High Dynamic Range (Visoki dinamički opseg)
Dakle, planirate da kupite novi monitor ili laptop i proveravate specifikacije ekrana. Ima željenu rezoluciju i osvežavanje, ali takođe primećujete da neki modeli reklamiraju podršku za HDR.
Ako se pitate šta tačno znači HDR, kako funkcioniše i kakve koristi može pružiti, onda ste na pravom mestu. U ovom članku ćemo vam pružiti sve informacije o ovim tri čarobna slova.
Kratko objašnjenje o HDR-u
HDR označava High Dynamic Range i koristi se za označavanje tehnologija i metoda koje se koriste u slikama i video sadržajima, panelima za prikazivanje i prikazu grafike, a koje povećavaju razliku između maksimalnih i minimalnih vrednosti svetlosti i boje.
Ova razlika, poznata kao dinamički opseg, odnosi se na to koliko puta je maksimalna vrednost veća u odnosu na minimalnu. Na primer, ako se odnosi na izlaz svetlosti monitora, dinamički opseg se odnosi na kontrastni odnos (maksimalna svetlost podeljena sa minimalnom svetlošću).
Ove tehnologije poboljšavaju percipiranu kvalitetu slika jer ljudski vizuelni sistem, u odgovarajućim okolnostima, može razlikovati svetlost kroz veliki kontrastni odnos.
Sistemi visokog dinamičkog opsega pomažu u zadržavanju finih detalja koji bi inače bili izgubljeni u tamnim ili svetlim područjima, kao i poboljšanju dubine i opsega boja. Statične slike, filmovi i renderovana grafika izgledaju mnogo bolje kada se prikazuju na kvalitetnom HDR ekranu.
Tehnologija koja koristi HDR često je skuplja od takozvane SDR (Standardni dinamički opseg) jer koristi složenije ili teže za proizvodnju delove, kao i veću količinu podataka koja mora da se obradi i prenese. Sada je vreme da ovo objasnimo detaljnije…
Razumevanje digitalnih boja
Računari i naši omiljeni tehnološki uređaji stvaraju slike na ekranima manipulacijom vrednosti boje. To su vrednosti koje se koriste za predstavljanje određene boje – tačnije, crvene, zelene i plave boje – i svaka druga boja se stvara kombinacijom ovih triju boja, koristeći ono što se naziva RGB modelom boje.
To je matematički sistem koji jednostavno sabira ove tri vrednosti boje, ali sam po sebi nije od velike koristi. Modelu su potrebne dodatne informacije o tome kako se boje trebaju tumačiti, kako bi se uzeli u obzir aspekti kao što je način rada ljudskog vizuelnog sistema, a rezultat se naziva prostor boja. Postoji mnoštvo različitih kombinacija, ali neki od najpoznatijih prostora boja su DCI-P3, Adobe RGB i sRGB.
Ovi prostori ne mogu pokriti svaku moguću boju koju mi možemo razlikovati, a skup boja koje mogu predstavljati naziva se gamut. Oni se često prikazuju u takozvanom CIE xy hromatičnom dijagramu.
U našim pregledima monitora uvek ćete videti reference na ove gamute, sa merenjima koliko od gamuta pokriva prikaz. Ali, pošto su modeli boja, prostori boja i gamuti zapravo samo matematika, potrebni su razni sistemi za pretvaranje brojeva u pravilno fizičko prikazivanje slike.
Da bismo prošli kroz sve to, potreban bi nam bio još jedan članak, ali jedan od najvažnijih je elektro-optička prenosna funkcija (EOTF). To je matematički proces koji prevodi električne signale digitalne slike ili videa u prikazane boje i nivoe osvetljenosti.
Za većinu nas, nikad nije potrebno da brinemo o svemu ovome – samo priključite naše monitore i televizore, gledajte filmove i igrate igre i ne morate mnogo razmišljati o svemu ovome. Međutim, profesionalni kreatori sadržaja će posvetiti puno vremena kalibraciji svojih uređaja kako bi se osiguralo da se slike i slično prikazuju što tačnije moguće.
Važnost dubine boje
Boje koje se obrađuju u modelima mogu se predstaviti na različite načine, kao što je aritmetički domen [0,1] ili vrednost u procentima. Međutim, pošto uređaji koji obrađuju matematiku koriste binarne brojeve, vrednosti boja se takođe čuvaju u tom formatu.
Veličina digitalnih podataka se meri u bitovima, a količina koja se koristi često se naziva dubinom boje. Što više bitova koristi, to je veći broj različitih boja koje mogu biti stvorene. Minimalni standard danas je da se koristi 8 bitova za svaki kanal, a ponekad ćete to možda videti napisano kao R8G8B8 ili samo 888. Jedan bit pruža dve vrednosti (0 i 1), dva bita daju 2 x 2 = 4 vrednosti, i tako 8 bitova daju 2 x 2 x … (8 puta) = 256 vrednosti.
Kad ih pomnožimo zajedno, 256 x 256 x 256, dobijamo 16.777.216 mogućih kombinacija RGB. To može izgledati kao nemoguće veliki broj boja, mnogo više nego što ikada trebate, i uglavnom jeste! Zato je to industrijski standard.
Za sada se fokusirajmo samo na jedan kanal boje. Na slici gore, možete videti razliku u tome kako se menja crveni kanal, zavisnosti od broja bitova koji se koriste. Primetite kako je 8 bitova mnogo glatkiji u poređenju sa ostalima? Možda izgleda sasvim dobro ovako, i ne čini se da postoji potreba za korišćenjem više bitova.
Međutim, čim počnete mešati boje zajedno, 8 bitova više nije dovoljno. U zavisnosti od prikazane slike, lako je primetiti obeležene regije gde boja izgleda da preskače sa jedne vrednosti na drugu. Na slici ispod, boje na levoj strani su simulirane korišćenjem 2 bita po kanalu, dok je desna strana standardnih 8 bitova.
Iako vrh desne strane ne izgleda previše loše, pažljivim pregledom donjeg dela (posebno blizu tla) jasno se vidi problem. Korišćenje veće dubine boje bi rešilo ovaj problem, iako ne morate ići baš na veliku vrednost – 10 ili 12 bitova je više nego dovoljno, jer čak i sa 10 bitova postoji 1024 koraka u gradijentu boje. To je četiri puta više promena boje nego sa 8 bitova.
Korišćenje veće dubine boje postaje još važnije kada koristite prostor boja sa veoma širokim gamutom. sRGB je razvijen pre više od 20 godina od strane Hewlett Packard-a i Microsoft-a, ali je i dalje potpuno pogodan za prikaze današnjih uređaja jer skoro svi koriste 8 bitova za dubinu boje. Međutim, nešto poput Kodak-ovog ProPhoto RGB prostora boja ima gamut tako velik da su potrebni kanali boje od 16 bitova kako bi se izbeglo pojavljivanje traka (bandinga).
Kako ekrani stvaraju slike
Većina današnjih monitora, televizora i ekrana na tabletima i telefonima koristi jednu od dve tehnologije za generisanje slike: tečne kristale koji su pasivni, ili diode organskih materijala (OLED) koje su aktivne.
Svaki od ovih ekrana ima svoje prednosti i mane, i svaki ima sopstvene karakteristike kada je u pitanju HDR. Pojedinosti ovih tehnologija su prilično tehničke, ali ako ste zainteresovani, evo kratkog pregleda:
LCD (Liquid Crystal Display) – Ovo je tehnologija ekrana koja je već duže vreme prisutna na tržištu. LCD ekran se sastoji od tečnih kristala koji su između dve polarizirane staklene ploče. Kristali se kontrolišu električnim naponom koji se primenjuje na njih, što im omogućava da propuštaju ili blokiraju svetlost i tako stvaraju sliku. LCD ekrani mogu biti pozadinski osvetljeni pomoću CCFL (Cold Cathode Fluorescent Lamp) ili LED (Light Emitting Diode) pozadinskog osvetljenja. LED pozadinsko osvetljenje je danas najčešće korišćeno i omogućava bolju kontrolu osvetljenosti i kontrasta.
OLED (Organic Light Emitting Diode) – OLED ekrani koriste organske materijale koji emituju svetlost kada se na njih primenjuje električna struja. Svaki piksel na OLED ekranu je samosvetleći, što znači da može nezavisno da se uključuje ili isključuje, što rezultira boljim kontrastom i dinamičkim opsegom u odnosu na LCD ekrane. OLED tehnologija takođe pruža širi ugao gledanja i bolju reprodukciju boja.
Oba tipa ekrana mogu podržavati HDR, ali se razlikuju u performansama i mogućnostima. OLED ekrani su generalno bolji u prikazivanju HDR sadržaja zbog svoje sposobnosti da postignu dublju crnu boju i veći kontrast, dok LCD ekrani imaju veću svetlinsku snagu i moguće su vrlo svetle bele boje. Kvalitet HDR prikaza zavisi i od drugih faktora, kao što su kalibracija, lokalno zatamnjivanje (kod LCD ekrana) i podrška za određene HDR standarde.
HDR formati i sertifikacija
Uzmimo za primer srednje skup monitor za računar – Asus TUF Gaming VG279QM. Ovaj monitor koristi LCD panel osvetljen LED diodama sa zadnje strane, a proizvođač tvrdi da podržava HDR i navodi dve karakteristike: HDR10 i DisplayHDR 400.
Prva karakteristika je specifikacija video formata koju je kreirala Consumer Technology Association (CTA), koja definiše nekoliko tehničkih aspekata kao što su prostor boja, dubina boje, transferna funkcija i druge elemente.
Dok sRGB koristi relativno jednostavnu gama krivu za transfernu funkciju, HDR10 format koristi Perceptual Quantizer (PQ) krivu koja je mnogo pogodnija za sadržaj sa visokim dinamičkim rasponom. Takođe, prostor boja (ITU-R Recommendation BT.2020) za ovaj format ima širi opseg boja u odnosu na sRGB i Adobe RGB.
Dodatno, specifikacija zahteva minimalnu dubinu boje od 10 bitova kako bi se izbeglo pojavljivanje traka (banding). Format takođe sadrži fiksne metapodatke (dodatne informacije o celom video snimku koji se prikazuje na ekranu, kako bi ekran mogao prilagoditi video signale) i podršku za hromatsko poduzorkovanje 4:2:0 pri kompresiji.
Postoji nekoliko drugih HDR video formata (npr. HDR10+, HLG10, PQ10, Dolby Vision) koji se razlikuju po troškovima licenciranja, transfernoj funkciji, metapodacima i kompatibilnosti. Većina formata, ipak,koristi isti prostor boja i dubinu boje.
Druga HDR oznaka (DisplayHDR 400) na našem primeru monitora je još jedna sertifikacija, ovog puta od strane VESA (Video Electronics Standards Association). Dok je HDR10 i ostali formati usmereni na sadržaj, ova sertifikacija pokriva hardver koji prikazuje taj sadržaj.
Kao što ova tabela pokazuje, VESA zahteva od proizvođača da se osiguraju da njihovi monitori ispunjavaju određene zahteve u vezi sa osvetljenjem, dubinom boje i pokrivanjem prostora boja pre nego što mogu dobiti ovu sertifikaciju.
Na prvi pogled može se primetiti da je ocena DisplayHDR 400 najniža koju možete dobiti, i generalno, bilo koji monitor sa ovom ocenom nije posebno dobar za HDR, iako, ako nikada niste iskusili nešto bolje, možda ćete ga i dalje smatrati sasvim prihvatljivim.
Svet HDR formata i sertifikacija je prilično haotičan. Sasvim je moguće da imate fantastičan ekran koji može prikazivati sadržaj koristeći razne HDR formate, ali nije sertifikovan ni od strane VESA ni od strane UHD alijanse (drugog standardnog tela). S druge strane, možete imati monitor sa više sertifikacija, ali koji nije posebno dobar pri prikazivanju sadržaja sa visokim dinamičkim rasponom.
Trenutno, u svetu tehnologije postoji samo jedna vrsta ekrana koju bismo preporučili za odlično HDR iskustvo, a to je OLED.
Trenutno, u svetu tehnologije postoji samo jedna vrsta ekrana koju bismo preporučili za odlično HDR iskustvo, a to je OLED. Upotreba kvantnih tačaka (quantum dots) u LED panelima znatno poboljšava njihovu osvetljenost i pokrivenost prostora boja, ali ništa (za sada) ne može nadmašiti dinamički raspon OLED panela. Idealno, želite ekran sa prosečnom osvetljenosti od 1000 nita, mada je veća osvetljenost bolja (i verovatno skuplja).
Filmovi I HDR
Ako želite da gledate najnovije filmove sa visokim dinamičkim opsegom (HDR), trebaće vam tri stvari – HDR TV ili monitor, uređaj za reprodukciju koji podržava HDR formate i film u mediju koji je HDR enkodiran. U stvari, ako planirate da strimujete HDR sadržaj, trebaće vam još jedna stvar, a to je dobra internet veza.
Već smo pokrili prvu stavku, pa da razgovaramo o uređajima koji reprodukuju filmove, bilo da se radi o Blu-ray plejeru ili uređaju za strimovanje. U slučaju potonjeg, skoro svi najnoviji uređaji kompanija Amazon, Apple, Google i Roku podržavaju različite formate – samo najjeftiniji modeli obično to nemaju.
Na primer, Roku Streaming Stick 4K koji košta 40 dolara podržava HDR10, HDR10+, HLG i Dolby Vision. S obzirom da većina striming servisa koristi ili HDR10 ili Dolby Vision, sa takvim rasponom podrške bili biste više nego pokriveni.
Ako radije gledate filmove na fizičkim medijima, onda ćete morati da proverite specifikacije svog Blu-ray uređaja. Većina novijih 4K plejera podržava HDR, ali stariji uređaji verovatno neće.
Kada se vratimo na striming, servisi poput Disney Plus, Netflix i Prime Video nude sadržaj koji je enkodiran u jednom od HDR formata, ali često ćete morati da pretražujete razne menije da biste ih pronašli; verovatno ćete takođe morati dodatno da platite za takav sadržaj.
Imajte na umu da ako želite da gledate strimovane HDR filmove na računaru, moraćete da se pripremite za dosta problema. Vaša grafička kartica i kombinacija ekrana će morati da podržava HDCP 2.2, a u sistemu Windows ćete morati da imate instalirane HEVC kodeke. Takođe, Netflix podržava 4K HDR strimovanje samo u Microsoft Edge pregledaču i njihovoj Windows aplikaciji; Disney Plus i Prime Video će raditi u većini pregledača.
To može biti prilično mučno za podešavanje da bi pravilno funkcionisalo, i često je mnogo jednostavnije strimovati pomoću uređaja koji je priključen na HDMI port vašeg monitora koji podržava HDR.
HDR u video igrama
U ranim danima 3D renderovanja u video igrama, grafičke kartice su vršile sve proračune koristeći 8-bitne celobrojne vrednosti za svaki kanal boje, smeštajući završenu sliku u blok memorije (poznat kao bafer okvira) sa istom dubinom boje.
Današnje GPU kartice većinu tih izračunavanja vrše koristeći 32-bitne brojeve sa pokretnim zarezom, pri čemu je bafer okvira obično iste dubine boje. Razlog za ovu promenu bio je poboljšanje kvaliteta renderovanja – kao što smo videli ranije u ovom članku, korišćenje dubine boje koja je suviše niska rezultuje u izraženom pojasu boja. Upotreba visokopreciznih brojeva takođe omogućava razvojnim timovima da renderuju svoju igru sa visokim dinamičkim rasponom.
Mogućnost da se to radi postoji već 20 godina, a jedna od prvih igara koja je koristila HDR renderovanje bila je ekspanzija Lost Coast za igru Half-Life 2. Ispod možemo videti kako tipičan kadar izgleda sa standardnim renderovanjem (levo) u poređenju sa HDR-om (desno).
Kao prvi pokušaj ove nove tehnologije, Lost Coast izgleda preterano, sa izraženim sjajem i nivoima osvetljenja koji su donekle preterani. Međutim, ova ekspanzija je pre svega dizajnirana kao demonstracija novih funkcija u renderovanju.
Danas gotovo sve velike 3D igre koriste HDR renderovanje, čak i ako nemate monitor koji ga podržava. U takvim slučajevima, završeni kadar zahteva dodatnu obradu (ton mapiranje) kako bi se konvertovao u format pogodan za prikaz na SDR ekranu.
Relativno malo igara pruža direktnu podršku za HDR monitore – u nekim slučajevima to može biti samo prekidač za uključivanje/isključivanje, dok druge mogu pružati dodatne postavke za prilagođavanje obrade kadra kako bi se najbolje odgovaralo mogućnostima ekrana.
Na primer, Cyberpunk 2077 može formatirati okvir za prikaz kako bi se pridržavao zahteva HDR10, ali zatim omogućava podešavanje procesa mapiranja na osnovu nivoa osvetljenja vašeg monitora.
Takve ponude HDR-a su prilično retke, mnogo manje nego podrška za praćenje zraka (ray tracing) u igrama. S obzirom na poboljšanje vizuelne vernosti koje HDR može pružiti, šteta je što više razvojnih timova ne bira da to implementira.
Jedan način da se prevaziđe ovo u Windowsu 11 je korišćenje funkcije Auto HDR. U igrama koje koriste Microsoft-ovu DirectX 11 ili 12 API, omogućavanje ove opcije prisiljava vaš računar da pokrene algoritam na SDR okviru za prikaz, mapirajući ga na HDR okvir.
Opciju možete pronaći na dva načina: Start meni > Postavke > Prikaz > HDR ili pritiskom na Windows taster + G da biste otvorili Windows Gaming traku. Rezultati Auto HDR-a su različiti, neki naslovi ne pokazuju gotovo nikakvo poboljšanje, dok se drugi potpuno transformišu.
To zavisi od broja šejdera visoke preciznosti i rendernih ciljeva koji se koriste pre primene bilo kakvog mapiranja tonova. Jednostavna RTS igra verovatno neće pokazati primetnu promenu, dok će igra otvorenog sveta sa puno realistične grafike verovatno pokazivati poboljšanje.
HDR tehnologija još uvek nije široko rasprostranjena. Najbolje HDR iskustvo je i dalje rezervisano za skupe OLED ekrane, pa je HDR i dalje opcija za samo nekolicinu, a ne za većinu korisnika. Kompanije poput Microsofta i drugih su pokušale da promovišu upotrebu HDR-a, ali će se široka usvajanja najverovatnije desiti kada kvalitetna hardverska oprema postane dostupna po ceni koju milioni korisnika mogu priuštiti, što trenutno nije slučaj.
Iako možete nabaviti „HDR“ monitor za manje od 400 dolara, verovatno ćete biti razočarani celokupnim iskustvom – ovi modeli jednostavno nemaju dovoljno dinamičkog raspona da detalji zaista izraze svoj potencijal. Međutim, cene se smanjuju, i kao što je bilo sa 4K rezolucijom i visokim osvežavanjem ekrana koje je nekada bilo skupo, doći će trenutak u bliskoj budućnosti kada će dobar HDR monitor biti dostupan u svim cenovnim rangovima.
Ali bar sada znate tačno šta je HDR!