하이브리드 로그 감마

하이브리드 로그 감마(Hybrid log–gamma, HLG) 전송 함수는 BBC와 NHK가 HDR(High Dynamic Range) 디스플레이를 위해 공동 개발한 전송 함수이다.^[1] 이것은 SDR의 전송 함수(감마 곡선)와 하위 호환된다.^[2] ARIB(Association of Radio Industries and Businesses)에서 ARIB STD-B67로 승인되었다.^[1][3][4] 또한 ATSC 3.0, DVB UHD-1 Phase 2, 그리고 ITU Rec. 2100에도 정의되어 있다.^[5][6][7]

기존 SDR 감마 곡선과 하이브리드 로그 감마 곡선을 보여주는 차트. HLG는 신호 값의 상위 절반에 로그 곡선을 사용하여 더 큰 동적 범위를 허용한다.

HLG는 HLG 전송 함수, BT.2020 원색 및 10비트의 색 깊이를 사용하는 HDR 형식이다.^[8] HLG는 하위 호환되도록 설계되었지만, SDR UHDTV와 완전히 하위 호환되는 것은 아니다.^[8][9]

HLG 전송 함수와 HLG 형식 모두 로열티 프리이다.^[2] 하위 호환성은 수신기가 BT.2020 색상 컨테이너와 호환될 때 기존 전송 표준과 함께 사용할 수 있도록 하여 장비 제조업체와 콘텐츠 배포자 모두의 복잡성과 비용을 줄인다.^[1][10][9] 이들은 HDMI 2.0b, HEVC, VP9, H.264/MPEG-4 AVC에 의해 지원되며,^{[11][12][13][14]} BBC iPlayer, 다이렉TV, Freeview Play, 유튜브와 같은 비디오 서비스에서 사용된다.^{[15][16][17][18][19]}

설명

HLG는 다른 HDR 형식에 필요한 메타데이터가 비(非)HDR 디스플레이와 하위 호환되지 않고, 추가 대역폭을 소비하며, 전송 중 동기화가 틀어지거나 손상될 수 있는 텔레비전 방송에 더 적합하도록 설계되었다. HLG는 신호 값의 하위 절반은 감마 곡선을 사용하고 신호 값의 상위 절반은 로그 곡선을 사용하는 비선형 광학-전기 전송 함수를 정의한다.^[20][21] 실제로는, 표준 동적 범위 디스플레이(하이라이트에서 더 많은 디테일을 표시할 수 있음에도 불구하고)에 의해 신호가 정상적으로 해석되지만, HLG 호환 디스플레이는 신호 곡선의 로그 부분을 정확하게 해석하여 더 넓은 동적 범위를 제공할 수 있다.^[22][23][24] 다른 HDR 형식과 달리 메타데이터를 사용하지 않는다.^[25]

HLG 전송 함수는 SDR의 감마 곡선과 하위 호환된다. 그러나 HLG는 일반적으로 Rec. 2020 원색과 함께 사용되며, 이는 비호환 장치에서 눈에 띄는 색조 변화와 함께 채도가 감소된 이미지를 생성한다.^[26] 따라서 HLG는 SDR-UHDTV와 하위 호환되지만, Rec. 709 원색만 지원하는 일반적인 SDR 장치에서는 색상 왜곡이 발생한다.^[26]

기술적 세부 사항

HLG는 비선형 전송 함수를 정의하는데, 여기서 신호 값의 하위 절반은 감마 곡선을 사용하고 신호 값의 상위 절반은 로그 곡선을 사용한다.^[4][27]

HLG 참조 OETF는 다음과 같다(ARIB STD-B67에 정의됨):

$${\displaystyle E'={\begin{cases}r\,{\sqrt {E}}\ &0\leq E\leq 1,\!\\a\ln(E-b)+c&1<E\end{cases}}}$$

또는 다음과 같다(Rec. 2100에 정의됨):^[5]

$${\displaystyle E'={\begin{cases}{\sqrt {3E}}\ &0\leq E\leq {\frac {1}{12}},\!\\a\ln(12E-b)+c&{\frac {1}{12}}<E\leq 1\end{cases}}}$$

여기서

• E는 ARIB STD-B67에서 ${\displaystyle \left[0,12\right]}$ 범위의 기준 백색 레벨로 정규화된 선형 광 신호이며, Rec. 2100에서는 ${\displaystyle \left[0,1\right]}$ 범위이다.
• E'는 결과적인 비선형 신호이다.
• r은 기준 백색 레벨이며, 신호 값은 0.5이다.
• 상수 a, b, c는 a = 0.17883277, b = 1 - 4a = 0.28466892, c = 0.5 - a ln(4a) = 0.55991073으로 정의된다.

기준 백색 레벨의 신호 값은 0.5이고, 1의 신호 값은 기준 백색 레벨보다 12배 높은 상대 휘도를 가진다.^[27] ARIB STD-B67의 공칭 범위는 0에서 12이다.^[28] HLG는 베버의 법칙 때문에 신호 값의 상위 절반에 로그 곡선을 사용한다.^[27]

HLG 참조 OOTF는 다음과 같다:^[5]

$${\displaystyle {\begin{cases}F_{D}=OOTF[E]=\alpha Y_{S}^{\gamma -1}E\!\\R_{D}=\alpha Y_{S}^{\gamma -1}R_{S}\!\\G_{D}=\alpha Y_{S}^{\gamma -1}G_{S}\!\\B_{D}=\alpha Y_{S}^{\gamma -1}B_{S}\!\\Y_{S}=0.2627R_{S}+0.6780G_{S}+0.0593B_{S}\end{cases}}}$$여기서

• ${\displaystyle F_{D}}$는 디스플레이된 선형 성분 ${\displaystyle R_{D},G_{D},B_{D}}$의 휘도(cd/m² 단위)이다.
• ${\displaystyle E}$는 장면 선형 광에 비례하여 ${\displaystyle \left[0,1\right]}$ 범위로 정규화된 각 색상 성분 {Rs, Gs, Bs}의 신호이다.
• ${\displaystyle Y_{S}}$는 정규화된 선형 장면 휘도이다.
• ${\displaystyle \alpha }$는 cd/m² 단위의 사용자 이득 변수이다. 이는 무채색 픽셀에 대한 디스플레이의 공칭 최대 휘도인 LW를 나타낸다.
• ${\displaystyle \gamma }$는 시스템 감마이다. 공칭 디스플레이 최대 휘도 1000 cd/m²에서 ${\displaystyle \gamma }$ = 1.2이다.

HLG 참조 EOTF는 다음과 같다:^[5]

${\displaystyle F_{D}=OOTF[OETF^{-1}[max(0,(1-\beta )E'+\beta )]]}$

여기서

• ${\displaystyle F_{D}}$는 디스플레이된 선형 성분 ${\displaystyle R_{D},G_{D},B_{D}}$의 휘도(cd/m² 단위)이다.
• ${\displaystyle E'}$는 ${\displaystyle \left[0,1\right]}$ 범위의 비선형 전기 신호 ${\displaystyle R',G',B'}$이다.
• ${\displaystyle \beta ={\sqrt {3(L_{B}/L_{W})^{1/\gamma }}}}$는 사용자 블랙 레벨 리프트 변수이다.
• ${\displaystyle L_{W}}$는 무채색 픽셀에 대한 디스플레이의 공칭 최대 휘도(cd/m² 단위)이다.
• ${\displaystyle L_{B}}$는 검은색의 디스플레이 휘도(cd/m² 단위)이다.

HLG는 SDR 디스플레이와 HDR 디스플레이 모두와 호환되므로 메타데이터를 사용할 필요가 없다.^[1][3] HLG는 다양한 시청 환경에서 다양한 명도의 디스플레이와 함께 사용할 수 있다.^[3]

단일 이미지에서 인간의 눈으로 인식할 수 있는 동적 범위는 약 14 스톱이다.^[27] 2.4 감마 곡선과 샘플당 8비트의 색 깊이를 가진 SDR 비디오 디스플레이는 눈에 띄는 밴딩 없이 약 6스톱의 범위를 표시할 수 있다.^[27] 샘플당 10비트의 색 깊이를 가진 전문가용 SDR 비디오 디스플레이는 이 범위를 약 10스톱으로 확장한다.^[27] HLG가 샘플당 10비트의 색 깊이를 가진 2,000 cd/m² 디스플레이에 표시될 때, 눈에 띄는 밴딩 없이 200,000:1 또는 17.6스톱의 범위를 표시할 수 있다.^[27]

HLG는 신호 값의 상위 절반에 로그 곡선을 사용하여 기존 감마 곡선에 비해 비디오의 동적 범위를 증가시킨다.^[27] HLG는 또한 Rec. 601 및 Rec. 709에서 사용되는 기존 감마 곡선의 선형 부분을 포함하지 않음으로써 동적 범위를 증가시킨다.^[29] 기존 감마 곡선의 선형 부분은 저조도 비디오에서 카메라 노이즈를 제한하는 데 사용되었지만, HDR 카메라에서는 더 이상 필요하지 않다.^[29]

HLG는 Rec. 2100에서 공칭 최대 휘도 1,000 cd/m²와 배경 휘도에 따라 조정 가능한 시스템 감마 값으로 지원된다.^[5][30]

HLG는 ARIB STD-B67과 수학적으로 동일한 공식을 사용하지만 공칭 범위가 0에서 12가 아닌 0에서 1인 HEVC에서 지원된다.^[28]

$${\displaystyle V={\begin{cases}{\sqrt {3}}\cdot L_{c}^{0.5}&{\frac {1}{12}}\geq L_{c}\geq 0,\!\\a\cdot \ln(12L_{c}-b)+c&1\geq L_{c}>{\frac {1}{12}}\end{cases}}}$$

여기서

• L_c는 공칭 범위 0에서 1을 가지며 V는 결과적인 비선형 신호이다.
• 상수 a, b, c는 a = 0.17883277, b = 1 - 4a = 0.28466892, c = 0.5 - a ln(4a) = 0.55991073으로 정의된다.

역사

시작

2015년 5월 15일, BBC는 ITU에 제안될 공동 HDR 제안을 개발하기 위해 NHK와 협력을 시작했다고 발표했다.^[31] 2015년 6월 9일, HLG는 HEVC용 JCT-VC에 제안되었고 2015년 6월 스크린 콘텐츠 코딩 확장 초안에 추가되었다.^[32][12]

그해 말, 소니는 SMPTE 2015 컨퍼런스에서 수정된 HDR 디스플레이에 HLG 비디오를 시연했다.^[33][34] Colorfront는 Transkoder 2016 소프트웨어가 HLG를 사용하는 HDR 출력을 지원할 것이라고 발표했다.^[35] LG는 2015년 4K OLED TV가 HLG 및 지각 양자화기 (PQ)의 HDR을 지원할 것이라고 발표했다.^[36] Blackmagic Design은 HLG 지원을 추가한 다빈치 리졸브 업데이트를 출시했다.

SKY PerfecTV!는 일본의 위성 가입자에게 4K UHDTV HDR 프로그램을 HLG를 사용하여 전송할 것이라고 발표했다.^[37][38] Harmonic Inc.와 NASA는 아틀라스 V 발사의 HDR 캡처를 발표했으며, 다음 날 NASA TV에서 HLG를 사용하여 방송되었다.^[39] 바티칸 텔레비전 센터는 HLG와 Rec. 2020 색 공간을 사용하여 성문 의식을 방송했다.^[40]

2016년

산업 단체:

• 울트라 HD 포럼은 HLG 지원을 포함하는 UHD Phase A 지침을 발표했다.^[41][42] 울트라 HD 포럼은 또한 10비트의 색 깊이와 Rec. 2020 색 공간으로 HLG를 정의했다.^[42]
• ITU는 HLG 및 PQ의 두 가지 HDR 전송 함수를 정의하는 Rec. 2100을 발표했다.^[5][30]
• Digital UK는 HLG를 사용하는 HDR 지원을 포함하는 Freeview Play의 2017년 사양을 발표했다.^[16]
• DVB(Digital Video Broadcasting) 운영 이사회는 HLG 및 PQ를 지원하는 HDR 솔루션을 포함하는 UHD-1 Phase 2를 승인했다.^[6][43] 이 사양은 DVB Bluebook A157로 발표되었으며 ETSI에서 TS 101 154 v2.3.1로 발표될 예정이다.^[6][43]
• HDMI는 HLG 지원이 HDMI 2.0b 표준에 추가되었다고 발표했다.^[11][44][45]

하드웨어:

• Leader Electronics Corporation은 HLG를 지원하는 12G-SDI 파형 모니터를 발표했다.^[46]
• Harmonic Inc.는 HLG 지원을 추가한 ViBE 4K UHD 인코더 업데이트를 출시했다.^[47]
• Canon Inc.은 HLG 지원을 추가하기 위해 DP-V2410 및 DP-V3010 참조 디스플레이용 펌웨어 업데이트를 출시할 것이라고 발표했다.^[48]
• Sony는 HLG를 지원하는 PVM-X550 OLED 모니터를 발표했다.^[49] Sony는 또한 HLG 지원을 추가하기 위해 BVM-X300 OLED 모니터용 펌웨어 업데이트를 발표했다.^[49]
• Sony는 10월에 BVM-X300 OLED 모니터에 HLG를 추가하는 펌웨어 업데이트를 출시할 것이라고 발표했다.^[50]
• Sony는 VPL-VW675ES 프로젝터가 HLG를 지원할 것이라고 발표했다.^[51]
• Trusted Reviews 웹사이트는 삼성이 모든 2016년 HDR TV가 펌웨어 업데이트를 통해 HLG를 지원할 수 있다고 밝혔다고 보도했다.^[52]
• Atomos는 쇼군 인페르노 제품을 업데이트하여 카메라 및 컴퓨터의 HLG 입력 및 출력(녹화, 모니터링, 편집 및 레이아웃용)과 HLG 호환 TV로의 출력을 포함했다.^[53]

소프트웨어:

• Avid Technology는 HLG 지원을 추가한 Media Composer 업데이트를 출시했다.^[54][55]
• Google은 HLG를 지원하는 안드로이드 TV 7.0을 발표했다.^[13][56]

방송사:

• Dome Productions는 HDR 콘텐츠를 제공하기 위해 HLG 시험을 시작할 것이라고 발표했다.^[57]
• SKY Perfect JSAT Group은 10월 4일에 HLG를 사용하여 세계 최초의 4K HDR 방송을 시작할 것이라고 발표했다.^[58]
• Eutelsat은 HLG를 사용하는 새로운 채널을 출시할 것이라고 발표했다.^[59]
• Google은 유튜브가 HLG 또는 PQ로 인코딩할 수 있는 HDR 비디오 스트리밍을 시작할 것이라고 발표했다.^[60][15]
• BBC는 플래닛 어스 II 시리즈의 4분 HLG 편집본을 공공 UHD 테스트를 위해 BBC iPlayer IPTV 플랫폼에 추가할 것이라고 발표했다.^[61]
• Mediapro/Overon은 스페인 축구 리그(LFP)를 HLG 기반 4K HDR 방송을 사용하여 전 세계에 전송할 것이라고 발표했다.

2017년

산업 단체:

• ATSC는 HLG 지원을 포함하는 ATSC 3.0 비디오 표준을 발표했다.^[7]

하드웨어:

• LG Corporation은 2017년 Super UHD TV가 HLG를 지원할 것이라고 발표했다.^[62]
• Panasonic은 2017년 OLED TV가 HLG를 지원할 것이라고 발표했다.^[63]
• Sony는 2017년 OLED TV가 HLG를 지원할 것이라고 발표했다.^[64]
• JVC는 2017년 4K 프로젝터가 HLG를 지원할 것이라고 발표했다.^[65]
• LG Corporation은 펌웨어 업데이트를 통해 2016년 OLED TV와 2016년 Super UHD TV에 HLG 지원을 추가할 것이라고 발표했다.^[66]
• Sony는 펌웨어 업데이트를 통해 2017년 4K TV에 HLG 지원을 추가할 것이라고 발표했다.^[67]
• Panasonic은 펌웨어 업데이트를 통해 2016년 4K TV의 여러 모델에 HLG 지원을 추가할 것이라고 발표했다.^[68]
• Philips는 2017년 4K TV가 HLG를 지원할 것이며, 펌웨어 업데이트를 통해 2016년 4K TV의 여러 모델에 HLG 지원을 추가할 것이라고 발표했다.^[69]
• Sony는 2016년 및 2017년 안드로이드 TV 모델 중 일부에 HLG 지원을 추가하는 펌웨어 업데이트를 시작했다.^[70]
• Panasonic Lumix DC-GH5에 펌웨어 업데이트 2.0을 출시하여 HLG 녹화 지원을 추가했다.^[71]
• Panasonic은 2016년 TV 모델 중 일부에 HLG 지원을 추가하는 펌웨어 업데이트를 시작했다.^[72]
• Qualcomm은 HLG 지원을 포함하는 퀄컴 스냅드래곤 845를 발표했다.^[73]

소프트웨어:

• 어도비 시스템즈는 HLG 지원을 포함하는 Adobe Creative Cloud 업데이트를 발표했다.^[74]
• Apple Inc.은 HLG 지원을 포함하는 Final Cut Pro X 업데이트를 출시했다.^[75]

방송사:

• Eutelsat은 핫 버드 비디오 서비스에 HLG를 사용하는 Travelxp 4K 채널이 포함될 것이라고 발표했다.^[76]
• BBC는 플래닛 어스 II가 HLG를 사용하여 BBC iPlayer에서 4K HDR로 제공될 것이라고 발표했다.^[17] 플래닛 어스 II는 2017년 12월 10일부터 2018년 1월 16일까지 BBC iPlayer 서비스에서 이용할 수 있다.^[77] BBC는 Finlux, 하이센스, Hitachi, LG, Panasonic, Philips, Samsung, Sony, Toshiba의 TV 모델을 포함하여 약 400개 TV 모델이 HLG를 지원한다고 밝혔다.^[17][77]
• DirecTV는 4K 채널 104 및 106에서 HLG HDR 방송을 시작했다.^[18][19]

2018년

• Vizio는 2018년 모델에 대한 HLG 지원을 발표했다.^[78]

2019년

• Panasonic은 2019년 3월에 출시될 S1 및 S1R 풀프레임 미러리스 카메라에서 HLG 지원을 발표했다.^[79]

2020년

• Sky UK는 인기 있는 스카이 Q 박스가 2020년 5월 27일부터 HLG 지원을 받을 것이라고 발표했다.^[80]
• Apple Inc.은 아이폰 12 시리즈를 돌비 비전 프로필 8.4를 통한 HLG 비디오 녹화 지원과 함께 출시했으며, 이는 HLG 영상 위에 돌비 비전 메타데이터 레이어를 추가한다.^[81]

같이 보기

• 동적 범위
• 감마 보정
• 하이다이내믹레인지 렌더링
• 하이다이내믹레인지 이미징
• 높은 동적 범위 비디오