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La imagen contenida en una señal de vídeo se define por lo que se visualiza en la pantalla de referencia que se emplea para su masterización. Los coloristas realizan los ajustes pertinentes y toman decisiones sobre la apariencia final de los contenidos sobre los que trabajan basándose en el aspecto visible en dicho monitor de masterización de referencia.

Monitor de monitorización de referencia HDR 4K Sony BVM-X300.
Monitor de monitorización de referencia HDR 4K Sony BVM-X300.

En el caso de una producción en directo, quien toma tales decisiones puede ser o bien un responsable de la Unidad de Control de Cámara (CCU), o bien el encargado de aplicar una look-up table (LUT) simple para la reasignación de tonos. En las producciones off-line, el proceso suele implicar el etalonaje del contenido –con intención artística– en una suite de postproducción.

Función de Transferencia Electro-Óptica

La Función de Transferencia Electro-Óptica (EOTF) del monitor de referencia determina cómo se convierten los valores de señal de vídeo en valores de luz lineales. Como el contenido –tanto de producciones en directo como de producciones off-line– se guía por esa pantalla, su EOTF siempre define el contenido. Las curvas de gamma de las normas –ya obsoletas, pero aún en uso– BT. 709 y BT.1886 representan una cuantización de brillo relativo.

Tal representación adopta la forma de leyes potenciales. Una ley potencial es un determinado tipo de relación matemática entre dos cantidades, que puede relacionar dos variables diferentes o bien una variable determinada y su frecuencia. En una distribución de ley de potencias, las frecuencias pueden llegar decrecer –a causa del exponente– si la variable aumenta. Las curvas mentadas muestran valores de luminancia relativa, permitiendo a cada monitor de reproducción asignar el código de mayor valor al límite más alto de luminancia específico de dicha pantalla –reasignando la señal de vídeo en consecuencia–.

Monitor profesional CRT JVC DT-V1910CGU.
Monitor profesional CRT JVC DT-V1910CGU.

Las curvas de gamma tradicionales –como las ya indicadas– se basaban en las limitaciones físicas de la tecnología de monitores con Tubo de Rayos Catódicos (CRT). Eran similares a la percepción humana, pero sólo a niveles de iluminación relativamente bajos. Los valores de luminancia que cubrían no superaban los 100 nits.

Cuando las EOTF convencionales se estiran más allá unos pocos cientos de nits –incluso con señales de 10 bits–, comienzan a producir el efecto de un exagerado refuerzo de los contornos de la imagen. Este desagradable incremento del microcontraste se debe al modo ineficiente en que utilizan los bits de información en relación con el sistema visual humano.

Presentado a finales de 2010, el Dolby PRM-4200 fue el primer monitor HDR de referencia de la firma, que se constituyó en la principal impulsora del estándar SMPTE ST 2084.
Presentado a finales de 2010, el Dolby PRM-4200 fue el primer monitor HDR de referencia de la firma, que se constituyó en la principal impulsora del estándar SMPTE ST 2084.

La curva de la EOTF de la norma SMPTE ST 2084 es una cuantización de brillo absoluto a 10 o 12 bits. Es decir, una función de luminancia absoluta, que requiere que la EOTF de la pantalla de reproducción iguale con exactitud a la EOTF del monitor de masterización de referencia. Se diseñó con espacio libre en para futuras expansiones y cubre un rango de luminancia que va desde los 0,00005 nits hasta los 10.000 nits.

La norma asigna idénticos valores absolutos de luminancia y crominancia al código de cada señal de vídeo en cada pantalla. Por ejemplo, el código 691 a 10 bits siempre se asigna a 500 nits. Esto permite que cualquier pantalla de reproducción preparada para ello iguale los valores de luminancia y crominancia del monitor de masterización de referencia.

La EOTF del HDR –estandarizada como SMPTE ST 2084– se basa en la Función de Sensibilidad al Contraste (CSF) del ojo humano. Dicha función sirve para evaluar la calidad de un sistema visual, porque proporciona información subjetiva sobre el modo en que detectamos las formas de un objeto. Las bajas frecuencias de dicho objeto están relacionadas con su forma, y las altas frecuencias con los detalles.

Muestra de estímulos de onda cuadrada de la función de sensibilidad al contraste.
Muestra de estímulos de onda cuadrada de la función de sensibilidad al contraste.

Para definir la sensibilidad al contraste se utiliza como objeto una red periódica formada por una serie de franjas claras y oscuras cuya luminancia varía de forma sinusoidal. La frecuencia espacial de tal red la expresamos en función del número de ciclos del frente de onda que existen por unidad de ángulo visual expresado en grados –ciclos/grado–. La definición de contraste se expresa como la diferencia entre la luminancia de la zona brillante (Lmax) y de la zona oscura de la red (Lmin), por la suma de ambas:

C = \frac{L_{max} - L_{min}}{L_{max} + L_{min}}

El contraste mínimo que puede distinguir una persona representa el contraste umbral y su inverso se define como la sensibilidad al contraste. La representación de esa sensibilidad al contraste frente a la frecuencia espacial –expresada en coordenadas logarítmicas– es lo que constituye la CSF. Su forma se caracteriza por presentar un máximo en el rango de las frecuencias medias y valores inferiores para las frecuencias situadas a ambos lados de tal máximo. Hablando en plata, los humanos estamos mucho mejor equipados fisiológicamente para distinguir gradaciones de densidad en los tonos medios –coincidentes con los de las pieles de todas las etnias– que para hacerlo con los tonos correspondientes a las bajas y altas luces.

Representación de una curva PQ sobre las coordenadas de brillo y contraste.
Representación de una curva PQ sobre las coordenadas de brillo y contraste.

La EOTF del HDR emplea la medición estandarizada de Barten de la CSF. Se referencia dicha medición en el informe ITU-R BT.2246-5. Esta EOTF se denomina curva de Cuantización Perceptual (PQ) y resulta esencial para comprender el flujo de trabajo del HDR en cinematografía –mucho más exigente, en términos de calidad de imagen y precisión de la reproducción del color, que su alternativa más común en televisión–.

Como la norma SMPTE ST 2084 se acerca bastante el modelo perceptual humano, realiza el uso más eficiente de los bits de la señal a través de la totalidad del rango de luminancia. Una señal codificada según la ST 2084 puede representar niveles de luminancia de hasta 10.000 nits a cambio de relativamente pocos códigos extra.

La mayoría de los códigos de la norma se refieren a niveles más bajos de luminancia –para complementar la mayor sensibilidad del sistema visual humano en dichos niveles y para minimizar el efecto de banding visible en los mismos–. La mitad de los códigos del HDR se encuentran en el rango del SDR, lo que significa que el HDR de 10 bits duplica el número de valores de código en el rango del SDR –en comparación con el vídeo tradicional a 8 bits–.

Proceso de postproducción en HDR © Dolby.
Proceso de postproducción en HDR © Dolby.

Si una pantalla reproduce únicamente una representación lineal de la iluminación de la escena, las imágenes aparecerán lavadas y con poco contraste –de modo similar al de las curvas logarítmicas a las que nos hemos acostumbrado en el SDR–. Ocurre así porque las escenas que se visualizan con niveles de iluminación mucho menores que los de la escena original se perciben –también– con mucho menos contraste que en la escena original. Para optimizar esas imágenes se utiliza una función de curva en S –que no es lineal–, que reasigna la iluminación de la escena ajustándola a la de la pantalla.

Esta Función de Transferencia de Óptica a Óptica (OOTF) se suele denominar como “intención de representación” o “gamma del sistema”. Comprime o recorta las altas luces extremas y las zonas más oscuras, e incrementa el contraste en los tonos medios con un valor de gamma usualmente superior a 1 –por lo general de entre 1,1 y 1,6–. La curva PQ de la norma SMPTE ST 2084, definida por su EOTF, se diseñó para que se aplicara una OOTF en cámara y/o en el proceso de postproducción.

Simulación del incremento del detalle y las texturas en HDR. © Dolby.
Simulación del incremento del detalle y las texturas en HDR. © Dolby.

En nuestro siguiente artículo nos centraremos en los metadatos del HDR y en su Gamut Amplio de Color (WCG).

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