMI HDR Infoframe のメタデータを加えられます。
コンバーターと PC を繋ぎ、必要に応じて静的メタデータも設定できます。
Hi5-12G
HDR に対応した 12G-SDI → HDMI 2.0 ミニコンバーター
Hi5-12G は 8 チャンネルのデジタルオーディオがエンベデッドされた 4K/UltraHD/2K/HD の 12G-SDI シングルリンク入力を変換し、2 チャンネルもしくは 8 チャンネルのオーディオと共に HDMI 2.0 で出力します。
12G-SDI シングルリンク入力はリクロックされて SDI ループ出力されるため、精度の高いモニタリングや SDI の伝送経路の簡潔化が行えます。
Hi5-12G シリーズには、ファイバー SFP が搭載されたモデルもラインアップされています。Hi5-12G-R は HDMI の 4K 信号を拡張できるレシーバー (受信機) です。ソースに SDI または光ファイバーで接続し長距離伝送します。
Hi5-12G-TR は、4K/UltraHD のソース信号を SDI または光ファイバーで HDMI の接続先に届けるトランシーバー (送受信機) です。ソース信号は SDI または光ファイバーで別の送出先にも届けられます。
Hi5-12G シリーズ
- Hi5-12G - 12G-SDI から HDMI 2.0 への変換
- Hi5-12G-R - ファイバー LC レシーバー × 1 付属
- Hi5-12G-TR - ファイバー LC トランシーバー × 1 付属
HDR プレイバック
Ki Pro Ultra Plus
イベント会場、映写室、施設内にあるディスプレイ、またはスタジアムに設置された大型 LED ディスプレイなどに映す際、Apple ProRes ファイルの素材を HDR 10 や HLG として表示できます。
4K/UltraHD/2K/HD 対応のレコーダー兼プレイヤー Ki Pro Ultra Plus は、ファームウェア 2.0 以降、HDR 10 や HLG の Apple ProRes ファイルを容易にプレイバックしたり HDMI 2.0 互換のディスプレイ上に表示したりできるようになりました。
Ki Pro Ultra Plus は、HLG カメラまたはその他の HLG デバイスの HLG 素材をキャプチャできます。
HDR 解析
HDR Image Analyzer 12G
HDR Image Analyzer
HDR 波形、ヒストグラム、ベクトルスコープモニタリング
HDR Image Analyzer は、HLG、PQ そして Rec.2020 を含む最新の HDR 規格を効果的に分析する包括的なツールを提供します。8K/UltraHD2/4K/UltraHD/2K/HD コンテンツをリアルタイムに扱える便利な 1RU のデバイスです。I/O が 3G に対応する製品と 12G に対応する製品の 2 つのモデルがあり、必要に応じて選択できます。
Colorfront 社との協業によって開発された AJA HDR Image Analyzer は、カメラ Log フォーマット、SDR (REC 709)、PQ (ST 2084)、HLG を含むあらゆる入力に対応しています。また、色域は HDR 向けの BT.2020 や従来の BT.709 にも対応しています。
あらゆる状況で使用するために特別に設計された 1RU のフォームファクターは、様々なワークフローに適応します。HDR 制作やマスタリングに求められる安定性や予測可能性を提供します。
HDR 分析ツール
HDR Image Analyzer のツールセットには、波形、ヒストグラム、ベクトルスコープモニターに加え、基本的なイメージ分析機能も多数含まれています。Nit 明暗レベルメーター、色域範囲外と輝度範囲外のピクセルを簡単に検出できる色域外カラー確認モード、エラーログ機能、ピクセルピッカー、フレーム記憶と画面分割、注視したい領域に水平線や垂直線を表示できるラインモード、オーディオフェイズメーターなどです。
さらに、ARRI®、Canon®、Panasonic®、RED®、Sony® といった主要なカメラのカラースペースも組み込まれています。
- 波形
- ヒストグラム
- ベクトルスコープ
- 色域
- Nit 明暗レベル
- タイムコードを利用したファイルベースのエラーログ
- 高度なピクセルピッカーによるデータ分析
- 誤差許容範囲を使用して、色域外と輝度範囲外を高度に検出
HA5-12G
HDMI 2.0 → 12G-SDI コンバーターシリーズ
HDMI 2.0 経由で HDR 信号を扱う際は、HDR メタデータの使われ方について、よく理解する必要があります。ソースから HDMI 2.0 ケーブル経由で、HDMI から 12G-SDI に変換する AJA の ミニコンバーター HA5-12G に接続し、AJA の無料ソフトウェア Mini-Config 上の HDR タブを開いて、あらゆる HDR 静的メタデータを読み込みます。
AJA の HA5-12G は 1 系統の HDMI 2.0 入力を 2 系統の 12G-SDI 出力に変換します。2 系統の SDI 分配出力が可能で、各々の SDI 端子から 12G-SDI をそれぞれ 1 本のケーブルで送出可能です。そのため 4K/UltraHD を SDI で転送する際のケーブル数を削減できます。HA5-12G は最大 8 チャンネルの HDMI オーディオ、または 2 チャンネルのアナログオーディオ (RCA) に対応し、8 チャンネルもしくは 2 チャンネルのデジタルオーディオを 12G-SDI にエンベデッドできます。
HA5-12G シリーズには、ファイバー SFP が搭載されたモデルもラインアップされています。HA5-12G-T はシングルチャンネルのトランスミッター (送信機) で、HDMI の 4K 信号を拡張します。シングルモードで 10 km の長距離伝送が可能です。
HA5-12G シリーズ
- HA5-12G - HDMI 2.0 から 12G-SDI への変換
- HA5-12G-T - シングルファイバー LC トランスミッター付属モデル
HA5-4K
HDMI 経由の HDR 信号を扱う際は、HDR メタデータの利用について、よく理解する必要があります。HDMI 2.0 のケーブル経由のソースを AJA の HDMI → SDI ミニコンバーター HA5-4K に接続し、AJA の無料ソフトウェア Mini Config 上の HDR タブを開いて、あらゆる HDR 静的メタデータを読み込みます。
関連情報
日々進化する放送技術に対し、AJA は世界中の放送、制作、ポストプロダクション、システムインテグレーターが将来に渡って使用できる技術を提供しています。
AJA 製品を扱っている販売会社は、以下の購入先情報からご確認いただけます。また、AJA-JP では購入前に製品を実際に確認できる、評価用の機材を無料貸出しています。