HLG¶

HLG (Hybrid Log-Gamma) — это стандарт передачи видео с расширенным динамическим диапазоном (HDR), разработанный совместно британской телерадиовещательной корпорацией BBC и японской телерадиовещательной корпорацией NHK. В отличие от других HDR-форматов, HLG не требует метаданных для отображения и совместим с устройствами, не поддерживающими HDR, что делает его предпочтительным для прямых трансляций и телевизионного вещания.

¶История и разработка

Разработка HLG началась в 2010-х годах как ответ на потребность в HDR-формате, пригодном для телевизионного вещания. Основные существовавшие на тот момент стандарты — HDR10 и Dolby Vision — были ориентированы на воспроизведение на локальных носителях (диски Blu-ray, стриминговые сервисы) и требовали обязательной передачи метаданных, что создавало проблемы при прямых эфирах и в условиях ограниченной пропускной способности каналов связи.

В 2014 году BBC и NHK объявили о совместной работе над новым форматом. В 2016 году Международный союз электросвязи (ITU) одобрил HLG в качестве рекомендации ITU-R BT.2100, наряду с форматом Perceptual Quantizer (PQ), используемым в HDR10 и Dolby Vision. В 2018 году HLG был включён в стандарт ATSC 3.0 (Advanced Television Systems Committee) — новую систему цифрового телевидения, внедряемую в США и других странах.

¶Технические принципы

¶Гамма-кривая и передаточная функция

Название «Hybrid Log-Gamma» отражает комбинацию двух математических функций: логарифмической (log) и гамма-коррекции (gamma). В HLG используется передаточная функция, которая в нижней части диапазона яркости (тёмные и средние тона) соответствует стандартной гамма-кривой, применяемой в телевидении стандартного динамического диапазона (SDR). В верхней части (светлые участки) применяется логарифмическая кривая, которая позволяет кодировать более широкий диапазон яркости без потери деталей в светах.

¶Отсутствие метаданных

Ключевое отличие HLG от PQ-форматов — отсутствие обязательных метаданных. В HDR10 и Dolby Vision передаются статические (HDR10) или динамические (Dolby Vision) метаданные, описывающие максимальную и минимальную яркость контента, цветовую гамму и другие параметры. HLG не требует этого, так как его передаточная функция спроектирована таким образом, что сигнал может быть интерпретирован как HDR-изображение на HDR-экране и как SDR-изображение на обычном дисплее.

¶Обратная совместимость

При воспроизведении HLG-контента на устройстве, не поддерживающем HDR, сигнал автоматически отображается как SDR с сохранением цветового баланса и контрастности. Это достигается за счёт того, что нижняя часть гамма-кривой HLG совпадает с SDR-гаммой. Таким образом, вещатели могут передавать один и тот же сигнал как для HDR-телевизоров, так и для старых моделей без необходимости в двух отдельных потоках.

¶Сравнение с другими HDR-форматами

¶Применение

¶Телевещание

HLG стал стандартом для HDR-вещания во многих странах. В 2018 году BBC запустила тестовые HDR-трансляции с использованием HLG в рамках программы BBC iPlayer. В 2020 году телеканал NHK начал регулярные HDR-передачи на спутниковом канале BS8K. В России HLG используется некоторыми телеканалами для трансляции спортивных событий и концертов, хотя массовое внедрение ограничено.

¶Прямые трансляции

Благодаря отсутствию метаданных и низкой задержке, HLG применяется для прямых эфиров: спортивных матчей, новостных выпусков, церемоний. Например, Олимпийские игры 2020 года в Токио транслировались в HDR с использованием HLG.

¶Производство контента

Многие современные камеры и видеомикшеры поддерживают запись и обработку HLG-сигнала. Профессиональные видеокамеры (например, Sony PXW-Z280, Canon XF705) имеют встроенные профили HLG, позволяющие снимать HDR-видео без постобработки.

¶Потребительские устройства

HLG поддерживается большинством современных HDR-телевизоров (LG, Samsung, Sony, Panasonic), а также игровыми консолями (PlayStation 4 Pro, PlayStation 5, Xbox One S, Xbox Series X/S) и медиаплеерами (Apple TV 4K, Nvidia Shield). Однако поддержка HLG в стриминговых сервисах ограничена: YouTube и Netflix используют преимущественно HDR10 и Dolby Vision.

¶Ограничения и критика

• Максимальная яркость: HLG рассчитан на отображение до 1000 нит, что ниже теоретического предела HDR10 (10 000 нит). На дисплеях с яркостью выше 1000 нит HLG-контент может выглядеть менее впечатляюще по сравнению с PQ-форматами.
• Отсутствие динамических метаданных: В отличие от Dolby Vision, HLG не может адаптировать яркость по сценам, что может приводить к потере деталей в очень тёмных или очень светлых кадрах на дисплеях с ограниченным контрастом.
• Сложность калибровки: Для точного отображения HLG требуется правильная настройка дисплея, так как отсутствие метаданных оставляет интерпретацию сигнала на усмотрение производителя телевизора.
• Ограниченная поддержка в киноиндустрии: HLG редко используется для кинопроизводства или мастеринга фильмов, так как киностудии предпочитают форматы с более широким динамическим диапазоном и метаданными (Dolby Vision, HDR10).

¶Перспективы

С развитием телевизионных стандартов (ATSC 3.0, DVB-T2) и ростом числа HDR-совместимых устройств, HLG продолжает оставаться основным форматом для вещания. В 2023 году ITU подтвердил рекомендацию BT.2100, включающую HLG. Однако в стриминговом сегменте HLG уступает HDR10 и Dolby Vision, что ограничивает его распространение в интернет-видео. В России и странах СНГ HLG используется эпизодически, преимущественно для тестовых трансляций и спортивных событий.

¶Источники

• ITU-R BT.2100-2: Image parameter values for high dynamic range television for use in production and international programme exchange. International Telecommunication Union, 2018.
• BBC R&D White Paper 283: Hybrid Log-Gamma — A High Dynamic Range Television System. BBC, 2016.
• NHK Science & Technology Research Laboratories: Development of Hybrid Log-Gamma HDR. NHK, 2017.
• Consumer Technology Association: CEA-861.3 — HDR Static Metadata Extensions. CTA, 2015.
• Dolby Laboratories: Dolby Vision White Paper. Dolby, 2019.