Вопросы и Ответы: Глубина/битность цвета проектора и количество отображаемых цветов

Вопрос. Что на практике означает глубина цвета 10 бит или «количество цветов: 1,07 миллиардов»?

Ответ. На этот вопрос приходится отвечать очень развернуто. Прежде всего, с практической точки зрения речь идет о количестве цветовых градаций (полутонов), и чем их больше, тем более плавными будут цветовые переходы, как между различными оттенками, так и между различными уровнями яркости. Два изображения ниже наглядно демонстрируют, что даже сильный бандинг (резкие цветовые переходы) при просмотре обычного видеоконтента бросается в глаза только на определенных типах или участках изображения, содержащих очень плавные цветовые переходы и минимальное число прочих деталей.

«Бандинг» выражен сильно«Бандинг» почти незаметен

Давным-давно в далекой Галактике... 

Глубина/«битность» цвета, прежде всего, относится к исходному видеоформату. К примеру, видеоконтент UltraHD с поддержкой HDR10 требует от проектора/телевизора поддержки 10-битного цвета (10 бит на канал). Без этого видео просто не будет воспроизводиться. Таким образом, на устройство можно смело лепить наклейку о «поддержке 10-битного цвета». Так происходит со многими Ultra HD/HDR-устройствами — новый стандарт требует поддержки HDMI 2.0, HDCP 2.2, и прочего. Если устройство смогло просто прочитать этот формат, то мы можем говорить о том, что перед нами «HDR-проектор», хотя более скромным было бы сказать, что просто устройством поддерживается соответствующий сигнал и имеются соответствующие видеоразъемы.

Что вообще значит «X бит на канал»? Для сигнала RGB это означает, что X бит зарезервировано под красный, X бит под зеленый и X бит под синий. К примеру, 8 бит на канал — это 8 бит для красного, 8 бит для зеленого и 8 бит для синего — всего получается 24 бит, и мы называем это «24-битный цвет». Если 10 бит на канал, то получаем 30-битный цвет, и пр.

Что такое 8 бит на канал на практике? 8 бит — это 2*2*2*2*2*2*2*2=256 цветов, где 0 — черный, а 255 — белый. Точнее, 0 — «лампочка не светит», а 255 — «лампочка светит на 100%». К примеру, цвет 255, 0, 128 означает "красный светит на 100%, зеленый не светит, синий светит на 50%" — сочетание красного и синего дает малиновый цвет (маджента), но у нас 50% синий — поэтому цвет будет ближе к красному — давайте грубо назовем его насыщенным розовым.

Если надо отображать градации красного цвета от темно-красного до ярко-красного, то все проще — это будет цвет от 0, 0, 0 до 255, 0, 0. Итак, у нас 255 градаций красного, и нам этого вполне достаточно чтобы создать плавные цветовые переходы без «бандинга» или «эффекта постеризации», как иначе называют резкие скачки цвета и хорошо различимый скачок между двумя полутонами.

8 бит на канал — это хорошо. Однако, в связи с приходом эпохи Ultra-HD и HDR, возросли требования к диапазону отображаемых цветов: все цветовые оттенки теперь отмечаются внутри цветового пространства BT.2020, охват которого существенно шире, чем «обычный HD-цвет»/Rec.709/sRGB. Это означает, что зеленый теперь — это зеленый BT.2020, а не зеленый Rec.709. Между «старым зеленым» и «новым зеленым» существует множество полутонов. Если с новым охватом использовать 8-битное хранение цветовой информации, то появление бандинга практически неизбежно.

Как будто этого было мало, помимо расширенного цветового охвата у нас теперь есть еще и HDR — контент создается исходя из соображения, что HDR-телевизор сможет воспроизвести гораздо больший диапазон различных яркостей. Если раньше самый яркий белый цвет использовался в качестве белого фона для текста, то теперь 100% белый должен быть чем-то вроде слепящих автомобильных фар.

 

В общем, из-за увеличения яркостного диапазона, во избежание бандинга, количество полутонов между черным и белым надо также увеличить.

Сказанное выше делает переход на 10-битный цвет насущной необходимостью для нового формата. Таким образом, получается 1024 оттенка для каждого канала и всего 1024*1024*1024 = 1 073 741 824 цветов. Как говорится, «мильон тыщ цветов». Этого вполне достаточно, чтобы сохранить HDR-изображение, которое будет содержать плавные цветовые переходы.

Но предположим, у вас есть видеофайл или диск Ultra HD Blu-ray с 10-битным цветом, и даже наш проектор принимает этот формат. Вот пример таблицы, содержащей типы входных сигналов, совместимых с HDR-проектором (взято отсюда).

Узнать о том, что такое 4:2:0, можно здесь.

Тем не менее, до сих пор речь шла лишь о поддержке входного сигнала. А вот что делает проектор с этим сигналом после того, как он получен, совершенно неизвестно. Это маловероятно, но теоретически проектор/телевизор вполне мог бы, получив 10-битный цвет, сразу перекодировать его в 8-битный и далее работать с ним, ускоряя процесс вычислений, но неизбежно создавая бандинг. И недаром чем дороже проектор, том больше производитель хвастается видеопроцессингом, который для большинства пользователей всегда «остается темной лошадкой».

Но иногда производитель все-таки пишет об этом. Вот пример текста (взято отсюда): 

«В LCD-проекторах Christie применяется 10-битная обработка изображения, которая обеспечивает более плавные переходы между отдельными цветами и значительно более точное представление цветов, которые мы видим в повседневной жизни. 10-битный процессор, способный воспроизводить более миллиарда цветов, что в 64 раза превышает количество цветов, воспроизводимых обычными 8-битными LCD-панелями, дает более реалистичное изображение.» Далее в тексте сообщается о возможности настраивать цвета по оттенку, яркости и насыщенности.

Итак, в тексте заявляется, что обработка цвета и LCD-панели могут быть как 8-битными, так и 10-битными. Если уже честно, 8-битная обработка цвета не так сильно повредит 3LCD проекторам, поскольку данная технология использует тот же RGB-принцип формирования изображения.

К примеру, к вам пришел сигнал 255, 0, 0 — вы просто отправляете 255 на «красную матрицу» и нули — на «зеленую и синюю».

В случае с DLP-проекторами, если используется цветовое колесо с красным, зеленым, синим, желтым, голубым, пурпурным, прозрачным сегментами, то процесс преобразования из сигнала RGB в этот сигнал RGBCMYW (или любая другая комбинация, кроме RGB) оказывается существенно сложнее.

И действительно, в моей практике эффект бандинга встречается чаще на DLP-проекторах, причем самый интересный эффект наблюдается при наличии прозрачного сегмента на стыке яркого белого и цветного участка. Но все это применимо, в основном, к бюджетному и среднему ценовому сегменту.

И вот, наконец, можно перейти к описанию сути проблемы бандинга при 8-битном цвете. Знакомые с графическими редакторами, такими как Photoshop, согласятся, что при цветокоррекции изображения лучше работать с более высокой глубиной цвета, чем 8 бит, даже если результат сохраняется в формате 8 бит на цвет. Причина этого проста: даже если изображение выглядит красиво при 8-битном цвете, любая манипуляция с цветом, такая как изменение насыщенности, оттенка, яркости, приведет к необходимости совершать все вычисления, используя лишь 256 оттенков, что приведет к округлению получаемых значений и неизбежной потере плавности цветовых переходов. Бандинг проще всего получить, если осуществить несколько манипуляций с цветом:

Создаем бандинг в Photoshop (виден на 3а и 4а)

На приведенном рисунке бандинг у 8-битного цвета появляется на стадии 3, но картинка все еще выглядит аккуратно. Однако, применив еще одну цветокоррекцию поверх первой, бандинг был усилен до неприемлемого уровня.

Подобную обработку изображения проектор осуществляет всегда, причем дело не только в пользовательских настройках, например яркости и контрастности в меню, а также «цветовой температуры». Возьмите стандартные режимы изображения: «Самый яркий», «Презентация», «Кино» и пр. Каждый из них является результатом сложной цветокоррекции на уровне цифровой обработки изображения. К примеру, в «самом ярком режиме» мы обычно пропускаем на экран больше зеленого цвета, а в режиме «Презентация» — значительно меньше. Это значит, что при 8-битной обработке в режиме «Презентация» доступно уже не 256, а, к примеру, 180 градаций зеленого, а в самом точном режиме останется лишь 140. Поскольку зеленый участвует в формировании желтого, голубого и белого, то все эти цвета рискуют получить эффект бандинга.

В общем, производители осведомлены о ситуации и стремятся использовать адекватные алгоритмы видеопроцессинга. Однако, конечный пользователь зачастую может узнать о том, чего ожидать от изображения, лишь со слов специально обученных экспертов.

Нет комментариев

Только зарегистрированные и авторизованные пользователи могут оставлять комментарии.