UHDTV Standards für zukünftiges immersives TV

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Eike Kolbe
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1 UHDTV Standards für zukünftiges immersives TV Dietrich Westerkamp Wiesbadener Mediensymposium,

2 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

Der Schritt von HDTV zu UHDTV UHDTV-1 und UHDTV-2, und was verbirgt sich hinter Phase 1 und

3 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

Verbesserter Kontrast ist auch aus größerem Sichtabstand deutlich sichtbar Akzeptanz beim Konsumenten und Rundfunkbetreiber wichtig

4 High Dynamic Range (HDR) Verbesserter Kontrast nicht nur mehr Helligkeit! Seite cd/m 2 (oder nits) SDR HDR

5 Wider Color Gamut (WCG) y Seite 4 x 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

6 3D Audio Mono Stereo 2D aka Surround 3D Surround Sound (AC3, AAC) AC4 gerade bei ETSI standardisiert TS D Audio kommt der Realität am Nächsten Technische Realisierung Sound Field (Higher Order Ambisonics) Kanal basiert Objekt basiert Standardisierung bei MPEG MPEG-H 3D Audio ISO/IEC Standard seit Februar 2015

Realisierung Sound Field (Higher Order Ambisonics) Kanal basiert Objekt basiert

7 Wer standardisiert was? Prod / Post-prod Distribution Rendering SMPTE, ITU-R, ARIB HDMI, CEA BDA MPEG, ITU-T, JCT-VC BDA DVB, ATSC, ARIB, ETSI BDA 6

8 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. Source: DVB CM-UHDTV confidential 7

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.

9 ITU-R Recommendation ITU-R BT (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 8 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

progressiver Abtastung Frameraten [Hz]: 120, 60, 60/1.001, 50, 30, 30/1.001, 25, 24, 24/1.001 Gegenüber BT.

10 SMPTE SMPTE setzt Standards auf der Produktionsseite, z.b. ST :2013 (program production image parameters) ST (for audio) ST :2012 (digital interface and mapping) 2013: Initial Report of the UHDTV Ecosystem Study Group The maximum frame rate of 120 fps specified in ST (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

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.

11 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: 10

12 HDR/WCG und Rückwärtskompatibilität mit existenten (BT.709) Monitoren Studio Reference Graded with BT.709 Approach 3: Remap Using CRI SEI Skewed Creative intent Übertragungssignal Hue shift BT.2020 Over saturation Shadows overprinted Darker look Color balance shifted Global look spoiled Preserved Creative Intent Similar look as the original BT.709 content Approach 1: Display BT.2020 as is Approach 2: Apply gamut mapping via LUT 11

2020 Over saturation Shadows overprinted Darker look Color balance shifted Global look spoiled Preserved

13 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

Parameter zur Umsetzung eines europäischen UHDTV Standards CM-AVC, TM-AVC Toolbox von Codierungsstandards für UHDTV HEVC

14 HDMI and CEA CEA R4.8 WG 7 Uncompressed A/V Digital Interfaces CEA 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 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 13

status HDMI Forum Technical Working Group (TWG) HDMI 2.0a als Amendment zu HDMI 2.0 verabschiedet Direkte Referenz auf CEA 861.

15 Blu-ray Disk Erster Protoptyp eines 4K Blu-ray Disk Players auf der CES Quelle:

16 Markteinführung von UHDTV 15

17 Markteinführung von UHDTV 16 UHDTV Logo für Display Devices von Digitaleurope Zusicherung von vereinbarten Parametern Sicherstellung von Interoperabilität,..aber nur von Displays! Details: 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./ beim 3IT in Berlin

aspx Consumer Electronics Association (CEA) hat vergleichbare Aktivitäten 4K UHD Display Definitions Working Group Lobbying Aktivitäten bei der Consumer Electronic Show (CES 2015)in

18 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 17

das Weihnachtsgeschäft angekündigt Details des neuen Standards sind noch vertraulich Kompatible Umsetzung der Ausstrahlung ist größte Herausforderung OTT mit proprietären

19 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Dietrich WESTERKAMP Fragen? Seite 18

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