西川善司の大画面☆マニア
第240回
より自然な高画質を追求したパナソニック有機EL。テレビ各社で異なるHDR10+対応
2018年1月12日 08:00
CES本会場となるラスベガスコンベンションセンターにもパナソニックブースはあるが、このブースでは企業対企業(B2B)ビジネスソリューションの展示がメインで、いわゆるAV家電の展示は基本的に行なわれていない。AV系の製品は、ラスベガス市内のホテルのサテライト会場で展示されており、取材陣は個別のアポをとって来訪するというスタイルになっていた。
このパナソニックのサテライトブースで展示されていた製品で、大画面☆マニア的に関心が高かったのは、2018年モデルの有機ELテレビ新製品と、新たに提唱されたHDR映像規格「HDR10+」対応のUltra HD Blu-rayプレーヤー製品。今回は、それらの製品を体験した所感とともに、「HDR10+」についての技術的解説や考察を行なうこととしたい。
パナソニックの有機ELテレビ製品に2018年モデルが登場
まずは、パナソニックの有機ELテレビ製品の2018年モデルの「FZ950/800」。日本を含め、全世界的に好評を獲得したパナソニックの有機ELテレビ「EZ1000/EZ950」シリーズだが、その改良型の「FZ950/800」シリーズが2018年モデルとして投入される。
昨年のEZ1000シリーズで特に評判だったのは、暗部階調の描写力。自発光ともてはやされる有機ELは、自発光ゆえに暗く光らせるのが難しく、暗部階調が荒れやすい。それを、同じ自発光のプラズマを長年手がけてきたパナソニックの知見なども動員して克服。漆黒だけでない、漆黒から滑らかに立ち上がる卓越した暗部階調表現力を達成していた。同時にLG式の白色有機ELベースのRGB+Wからなるサブピクセルベースの、難しいフルカラー表現を巧妙に手懐けたことで、暗部階調にまで豊かな色味表現を維持させていた。
EZ1000シリーズは一般ユーザーはもちろん、映像製作現場のプロ達からも高い評価を得たのだが、中間輝度階調に対しては「もうひとがんばり欲しい」という声もあったようだ。
そこで、2018年モデルのFZ950/800シリーズでは、この部分の改善に挑戦したということである。
その具体的な改善の方策とは、色補正に関して、入力映像の平均輝度に対して適応型の色補正とコントラスト補正の仕組みを盛り込むようにしたとのことである。
有機ELパネルにしろ液晶パネルにしろ、テレビ製品では入力された映像フレームを正しい色や輝度、階調で表示するために、そのパネル特有の補正が必要になる。たとえば、あるオレンジ色の物体が明るいところから暗いところに移動する映像があったとして、このオレンジ色を表現するピクセル値は輝度が暗くなると、映像パネルによっては色が薄くなるのでより濃いピクセル値に補正したり、あるいは黄味が強調され気味になったりする映像パネルならば黄味を低減させるピクセル値に補正する必要がある。同じ色を暗く見せるだけならば、バックライトのエリア駆動で当該領域だけ暗く光らせるだけで良さそうなものだが、そうはいかず、最悪のケースでは別の変な色になってしまうことすらある。
こうした映像パネルにおける色補正処理系は、二次元的な写像変換ではなく、三次元的な写像変換になる。なぜなら、入力された映像を構成するピクセルは、色×輝度の組み合わせて表され、これを実際の映像パネルでどういう値で駆動するかも、色×輝度の組み合わせで出力される。輝度の明暗を上下軸(Z軸)にとり、色はXY色度図などで表した立体は「カラーボリューム」と呼ばれる。
映像における補正は、このカラーボリューム的な概念で変換する必要があり、この変換処理は、一意的な関数(数式)だけで表現することが難しいため、カラーボリュームをCTスキャンのように複数レイヤーで割って構成したデータテーブルを用いての変換処理を行なう。
この立体構造的なデータテーブルが「3D-LUT」(3D Look Up Table)である。
パナソニックのFZ950/800では、この3D LUTを低輝度変換用と高輝度変換用の2つを持ち、入力された変換元の「色×輝度」に対して、2つのデータテーブルを参照して得た値に対して、加重平均をとって出力値とする処理系を実装した。単純な例では、真ん中くらいの明るさ(輝度)の色の補正を行なうと言うことであれば、低輝度用3D LUTで得た値と、高輝度用3D LUTで得た値の中間値を補正用の出力値とする。もし、より明るかったり、あるいはより暗かったりすれば、それぞれの3D LUTテーブルで得た値の割合を強めにした結果とすればいい……ということだ。補足しておくと、こうした複数の3D LUTテーブル参照を適応型の処理と組み合わせて行なうのは、最近のGPUのテクスチャ参照などではごくありふれたロジックだったりする。
こうした処理系の導入により、明るいピクセルも暗いピクセルも的確な補正が行なえるようになり、FZ950/800シリーズは、暗いシーンだけでなく、あらゆる輝度のシーンで正確な表現力を身に付けた。
実際の出力映像を見てみると、陽光で照らされた砂粒、麦わら帽子の編み込みなどの表現において、相当に明るい輝度にもかかわらず、陰影やハイライトの明暗表現が、確かにEZ1000よりもFZ950/800の方が見やすい。シャープネス強調や、算術的な超解像でも、こうした「陰影の鮮鋭化」はできる、実写映像の場合、映像自体にそういった情報が記録されているならば、それを素直に見せた方がいいのは当然。FZ950/800で、映像が極めて自然に見えたのはそうした理由からであろう。
新モデルのFZ950は、音響性能面でも特に低音再生能力が向上した。スピーカーユニット数はEZ1000の14基に対し、FZ950では10基に減ったが、総出力は変わらず。実際にサウンドを聴いても、EZ1000も全然悪くないのだが、確かにFZ950の方がパワー感がある。バスドラムやベースパートの音の輪郭感がはっきりしていて「いかにも低音が出ます」という感じになっているのが印象的であった。
Ultra HD Blu-rayプレーヤーが4機種も発表
次は、Ultra HD Blu-ray(UHD BD)プレーヤーとHDR10+の話題だ。
パナソニックは、2018年モデルのUHD BDプレーヤーとしてDP-UB320、DP-UB330、DP-UB420、DP-UB820を4モデルをリリースする。展示されていたこれら4モデルは北米モデルで、日本での発売は未定。しかし、いずれかのモデルは日本でも登場すると見られる。
各モデルの違いだが、上位モデルのDP-UB820とDP-UB420は、最新のHDR映像規格「HDR10+」に対応し、新技術「HDR Optimizer」機能も搭載する。また、GoogleアシスタントとAmazon Alexaへの対応し、音声による操作制御に対応する。
一方、DP-UB820とDP-UB420の違いだが、DP-UB820だけが持つ機能としては
・フロントパネルへのVFD(自発光ディスプレイ)の搭載
・内蔵サラウンドサウンドデコーダ
・Dolby Visionへの対応
などが挙げられる。
下位モデルのDP-UB330とDP-UB320は、上位のDP-UB820/UB420が搭載している音声出力専用のHDMIがカットされ、映像エンジンは前世代のものを継承している関係で、HDR Optimizer機能がない。
個人的には、DP-UB420がコストパフォーマンス的に良さそうに思えた。
「HDR10+」の動作概念を解説
ブースでは「HDR10+」の優位性を示すデモが行なわれていた。HDR10+とはハードウェアメーカーとしてはパナソニックやサムスン、コンテンツメーカーとしては20世紀フォックス、ワーナー、アマゾンが推進するHDR映像規格だ。
HDR映像規格としては、「HDR10」という標準規格がすでにあり、Ultra HD Blu-rayなどで採用されているが、HDR10+はこれをHDMI2.0a/bの規格内の範疇で上記企業メンバーが拡張したものである。拡張された仕様としては、最高で1フレーム単位で、その映像の平均輝度や最大輝度などの特徴メタデータをテレビなどのディスプレイ機器側(映像表示デバイス)側に伝達できる仕組みがある。既に全く同一概念のアイディアを次世代HDMI規格の「HDMI2.1」で策定済みなので、機能としては競合するものになる。
ブースのデモは、静的メタデータとして最大輝度1,000nitという情報を持ちつつも、その瞬間は300nitから500nitの範囲内の輝度の映像を、最大輝度がおよそ500nit程度の輝度性能を持つ2台の液晶テレビに送出して表示させる……という内容。
2台の液晶テレビのうち、1台はHDR10+対応で、もう1台は現行のHDR10対応止まりというコンフィギュレーションで、それぞれの表示の違いを見ることになる。
まず、HDR10対応のテレビの立場になって、この映像をどう表示するかのアルゴリズムを解説しよう。
静的メタデータの情報を信用するならば、最大1,000nitのコンテンツが来ることを想定しているテレビ側としては、自分の輝度性能は500nitしかないことは知っているので、0-1,000nitの映像側の表現レンジを、テレビ自身の表示性能の0-500nitの範囲に圧縮するイメージで表示を行なう。そこで、やってきたのが300-500nitの映像ということになれば、単純計算すれば150nit-250nitに圧縮して表示することになる。
しかし! これだと映像が暗すぎる。そもそも最大輝度1,000nitという情報が正しかったとしても、それは爆発シーンとかのごく僅かな瞬間のシーンの場合が多く、映像コンテンツ全体が最大輝度1,000nitであることはまずないのだ。
そこで、実際のテレビメーカーのテレビ製品は、HDR10の静的なメタデータで表される「最大輝度1,000nitです」という情報を最初から無視する。……というかそもそも信用しない。
ではどう表示するかというと(実際には各社の映像エンジンのアルゴリズムによって違うが)、もっとも何も考えない映像エンジンでは、今回の例では、そのテレビの最大輝度性能の500nitよりも明るい輝度情報は500nitあたりに収束させて表示させてしまう。映像側で800nitの輝度も1,000nitの輝度もみんな500nitあたりに収束させてしまう。こういう処理系を「500nitでクランプさせる」とか「500nitでロールオフさせる」といったりする。今回のデモの事例でいけば300nit-500nitの映像がくるので、最大輝度500nitのテレビであれば、ロールオフやクランプをさせずに表示させることはできる。
しかし、だ。
映像パネルの最大輝度に近い領域の表示能力というのは色味は白に飽和しかけた発色になるし、階調分解能も曖昧になってしまう。
もし、映像の実体デーがやってくる直前に、「これから送られてくる映像データは最大輝度が500nitです」と分かるのであれば、このデモの事例でいけば、0～450nitあたりまでの輝度をこのテレビの0～420nitあたりで光らせて、450nit～500nitの輝度をこのテレビの420nit～500nitまでゆったりとした階調を割り当てれば、高輝度の階調表現もしっかりと描き出すことができて、しかも色味も白に飽和させずある程度残すこともできる。
この「これから送られてくる映像データは最大輝度が500nitです」という情報を事前に細かく伝達する仕組みが「HDR10+」というわけなのである。HDR10+は、この伝達は最高位で毎フレーム伝達できるのだ。
実際、ブースのデモは、現行HDR10の仕組みの表示では、最明部の階調情報が消失してしまうのに対し、HDR10+では、最明部の階調が描き出されて「ちゃんと見える」という違いを見る事ができた。
なお、「HDR10+」対応機器を開発・製造したい企業は、HDR10+アライアンスの年会費は必要だが、機器の販売台数に対する特許使用料などは請求されないため、ほぼコストフリーで利用できる認証ロゴプログラムだという。あまりにも変な画作りをされてしまうと、HDR10+のブランドイメージが下がるため、仕様認証テストは必須だが、画作りに対しては各社が自由に行なってよいことになっており、各社製品の特徴は出せる。ここはなかばブラックボックス的に画質が決められてしまうDolby Vision式のHDR映像とは異なる部分である。
パナソニックとSamsung“以外”のHDR10+対応は?
この「HDR10+」に対し、パナソニック以外の日本のテレビメーカーの考えを数社のエンジニア諸氏にヒアリングしてみたが、意外にも「必要性を感じていない」との声が返ってきた。
もちろん「競合のパナソニックが始めた」という対抗意識も多少はあるとは思うが、技術的な観点からみても、まだ「積極的に対応する」というスタンスではなさそうなのだ。
なぜか? まず、現行のHDR10映像の表示でも、HDR10の枠組みで提供されるコンテンツの最大輝度等情報は無視して表示している、というのが理由の1つ。
そもそも、現行HDR10の映像伝送の仕組みでも、各ピクセルはリニア空間な輝度情報と色を持っており、メタデータ側の最大輝度等の情報を利用する必要性があまり無いというのだ。
現行HDR10仕様上は、最大10,000nitの輝度が定義されているが、そのコンテンツに付随させられている静的なメタデータの最大輝度情報があろうがなかろうが、テレビ側にHDMI伝送されてくるピクセルデータ自身が0～10,000nitの輝度情報と色情報を持っているのだ。
つまり、そのフレームの最大輝度や平均輝度が必要なときは、伝送されてきた映像を1フレーム分バッファリングして演算することで映像エンジン側で算出することはできるのだ。
もちろんこのやり方では、1フレームバッファリングする関係で、1フレーム遅延は避けられないが、一般的な映像コンテンツの表示系で1フレームの遅延は大した問題ではないとされるし、そもそも、一般的な高画質エンジンを搭載したテレビでは3～5フレーム近く遅延しているものも多く、大した問題ではないというスタンスだ。
仮に「ゲームモード」のような画質モードにおいて、そうした1フレーム遅延が許せないという場合は、どうせ映像は連続したフレームからなるので、過去1フレーム前の最大輝度や平均輝度の情報を元に、次の現在フレームの表示を補正する手立てもある。
そして「HDR10+不要論」のもう一つの論旨は、「HDR10+」が現行のHDMI2.0a/bの枠組み内で拡張したがゆえに、結局HDMIで伝送されてくるピクセルデータ自体は現行HDR10と変わりないというところにもある。
HDR10+コンテンツに記録されているピクセルデータはリニアな輝度と色データであり、これはHDR10と同一。違いは「動的なメタデータ」の有りか無しかだけ。もともと、現行HDR10の静的なメタデータを無視して、映像エンジン側でHDMI伝送されてきたリニア空間の輝度と色を独自に処理して表示していたテレビ製品では、動的なメタデータが来たところで役に立てる場面がない、というわけである。
おそらくHDR10+対応プレーヤーがHDR10+コンテンツを再生し、現行HDR10対応テレビ(つまりHDR10+非対応テレビ)に表示した場合は、動的メタデータをカットして送出することになる。「ピクセルの集合体」としての映像フレームそのものに着目すると、HDR10+もHDR10も映像として同一なので、高性能な映像エンジンを持っていれば両方とも同一の表示のさせ方が可能なのである。
裏を返せば、そうした高性能な映像エンジンを持たないテレビやディスプレイにおいては、HDR10+の概念は有用という考え方もできる。
あるいは、高性能な映像エンジンをもってしても最適な表示を行なうには1フレーム遅延してしまうので、これを低減させるために動的メタデータの枠組みを利用するという考えたもあるかもしれない。ゲームなどのリアルタイムアプリケーションの映像表示には恩恵があるだろう。
HDR映像に関しては、結局、現行HDR10、HDR10+、HDMI2.1のDynamic HDR、Dolby Visionなどもあったりして、乱立気味である。関係者は「フォーマット戦争ではない」とは口を揃えるが、一般ユーザーの立場からすれば、「対応機器のあるなしが存在しつつある」という状況を考えれば「フォーマット戦争」以外のなにものでもない。
早く収束を願いたいものだが、HDR10+とHDR10においては「映像を構成するピクセル情報においては違いがない」(ふるまいに違いが出ないようにHDR10+は互換性を重視している)。現状はHDR10+対応を最優先とするよりは、「気に入った製品を選ぶ」で、よいと思う。
「HDR Optimizer」とはなんなの?
最後になってしまったが、ここまでを踏まえて、DP-UB820とDP-UB420に搭載される、HDR Optimizerについても解説することにしたい。
HDR10にしろHDR10+にしろ、そのピクセルデータはリニアな輝度と色情報を持っているが、HDR Optimizerは、このリニアな輝度と色情報を直接、書き換えてしまう処理系になる。
高性能な映像エンジンを持っていない、あまり性能の良くないテレビでは、メタデータをうまく活用できなかったり、そのピクセルデータが持つリニアな輝度と色情報を元に最大輝度や平均輝度も計算できておらず、適切なHDR表示が出来ていないことがある。
そんなテレビでHDR表示を最適化する手段がHDR Optimizerというわけである。
HDR Optimizerを使う際には、テレビ側の最大想定輝度性能を高中低などで設定することで、DP-UB820とDP-UB420からHDMI出力されるリニアな輝度と色情報が適宜変調され、本来UHD BDに記録されている値とは違った補正済みの輝度や色のピクセルデータが出力されるようになる。
個人的には、それなりに高度な映像エンジンを搭載したテレビと組み合わせる場合は、この機能はあまりお世話にならない方がいいと思うが、今使っているテレビやディスプレイのHDR映像表示が好みでない場合は、活用するといいかもしれない。
トライゼット西川善司
大画面映像機器評論家兼テクニカルジャーナリスト。大画面マニアで映画マニア。3Dグラフィックスのアーキテクチャや3Dゲームのテクノロジーを常に追い続け、映像機器については技術視点から高画質の秘密を読み解く。3D立体視支持者。ブログはこちら。