Westerkamp

UHDTV – Standards für zukünftiges immersives TV
Dietrich Westerkamp
Wiesbadener Mediensymposium, 17.3.2015
Überblick
 Vorbemerkung: Standards-Diskussionen und Confidentiality
 Was ist eigentlich immersiv?
 Der Schritt von HDTV zu UHDTV
 UHDTV-1 und UHDTV-2, …und was verbirgt sich hinter Phase 1 und Phase 2?
 Die neue Qualität: High Dynamic Range (HDR), Wider Color Gamut (WCG),
Higher Frame Rates (HFR), 3D Immersive Audio
 Wer standardisiert was?
 Markteinführung von UHDTV
 Ausblick
1
Immersives UHDTV
 …immer mitten im Geschehen, wie im richtigen Leben

So nah an der Realität wie möglich

Zuschauer soll in die Szene einbezogen werden
 Quantität (mehr Pixel) und Qualität („bessere“ Pixel)

Höhere Auflösung ist in vielen Fällen nicht (deutlich) wahrnehmbar

Verbesserter Kontrast ist auch aus größerem Sichtabstand deutlich sichtbar
 Akzeptanz beim Konsumenten und Rundfunkbetreiber wichtig
 Sichtbarer Qualitätssprung notwendig („wow effect“)
 Neue Geräte (Empfänger und Display) unabdingbar
 …aber auch existente Geräte müssen ein Bild zeigen
2
High Dynamic Range (HDR)
Verbesserter Kontrast
…nicht nur mehr Helligkeit!

1000…4000…10000 cd/m2
(oder nits)
SDR
Seite
3
HDR
Wider Color Gamut (WCG)

HDTV heute : BT.709

UHDTV morgen : BT.2020

Bessere Abdeckung der natürlichen Farben

Farbraum (Color Gamut) in ITU-R BT.2020
bereits standardisiert

Signalisierungsflag BT.709 oder BT.2020 in
HDMI

Aber BT.2020 mit existenten Displays nicht
darstellbar

…denn es gibt heute noch keine Displays, die
alle BT.2020 Primärvalenzen darstellen

BT.2020 Grün geht heute nur per Laser
0.800
0.700
0.600
0.500
y
0.400
0.300
0.200
0.100
0.000
0.000
Seite
4
0.100
0.200
0.300
0.400
x
0.500
0.600
0.700
0.800
3D Audio

Mono
Surround Sound (AC3, AAC)

AC4 gerade bei ETSI standardisiert

Stereo

3D Audio kommt der Realität am Nächsten

Technische Realisierung
2D
‘aka Surround’

3D
TS 103 190

Sound Field (Higher Order Ambisonics)

Kanal basiert

Objekt basiert
Standardisierung bei MPEG

MPEG-H „3D Audio“

ISO/IEC 23008-3 Standard seit Februar 2015
Wer standardisiert was ?
Distribution
Prod / Post-prod
Rendering
HDMI, CEA
SMPTE, ITU-R, ARIB
BDA
MPEG, ITU-T, JCT-VC
DVB, ATSC, ARIB, ETSI
6
BDA
BDA
UHDTV – was ist was?
ITU und SMPTE haben zwei Level für UHDTV festgelegt
 UHDTV1: 2160 x 3840, oder auch 4K
 UHDTV2: 4320 x 7680, oder auch 8K …das System von NHK (Japan)
Die Filmindustrie spricht auch von 4K, meint aber 2160 x 4096 !!
DVB definiert für UHDTV 1 zwei Phasen:
 UHDTV1 Phase 1: 2160 x 3840, 10 bit, 4:2:0, BT.709/BT.2020 colorimetry

Von DVB in 2013 verabschiedet

Grundlage der heute existenten Feldversuche
 UHDTV1 Phase 2: 2160 x 3840, HDR, WCG, HFR, 3D audio

Details gerade in der Diskussion
…UHDTV 1 Phase 2 und UHDTV 2 werden in manchen
Beiträgen verwechselt. 
7
Source:
DVB CM-UHDTV
confidential
ITU-R
Recommendation ITU-R BT.2020-1 (06/2014)
 definiert zwei Auflösungsstufen für UHDTV
 UHDTV1: 2160 * 3840
 UHDTV2: 4320 * 7680
 Square Pixel in progressiver Abtastung
 Frameraten [Hz]: 120, 60, 60/1.001, 50, 30, 30/1.001,
25, 24, 24/1.001
 Gegenüber BT.709 (HDTV) deutlich erweiterter Farbraum
 ITU-R WP6C RG24 diskutiert Electro-optical Transform Functions (EOTF)
 ITU-R WP6C diskutiert eine weitere Version der BT.2020,
die auch 100Hz enthalten wird
 …leider sind die „fractional frame rates“ nicht zu vermeiden
8
SMPTE
SMPTE setzt Standards auf der Produktionsseite, z.B.
 ST 2036-1:2013 (program production image parameters)
 ST-2036-2-2008 (for audio)
 ST 2036-3:2012 (digital interface and mapping)
2013: Initial Report of the UHDTV Ecosystem Study Group

The maximum frame rate of 120 fps specified in ST 2036-1 (and BT.2020) is intended as a
single worldwide high frame rate for UHDTV1

…wird im Moment im Rahmen von ITU-R WP6C in Frage gestellt. Aus europäischer Sicht zu Recht!!
TC-10E Study Group on HDR Ecosystem
 Project Description: Elements of a complete 'High Dynamic Range' (HDR) ecosystem, and how these
would interface with conventional video production and distribution.
TC-10E DG Dynamic Metadata for Color Transforms of HDR and WCG Images
 Project Description: Semantics and representation of metadata specifying content-dependent color
volume transformation parameters to smaller color volumes in mastering applications.
9
Moving Pictures Experts Group (MPEG)
MPEG HEVC oder H.265
 seit Januar 2013 ISO/IEC und ITU-T Standard
 Weitere Erweiterungen im Juli 2014: RExt, SHVC, MV-HEVC
 Verschiedene Supplemental Enhancement Information (SEI) standardisiert, u.a.

Color remapping information (CRI)
Ad-hoc group on HDR and WCG
 Untersucht die Auswirkungen von HDR und WCG auf die Performance von HEVC
 Im Februar 2015 wurde ein Call for Evidence (CfE) veröffentlicht
 Resultate im Juni 2015
 …dann wird entschieden, ob Erweiterungen notwendig sind
Edouard Francois in DVB Scene 45: https://www.dvb.org/resources/public/scene/dvb-scene45.pdf
10
HDR/WCG und Rückwärtskompatibilität mit existenten (BT.709) Monitoren
Studio Reference Graded with BT.709
Skewed
Creative intent
Approach 1: Display BT.2020 ‘as is’
ÜbertragungsHue shift
signal BT.2020
Over saturation
Shadows overprinted
Darker look
Color balance shifted
Global look spoiled
Approach 2: Apply gamut mapping via LUT
Approach 3: Remap Using CRI SEI
Preserved
Creative
Intent
Similar look as the
original BT.709
content
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Digital Video Broadcasting (DVB)
DVB definiert Parameter in existierenden Standards
CM-UHDTV
 Kommerzielle Requirements für europäisches UHDTV
 Welcher Qualitäts“sprung“ ist notwendig?
 Parameter zur Umsetzung eines europäischen UHDTV Standards
CM-AVC, TM-AVC
 Toolbox von Codierungsstandards für UHDTV
 HEVC für Videocodierung, AC4 für Audio gerade hinzugefügt
 Kontroverse Diskussion über standardisierten Renderer für 3D Immersive Audio
…there are similar activities within ATSC and ARIB
12
HDMI and CEA
CEA R4.8 WG 7 Uncompressed A/V Digital Interfaces
 CEA 861.3 als Erweiterung von CEA 861-F (Januar 2015)
 Definition von Statischen Metadata für HDR Rendering
 Nächste Version CEA 861-G im drafting status
HDMI Forum Technical Working Group (TWG)
 HDMI 2.0a als Amendment zu HDMI 2.0 verabschiedet
 Direkte Referenz auf CEA 861.3 in der Umsetzung von HDR Statischen Metadata über HDMI
 HDMI 2.1 wird gegenwärtig erarbeitet
Nächster Schritt wird die Definition von Übertragungsmechanismen für
dynamische Metadata für HDR und WCG Rendering sein
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Blu-ray Disk
 Erster Protoptyp eines 4K Blu-ray Disk Players auf der CES 2015
14
Quelle: http://www.areadvd.de/news/ces-panasonic-zeigt-ersten-4k-blu-ray-disc-player/
Markteinführung von UHDTV
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Markteinführung von UHDTV
 UHDTV Logo für Display Devices von Digitaleurope
 Zusicherung von vereinbarten Parametern
 Sicherstellung von Interoperabilität, ..aber nur von Displays!
 Details: http://www.digitaleurope.org/Services/Highdefinitionlogos/UHD.aspx
 Consumer Electronics Association (CEA) hat vergleichbare Aktivitäten
 4K UHD Display Definitions Working Group
 Lobbying Aktivitäten bei der Consumer Electronic Show (CES 2015)in Las Vegas
angekündigt
 UHDTV Alliance (Samsung et. al. )
 UHD Forum (Harmonic et al.)
 Deutsche TV-Plattform veranstaltet UHDTV Plugfests
 Interoperabilitätstest (HDMI, HDCP, MPEG-HEVC Parameter, etc.)
 Displays, STB, iDTVs von 9 Herstellern
 Das nächste Plugfest ist am 5./6.5.2015 beim 3IT in Berlin
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Ausblick
 UHDTV muss deutlichen Qualitätssprung bringen
 Um vom Kunden akzeptiert zu werden, da Anschaffung neuer Geräte notwendig
 …und um die Kosten der Produktion und Ausstrahlung zu rechtfertigen
 Workflows in der Produktion schon weitgehend einsetzbar
 Filmindustrie ist sehr interessiert, bessere Qualität zu bieten
 Blu-ray UHDTV ist für das Weihnachtsgeschäft angekündigt
 Details des neuen Standards sind noch vertraulich
 Kompatible Umsetzung der Ausstrahlung ist größte Herausforderung
 OTT mit proprietären Ansätzen bereits auf dem Markt (Netflix, M-Go, …)
 HDR Lösung(en) für Broadcast noch nicht endgültig standardisiert
 Erste UHDTV Set-top Boxen sind an Tata Sky (Indien) ausgeliefert
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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
Dietrich WESTERKAMP
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18
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