什么是HDR?
農步祥 于 2018.03.16 00:00:01 | 源自:www.soomal.com | 版權:原創
平均/總評分:09.17/110

HDR是英文高動態范圍的縮寫,在彩電、手機和顯示器等硬體以及影視資源網站上有著很高的出鏡率,索尼Xperia XZ Premium、三星Galaxy S8和蘋果iPhone X等2017年高階手機均開始支援HDR視訊播放功能,PS4和XBOX One同樣支援HDR,那么究竟HDR是什么,對于消費者用戶又有哪些價值?

HDR是什么?

HDR是一整套從硬體到軟體、從制作到播放多種技術規范的綜合體。一般將非HDR內容稱為SDR,即標準動態范圍。在HDR普及前,用戶的觀看體驗主要集中在解析度和畫素細節上,現在主流的QHD[2560x1440]甚至4K[3840x2160]使得景物越發細膩,但一幀幀靜態的高解析度圖像也無非是一張高清的普通照片,色彩、質感和光線遠遠無法和“現實”相比。

例如在非HDR熒幕上,一張白紙和一道白色閃電的明亮程度是一致的,很顯然后者的真實亮度、色彩被大幅度壓縮,這也正是SDR的局限性。HDR本質上就是從多方面恢復補充這些原來無法記錄的資訊,獲得更逼真的影像體驗。目前主流的HDR標準有兩種,較為開放的HDR10和杜比的Dolby Vision[杜比視界],在基本的技術規范部分,兩者是大體相通的。

更生動的色彩:在1990年以來,SDR視訊影像制作都遵循著REC.709標準[近似sRGB]的色域,可顯示的色彩數量約為1600萬,僅占人眼可識別色彩數量的36%,位深為8bit。而在HDR中,視訊記錄的色彩空間可擴展至2012年新推出的BT.2020[或稱為REC.2020]超廣色域標準,達到75%,可用色彩數量達到10億級別,10bit位深的圖像色彩將更為鮮艷和豐富。

在各類關于熒幕色彩的測試中,都可以看到一個不規則的色彩塊,這一色塊是通常情況下人眼能識別的色彩光譜,也被稱為色域。能直觀體現廣色域的色彩數量優勢。

高亮度[明度]范圍:但對于現實世界來說,色域并不是色彩的全部要素。顯示的亮度范圍對于色彩顯示非常重要,并且將影響顏色的觀感。色彩顯示范圍和明度范圍的結合被稱為色量[3D Color Volume],其包含的色彩范圍數據將呈現為基于色域為底面的3D的柱狀圖,在SDR中,最高亮度峰值僅為100nits,而HDR則支援最高10000nits。

這會帶來什么變化?例如上圖中,如果在真實世界用分光色度計測量向著陽光盛開的花朵,其黃色區域亮度最高可達14700nits,邊緣的紅色是2300nits,中央的花蕊和綠葉只有200nits以下,這樣的光差同樣能被肉眼識別,是這個世界豐富多彩的重要原因,然而根本無法在這張SDR照片和視訊中體現出來。

另一個問題則是用戶在使用顯示裝置時定義熒幕亮度帶來的觀感差距,例如同樣的紅色塊,在100%、50%、0%的亮度下變成了三種實際上不同的紅色。在高亮度下,色彩感覺會更強烈,在低亮度下則顯得黯淡。這還不算上不同的環境光、不同的熒幕色溫設定下,同樣的色彩的顯示差異。在HDR技術加成下,影像可記錄的亮度上限提高了100倍,能夠更好的還原場景原本的明暗和影調,讓畫面更為真實。

顯示效果一致性:HDR的關鍵目標之一,就是盡可能保持不同裝置間播放效果的一致性,由于100nit峰值亮度的SDR能顯示的動態范圍有限,而人眼對暗部畫面的細節相對較為敏感,因此SDR以犧牲高亮度部分的畫面細節而保住暗部。

傳統SDR視訊記錄亮度只有100nits,這還會給電視廠商帶來許多麻煩,我們在日常使用中,無論手機、顯示器還是電視機,實際亮度通常都遠大于這個數字。為了讓視訊訊號適配更高的亮度級別便于觀看,廠商通常要修改訊號的色調、明暗輸出以匹配當前裝置的亮度,帶來了不同裝置之間各種五花八門的影調和色彩效果濾鏡,通常還會導致畫面再度失真,背離了影視作品原本的藝術表達。

即使支援HDR特性,不同的顯示裝置能顯示的色彩和最大亮度、最小亮度差別是巨大的,顯示色彩上也有很大差異,不同彩電和顯示器在峰值亮度、色域表現上都會有差距。如果沒有一致化的顯示標準轉換方式,那么即使裝置支援HDR也將會同樣會存在這些問題而重蹈覆轍。

感知量化器:為了HDR內容制作和HDR顯示的一致性,HDR10和Dolby Vision都采用了被稱為感知量化器[Perceptual Quantizer,PQ,或被稱為SMPTE ST 2084]算法用于正確轉換顯示內容。雖然HDR可以記錄BT.2020色域和10000nit峰值亮度的原始顯示資訊,但最終會通過PQ根據個體顯示裝置的能力將顯示訊號進行標準化的轉換。我們知道,影響畫面整體色彩反差程度的一個重要參數是Gamma曲線,例如在sRGB色彩標準中,Gamma值2.2正是基于SDR的100nit峰值亮度標準而定,并不適用于HDR內容。

HDR內容會使用PQ標準下的Gamma曲線來展現內容。在新的顯示模式下能更好地展現景物的亮度變化和明暗細節特征。即使用戶的HDR熒幕峰值亮度只有400nits,在PQ的助力下整體畫面的動態和色彩豐富程度也將大幅度超越SDR。

顯示元數據:除了亮度外,在色彩一致性方面,HDR內容還記錄了一些顯示元數據[Display Metadata]供裝置使用,例如影像內容制作時所用的裝置預設色域、白點顏色和亮度范圍[有些類似相機的EXIF資訊]。以及視訊本身的數據,例如影視內容場景中的峰值亮度和平均亮度。客戶端的顯示裝置可以根據這些元數據資訊進行色調映射[從BT.2020轉換至sRGB或P3]等調整,以適應自身的硬體顯示水準。

HDR特征總結

從以上特點可以得知,無論是照片、在線視訊、UHD藍光、游戲等靜態動態顯示,HDR這一詞包含的內容主要特點是:

  • 1、內容記錄的色彩空間擴展至BT.2020廣色域級別[更多的色彩]
    2、至少400nits以上的高亮度范圍,更符合人眼對光影和色彩的觀感[更高的動態范圍]
    3、采用感知量化器和顯示元數據將原始內容轉換至顯示裝置能支援的色彩和明度[更好的一致性]
這些是目前HDR10和Dolby Vision等主流HDR標準共通的特征。這些特性也讓HDR標準帶來的視覺震撼和逼真程度遠超過所有非HDR內容,如果消費者有升級和購買彩電、顯示器等終端顯示裝置的計劃,HDR硬體支援將是優先級最高的考慮因素。

HDR除了以上的基本特征,在市場和技術競爭中也逐漸產生出不同的技術標準,例如HDR10和Dolby Vision,它們盡管大致相同,但標準和技術細節上仍有明顯差別,三星等企業也針對自己的電視裝置推出優化版的HDR10+。又例如和感知量化器對位的另一種顯示轉換技術標準Hybrid Log-Gamma[HLG],后者將成為索尼、佳能、尼康等相機裝置的HDR影像記錄標準。如果未來有機會,我們也會針對這些細項進行科普。

轉發到新浪微博 轉發到騰訊微博 RSS訂閱 收藏本文 本文代碼
請您評分 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
123.153.160.***
123.153.160.***
發表于2018.06.01 22:02:37
43
171.110.050.***
171.110.050.***
發表于2018.05.03 19:52:58
42
058.240.213.***
058.240.213.***
發表于2018.04.02 14:13:49
40
202.115.010.***
202.115.010.***
發表于2018.03.22 09:54:07
36
111.162.033.***
111.162.033.***
發表于2018.03.19 21:55:53
35
121.008.137.***
121.008.137.***
發表于2018.03.18 22:19:14
33
117.136.***.***
117.136.***.***
不過依然秒殺各路手機相機傳感器。最近一個被借鑒去的大概就是視桿細胞和視錐細胞的區分吧。
此帖使用Android裝置提交
發表于2018.03.17 22:08:28
32
060.013.149.***
060.013.149.***
發表于2018.03.17 16:25:11
31
深入淺出講明白了一個攝影常用的詞,漲知識了
此帖使用HUAWEI NXT-DL00提交
發表于2018.03.16 20:01:33
29
這個優化的軟體還是很有用的。
發表于2018.03.16 17:39:01
27
117.177.***.***
117.177.***.***
人眼在暗光環境里對場景色彩明暗動態變化很敏感,同時也造就了“眼球”這人體上偉大的器官之一!!(哈哈,突然更想要愛護自己這個寶貝器官了)
此帖使用Win10提交
發表于2018.03.16 16:12:49
26
123.008.160.***
123.008.160.***
發表于2018.03.16 15:36:26
25
106.127.***.***
106.127.***.***

此帖使用iPhone提交
發表于2018.03.16 15:13:18
24
提示本貼不可匿名回復,回復等級為:0 ,您現在正處在潛水狀態
回復
驗證碼
7624 為防止廣告機貼垃圾,不得已而為之
表情
正文