HDR10 und HDR10+

HDR10 ist das HDR-Format, das jedes Gerät beherrscht: eine feste Kombination aus der PQ-Kurve, zehn Bit Farbtiefe, dem Farbraum-Container BT.2020 und einem Satz Metadaten, der für den ganzen Film gilt. HDR10+ benutzt dieselbe Kombination und legt Angaben je Szene daneben, mit denen ein Wiedergabegerät seine Umrechnung feiner steuern kann.

Ausführliche Erklärung

HDR10: fünf Angaben, kein Verfahren

Der Name klingt nach einer Norm, gemeint ist ein Medienprofil. Die Consumer Technology Association — der US-Branchenverband der Unterhaltungselektronik, dessen Spezifikation CTA-861 festlegt, wie Bildsignale über schnelle digitale Schnittstellen wie HDMI angekündigt werden — beschreibt das HDR10 Media Profile in ihren Gerätedefinitionen über genau fünf Angaben:

Mehr steht dort nicht. Kein Abbildungsverfahren, keine Prüfstelle, keine Mindesthelligkeit — HDR10 sagt, wie das Signal aussieht, und schweigt darüber, was das Gerät damit anstellt. Genau daraus folgt seine Verbreitung: Wer die fünf Angaben erfüllt, erfüllt das Profil, und niemand muss dafür um Erlaubnis fragen.

Verbindlich wird HDR10 in derselben Definition, eine Zeile weiter. Ein Fernseher, Monitor oder Projektor darf sich nach dieser Festlegung nur dann HDR-tauglich nennen, wenn er das HDR10-Profil aus dem Netz, über HDMI oder aus anderen Quellen annimmt und verarbeitet. Weitere Profile sind ausdrücklich erlaubt, gefordert ist keines. Deshalb steht HDR10 auf praktisch jedem Datenblatt — es ist der einzige Weg, auf dem sich zwei beliebige HDR-Geräte sicher verstehen.

Was die statischen Metadaten leisten

Die beiden Metadatenteile beantworten zwei verschiedene Fragen. SMPTE ST 2086 beschreibt das Mastering-Display, also den Monitor, an dem der Film abgenommen wurde: seine Primärvalenzen und seine kleinste und größte Leuchtdichte. MaxCLL und MaxFALL beschreiben den Inhalt — den hellsten Bildpunkt, der im Film vorkommt, und die höchste mittlere Bildhelligkeit.

Entscheidend ist die Reichweite dieser Angaben: Sie gelten für den gesamten Titel. Eine Nachtszene und eine Schneelandschaft bekommen dieselbe Auskunft, und was ein Gerät daraus für die konkrete Szene ableitet, bleibt ihm überlassen. Was dabei passiert und warum derselbe Film auf zwei Projektoren verschieden aussieht, steht bei der Tonwertabbildung.

HDR10+: Beschreibung je Szene

HDR10+ ändert an den fünf Angaben nichts und legt einen zweiten Metadatenstrom daneben. Dessen Aufbau steht in SMPTE ST 2094-40, im Normtitel „Application #4", genehmigt im April 2020 als Überarbeitung der Fassung von 2016. Die Norm beschreibt eine von mehreren Ausprägungen desselben Grundmodells für dynamische Metadaten — Nummer 40 ist die, auf der HDR10+ aufsetzt. Deshalb steht auf manchen Datenblättern die Normnummer statt des Formatnamens.

Was mitreist, gehört zu zwei verschiedenen Gattungen, und dieser Unterschied ist der Kern des Formats.

Beschreibende Statistik. Für jedes Zeitintervall — praktisch: für jede Szene — nennt der Datensatz das Maximum der Farbkomponenten, den Mittelwert der hellsten Komponente je Bildpunkt und eine Häufigkeitsverteilung dieser Werte. In der aktuellen Ausprägung sind das neun Stützstellen: die Werte, unter denen 1, 5, 10, 25, 50, 75, 90, 95 und 99 Prozent aller Bildpunkte der Szene liegen. Dazu kommt der Anteil der wirklich hellen Bildpunkte. Ein Gerät erfährt damit mehr als den Höchstwert der Szene: Es sieht, ob die Helligkeit auf wenigen Spitzlichtern sitzt oder über die halbe Bildfläche geht.

Eine festgelegte Kurve. Zusätzlich kann eine Tonkurve mitgegeben werden: ein linearer Anfang, ein Knickpunkt und die Stützpunkte einer Bézier-Kurve darüber. Das ist die Fassung, die im Farbabgleich bewusst gesetzt wurde. Die Norm sagt dazu ausdrücklich, dass die Verteilungsangaben als Ersatzmetadaten dienen, wenn diese Kurve fehlt.

Die Kurve gilt dabei nie im luftleeren Raum: Der Datensatz nennt die Spitzenhelligkeit des Zielgeräts, für die sie gedacht ist. Ein Gerät mit anderer Spitzenhelligkeit muss also weiterhin selbst rechnen — es hat dafür aber die Verteilung der laufenden Szene und eine gesetzte Kurve statt eines einzigen Werts für den ganzen Film.

Warum ein HDR10+-Film auf jedem HDR10-Gerät läuft

Die dynamischen Angaben stecken in einer Zusatznachricht des Videostroms, wie sie der HEVC-Codec für herstellerregistrierte Daten vorsieht; ihren Aufbau legt dieselbe CTA-Schnittstellenspezifikation fest, die auch die HDR-Ankündigung auf der HDMI-Verbindung regelt. Je Einzelbild wird höchstens eine solche Nachricht mitgeschickt.

Diese Bauart erklärt die Abwärtskompatibilität besser als jede Zusage: Ein Decoder, der die Nachricht nicht kennt, überspringt sie — genau dafür ist die Nachrichtenart gemacht. Übrig bleibt ein gewöhnlicher HDR10-Strom, weil das Bild selbst nie etwas anderes war. Die Rundfunk-Spezifikation, die diesen Weg festschreibt, formuliert das als Erwartung, dass keine Kompatibilitätsprobleme auftreten; die Formatorganisation sagt dasselbe kürzer und stellt fest, dass ein reines HDR10-Gerät ein HDR10+-Signal ohne Weiteres als HDR10 abspielt.

Ein HDR10+-Titel braucht deshalb keine eigene Rückfallebene: Der HDR10-Strom darunter ist bereits eine.

Wo der Unterschied zu Dolby Vision liegt

Beide Formate ergänzen HDR10 um Metadaten je Szene. Verschieden ist, wer über die Abbildung entscheidet:

Die entscheidende Zeile ist die zweite. HDR10+ liefert einem Gerät bessere Informationen und schreibt ihm nicht vor, was es daraus macht; Dolby Vision schreibt beides vor und bindet die Wiedergabe an zugelassene Geräte. Das ist derselbe Zielkonflikt wie überall zwischen offener und geschlossener Festlegung: Verbindlichkeit kostet Reichweite, Offenheit kostet Vorhersagbarkeit.

Am Gerät schließen die beiden Formate einander nicht aus. Viele Fernseher werten beide aus, andere nur eines — welches, ist eine Frage der Produktdaten und des Firmwarestands.

Häufiges Missverständnis

„Die Zehn ist eine Versionsnummer." Sie steht für die Bittiefe — zehn Bit je Farbkanal statt der acht des gewohnten SDR-Materials. Auch das Pluszeichen zählt nichts hoch: Die fünf Angaben bleiben Wort für Wort dieselben, es kommt ein Metadatenstrom dazu.

„HDR10+ macht das Bild heller." Es verteilt vorhandenes Licht anders. Die PQ-Kurve schreibt weiterhin absolute Leuchtdichten vor, die kaum ein Wiedergabegerät erreicht; die Metadaten verbessern nur die Auskunft darüber, welche Stellen im Bild diese Vorgabe überhaupt ausreizen. Wie viel das ausmacht, hängt vom Abstand zwischen Master und Gerät ab — und der ist bei Projektion am größten.

„Steht HDR10 auf dem Karton, kann das Gerät HDR." Die Geräteanforderung verlangt vier Dinge: eine Schnittstelle mit HDR-Kennung, die Verarbeitung der statischen Metadaten, die Annahme des HDR10-Profils und das Anwenden einer passenden Übertragungsfunktion. Eine Mindesthelligkeit ist nicht darunter. Ein Gerät kann die Angabe also vollständig erfüllen und trotzdem so wenig Licht haben, dass von der HDR-Wirkung fast nichts übrig bleibt.

Nicht zu verwechseln mit

• PQ und HLG: Übertragungsfunktionen, die Codewerte in Helligkeit umrechnen. HDR10 benutzt PQ, aber eine Kurve allein ist noch kein Format — es fehlen Bittiefe, Farbraum und Metadaten. Beide Kurven klärt die Übertragungsfunktion.
• Tonwertabbildung: Was das Gerät mit den Metadaten macht. Beide Formate legen sie nicht fest — deshalb sagen Formatangaben allein wenig über das Bild.
• Dolby Vision: Ebenfalls dynamische Metadaten, aber mit vorgeschriebenem Verfahren und Gerätezulassung.
• BT.2020: Der Farbraum-Container, eine der fünf Angaben des Profils. Kein Gerät stellt ihn vollständig dar.
• Ultra HD und 4K: Bildauflösung. Sie hat mit dem Helligkeitsumfang nichts zu tun, wird auf Verpackungen aber im selben Atemzug genannt.

In der Planung

Ein Kunde bringt einen Fernseher mit HDR10+-Kennzeichen und einen Projektor ohne mit, dazu einen AV-Receiver und eine Matrix im Signalweg. Die Frage lautet, ob die Kette HDR10+ „kann".

Sie ist in dieser Form nicht beantwortbar, und die Reihenfolge der Klärung entscheidet mehr als die Antwort:

1. Was liefert die Quelle? Erst hier entscheidet sich, ob überhaupt dynamische Metadaten anliegen — je nach Titel, Dienst und Datenträger.
2. Was reicht die Kette durch? Ein Zwischengerät, das die Kennung verwirft, lässt die Kette stillschweigend auf HDR10 zurückfallen. Der Mechanismus dahinter steht beim InfoFrame; das Bild ist dann nicht gestört, sondern schlicht anders abgebildet.
3. Was wertet das Anzeigegerät aus? Die Kennung im Menü und die tatsächliche Verarbeitung sind zweierlei.
4. Wie groß ist der Abstand zum Master? Auf einem lichtstarken Fernseher im abgedunkelten Raum bleibt für die Metadaten wenig zu tun. Auf drei Meter Bildbreite ist der Abstand riesig — dort wäre der Gewinn am größten, und dort ist die Formatunterstützung am dünnsten.

Der vierte Punkt ist der, der die Kaufentscheidung dreht. Raumverdunklung und Bildgröße wirken bei HDR um ein Vielfaches stärker als jede Formatliste auf dem Datenblatt; die Rechnung dazu steht bei der Tonwertabbildung.

Verknüpfte Inhalte

Warum jedes Gerät die HDR-Vorgabe umrechnen muss und was dabei verloren geht, führt die Wissensseite zu HDR im Heimkino und Tonwertabbildung aus — sie ist die Voraussetzung dieser Seite. Die PQ-Kurve selbst und die Abgrenzung zwischen Kurve und Format gehören zur Übertragungsfunktion; dort steht auch, was HLG anders macht. Das konkurrierende dynamische Format beschreibt Dolby Vision. Zwei der fünf Angaben des HDR10-Profils haben eigene Einträge: Bittiefe und Farbraum. Die Größe, auf die am Ende alles zusammenläuft, klärt die Zielleuchtdichte. Woran die Kennung eines Formats in der Kette scheitert, klärt der InfoFrame.

Quellen

Die fünf Angaben des HDR10 Media Profile und die vier Bedingungen, unter denen ein Anzeigegerät HDR-tauglich heißen darf, stammen aus den Gerätedefinitionen der Consumer Technology Association, die für diese Seite am Objekt gelesen wurden; das Merkblatt selbst führt kein aufgedrucktes Datum. Der Aufbau der dynamischen Metadaten — die Verteilungsangaben mit ihren neun Stützstellen, die Kurve aus Knickpunkt und Bézier-Ankern, die Zielhelligkeit und der Vorrang der Kurve vor den Verteilungsangaben — ist an SMPTE ST 2094-40 in der Fassung von 2020 belegt, ebenfalls am Objekt gelesen. Die Übertragung als herstellerregistrierte Zusatznachricht im HEVC-Strom und die Feststellung, dass uninteressierte Empfänger sie überspringen, stehen in der ATSC-Ergänzung vom September 2021, die dafür auf die CTA-Schnittstellenspezifikation von Dezember 2020 verweist; deren Normtext ist kostenpflichtig und wurde nicht eingesehen.

Dass HDR10+ genau diese Norm benutzt, ist an einer Spezifikation der Alliance for Open Media vom Oktober 2023 gegengelesen, die HDR10+ als Metadaten nach ST 2094-40 und CTA-861 beschreibt — also unabhängig von der Formatorganisation. Deren eigene Darstellung deckt Herkunft, Prüfprogramm und Lizenzbedingungen; diese Angaben sind nirgends gegenlesbar, weil die Systemspezifikation nur angemeldeten Unternehmen offensteht. Öffentlich ist allein die Metadatennorm. Die Angaben zur Ultra HD Blu-ray sind nicht belegt; die maßgebliche Fundstelle war nicht abrufbar und die Aussage steht entsprechend gekennzeichnet.