Achtergrond: Kan ik HDR-beelden minder intens maken?

Kan het dan niet mis gaan?

Bij gewone SDR-content levert een recent toestel in de correcte beeldmode (film of gelijkaardig) nog steeds maximaal een goede 300-500 nits. Dat is meer dan vroeger, maar zelden van die aard dat je het echt te intens zal vinden. Het beeld zal er een pak beter uitzien bij veel omgevingslicht, en bij verduistering grijpt de lichtsensor in zodat het beeld niet te helder is.

Echte problemen met te heldere beelden in HDR zijn zeldzaam, maar er zijn twee zaken die we wel af en toe merken. In onze contreien gebruiken we allemaal ondertitels. Die kunnen soms nogal intens zijn, zeker als het beeld overwegend donker is. Dat zien we echter gelukkig nog zelden, tv-fabrikanten schijnen daar toch rekening mee te houden. Een andere boosdoener is de gebruikersinterface. Als die om een of andere reden in HDR weergegeven wordt, kan hij wel wat sterk zijn voor de ogen.

Maar wat als je HDR-content nu echt te helder vindt? De neiging is dan groot om te sleutelen in de instellingen en meer bepaald aan de lichtsterkte van het beeld. Die instelling staat bijna altijd bovenaan in de lijst, maar wel onder verschillende, verwarrende benamingen: achtergrondverlichting, OLED pixelhelderheid, paneelhelderheid of zelfs gewoon helderheid. Die instelling staat in HDR bovendien ook steevast op het maximum, dus lijkt het logisch om ze wat lager te zetten. We raden dat echter sterk af. Waarom?

Het effect van de achtergrondverlichting/OLED helderheid in SDR

Aangezien SDR relatief werkt, verwacht je dat wanneer we de maximale luminantie dimmen, de volledige luminantiecurve in dezelfde mate daalt. Om dat na te gaan hebben we twee toestellen die we voorhanden hadden even uitgemeten. Het gaat om een Samsung QE65Q70A en een Panasonic TX-55GZ950. Op beide modellen hebben we de achtergrondverlichting (LCD) en OLED helderheid (OLED) zo ingesteld dat het maximum 400 nits is, en een volledig luminantieverloop gemeten. Daarna hebben we op beide toestellen het maximum aangepast naar 200 nits en opnieuw het volledig verloop gemeten.

Op de x-as zie je het ingangssignaal (in %), op de y-as de resulterende luminantie (in nits). In beide gevallen zien we dat de curve over de volledige lijn daalt. Omdat het verschil in de onderste regionen zo klein is, maken we dit beter zichtbaar door de grafieken weer te geven op een logaritmische schaal.

We zien dan zeer duidelijk dat de daling over de hele lijn een constante factor is. Dat is ook effectief de bedoeling. Het enige verschil is uiteraard dat bij OLED het zwart absoluut blijft. We moeten het daarom ook van de log/log curves weglaten (log (0) is niet bepaald, de limiet gaat naar –oneindig).

Foto’s van beide toestellen tonen dat effect ook zeer duidelijk.

Op het LCD-scherm (hierboven) zie je dat ondanks het feit dat het contrastniveau bewaard blijft, het heldere beeld een wat fletse indruk maakt omdat de diepe zwarttinten evenredig mee omhoog gaan. Het OLED-beeld (hieronder) wordt ook veel helderder maar bewaart beter diepte omdat zwart bewaard blijft.

Even iets over tonemapping

Voor we het effect op HDR bespreken moeten we nog een belangrijk aspect van HDR aanraken, namelijk tonemapping. De PQ-curve van HDR10 is absoluut, maar wat gebeurt er als het ingangssignaal 1.000 nits eist, en de tv maar maximaal 700 kan leveren? Overigens, het maximale HDR-ingangssignaal signaleert 10.000 nits, en het zal nog lang duren voor we dat soort tv’s in huis hebben. Om dat probleem op te lossen gebruikt elke tv tonemapping. Vanaf een bepaalde waarde verlaat de luminatiecurve de ideale curve en loopt zachtjes af naar het maximum dat het scherm kan weergeven. Dat kan je ook duidelijk zien op de grafieken die we altijd meegeven bij een tv-review.

Hier op de LG OLED55A1 bijvoorbeeld. Rechts onderaan zie je de luminantiecurve, de gele lijn is de norm. Daarboven wordt de EOTF weergegeven, opnieuw geel is de norm. Mocht de tv de norm volgen, dan verlies je alle witdetail boven ongeveer 480 nits. In plaats daarvan rolt de tv de helderheidscurve een beetje af, zodat ze ongeveer de maximale helderheid van de tv bereikt rond 75% stimulus (wat overeenkomt met 1000 nits). De roll-of begint rond 50% stimulus (100 nits). De tv mapt het ingangsbereik van 100 tot 1000 nits op een werkelijk weergegeven bereik van 100 tot 480 nits.

Het effect van de achtergrondverlichting/OLED helderheid in HDR

HDR werkt absoluut, dus zou het aanpassen van de maximale luminantie weinig effect mogen hebben. Stel, de televisie kan maximaal 700 nits tonen. Tussen 0 en 500 nits kan hij de PQ-curve nauwkeurig volgen. Hij gebruikt tonemapping om het ingangssignaal tussen 500 en 1000 nits te mappen op zijn bereik van 500 tot 700 nits.

Wat als je ze de maximale luminantie nu beperkt tot bijvoorbeeld 400 nits? We zouden dan verwachten dat de tv sneller begint te tonemappen, bijvoorbeeld voor ingangssignalen vanaf 200 nits. Maar in het bereik tussen 0 en 200 zou alles ongewijzigd kunnen blijven.

Dat meten we opnieuw na met dezelfde twee testtelevisies. We meten bovendien vier versies: een met de maximale helderheid, een met 80%, 50% en tot slot 20% van de maximale helderheid. En omdat we ondertussen weten dat we op lineaire schaal niet genoeg zien, geven we je meteen de log/log grafieken. Op de x-as zie je het ingangssignaal (in %), op de y-as de resulterende luminantie (in nits).

En wat valt op? Zowel bij OLED als bij LCD zien we opnieuw dat de curve op wat meetonnauwkeurigheden na over de volledige lijn daalt, net zoals bij SDR. Dat is niet wat we verwacht hadden. Zelfs in de allerdonkerste regionen (bijvoorbeeld ingangssignaal 20 en minder) zet de daling zich verder.

En dat zou een ernstig probleem kunnen zijn. Want HDR10 content rekent op absolute weergave. Elke scène is gemastered om precies een bepaalde helderheid te tonen. Zeker voor donkere scènes kan die nog donkerdere weergave dan voor significant verlies van zwartdetail zorgen.

We hebben ook foto’s gemaakt om te vergelijken tussen maximale helderheid en halve helderheid. Wat in elk geval opvalt is dat donkere tinten helemaal de dieperik in gaan. Vergelijk niet tussen OLED en LCD, die beelden zijn met andere camera-instellingen gemaakt en mag je dus niet vergelijken.

Conclusie: gebruik de lichtsensor!

Onze conclusie is in elk geval duidelijk. Blijf weg van de achtergrondverlichting/OLED helderheid instelling in HDR. Je loopt het risico het beeld aanzienlijk donkerder te maken. Dat wou je enkel voor heldere tinten, maar onze testen duiden aan dat ook donkere tinten mee naar beneden getrokken worden, ook al hadden we dat niet verwacht. Zo wordt donkere beelden mogelijk erg lelijk en verlies je heel wat schaduwnuance. We weten ook niet of dat op alle televisies zo is, maar je vermijdt het probleem beter.

Er is wel een oplossing: de lichtsensor. De laatste jaren is er veel aandacht gegaan naar het gebruik van de lichtsensor op televisie zodat hij het beeld aanpast op basis van de hoeveelheid omgevingslicht. Waar dat vroeger gebeurde door gewoon de maximale luminantie aan te passen, zijn moderne implementaties veel slimmer. Ze kijken ook naar de EOTF en kleurweergave.

Voor HDR-beelden zijn er zelfs specifieke implementaties zoals HDR10+ Adaptive en Dolby Vision IQ. Vind je het beeld te intens, maak dan gebruik van de lichtsensor. Die werkt overigens op alle modellen ook met standaard HDR10-beelden én met SDR-beelden. Uiteraard geef je dan een deel controle over de weergave af. Voor echte beeldpuristen is dat not done. Maar wie liever geen verschillende instellingen gebruikt voor overdag en ’s avonds kan op deze manier toch de weergave bijsturen.