Todos los estándares mencionados en esta serie asocian el HDR y los espacios de color amplios con aquello que se ha denominado como volumen del color. Cuanto mayor es el rango de luminancia y más amplio es el espacio de color, más grande es el volumen del color en general.

Reasignación del volumen del color

El proceso de reasignación del volumen del color consiste en asignar contenido –que originalmente ha sido creado en un monitor de masterización con un gran volumen del color– a una pantalla de reproducción que tiene un volumen del color reducido. Se evita utilizar la expresión “gamut de color”, porque a menudo evoca una superficie bidimensional.

Comparativa entre los volúmenes del color de la recomendación BT.2020 y de la BT.709.
Comparativa entre los volúmenes del color de la recomendación BT.2020 y de la BT.709.

En algunos sistemas de HDR se llama “adaptación a la pantalla” o “ajuste de pantalla” a este mismo proceso.

  • Luminancia. El pico de luminancia de una pantalla de reproducción de HDR es, a menudo, inferior al del monitor de referencia que se utilizó para masterizar el contenido del vídeo que se está reproduciendo. En este caso, se pueden resignar los tonos del contenido con mayores valores de luminancia al intervalo tonal inferior de la pantalla de reproducción. Para ello se establece una gradación de las altas luces más brillantes, que evita una pérdida muy brusca de detalle. La reasignación de tonos se debe hacer de tal manera que minimice los efectos perceptuales de la gradación de la luminancia.
  • Cromaticidad. Los colores primarios de una pantalla de reproducción de HDR suelen estar menos saturados que los del monitor de referencia que se utilizó para masterizar el contenido del vídeo. En este caso, se puede reasignar el gamut más amplio al más estrecho de la pantalla de referencia. La reasignación del gamut se debe hacer de tal manera que se mantengan las diferencias relativas de saturación, pero sin desaturar las imágenes con valores más bajos del rango, para evitar imágenes lavadas.

Llegados a este punto, es importante establecer las diferencias críticas que hay entre los conceptos de cromaticidad y crominancia. En general, la clasificación de los espacios de color depende de si estos están basados en uno u otro concepto. La cromaticidad define al color con independencia del valor de luminancia –o de su equivalente en un espacio de color concreto–.

Si aplicamos filtros ND sobre la imagen que capta el sensor de una cámara o modificamos la intensidad de las fuentes de iluminación, los valores de cromaticidad permanecerán inalterables. En cambio, en un espacio de color basado en la crominancia, si variamos la intensidad de la luz, también variarán los valores de dicha crominancia. Con frecuencia se realiza la analogía entre la crominancia y un pigmento o pintura que añade colorido a una imagen. Un litro de pintura necesitará una cantidad determinada de pigmento. Dos litros requerirán el doble. Tres, precisarán el triple, etc.

En un sistema basado en la cromaticidad, se definiría el color como la proporción necesaria para mezclar todos los pigmentos en su conjunto. Para lidiar con grandes compresiones y anchos de banda muy eficientes, suelen ser más prácticos los espacios de color basados en la crominancia. Pero para etalonar, esos espacios pueden causar problemas si cambiamos el canal de luminancia sin hacer lo propio con el de crominancia. El resultado es una imagen con colores demasiado saturados.

Fotogramas en ProRes 4444XQ de nuestro test de las ópticas ARRI/Zeiss Master Prime para Falco Films. En la imagen superior, la exposición es la correcta para las pruebas de luces sombras, tono de piel, reflejos internos y flare. En la imagen inferior hemos mantenido exactamente la misma disposición de los elementos e idénticas intensidades en las fuentes de iluminación, pero sobreexponiendo muchísimo la imagen al escoger la máxima apertura de diafragma (T1,3 frente a una exposición correcta en T5,6). Como el espacio de color final del test está basado en la norma BT.709 (y por tanto depende de la crominancia), al reducir los valores de luminancia para igualarlos a los de la imagen superior, la saturación de los colores se ha incrementado visiblemente.
Fotogramas en ProRes 4444XQ de nuestro test de las ópticas ARRI/Zeiss Master Prime para Falco Films. En la imagen superior, la exposición es la correcta para las pruebas de luces sombras, tono de piel, reflejos internos y flare. En la imagen inferior hemos mantenido exactamente la misma disposición de los elementos e idénticas intensidades en las fuentes de iluminación, pero sobreexponiendo muchísimo la imagen al escoger la máxima apertura de diafragma –T1,3 frente a una exposición correcta en T5,6–. Como el espacio de color final del test está basado en la norma BT.709 –y por tanto depende de la crominancia–, al reducir los valores de luminancia para igualarlos a los de la imagen superior, la saturación de los colores se ha incrementado visiblemente.

Se puede evitar este fenómeno realizando ajustes en un espacio de color basado en la cromaticidad. Para convertir cualquier espacio de color –basado en la crominancia– en otro –basado en la cromaticidad– se divide la crominancia entre la luminancia –o su equivalente– para obtener cromaticidad. Por desgracia, muchos de los programas de corrección no realizan esta función. En determinadas situaciones, es posible conseguir el mismo resultado, reduciendo los componentes de la crominancia en la misma cantidad. Pero esta solución tiende a no funcionar si se han aplicado al canal de luminancia manipulaciones basadas en curvas.

La curva PQ descrita en el estándar SMPTE ST 2084.
La curva PQ descrita en el estándar SMPTE ST 2084.

Para lograr la reasignación de tonos y del gamut en la pantalla de reproducción, es necesario que reciba información de los atributos de la luminancia y de la cromaticidad –tanto del monitor de masterización como del contenido–. Tales atributos están representados en los campos de metadatos estáticos que define el estándar SMPTE ST 2086. No obstante, si se realiza la reasignación del volumen de color sin información del contenido –escena por escena– el proceso se basará únicamente en la escena más brillante y en el gamut más amplio del contenido. La mayor parte de ese contenido presentará una compresión –del intervalo tonal y del gamut de color– mayor de la que sería necesaria.

En las cámaras de cinematografía actuales es perfectamente posible escoger archivos de aspecto con una LUT precargada para que la salida de imagen a los monitores de campo del rodaje se ajuste a la recomendación BT. 2020. © ARRI.
En las cámaras de cinematografía actuales es perfectamente posible escoger archivos de aspecto con una LUT precargada para que la salida de imagen a los monitores de campo del rodaje se ajuste a la recomendación BT. 2020. © ARRI.

Los metadatos dinámicos permiten –a cualquier pantalla compatible– resignar el contenido a un volumen de color tan pequeño como sea estrictamente necesario –cuando dicho contenido exceda las capacidades de la pantalla de reproducción–. El modelo perceptual puede cambiar de manera dinámica, dependiendo de los requerimientos de luminancia y gamut de cada escena. El proceso de reasignación del volumen de color es más importante cuanta mayor diferencia existe entre los valores del monitor de masterización y los de la pantalla de reproducción.

Resulta sencillo llegar a la conclusión de que constituirá una parte esencial del futuro de la tecnología de HDR. Es la única forma de asegurar que las pantallas de reproducción –que pueden realizar la reasignación con precisión– sigan mostrando el contenido correctamente cuando los monitores de masterización han alcanzado –o están cerca de alcanzar– los límites del gamut de la recomendación BT.2020, con varios miles de nits.

Representación de color ICtCp

El tradicional esquema de codificación –basado en colores opuestos– Y’C’bC’r, separa la información de luma de la de croma para facilitar el submuestreo de color. Toda vez que el volumen de color es mucho mayor con el HDR y el WCG, también se han incrementado las limitaciones del uso de ese esquema para asignar las diferencias de luminancia, tono y saturación de un volumen de color a otro.

Los errores de codificación producen más contaminaciones entre colores y amplifican el ruido cerca de los bordes del espacio de color RGB. Esos defectos se deben al cruce perceptual entre los canales de señal Y’–luma–, C’b –croma del azul– y C’r –croma del rojo–. Cuando cambia la saturación en este espacio de color, también lo hace la luminancia y los tonos se desplazan –en particular en el área de los azules–.

Como el espacio Y’C’bC’r no mantiene la luminancia constante, los colores saturados –sobre todo los rojos y azules– se representan excesivamente brillantes. Además, cuando el croma de ese espacio se submuestrea –a 4:2:2 o 4:2:0– se introducen errores de cuantización en la señal de croma, como consecuencia de las limitaciones de profundidad de color.

Sede de la Unión Internacional de Telecomunicaciones (ITU) en Ginebra. © ITU.
Sede de la Unión Internacional de Telecomunicaciones (ITU) en Ginebra. © ITU.

La recomendación BT.2020 proporciona un formato alternativo de luminancia constante, denominado Y’cC’bcC’rc –tal y como se indica en el informe ITU-R Report BT.2246-6–. Dicho formato resuelve el problema de la filtración de la señal de croma en la de luma, obteniendo mejoras significativas en la reasignación de tonos y en la codificación de la luminancia. Sin embargo, no resuelve el problema de la filtración de la señal de luma en las de croma azul y rojo.

La misma imagen con el esquema de representación de color tradicional YCbCr (izquierda) frente al nuevo propuesto por Dolby, el ICtCp (derecha). Nótese la diferencia de ruido en los bloques rojos de la parte superior de ambas imágenes (aunque obviamente la calidad en SDR es muy inferior a la real).
La misma imagen con el esquema de representación de color tradicional YCbCr (izquierda) frente al nuevo propuesto por Dolby, el ICtCp (derecha). Nótese la diferencia de ruido en los bloques rojos de la parte superior de ambas imágenes (aunque obviamente la calidad en SDR es muy inferior a la real).

Dolby ha propuesto la utilización de otro esquema alternativo de representación del color –aprobado por la norma ITU-R SG 6– que se adapta mejor a las características de procesado neuronal del sistema de visión humano que los dos anteriores. Denominado ICtCp, es un espacio de colores opuestos que representa los colores en términos de un canal de intensidad –blanco-negro– (I), un canal de tritan –azul-amarillo– (Ct) y uno de protan –rojo verde– (Cp). Cuando la saturación cambia en este espacio de color, la luminancia y los tonos permanecen casi constantes, sin contaminaciones.

El resultado final es la obtención de una intensidad constante, tonos lineales y uniformidad perceptual. De ese modo se alcanza gran eficiencia en la codificación del HDR y de las señales de diferencia del WCG con errores de cuantización mucho menores y una reasignación del volumen de color más precisa.

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