ハイダイナミックレンジビデオ

[ハイダイナミックレンジ]ビデオ技術の解説

ハイダイナミックレンジ（HDR）ビデオは、標準ダイナミックレンジ（SDR）ビデオに比べて、はるかに広いダイナミックレンジを備えた映像技術です。これにより、より明るく鮮やかな白と、より深く自然な黒を表現することが可能になります。HDRビデオは、撮影、制作、エンコーディング、そしてディスプレイという一連のプロセスで構成され、各段階でSDRビデオよりも高度な技術が用いられています。

HDRの基礎

HDRは、輝度の最大値と最小値の比率が非常に大きいことを意味します。一般的には、広色域（WCG）も併用され、これにより、より広い色空間と高い輝度表現が実現し、よりリアルで豊かな映像表現が可能になります。HDRビデオを成立させるには、少なくとも10ビットのカラー深度と、適切な伝達関数（PQやHLGなど）の採用が不可欠です。8ビットや10ビットで済んでいたSDRとは異なり、より高いビット深度によって、より多くの色情報を正確に表現し、階調の滑らかさを確保します。

HDR伝達関数：PQとHLG

HDRビデオでは、SDRで使われるガンマ曲線に代わって、適切な伝達関数が用いられます。代表的なものとして、知覚量子化器（PQ）とハイブリッドログガンマ（HLG）があります。

PQ（Perceptual Quantizer）： ドルビーが開発し、SMPTEとITUによって標準化された伝達関数です。人間の視覚特性に基づいて設計されており、10,000 cd/m²もの輝度を再現することが可能です。HDR10、HDR10+、ドルビービジョンといった多くのHDR規格の基盤となっています。

HLG（Hybrid Log-Gamma）： BBCとNHKが共同開発したロイヤリティフリーのHDR規格です。メタデータが不要で、SDRディスプレイとの下位互換性があるという利点があります。放送用途に適しており、ATSC 3.0、DVB-UHD Phase2などで採用されています。

メタデータ：静的メタデータと動的メタデータ

HDRビデオでは、映像の特性に関する情報を伝えるメタデータが重要です。

静的メタデータ: ビデオ全体に関する情報を記述します。Mastering Display Color Volume（MDCV）、MaxCLL、MaxFALLなどが含まれます。

動的メタデータ: 各フレームまたはシーンごとに異なる情報を記述します。ドルビービジョン、HDR10+などで使用され、シーンごとの最適な表示を実現します。

色度とビット深度

HDRは、Rec. 2020などの広色域と密接に関連しています。これにより、より鮮やかで自然な色表現が可能です。また、HDRコンテンツは、階調表現の滑らかさを確保するため、SDRよりも高いビット深度（10ビット以上）を必要とします。

主要なHDR規格

いくつかのHDR規格が存在し、それぞれに特徴があります。

HDR10: 公開規格でロイヤリティフリー。広く普及していますが、静的メタデータしか使用しないため、表示デバイスによる調整の自由度が高く、クリエイターの意図が正確に反映されない可能性があります。

HDR10+: HDR10を拡張した規格で、動的メタデータに対応。シーンやフレームごとに最適な表示を行うことができます。

ドルビービジョン: ドルビーラボラトリーズによる独自のHDR規格。動的メタデータと高いビット深度（最大12ビット）に対応し、高い画質を実現できますが、ロイヤリティが発生します。

HLG10: HLG伝達関数と10ビットのビット深度を使用する規格。SDRとの下位互換性があります。

HDRディスプレイと認証

HDRコンテンツを適切に表示できるディスプレイは、高い輝度と広い色域が求められます。VESA DisplayHDR、Ultra HDプレミアム、Mobile HDRプレミアムなどの認証規格が存在し、消費者がディスプレイのHDR対応能力を把握するのに役立ちます。

静止画におけるHDR

HDR技術は、静止画にも応用されています。HEIC、AVIF、JPEG XLといったフォーマットがHDRに対応しており、一部のカメラではHDR静止画の撮影が可能です。

まとめ

HDRビデオ技術は、映像表現を大きく進化させました。様々なHDR規格が存在し、用途や要件に合わせて選択する必要があります。HDR技術の進歩は、今後ますます映像体験を豊かにするものと期待されます。今後の動向に注目していきましょう。

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