Video 101: Dynamic Range

Dynamic Range là gì?

Trong lĩnh vực sản xuất video, thuật ngữ Dynamic Range được dùng để mô tả tỉ lệ chênh lệch giữa vùng sáng nhất và vùng tối nhất của hình ảnh mà camera có thể ghi được tại cùng một thời điểm. Những tên gọi khác đồng nghĩa với Dynamic Range là Exposure Latitude hay Brightness Range.

Đánh giá Dynamic Range dễ dàng nhất là những hình ảnh shot trong điều kiện có độ tương phản cao như bãi cát và bầu trời ở biển, trời nắng và bóng râm, ánh sáng nội và ngoại ngày. Dynamic Range thấp là hình ảnh thu được sẽ bị mất chi tiết ở vùng sáng hoặc tối (clipping). Dynamic Range cao là hình ảnh thu được chi tiết ở cả ngoài nắng lẫn trong bóng râm, cả bầu trời xanh lẫn người trên bờ cát, cả người trong nhà lẫn cây ngoài cửa sổ. 

Contrast Ratio – Tỉ lệ tương phản

Tương phản (Contrast) trong video thường được dùng để mô tả sự khác nhau giữa vùng sáng và vùng tối trong một frame hình ảnh. Contrast Ratio (tỉ lệ tương phản) là tỉ lệ chênh lệch giữa điểm sáng nhất với điểm tối nhất của một hình ảnh. Chẳng hạn, khi nói tỉ lệ tương phản là 10:1 có nghĩa là vùng sáng nhất của hình ảnh sáng hơn 10 lần vùng tối nhất của hình ảnh đó. Tỉ lệ tương phản được dùng như một chỉ số tham chiếu trong việc đánh giá Dynamic Range của một thiết bị. 

Trong sản xuất tiền kỳ, cũng có một đơn vị dùng để đánh giá/so sánh mức độ nhiều/ít của ánh sáng có tên “stop”. Stop là tên gọi tắt của f/stop – một đơn vị để tính lượng ánh sáng đi qua ống kính camera khi quay phim. Hiểu nôm na là cho nhiều ánh sáng vào thì hình ảnh sẽ sáng, ít ánh sáng vào thì hình sẽ tối. Mỗi lens đều có một dải stop thể hiện độ mở này theo thứ tự. Các đơn vị stop liền nhau sẽ khác nhau (lớn hoặc nhỏ) 2 lần độ mở của ống kính, đồng nghĩa sẽ khác nhau 2 lần về lượng ánh sáng đi qua ống kính. Cứ như vậy, độ lớn của các stop sẽ tăng lên theo cấp số nhân của 2. 

Đến đây, ta có thể nhận thấy cả Contrast Ratio lẫn stop đều liên quan đến mức độ sáng/tối của hình ảnh. Nếu đặt hai dãy tỉ lệ này cạnh nhau, ta có thể tạo ra một bảng thể hiện sự liên quan giữa stops với Contrast Ratios. Ví dụ như bảng dưới đây:

Stop Difference	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Contrast Ratio	1:1	2:1	4:1	8:1	16:1	32:1	64:1	128:1	256:1	512:1	1024:1

Dựa vào bảng trên, nếu muốn quay/chụp khuôn mặt ai đó với tỉ lệ tương phản giữa hai bên là 8:1, thì ta cần điều chỉnh ánh sáng của hai bên mặt chênh nhau 3 stops.  

Dynamic Range thường gặp 

Dynamic Range được đánh giá qua Contrast Ratio, mà Contrast Ratio có một sự liên quan đến chỉ số stop. Do đó, người ta cũng dùng chỉ số stop như một tham chiếu để đánh giá Dynamic Range. Khi nói Dynamic Range là 8 stops, ta phải nghĩ ngay tỉ lệ tương phản tương ứng là 2⁸ = 128:1. Chúng luôn đi liền với nhau.

Dynamic Range của mắt con người vô cùng rộng. Về mặt lý thuyết, nó vào khoảng 30 stops – tương ứng với Contrast Ratio khoảng 1.000.000.000:1. Nhưng thực tế, chúng ta không thể nhìn như thế tại cùng một thời điểm. Ví dụ trong mùa hè, nếu đang ở trong phòng mà ra ngoài trời nắng, phải mất vài phút ta mới có thể nhìn rõ được hết mọi thứ; và nếu từ ngoài trời mà vào hang động ít bóng đèn, phải mất đến 20 phút mắt mới nhìn tốt các chi tiết.

Tại bất cứ một thời điểm nào, Dynamic Range của mắt người vào khoảng 10 stops (tỉ lệ tương phản khoảng 1.000:1). Tuy nhiên, tùy thuộc vào từng điều kiện ánh sáng, ước tính nó vào khoảng 10-20 stops, tương ứng với tỉ lệ tương phản khoảng từ 1.000:1 đến 1.000.000:1.

Dynamic Range của phim nhựa là 13 stops, được đánh giá là rất cao so với Dynamic Range của video thông thường. Dynamic Range của video 8-bits là gần 6 stops, của video 10-bits là 10 stops. 

Dynamic của RAW video được tạo bởi các máy quay Digital Cinema là cao hơn phim nhựa, từ 15 stops trở lên. Ví dụ, Blackmagic URSA Mini Pro là 15 stops, Canon EOS C200 là 15 stops, RED DSMC2 BRAIN là trên 17 stops.

Tổng kết về Dynamic Range

Trong một thời gian khá dài trước đây, video thường có Dynamic Range rất thấp, những hình ảnh bị lóa, lốp khi quay trong điều kiện ánh sáng có độ tương phản cao là không thể tránh khỏi. Dynamic Range thấp cũng xảy ra với các video được quay lại bằng các Smartphone phổ thông hiện nay. 

Trong khi xem phim, ta cũng sẽ bắt gặp một số trường hợp đạo diễn cố ý để hình ảnh có Dynamic Range thấp với một ý đồ nghệ thuật nào đó cho phim. Còn thông thường, các nhà quay phim luôn set-up ánh sáng sao cho, không phần nào của hình ảnh thu được bị mất chi tiết. Để làm được điều đó, họ phải biết chính xác Dynamic Range của Camera mà mình sử dụng.

HDR là viết tắt của High Dynamic Range, chỉ là một tiêu chí kỹ thuật để tạo ra HDR Video (bên cạnh Color Gamut Rec.2020, độ phân giải (2K, 4K, 6K, …), Color depth (10-bits, 12-bits)). Công nghệ HDR Video còn liên quan đến cả các kỹ thuật nén định dạng (formats), kỹ thuật truyền phát và công nghệ hiển thị (displays). Bản thân mình chưa làm việc, tiếp xúc nhiều với HDR Video nhiều nên xin phép không mạn bàn thêm. Để tìm hiểu sau hơn, mời các bạn xem thêm về HDR Video trên Wikipedia.

Nguồn tham khảo:

• https://en.wikipedia.org/wiki/Dynamic_range 
• https://en.wikipedia.org/wiki/Contrast_ratio 
• https://en.wikipedia.org/wiki/High-dynamic-range_video 
• Film on Video: A Practical Guide to Making Video Look like Film by Jonathan Kemp