UHDTV - Standards für zukünftiges immersives TV - Dietrich Westerkamp Wiesbadener Mediensymposium, 17.3.2015 - FKTG

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

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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

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High Dynamic Range (HDR)

 Verbesserter Kontrast
 …nicht nur mehr Helligkeit!
           1000…4000…10000 cd/m2
              (oder nits)
                                    SDR   HDR
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Wider Color Gamut (WCG)

                                                                                     HDTV heute : BT.709
0.800
                                                                                     UHDTV morgen : BT.2020
0.700
                                                                                     Bessere Abdeckung der natürlichen Farben
0.600                                                                                Farbraum (Color Gamut) in ITU-R BT.2020
0.500
                                                                                      bereits standardisiert
  y
0.400
                                                                                     Signalisierungsflag BT.709 oder BT.2020 in
0.300
                                                                                      HDMI
0.200
                                                                                     Aber BT.2020 mit existenten Displays nicht
                                                                                      darstellbar
0.100

0.000
                                                                                     …denn es gibt heute noch keine Displays, die
    0.000     0.100   0.200   0.300   0.400   x   0.500   0.600   0.700   0.800
                                                                                      alle BT.2020 Primärvalenzen darstellen
                                                                                     BT.2020 Grün geht heute nur per Laser
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      4

3D Audio

                     Surround Sound (AC3, AAC)
 Mono                    AC4 gerade bei ETSI standardisiert
                               TS 103 190

                     3D Audio kommt der Realität am Nächsten
 Stereo
                     Technische Realisierung
                         Sound Field (Higher Order Ambisonics)
 2D                      Kanal basiert
 ‘aka Surround’
                         Objekt basiert
                     Standardisierung bei MPEG
 3D                      MPEG-H „3D Audio“
                         ISO/IEC 23008-3 Standard seit Februar 2015

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

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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                              Source:
                                                                                DVB CM-UHDTV
    Beiträgen verwechselt.                                                     confidential

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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
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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.
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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

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HDR/WCG und Rückwärtskompatibilität mit existenten (BT.709) Monitoren

Studio Reference Graded with BT.709                           Approach 1: Display BT.2020 ‘as is’
                                         Skewed
                                      Creative intent
                                       Übertragungs-
                                           Hue shift
                                       signal BT.2020
                                        Over saturation
                                      Shadows overprinted
                                          Darker look
                                      Color balance shifted
                                       Global look spoiled

Approach 3: Remap Using CRI SEI                               Approach 2: Apply gamut mapping via LUT

                                         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
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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

      Quelle: http://www.areadvd.de/news/ces-panasonic-zeigt-ersten-4k-blu-ray-disc-player/
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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
                                                     Fragen?

               dietrich.westerkamp@technicolor.com

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