HDR 솔루션

HDR 이란?

HDR (High Dynamic Range) 기술 개발은 우리가 시청자로서 경험하는 모든 것에서 HVS (Human Visual System)에 가까워지는 꿈입니다.

  • HDR은 인간의 시각 시스템(HVS)이 볼 수 있는 것을 더 잘 표현하도록 설계된 디스플레이 시스템입니다.
  • 인간의 시각은 풍부한 동적 범위와 광범위한 색상으로 세상을 인식합니다.
  • 최신 카메라는 최대 14스톱의 다이내믹 레인지를 가지고 있습니다.
  • BT.709 표준 동적 범위(SDR) 시스템은 약 6스톱에 해당하는 범위까지만 표시할 수 있습니다.
  • HDR은 오늘날 소스 단계부터 제작 과정 전반에 걸쳐 사용 가능한 더 넓은 카메라 다이내믹 레인지를 활용하여 우리가 보는 세상을 훨씬 더 많이 보여주려고 합니다. 그리고 최종적으로 HDR에 최적화된 저렴한 디스플레이에서 이를 구현합니다.

HDR 및 싱글 마스터 워크플로우

HDR 및 SDR에 대한 단일 마스터 워크플로우의 이점에 대해 자세히 알아보려면 아래의 유용한 PDF를 다운로드하십시오.

HDR이 워크플로우에 미치는 영향

HDR 기능을 갖춘 향상된 픽셀의 이점에 대해 자세히 알아보려면 아래의 유용한 PDF 파일을 다운로드하십시오.

HDR 비디오

HDR 비디오의 혜택

AJA 제품 매니저인 Bob Hudelson이 실시간 제작에 있어 HDR의 이점과 HDR이 예술적 의도를 보존하는 데 어떻게 도움이 되는지 설명하는 영상을 시청하세요.

HDR 프로덕션 및 변환 기법

HDR 콘텐츠 제작에 막대한 투자가 이루어지지만, 이를 시청하는 시청자 수는 적고 점차 증가하고 있습니다. 네이티브 HDR 카메라, SDR 카메라, SDR/HDR 재생 장비, SDR 그래픽 및 삽입 영상 등 모든 요소가 단일 HDR 제작 포맷으로 통합 처리되어야만 성공적인 HDR 콘텐츠 제작이 가능합니다. 현재 일반적인 제작 포맷은 HLG BT.2020이지만, 배포 포맷은 PQ BT.2020 및 SDR BT.709가 주로 사용됩니다. 따라서 제작부터 배포에 이르기까지 고품질 색 영역 및 동적 범위 변환기가 필수적입니다.

SMPTE 2021 토론토 기술 컨퍼런스에서 AJA Video의 수석 제품 관리자인 Tim Walker는 AJA의 FS-HDR을 사용하여 구현할 수 있는 HDR 기본 사항 및 변환 기술에 대해 설명하며 HDR 제작을 더욱 효과적으로 활용할 수 있는 방법을 안내합니다.

HDR 변환 기법 토론회

2021년 SMPTE 토론토 기술 컨퍼런스에서 브라이스 버튼(AJA Video)은 HDR 제작의 끊임없이 변화하는 요구 사항을 충족하는 새로운 도구와 그 원동력에 대해 논의하는 패널 토론의 사회를 맡았습니다.

패널에는 빌 페이트너(컬러프론트), 밥 허델슨(AJA 비디오), 브루노 먼거(컬러프론트), 닉 쇼(앤틀러 포스트/크로모라마), 팀 워커(AJA 비디오)가 참여합니다.

PQ(Perceptual Quantizer) 또는 더 나은 커브

기존 인프라 및 기술의 대역폭 제한 내에서 인간의 지각에 더 가까워지는 균형을 이루기 위해서는, 색차 및 휘도 샘플링, 비트 심도, 감마 곡선과 로그 곡선의 장단점 등을 고려하여 더 나은 커브가 필요했습니다.

더 나은 커브가 필요한 이유는 무엇이며 PQ*의 장점은 무엇일까요?

  • 전력 함수는 휘도 범위의 상단에서 비트를 낭비함
  • 로그 함수는 휘도 범위의 하단에서 비트를 낭비함
  • 감마 보정은 높은 비트 심도에서도 낮은 휘도 수준에서 제대로 작동하지 않습니다. 
  • 가장 효율적인 방법은 인간의 인식을 따르는 것입니다.
  • PQ는 전체 휘도 범위에서 균형 잡힌 성능을 보여줍니다.

*PQ는 실제로 HDR10(개방형 방식)과 Dolby® Vision(Dolby Laboratories 소유의 독점 시스템)이라는 두 가지 접근 방식으로 구현됩니다. 두 방식 모두 밝기 및 명암 단계 전반에 걸쳐 비트를 최대한 효율적으로 사용하도록 설계되었습니다.

PQ는 SMPTE ST 2084 및 BT.2100에 표준화되어 있으며, 최소 식별 차이(JND) 미만으로 밴딩이 발생하도록 보장하는 곡선을 정의합니다. PQ 곡선은 코드워드를 가장 효율적으로 사용하여 필요한 비트 심도를 최소화합니다.

HDR 접근법

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HDR의 과제와 해결 방안

  • HDR은 오늘날 디스플레이 및 전송을 위한 새로운 HDR 접근 방식을 위해 다양한 카메라 제조업체의 서로 다른 색 공간과 로그 표현을 취합하여 최종 결과물로 변환하는 과정을 필요로 합니다.
  • 방송사와 제작자들은 카메라가 제공하는 넓은 다이내믹 레인지를 최대한 활용하여 시청자에게 향상된 명암비와 밝기 범위, 더욱 풍부하고 다채로운 색상, 그리고 몰입감 넘치는 시청 경험을 제공하고자 합니다.
  • HDR 방식은 색 공간을 적절하게 관리하여 혼란을 방지하고, 애플리케이션이 올바르게 표시되도록 하며, 향상된 디스플레이 기능을 최대한 활용할 수 있도록 합니다.
  • 한 가지 과제는 RAW 및 Log와 같은 카메라 포맷을 새롭게 등장하는 HDR 기법 중 하나로 변환하는 것입니다. 또한, 선택한 HDR 기법을 편집, 색 보정 및/또는 모니터링 과정을 통해 적용하거나 변환할 수 있어야 합니다.
  • 많은 UltraHD 디스플레이에는 이제 HDR 기능이 탑재되어 더욱 현실적이고 몰입감 넘치는 시청 경험을 제공합니다. 이는 넓은 색 영역(WCG)을 통해 색 공간 표현을 확장하고, 높은 동적 범위(HDR)를 사용하여 밝기를 높임으로써 구현됩니다.

HDR 요구 사항을 해결하는 최신의 시스템

HDR이 디스플레이에 전달하는 생생한 이미지를 구현하기 위해서는 색상과 밝기 범위 내에서 충분한 단계적 변화를 제공하여 부드러운 계조를 표현하고 시청자를 만족시키는 것이 관건이었습니다. 돌비 비전은 TV에서 영상이 어떻게 보이는지를 정의하는 새로운 방식입니다. 이는 각 코드 값이 특정 밝기를 정의하는 “디스플레이 기준” 시스템입니다(즉, 사용자가 밝기를 조절할 수 없습니다). 돌비 비전은 4096단계의 음영을 사용하여 부드러운 계조를 구현하는 12비트 데이터를 HDMI 케이블을 통해 전송하는 방식을 사용합니다. 하지만 대부분의 최신 영상 제작 환경에서는 10비트, 즉 1024단계의 음영만 사용할 수 있다는 점이 문제입니다. HDR 10, 돌비 비전, HLG는 이러한 문제를 해결하기 위해 밝기 와 색상 범위 전반에 걸쳐 효율적인 곡선 선택을 통해 시각적 밴딩 현상을 최소화하고 인간의 시각 시스템에 더 가까운 결과를 구현하여 놀라운 영상 품질을 제공하도록 설계되었습니다.

  • 독점 형식
  • SMPTE ST-2084 지각 양자화 기 (PQ)
  • 메타 데이터 : ST 2094*에 따른 동적 데이터
  • 최대 4K 해상도의 전기광학 전달 함수
  • 재생 비트 심도 : 12 비트
  • 최대 밝기 10,000-nit (실제 작동 시 4,000-nit로 조정됨)
  • 와이드 컬러 영역 (WCG) 색 공간 (ITU-R Rec. 2020)

HDR10은 소비자 기술 협회(CTA)에서 정의한 미디어 프로필입니다.

HDR10은 SMPTE ST-2086 “마스터링 디스플레이 색상 볼륨” 정적 메타데이터를 사용하여 마스터링 디스플레이의 색상 보정 데이터와 MaxFALL(최대 프레임 평균 밝기 레벨) 및 MaxCLL(최대 콘텐츠 밝기 레벨) 정적 값을 전송합니다. HDR10은 다양한 기업에서 지원하는 개방형 표준입니다.

  • 오픈 포맷
  • SMPTE ST-2084 지각 양자화기(PQ)
  • 최소 신호 인터페이스 : HDMI 2.0a
  • 재생 색상 표현 BT.2020 (Dolby Vision과 동일)
  • 재생 전송 기능 : ST 2084 (Dolby Vision과 동일)
  • 메타 데이터 : Static per ST 2086
  • 재생 비트 심도 : 10 비트

HLG(Hybrid Log Gamma)는 BBC와 NHK가 공동 개발한 HDR 기술입니다. HLG는 상대적인 휘도 값을 사용하며, 더 넓은 색 영역을 제공하는 BT.2020 표준을 기반으로 화질(PQ)과 HLG 동적 범위를 추가하여 BT.2100이라는 표준을 만들었습니다. HLG 표준은 저작권료가 없으며 SDR 디스플레이와 HDR 디스플레이 모두에서 호환됩니다. HLG는 HDMI 2.0b*, HEVC, VP9에서 지원됩니다. HLG의 가장 큰 장점은 HDR 콘텐츠를 SDR 디스플레이에서도 적절하게 시청할 수 있다는 점입니다.

  • 감마와 로그의 중간 형태
  • 메타 데이터 : 없음
  • 상대 휘도
  • SDR 곡선과 매우 유사 함
  • 재생 비트 심도 : 10 비트
  • 카메라에서 얻은 선형 광 이미지 데이터는 HLG OETF 곡선과 WCG 색 공간 BT.2020에 매핑됩니다.

*HLG는 메타데이터가 없으므로 모든 HDMI 규격과 호환되며, HDMI 2.0b는 HDMI 2.0a를 명확히 정의한 버전입니다.

HDR 변환 : FS-HDR, FS4, ColorBox

FS-HDR과 Colorfront Engine ™ 기술

  • FS-HDR은 카메라 로그 형식과 SDR 소스를 HDR 형식으로 변환하고, SDR에서 HDR로 변환하여 비HDR 카메라와 자료를 HDR 프로그램에 통합하고, HDR에서 SDR로 변환하여 SDR 결과물을 실시간으로 출력할 수 있도록 설계되었습니다.
  • FS-HDR 내부에는 아카데미상 수상 경력의 CTO인 빌 페이트너와 수석 엔지니어인 타마스 페를라키가 설계한 Colorfront Engine™이 탑재되어 있어 실시간으로 넓은 색 영역, 높은 동적 범위, 최대 60p의 높은 프레임 속도 및 고해상도 처리를 제공합니다.

실시간 HDR/WCG 변환 :

  • SDR/BT.709를 PQ/BT.2020으로 변환
  • SDR/BT.709를 HLG/BT.2020으로 변환
  • PQ/BT.2020을 SDR/BT.709로 변환
  • PQ/BT.2020을 HLG/BT.2020으로 변환
  • HLG/BT.2020을 SDR/BT.709로 변환
  • HLG/BT.2020을 PQ/BT.2020으로 변환
  • 카메라 로그 형식을 PQ/BT.2020 형식으로 변환합니다.
  • 카메라 로그 형식을 ACEScct 형식으로 변환합니다.


강력한 HDR 툴셋:

  • Colorfront Engine TV Mode 알고리즘 및 실시간 TV 제작 제어 가
  • Colorfront Engine Live Mode 알고리즘 및 제어 기능은 라이브 방송, A/V 및 공연장 애플리케이션에 사용됩니다.
  • Colorfront Engine Film Mode 알고리즘 및 현장 카메라 미리보기와 룩 생성 제어 기능
  • ITUBT.2408을 준수하는 BBC HLG 변환 수학적 매핑 LUT 라이센스
  • NBCU LUT는 NBCUniversal Media, LLC에서 라이브 TV 제작을 위해 개발한 것입니다.
  • 사용자가 직접 작성한 33포인트 3D LUT를 업로드할 수 있습니다.
  • 타사 LUT 도구와의 통합을 위한 동적 LUT 모드
  • SDI 출력 VPID에 대해 구성 가능한 HDR 설정

실시간 HDR / WCG 변환 :

  • SDR / BT.709을 HDR / BT.2020으로 변환
  • HDR / BT.2020을 SDR / BT.709로 변환
  • PQ / BT.2020을 HLG / BT.2020으로 변환
  • HLG / BT.2020을 PQ / BT.2020으로 변환
  • 카메라 로그 형식을 HDR / BT.2020으로 변환
  • HDR / BT.2020을 카메라 로그 형식으로 변환

워크 플로를 지원하도록 구성 가능

  • 단일 4K/UltraHD 프로세서 또는 4개의 독립적인 2K/HD/SD 프로세서로 구성할 수 있습니다.
  • 입력 및 출력 형식: 4K, UltraHD, 2K, HD 및 SD
  • 입력 및 출력 프레임 속도: 23.98, 24, 25, 29.97, 30, 50, 59.94 및 60
  • YCbCr 4:2:2 10비트
  • 구성 설정을 저장, 불러오기, 내보내기 및 가져오기할 수 있습니다.
  • 단일 마스터 워크플로우 패러다임을 지원합니다.

다양한 SDI 인터페이스 옵션

  • 12G / 6G / 3G / 1.5G-SDI 지원
  • 단일, 이중 및 쿼드 링크 지원
  • 2SI(2 픽셀 인터리빙) 또는 SQD(사각 분할) 픽셀 매핑
  • BNC 또는 파이 LC
  • 참고 :  12G-SDI 및 광섬유는 옵션 SFP 모듈을 통해 사용 가능합니다.

FS4

FS4는 4채널 2K/HD/SD 또는 1채널 4K/UltraHD 프레임 동기화 장치이자 업/다운/크로스 컨버터 등 다양한 기능을 제공하는 다기능 장치입니다. 이 프레임 동기화 및 컨버터 조합은 세련된 1U 프레임에 뛰어난 다용성과 연결성을 제공하여 모든 4K/UltraHD 및 2K/HD/SD 변환 요구 사항을 충족합니다. FS4는 비디오 및 오디오 모두에 대해 다양한 연결 옵션을 제공하며, 단일 링크 12G-SDI 연결을 위한 옵션 SFP도 지원합니다. HDR 워크플로우를 위해 FS4는 SDI 출력 VPID 및 HDMI 출력 HDR 정보 프레임에 대한 HDR 메타데이터를 자동 또는 구성 가능하게 생성합니다.

ColorBox

AJA의 ColorBox는 브로드캐스트, 라이브 이벤트 및 온셋 애플리케이션의 변환 요구를 충족하도록 특별히 설계된 컬러 관리 워크플로우를 위한 소형 고성능 컨버터입니다. 표준 동적 범위(SDR)와 HDR(High Dynamic Range) 및 WCG(Wide Color Gamut) 신호를 지원하며, 고유한 컬러 처리 파이프라인을 갖춘 최대 4:2:2 10비트 60p 또는 4:4:4 12비트 30p의 단일 와이어 4K/UltraHD HDR에 12G-SDI를 사용합니다.

사면체 보간이 적용된 33pt. 3D LUT 프로세서를 기반으로 제작된 AJA Color Pipeline은 Proc Amps 또는 RGB Color Corrector로도 각각 개별 구성이 가능한 4x 1D LUT와 2x 3×3 행렬을 추가로 제공합니다. 유선 이더넷 연결에서 직접 액세스하거나 타사 WiFi USB 어댑터를 통한 무선 연결을 통해 웹 사용자 인터페이스를 통해 손쉽게 색상 처리 옵션을 관리할 수 있습니다.

ColorBox는 Colorfront Engine, BBC HLG LUTs 및 ORION-CONVERT를 포함한 고급 색상 관리 워크플로우에 대한 라이센스 가능한 업그레이드 옵션을 제공함으로써 기능을 확장합니다. ORION-CONVERT만의 색 변환에 대한 실시간 부동 소수점 수학 접근 방식은 “색간의 색에 접근”하기 위해 더 높은 정밀도의 결과를 제공합니다. 이를 통해 픽셀 완벽한 색 변환과 색을 유지하는 것이 무엇보다 중요한 라운드 트리핑이 가능합니다. ColorBox에는 Colorfront 및 NBCU LUTs의 변환이 무료로 포함되어 있어 더욱 전문적인 색 처리 옵션을 제공합니다.

ColorBox는 또한 정교한 테스트 패턴 생성기 및 프레임 저장소를 제공하여 최고 품질의 참조 스틸을 위해 최대 4K 이미지를 16비트 .tiff 파일로 캡처할 수 있는 기능을 비롯하여 유용한 도구를 워크플로우에 제공합니다. ColorBox는 유용한 사용자 정의 텍스트 필드 및 사용자가 로드한 오버레이를 포함한 정보를 이미지에 오버레이할 수도 있습니다. 이러한 캡처는 수집 및 참조를 위해 ColorBox 또는 연결된 컴퓨터에 로컬로 저장할 수 있습니다.