進階部署 :: HDMI 2.1 – 8K UHD

這是進階部署的宣示,Lyngdorf Audio 正著手進入 8K 新時代。適逢聯名品牌 Steinway Lyngdorf 成立十五週年之際,Steinway Lyndgorf 集團也宣布了、與世界第一家發表 HDMI 2.1 晶片與 IP 解決方案的應用半導體公司 INVECAS Inc. 的緊密合作,將於 2021年首先為集團旗下的兩款旗艦解碼前級 P300 與 MP-60,進階搭載全新的 HDMI 2.1 介面。

HDMI 4K/8K UHD 延伸探討:

作為電影迷,自然要追求最先進的影音規格,不落人後;但擁有先進設備只是開始,真正的考驗則在如何實現這些高規格。以聲音來說,4K HDMI 2.0 與 8K HDMI 2.1 的音訊規格完全相同,有一樣的最大通道取樣頻率、位元深度、與最大音訊通道數,所以若調教得宜,兩者能實現一致的最高聲效表現。

而在視訊方面,因應更高的刷新率與 8K 解析度,HDMI 2.1 自然需要有更高的傳輸頻寬、與資料傳輸速率;在 4K/8K UHD 的世代,真正的影像品質大躍進,並不僅於掃描線數(解析度)的增加,更重在色彩、色域的極致表現。一樣的,若我們細探視訊的品質規格,即色彩格式、色彩深度、與色彩空間,就可得知 4K HDMI 2.0 與 8K HDMI 2.1 根本上亦完全相當,所以真正的深入探究,正在於色域顯示的能力、呈現極致的影像畫質。

就從上圖開始;左邊是自然風景,有全域的光譜色彩與完整灰階;經由攝影鏡頭的捕捉攝入,歷經影像後製、編輯、傳送,最後以顯示器成像、重現色彩與灰階,讓我們觀賞。由圖可知,問題就在於”壓縮率”(這跟聲音的錄製、播放一樣),SDR 的壓縮較嚴重,所以色彩與灰階的損耗較多,而 HDR 的動態範圍較佳,能呈現更豐富的色彩內容與對比層次,這就是所謂”高動態範圍”的由來。

這裡再次提醒了我們,除了解析度與刷新率(佔據 HDMI 頻寬),真正關乎影像質地的,是色彩空間與灰階對比的”顯示能力”,這才是 4K/8K UHD 真實的考驗。

在進階討論之前,先釐清幾個名詞定義。SDR 表示 HDTV 的色彩+灰階規格,而 HDR 則代表 4K/8K UHD 的色彩+灰階規格。

左側是 CIE1931 xy 二維色彩空間圖。它是由國際照明委員會、在 1931年對人類視覺感知、大數據實驗下所統計製成。最大邊界是人類色彩視覺的極限,而內部的三角形範圍,則是三種”顯示能力”的標準,由小而大依序為 BT.709、DCI-P3、以及 BT.2020。

BT.709 是 1990年 HDTV 的標準,其色彩與灰階規格,我們統稱為 SDR。DCI-P3 則是數位影院聯盟,在 2015年所倡議的廣色域標準,在 2016年更獲 UHD 聯盟宣布採用,規範其設備必須覆蓋 90% 以上的 DCI-P3 色彩空間。而 BT.2020 則是更優異的廣色域標準,其色彩與灰階規格,我們統稱為 HDR,4K/8K 都是 BT.2020 HDR 標準。

右側黑底圖,則是 CIE1931 xyY 三維全景圖,稱之”色容積圖”,也就是”色彩+灰階”的立體呈現;比較可知,BT.709 與 BT.2020 兩者的色彩容積差異頗大。

有了以上對於”色彩”與”灰階”的理解之後,聰明的您應該知道,不要老是卡在真、假 4K 解析度之爭,更該檢視一下您的投影機設備,是否有良好的色彩與灰階顯示能力、並經專業調整校色完成?(當然,我輩影癡是以大畫面投影做比評,採用導演 David Lynch 標準 *註一。)

投影機顯像的能力,我們稱之”色域空間”。如果其色域空間能超過 DCI-P3 90%,好吧,你算有進入 4K 的門檻;能到達 100% DCI-P3,哇好,你算知道了 4K 是甚麼;若色域能夠超越 DCI-P3、趨近 BT.2020,喔哦,恭喜,你正矗立於 4K/8K 的殿堂之上。

但、事情當然沒那麼簡單,HDR 還有學問。對比於 SDR 的 Gamma 曲線校準,HDR 則有 PQ 曲線(或稱 SMPTE ST.2084)、以及 HLG 曲線。

HDR PQ:HDR10、HDR10+、Dolby Vision 都是使用 PQ 曲線。
HDR HLG:BBC 與 NHK BS 衛星廣播採用;我們的公共電視也將跟進。

回到最前面,自然影像經攝影機拍攝、中間後製、最後由顯示器重現播出;實際上,影像訊號必須歷經拍攝時的”光電轉換 OETF”、最後再由顯示器”電光轉換 EOTF”回來,這就像是黑膠播放的 RIAA 曲線一樣,SDR 的 Gamma 或是 HDR 的 PQ、HLG,就是影像播放的 RIAA 曲線。

“事情不簡單”意指,除了投影機要有好的”色域空間”顯示能力外,在播放影片內容時,您還要注意 HDR 的 EOTF 曲線對應是否正確;有了優異的色域空間,再加上正確對應 HDR 曲線,這才叫做真 4K/8K 播放。說複雜,沒那麼複雜;說簡單,卻一點也不簡單!

圖左,是 SDR Gamma 2.2 與 HDR PQ ST.2084 曲線並列,可見兩者的 EOTF 轉換曲線有著極大的不同。圖右則是將 PQ/ HLG/ SDR 三者並列作為比較,縱座標(亮度 nit)上可見 SDR 所預設的絕對亮度標準偏低,HLG 則相對大約高出六倍,PQ 則高出近百倍。

*註一:David Lynch 標準

David Lynch,美國名導演,”橡皮頭、我心狂野、史崔特先生的故事、穆荷蘭大道”… 等皆為其知名代表作,也有電視劇”雙峰”。David Lynch 說,『試著在安靜之處,盡可能用大銀幕,用最好的音響,進入電影的世界。』

參考來源:

HDMI 介面規格 … 維基百科
4K 電視技術概論 … 公共電視 關有智
色深(Color Depth)與色度採樣(Chroma Sampling)datavideo
BENQ 知識中心,一次了解顯示器色彩知識 … 真平布幕 孫耀忠
HD Club 精研視務所,HDR技術及標準發展情況 … 西楓導演
Diversified | Video Solutions … All Patterns & Tools [HDR-10/ HLG-HDR/ Dolby Vision]