8 bit, 10 bit, HDR.. di cosa stiamo parlando?
8 bit, 10, 12, milioni e miliardi di colori: serve davvero andare oltre gli 8 bit se l’occhio umano non è capace di percepire un aumento di profondità? Cerchiamo di analizzare l’argomento, iniziando a capire il significato di tutti questi numeri e sigle.
L’HDR
Grazie all’avvento dell’HDR, si sente e si legge di colori più saturi, vibranti, veri, etc…
L’HDR si identifica oggi con una serie di specifiche, quindi un vero e proprio standard universale non esiste (HDR, HDR10, HDR10+, Advanced HDR, DolbyVision…).
Non spiegheremo la differenza tecnica di ogni standard, né la valutazione della resa visiva, valuteremo solo le specifiche medie degli standard HDR.
Rispetto ai display SDR, l’HDR nasce in parallelo all’aumento della risoluzione, quindi partiamo dal 4K.
È richiesta una luminosità di 1000 nits e neri a 0,05 nits (oppure sugli OLED una luminosità di 540 nits e neri a 0,0005 nits), uno spazio colore DCI-P3 o anche rec.2020 per Dolby Vision (estensione per ora raggiunta da pochi), una profondità colore di 10 bit (o 12 bit per Dolby Vision).
Una nota riguarda il frame rate che è previsto negli standard UHD della DVB Association che prevede velocità di fotogrammi porta a 60p e addirittura 120p (pensati per le trasmissioni di eventi sportivi).
La percezione visiva
Come per ogni articolo inerente la percezione visiva, va analizzata la capacità visiva dell’occhio umano, anche perché i display sono costruiti unicamente per i nostri occhi.
Siamo consapevoli che una maggiore risoluzione, osservata nel modo corretto, porti vantaggi percepibili (per chi volesse approfondire c’è l’articolo dedicato al rapporto tra dimensione e risoluzione); così come un maggiore luminosità e contrasto (per approfondire c’è l’articolo dedicato alla valutazione qualitativa dei display). Il gamut esteso, inteso come spazio colore complessivo, ha sicuramente dei vantaggi perché siamo ancora lontani dallo spazio colore percepibile dall’occhio umano (ancora una volta si può approfondire con l’articolo dedicato allo spazio colore)…
8 bit, 10 o 12? Ma cos’è la profondità in bit?
Sappiamo contare o solo distinguere 16 milioni di colori dei display 8 bit? E i 68 miliardi proposti nel 12 bit?
Iniziamo a capire cosa esprime il concetto di “profondità in bit”.
La profondità si esprime in bit ed è la capacità di rappresentare le sfumature di colore. Siccome i monitor sono controllati da processori digitali, ciascun pixel rappresenta, per il sistema informatico, dei bit di dati.
Proprio come un file è composto da sequenze di 1 e 0 (bit), ciascun pixel può corrispondere a zero o uno. Ciò accade per ciascun colore primario: rosso, verde e blu (“Red”, “Green” e “Blue”), da cui deriva il nome RGB.
Quindi un pannello a 8 bit dispone di una quantità di valori, per ciascun colore, pari a 2 all’ottava: vale a dire 256 gradazioni, o versioni di rosso, blu e verde.
256 x 256 x 256 = 16,7 milioni di colori possibili.
I pannelli a 10 e 12 bit
Nei i pannelli a 10 bit ogni pixel offre 1024 versioni di ciascun colore primario (2 elevato alla decima), che elevato alla terza (sempre per i tre colori primari) restituirà 1,07 MILIARDI di colori possibili.
Un pannello a 10 bit è in grado di rappresentare le immagini con un’accuratezza, in termini di toni colore, esponenzialmente maggiore rispetto a quella di uno schermo a 8 bit.
I monitor a 12 bit si spingono oltre. Offrono 4096 versioni possibili di ciascun colore primario per ciascun pixel.
40963 = 68,7 miliardi di colori (Dolby Vision).
Le capacità dell’occhio umano
Ebbene, molti studi sperimentali hanno dimostrato che l’occhio umano è in grado di distinguere circa 7-10 milioni di colori unici (vedi: http://physics.info/color).
Ciò significa che anche un “misero” display a 8 bit dovrebbe avere un’accuratezza del colore molto superiore rispetto alle nostre reali capacità.
Troppo spesso incappiamo, specialmente sul web, in immagini fuorvianti (in alto) dove viene mostrata una falsa resa di colori 8 bit, praticamente senza toni intermedi, accostata ad una 10 bit omogenea; ecco invece la reale quantità di colori in 8 bit (in basso).
Ha senso andare oltre gli 8 bit?
La domanda è: perché la tecnologia ci sta spingendo in un mondo di colori a 10 se non 12 bit, se già ad 8 esistono più sfumature di quante ne percepiamo?
Iniziamo ad escludere le immagini “grezze”, che subiscono lavorazioni in post-produzione (siano esse foto o video). Il lavoro di esposizione, contrasto, saturazione, etc., prende delle parti dell’immagin,intesa come parte di croma o di luma, e la “rimappa” all’interno dello spazio colore. Avere più bit a disposizione, ci permette di “degradare” l’immagine di partenza limitando “danni” visibili come la posterizzazione, il banding, etc. In questo territorio, però, si aprono un mondo di argomenti, che non tratteremo in questa sede.
Parliamo dei monitor
Nel merito dei display, invece, che vantaggi reali e percepibili porta un pannello con quantità di sfumature che non percepiremo mai?
La risposta è nella rappresentazione del modello colore RGB: tutti i toni sono calcolati numericamente come variabile di rosso, di blu e di verde. Per questo tutti i colori saranno rappresentati con lo stesso numero di sfumature. Nel modello rgb ad 8 bit abbiamo 255 possibili rossi, 255 possibili blu e 255 possibili verdi. Ecco una rappresentazione del modello colore RGB, da cui derivano gli spazi colore usati nei display (sRGB, DCI-P3, BT.2020, etc).
La percezione dei toni
L’uso di 8 bit, è sufficiente per 16 milioni di sfumature circa, ma di quali toni?
L’occhio umano non percepisce tutte le sfumature, per tutte le frequenze, allo stesso modo: è molto più sensibile alle sfumature nei verdi che non nei blu. Questo è da aggiungere alla sensibilità ai colori stessa, che varia con la luminosità.
La gestione in bit dei colori semplifica e riduce l’intera gamma cromatica a valori numerici che però non corrispondono alla reale percezione dei colori dell’occhio umano (rimandiamo ancora all’articolo sullo spazio colore).
Facciamo un test
Per fare un test pratico sulle quote di sfumature incluse nell’sRGB 8bit che non percepiamo, proviamo a confrontare il cambiamento dei valori numerici in LAB ed RGB.
Per valori RGB 255/0/0 il corrispondente è LAB 54/81/70
Al valore RGB 255/4/0 il corrispondente LAB resta invariato, per cambiare tono solo su RGB 255/5/0
Questo significa che delle 16 milioni di sfumature, una parte è spesa per uno “spazio” che non percepiamo.
Le stesse 16 milioni di sfumature in sRGB (o meglio, una parte percepibile di esse), se portate su uno spazio di colore più ampio (come DCI-P3), vengono distese su una superficie più ampia, aumentandone la reciproca distanza cromatica.
Un esempio “visivo”
Per fare un esempio, possiamo immaginare lo spazio colore come un palazzo e la profondità in bit come i gradini delle scale.
Se abbiamo 10 piani (sRGB) e 100 scalini (8bit), ciascun piano avrà 10 scalini a disposizione. Nel nostro scenario però, dobbiamo utilizzare 20 gradini per i garage, quindi per ogni piano rimarranno solo 8 gradini. Aggiungendo al palazzo 5 piani (DCI-P3), dati gli 80 gradini totali disponibili, possiamo ridistribuire, per ciascuno dei 15 piani, solamente 5,3 gradini!
Ecco spiegato come, la capacità di percezione delle sfumature dell’occhio umano, superi la capacità di risoluzione tonale degli 8 bit. Anche se ci troviamo in uno spazio colore più ampio, come quello DCI-P3 o BT.2020, quello sfruttato nell’HDR.
Siamo così tornati al punto da cui eravamo partiti.
Alfredo Carbone
Alfredo Carbone – CEO Big Bang Production e specializzato in fotografia.
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