ITU-R-Empfehlung BT.2020

Datei:CIExy1931 Rec 2020.svg

Diagramm des Farbraumes CIE 1931, in dem mit einem Dreieck der Farbraum der Empfehlung 2020 (UHDTV) und die Positionen der Grundfarben eingezeichnet sind. Empfehlung 2020 nutzt Illuminant D65 als Weißpunkt.

ITU-R-Empfehlung BT.2020, allgemein bekannt unter den Kürzeln Rec. 2020 oder BT.2020, definiert verschiedene Aspekte von UHDTV wie die Bildschirmauflösung, Bildfrequenz, Farbunterabtastung, Farbtiefe, und Farbraum.<ref name="Recommendation2020" /> Sie wurde am 23. August 2012 auf der Website der Internationalen Fernmeldeunion (ITU) veröffentlicht.<ref name="Recommendation2020" /><ref name="Recommendation2020Original" /><ref name="NHKstandardSHV" /><ref name="HollywoodITUapproved" /><ref name="EngadgetITUapproved" />

Technische Details[Bearbeiten]

Auflösung[Bearbeiten]

Empfehlung 2020 definiert zwei Auflösungen, 3840 × 2160 („4K“) und 7680 × 4320 („8K“).<ref name="Recommendation2020" /> Diese Auflösungen haben ein Seitenverhältnis von 16:9 und nutzen quadratische Bildpunkte.<ref name="Recommendation2020" />

Bildfrequenz[Bearbeiten]

Empfehlung 2020 spezifiziert die folgenden Bildfrequenzen: 120p, 119,88p, 100p, 60p, 59,94p, 50p, 30p, 29,97p, 25p, 24p, 23,976p.<ref name="Recommendation2020" /> Nur Vollbildverfahren sind erlaubt.<ref name="Recommendation2020" />

Digitale Darstellung[Bearbeiten]

Empfehlung 2020 definiert eine Farbtiefe von entweder 10 oder 12 Bits pro Abtastwert.<ref name="Recommendation2020" />

Bei 10 Bits pro Abtastwert nutzt Empfehlung 2020 eine Helligkeitswerteskala, bei der der Schwarzpunkt auf den Code 64 und der Weißpunkt auf den Code 940 festgelegt sind.<ref name="Recommendation2020" /> Die Codes 0 bis 3 und 1020 bis 1023 werden für die Zeitreferenz genutzt.<ref name="Recommendation2020" /> Die Codes 4 bis 63 dienen als Helligkeitswerte unterhalb des Schwarzpunktes, während die Codes von 941 bis 1019 Helligkeitswerte oberhalb des Nennspitzenwertes bezeichnen.<ref name="Recommendation2020" />

Bei 12 Bits pro Abtastwert nutzt Empfehlung 2020 eine Helligkeitswerteskala, bei der der Schwarzpunkt auf den Code 256 und der Weißpunkt auf den Code 3760 festgelegt sind.<ref name="Recommendation2020" /> Codes 0 bis 15 und 4080 bis 4095 werden für die Zeitreferenz genutzt.<ref name="Recommendation2020" /> Die Codes 16 bis 255 dienen als Helligkeitswerte unterhalb des Schwarzpunktes, während die Codes von 3761 bis 4079 Helligkeitswerte oberhalb des Nennspitzenwertes bezeichnen.<ref name="Recommendation2020" />

Farbmetrik des Systems[Bearbeiten]

**RGB-Farbraumparameter**<ref name="Recommendation2020" />
Farbraum	Weißpunkt		Grundfarbe
Farbraum	x_W	y_W	x_R	y_R	x_G	y_G	x_B	y_B
ITU-R BT.2020	0,3127	0,3290	0,708	0,292	0,170	0,797	0,131	0,046

Der Farbraum von Empfehlung 2020 (UHDTV) kann Farben darstellen, die mit dem Farbraum aus Empfehlung 709 (HDTV) nicht darstellbar sind.<ref name="TVTechnologyDecember2012SuperHiVision" /><ref name="NHKannualreport2010" /> Die von Empfehlung 2020 genutzten RGB-Grundfarben entsprechen einfarbigen Lichtquellen im CIE-Normfarbsystem von 1931.<ref name="NHKannualreport2010" /><ref name="NHKOpenHouse2013Exhibit20" /> Die Wellenlänge der Grundfarben von Empfehlung 2020 sind 630 nm für die Grundfarbe Rot, 532 nm für die grüne Grundfarbe und 467 nm für die blaue Grundfarbe.<ref name="NHKOpenHouse2013Exhibit20" /><ref name="DavidWoodDecidingTomorrowsTelevision" /> Von dem CIE-Farbraum von 1931 deckt der Farbraum von Empfehlung 2020 einen Bereich von 75,8 %, der Digitalkinobezugsprojektorfarbraum deckt 53,6 %, der Adobe-RGB-Farbraum deckt 52,1 % und der Farbraum von Empfehlung 709 deckt 35,9 % ab.<ref name="TVTechnologyDecember2012SuperHiVision" />

Bei der Entwicklung des Empfehlung-2020-Farbraumes wurde entschieden, real mögliche Farben anstatt imaginärer Farben zu verwenden, um eine Abbildung des Empfehlung-2020-Farbraumes auf einem Anzeigegerät ohne zusätzliche Umrechnungsschaltkreise zu ermöglichen.<ref name="Recommendation2246" /> Da ein größerer Farbraum die Abstände zwischen benachbarten Farbwerten vergrößert, ist ein zusätzliches Bit pro Abtastwert nötig, um dieselbe oder eine höhere Farbpräzision zu erreichen wie bei Empfehlung 709.<ref name="Recommendation2246" />

Die NHK hat die Kontrastempfindlichkeit des Empfehlung-2020-Farbraum anhand der Barten-Gleichung vermessen, welche zuvor schon für die Bestimmung der Farbtiefe bei digital cinema verwendet wurde.<ref name="TVTechnologyDecember2012SuperHiVision" /> Die 11 Bits pro Abtastwert bei dem Empfehlung-2020-Farbraum sind über die gesamte Spanne der Helligkeitsskala feiner als die Kontrastwahrnehmungsschwelle.<ref name="TVTechnologyDecember2012SuperHiVision" /> Die NHK plant für ihr UHDTV-System, Super Hi-Vision, die Verwendung von RGB mit 12 Bits pro Abtastwert.<ref name="TVTechnologyDecember2012SuperHiVision" /><ref name="NHKOpenHouse2013Exhibit3" />

Luma-Koeffizienten[Bearbeiten]

Empfehlung 2020 erlaubt RGB- und YCbCr-Signalformate mit 4:4:4-, 4:2:2- und 4:2:0-Farbunterabtastung.<ref name="Recommendation2020" /> Empfehlung 2020 legt fest, dass ein eventuelles Luma-Signal (Y') die R’G’B’-Koeffizienten 0,2627 für Rot, 0,6780 für Grün und 0,0593 für Blau nutzt.<ref name="Recommendation2020" />

Übertragungsfunktion[Bearbeiten]

Empfehlung 2020 definiert eine nichtlineare Übertragungsfunktion, die zur Gammakorrektur bei RGB und YCbCr genutzt werden kann.<ref name="Recommendation2020" /> RGB kann verwendet werden, wenn beste Qualität erforderlich ist.<ref name="Recommendation2020" /> YCbCr kann verwendet werden, wenn die Hauptanforderung die Kompatibilität zu SDTV/HDTV-Betrieb ist, und ermöglicht Farbunterabtastung.<ref name="Recommendation2020" /> Die Luma- und Chroma-Komponenten in YCbCr werden aus gammakorrigiertem RGB berechnet.<ref name="Recommendation2246" /> Empfehlung 2020 definiert auch eine linear kodierte Version von YCbCr, die YcCbcCrc genannt wird.<ref name="Recommendation2020" /> YcCbcCrc kann eingesetzt werden, wenn ein möglichst originalgetreuer Erhalt der Helligkeitsinformation vorrangig ist.<ref name="Recommendation2020" /> Die Luma- und Chroma-Komponenten in YcCbcCrc werden aus linearem RGB berechnet und nachher gammakorrigiert.<ref name="Recommendation2246" />

Empfehlung 2020 mit 10 Bits pro Abtastwert nutzt dieselbe nichtlineare Übertragungsfunktion wie Empfehlung 709.<ref name="Recommendation2020" /><ref name="Recommendation709-5" /> Bei 12 Bits pro Abtastwert ändert sich die Übertragungsfunktion bei Empfehlung 2020, da der Minimalwert auf der Helligkeitsskala zwischen 0 und 1, bei dem die nichtlineare Funktion beginnt, mit 0,0181 statt 0,018 höher liegt.<ref name="Recommendation2020" /><ref name="Recommendation709-5" /> Die nichtlineare Übertragungsfunktion von Empfehlung 2020 ist nahe 0 linear und geht dann für den Rest der Helligkeitsskala in eine Potenzfunktion über:<ref name="Recommendation2020" />

<math>E'=\begin{cases} 4{,}5E & 0 \le E < \beta\\ \alpha E^{0{,}45} - (\alpha - 1) & \beta \le E \le 1 \end{cases} </math>

E ist das Signal im Verhältnis zur Lichtstärke und E' ist das resultierende nichtlineare Signal
α = 1,099 und β = 0,018 bei einem System mit 10 Bits pro Abtastwert
α = 1,0993 und β = 0,0181 bei einem System mit 12 Bits pro Abtastwert

Wenngleich die Übertragungsfunktion von Empfehlung 2020 für die Kodierung verwendet werden kann, wird angenommen, dass die meisten Produktionen einen Referenzmonitor verwenden, der eine Bilddarstellung gemäß der Übertragungsfunktion aus der ITU-R-Empfehlung BT.1886 hat, und dass der Referenzmonitor gemäß der ITU-R-Empfehlung BT.2035 bewertet wird.<ref name="Recommendation2020" /><ref name="Recommendation1886" /><ref name="Recommendation2035" /> Bei der Produktion von Inhalten nach Empfehlung 2020 können auch andere Übertragungsfunktionen wie der Dolby Perceptual Quantizer (PQ) benutzt werden.<ref name="HPATechFebruary2014" />

Weblinks[Bearbeiten]

Spezifikation

Quellen[Bearbeiten]

<references> <ref name="Recommendation2020"> BT.2020: Parameter values for ultra-high definition television systems for production and international programme exchange. </ref> <ref name="Recommendation2020Original"> BT.2020: Parameter values for ultra-high definition television systems for production and international programme exchange. </ref> <ref name="NHKstandardSHV"> The international standard for Super Hi-Vision TV. </ref> <ref name="HollywoodITUapproved"> 8K Ultra High Def TV Format Opens Options for TV Viewing. </ref> <ref name="EngadgetITUapproved"> ITU approves NHK’s Super Hi-Vision as 8K standard, sets the UHDTV ball rolling very slowly. </ref> <ref name="TVTechnologyDecember2012SuperHiVision"> Die Seite Vorlage:Webarchiv/styles.css hat keinen Inhalt.“Super Hi-Vision” as Next-Generation Television and Its Video Parameters. (Memento vom 2. August 2013 im Internet Archive) </ref> <ref name="NHKannualreport2010">

Die Seite Vorlage:Webarchiv/styles.css hat keinen Inhalt.Super Hi-Vision format. (Memento vom 13. August 2012 im Internet Archive)