En entregas anteriores de esta serie, hemos comprobado que la retrocompatibilidad con dispositivos de decodificación y reproducción de contenidos de SDR es una prestación de gran importancia en algunos sistemas de distribución –como los de emisión en directo o multidifusión–.

Una de las soluciones que soportan dicha prestación es la codificación de doble capa. No obstante, debido a su diseño de capas múltiples, esta solución no se adapta a todos los flujos de trabajo de distribución. Una alternativa es la transmisión de contenido de HDR aplicándole un proceso de adaptación de HDR a SDR –reasignación de tonos–.

En este escenario, el contenido obtenido a partir de la mentada reasignación tonal puede escapar al control de sus creadores y/o proveedores. Además, hay que tener en cuenta que es necesario un nuevo dispositivo capaz de recibir los datos de HDR para aplicar la reasignación a las pantallas de SDR ya existentes. Por otro lado, la función de transferencia de la curva de Gamma Logarítmica Híbrida (HLG) se ha diseñado como una solución más inmediata al problema de la retrocompatibilidad con dispositivos de SDR.

En principio, un vídeo de HDR –etalonado empleando la función de transferencia de la HLG– se puede mostrar directamente en una pantalla SDR –por medio de la función de transferencia de la recomendación BT.1886– sin adaptación alguna. Sin embargo, es posible que dicha solución provoque la aparición de una desviación de color cuando el vídeo etalonado en la HLG se muestre en una pantalla de reproducción de SDR –en particular, cuando se trate de contenido de HDR y elevados picos de luminancia–. Tampoco hay manera de optimizar el brillo y el contraste de la imagen en SDR.

Technicolor / Philips SL-HDR1

Technicolor y Philips han desarrollado conjuntamente un sistema de emisión de contenidos en HDR, que aspira a resolver estos problemas. Denominado originalmente como Prime Single y rebautizado como SL-HDRx, su primera encarnación –el SL-HDR1– es compatible con el SDR y aprovecha los servicios y las redes de distribución ya establecidas. Permite la reproducción de calidad, tanto en dispositivos de HDR como en pantallas de SDR.

Sistema de HDR de extremo a extremo.
Sistema de HDR de extremo a extremo.

Sus principales características son las siguientes:

  • Está compuesto por una sola capa con metadatos. El sistema de HDR está basado en un sistema de codificación de capa única con metadatos en paralelo –de apenas unos pocos bytes por fotograma o escena– que se puede utilizar como etapa de procesado posterior a la decodificación para reconstruir la señal de HDR.
  • Es independiente del codec de distribución, aunque se recomienda siempre que sea un codec de 10 bits.
  • Es compatible directamente con el SDR. Se puede mostrar, de manera inmediata, un flujo de datos decodificado en una pantalla de SDR. Gracias a los metadatos, se aplica un postprocesado para convertir la imagen de SDR en HDR preservando la intención artística.
  • Mantiene la calidad del contenido de HDR. La retrocompatibilidad con el SDR no provoca ninguna pérdida de calidad apreciable en comparación con la codificación de la señal en HDR10.
  • Supone un sistema de complejidad limitada. El mecanismo de postprocesado se puede establecer en cualquier dispositivo de bajo coste. Las operaciones necesarias para su desarrollo tienen lugar a nivel de los píxeles exclusivamente.
  • Es independiente de la función de transferencia de la señal de vídeo, que se introduce en la etapa previa al procesado.
  • No precisa de metadatos específicos de producción. En caso de emisión en directo, la señal de SDR se puede derivar automáticamente del preprocesado del codificador de distribución.
Arquitectura del sistema de HDR.
Arquitectura del sistema de HDR.

El proceso de descomposición de HDR a SDR convierte los valores lineales de luminancia –obtenidos de la señal 4:4:4 RGB HDR de cámara–en una versión compatible con el SDR. Para ello usa información de las primarias de color y del gamut del contenedor de las imágenes en HDR y SDR. Se opera sin realizar cambios en el gamut de color. Las imágenes en HDR y en SDR se definen en el mismo. Si es necesario, se puede aplicar un preprocesado de reasignación del gamut, para convertir la imagen de HDR desde su gamut de color nativo al gamut de color final de SDR.

Cuadro sinóptico del proceso de descomposición de HDR a SDR.
Cuadro sinóptico del proceso de descomposición de HDR a SDR.

La reasignación de luminancia convierte sus valores lineales de entrada en una señal de luma de SDR. Construye la función de reasignación, que no deja de ser una look-up-table (LUT). Todo el proceso se basa en una función de transferencia perceptual, y emplea un número limitado de parámetros de control, que deben transmitirse al postprocesado para poder invertir el procedimiento de reasignación de la luminancia.

Curvas de conversión de ejemplo, para convertir la información lineal de la luminancia al dominio perceptual. A la izquierda con un pico de luminancia de 5000 nits. A la derecha, de nuevo valores lineales de luminancia, pero en SDR.
Curvas de conversión de ejemplo, para convertir la información lineal de la luminancia al dominio perceptual. A la izquierda con un pico de luminancia de 5000 nits. A la derecha, de nuevo valores lineales de luminancia, pero en SDR.

La utilización de metadatos dinámicos permite un control preciso de la textura del SDR –por medio de la LUT de reasignación de tonos, denominada lutMapY– y de los colores –por medio de la LUT de corrección de color, denominada lutCC–. Así se garantiza la preservación de la textura del HDR y la intención de color en la versión de SDR.

Se obtiene una elevada calidad de vídeo en SDR y HDR, sin grandes limitaciones ni del intervalo tonal ni de los picos de luminancia –de hecho, no hay ninguna limitación a los picos de luminancia de alrededor de 1.000-1.500 nits–. La alta flexibilidad resultante posibilita una adaptación muy sencilla del sistema al flujo de trabajo de distribución –gracias, por ejemplo, a lo fácil que resulta el control del peso de los metadatos dinámicos–.

Ejemplo de forma de la curva de reasignación de tonos.
Ejemplo de forma de la curva de reasignación de tonos.

El sistema desarrollado por Technicolor y Philips se ha diseñado con un enfoque que busca baja complejidad y alto rendimiento. El procesado previo y posterior añaden muy pocos datos extra. Las operaciones involucradas siempre se limitan a cada pixel, sin depender de muestras internas o temporales. Su eficiencia ha quedado demostrada en varios decodificadores y chips internos de fabricantes que han incorporado esta tecnología. Se ha estandarizado su uso en la norma ETSI TS 103 433.

Proceso de reconstrucción de la señal de HDR.
Proceso de reconstrucción de la señal de HDR.

Pero este sistema no está exento de problemas prácticos. Ambas compañías han centrado sus esfuerzos en lograr estandarizar su formato. Pero mientras numerosos títulos se publican en Ultra HD Blu-Ray con el sistema Dolby Vision, el SL-HDR1 no termina de llegar.

Diagrama de Venn que muestra los diferentes sistemas de HDR y las firmas y cadenas que los soportan (en marzo de 2018).
Diagrama de Venn que muestra los diferentes sistemas de HDR y las firmas y cadenas que los soportan (en marzo de 2018).

La situación recuerda a los primeros días del DVD. El sistema Dolby Digital (AC-3) era obligatorio para los discos en NTSC mientras que Philips había conseguido que su formato de audio multicanal MPEG2 se aceptara como estándar para los discos en PAL. Philips estaba tan ocupada en lograr esa estandarización, que apenas presionó para conseguir contenidos en su soporte. Se llegaron a publicar unos cinco títulos de DVD con MPEG2 Audio. Después de tantos esfuerzos el mercado se inclinó por el Dolby Digital.

En el momento de escribir estas líneas, ningún televisor cubre tantos sistemas diferentes como los de alta gama de LG.
En el momento de escribir estas líneas, ningún televisor cubre tantos sistemas diferentes como los de alta gama de LG.

Resulta irónico e incomprensible para el consumidor medio que ningún televisor de la firma Philips soporte el formato de la compañía –ni los que TP Vision fabrica para el mercado europeo, ni los que P&F Funai fabrica para el mercado estadounidense–. De momento, sólo los LG lo soportan.

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