当我们讨论 HDR 的时候,不只是在讨论亮度

2019-10-13 14:56:48 4点赞 17收藏 3评论
当代生活,我们都渴望更加清晰的显示效果。因此在代表高清晰度的 4K/8K、代表高流畅度的高刷新率之后,更加「好看」的 HDR 视频正在悄然出现在我们的生活中。
HDR 究竟代表着什么?HDR 能给画面带来多大的提升?市面上又有哪些关于 HDR 的标准呢?
当我们讨论 HDR 的时候,不只是在讨论亮度
这篇文章花费了非常多的精力,我尽可能保证每一个专业名词都有通俗的解释,如果有不对的地方也欢迎指出来,我们共同进步,谢谢大家。

HDR 是什么?

事实上目前绝大多数手机用户接触到 HDR 应该都来自于今年年初发布的三星 S10+手机,这是第一款通过了 HDR10+认证的手机。
HDR High Dynamic Range 高动态范围图像,是相较于 SDR Standard Dynamic Range 标准动态范围而言的另一种显示效果。
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我们都知道显示器很难还原出我们眼睛真实看到的事物,这主要是因为人的眼睛的「参数」实在是太过恐怖了。
根据维基百科的数据显示:
同样的一件物体,无论是把它放在明亮的日光下,还是把它放在昏暗无月的星空下,人眼都能正常观测到它。而无月的星空之下物体的反射光强度只有烈日下的 1/1,000,000,000,这意味人眼的动态范围相当于 90dB。如果换算成档,则相当于整整 30 档。
而现在比较主流的 IPS 显示设备的对比度只有 1000:1,这就导致显示设备在日常显示的时候会出现肉眼可见的压缩失真。

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我们眼睛恐怖的「参数」

HDR 要解决的就是这种失真,拥有更高硬件要求的 HDR 可以提供更好的动态表现和画面细节,尤其是亮部和暗部的细节对比提升,能够让整个画面的表现。
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简单说就是「亮处不过曝,暗部有细节」。

HDR 要什么?

·高亮度
作为 HDR 最重要的参数之一,亮度直接决定着 HDR 的亮度动态范围。亮度越高,显示设备亮度范围越大,HDR 效果也才可能越好。
目前市面上主流的 HDR 标准都把显示设备的最高亮度限制在了 1000 nit,最低亮度通常都低于 1 nit。虽然和人眼还有非常大的差距,但是也远远强于目前主流显示设备的亮度。
另外要注意的是,HDR 并非是简单的「亮度高」,而是因为亮度能够升高因此能够为画面提供额外的亮度细节,例如太阳、金属反射、爆炸等等画面,HDR 设备宣传的最高亮度通常也是指画面中一小部分短时间能够达到的最高亮度,而并非是整块屏幕的持续最高亮度。
简单来说,就是「需要亮的时候才亮」。
·高色域
所谓色域就是显示设备能够正确显示颜色的范围,色域越广,显示的颜色就越多。
目前的主流电视设备支持的色域通常是 BT.709 色域,而 HDR 的颜色标准通常是 P3,甚至是 BT.2020,从下图就可以看到这三个色域之间的差距。
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·高色深
除了色域,色深也是 HDR 提升的重点。
通常来说色准相同的前提下,色域相同的显示器就能够显示相同的颜色,但事实上影响颜色显示的还有色深,事实上色域的概念就是在「同一色深」的前提下提出的。简单来说色身就是指同一种颜色能够拥有多少种灰阶,类似于「一种颜色的不同亮度」。
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色深的单位是 bit,也就是大家选购显示设备时常见的 6bit、8bit 和 10bit,色深越多,能够显示的颜色就越多,而且相同颜色之间的过渡也就越自然。
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目前市面上比较主流的产品都是 8bit 色深,RGB三色单个拥有 256 位色彩(2 的 8 次方),组成的像素就有 16777216 种颜色(256 的 3 次方),也就是常听到的 1670 万色;而 10bit 色深的单个像素拥有1024位色彩(2 的 10 次方),组成的像素就有 1073741824 种颜色(1024的 4 次方),也就是常听到的 10.7 亿色,是 8bit 面板的64倍。
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另外面板还可以通过 FRC 像素抖动技术来提升色阶,也就是传说中的「6 抖 8」、「8 抖 10」的技术,这种技术可以模拟高色深面板,在日常生活中很难感受到和原生面板的差别,并且价格比较低;但是和原生面板直接对比还是能感受到二者的区别的。
不过要注意的是,和之前介绍过的 Hi-res 小金标一样,想要欣赏 HDR 视频,需要内容(片源)、解码芯片和播放设备三者全部符合 HDR 标准才行。目前市面上绝大多数宣传支持 HDR 的电视基本上都是只支持 HDR 解码,面板上还是无法支持这么高的硬件要求,大家选购的时候还是不要迷信HDR。

常见的 HDR 标准有哪些?

HDR10

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美国消费者技术协会(CAT)在 2015 年推出的 HDR10 标准是目前行业内最受欢迎的标准,当然肯定不是因为 HDR10免费,而是它确定了 HDR 行业发展的标准和未来前进的方向。

HDR10 的标准包括:17.6 档动态范围调节、10bit/12bit 色深、BT.2020 色域等,这些都成为了未来 HDR 发展的基础要求。

而最重要的是 HDR10带来了 PQ 感知量化,这也是目前行业内最强的 HDR 标准 Dolby Vision 杜比视界和 HDR10+使用的技术。

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这个技术非常复杂,我尽量用通俗的语言和大家探讨一下,如果我说的不对也欢迎在评论区告诉我,我会虚心学习。

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简单来说,PQ 量化感知能够将视频内的亮度信息通过绝对数值来进行量化,峰值为 10000cd/m²,任何视频内的任何亮度信息都在 0-10000 的数值区间内。这就保证了即使是在不同的视频播放设备上,还原的亮度都是尽可能一致的,这就能保证 HDR 最重要的亮度还原的准确性。

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但是由于是绝对数值,PQ 受到硬件的影响非常大:由于封顶亮度高达 10000nit,如果你的设备最大亮度只有 1000nit,那原视频中 1000 — 10000nit 的部分也不会显示出来,无论怎么调对比度也不会显示。

这项技术的转换方式为 SMTPEST2084,简称 ST2084,根据函数曲线,1000nit 亮度的屏幕可以显示 75% 的信息,简单来说够用了。PQ 技术和我下面会提到的 HLG 混合对数伽马成为了目前 HDR 技术的两大流派。

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HDR10 目前应用范围很广,并且认证不收费,常见的设备包括经过认证的中高端电视、Xboxone、PS4、Apple TV 等。

值得注意的是,HDR10 对亮度并没有明确要求,300 — 1000nit 都可以支持 HDR10。

Dolby Vision 杜比视界

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作为老牌视听公司杜比推出的 HDR 标准,Dolby Vision 推出时间是早于 HDR10 的,但是由于要求过高,而且要收费,导致目前支持的设备并不多。

Dolby Vision 要求设备支持 10000nit 的峰值亮度(目前限制在 4000nit,ST2084 标准下可以显示 90%信息)、最低 0.007nit 的黑场亮度、BT.2020 色域、12bit 色深,目前市面上基本没有设备可以达到这个要求。

和 HDR10 相比,Dolby Vision 除了硬件上的要求,更重要的是支持了「逐帧动态元数据」,HDR10 上使用的是静态元数据,播放时设备会根据整个影片的最亮和最暗来调节影片的显示效果;而 Dolby Vision 的动态元数据调节则可以根据某一个场景,甚至逐帧调节信号,让每一帧都能以最合适的亮度进行播放。

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另外在专有芯片的支持下,Dolby Vision 可以实现 HDR 和 SDR 的双兼容。

因此 Dolby Vision 更像是 HDR10 的高阶版本,同时杜比作为 HDR10 的定制者之一,Dolby Vision 也可以向下兼容 HDR10。

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目前支持 Dolby Vision 的设备也不少,从 iPhoneX 开始的 OLED 屏幕的 iPhone都支持 Dolby Vision,索尼、LG 的高端电视也都有这项功能,内容上还有Netflix、迪士尼、华纳等制片厂进行支持。

HDR10+

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和 HDR10 不同,HDR10+是三星搞出来的,不过也是免费的开放标准。

HDR10+最大的提升也是支持了动态元数据,除此之外也支持最高 4000nit 的亮度和 10bit 面板色深。

目前支持 HDR10+最积极的还是三星本星,除此之外松下也有部分电视支持 HDR10+,国内即将发售的一加 7T 也支持;软件方面比较惨淡,只有亚马逊Prime Video 和 20 世纪福克斯等少量内容提供方支持。

HLG 混合对数伽马

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上面三种 HDR 标准使用的都是 PQ 技术,接下来要介绍的是主要面向广播电视使用的 HLG。这项标准由英国 BBC 和日本 NHK 联合开发,为的就是简化 HDR 技术,使其适应性更强,更加便于推广。

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和 PQ 使用的 ST2084 曲线不同,HLG 使用的是 OETF 曲线,这种曲线并不会将亮度绝对化,而是处理为相对值,最大亮度并不定死在 10000nit,而是根据设备的不同而进行动态调整。

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这就使得 HLG 标准的 HDR 视频即使在不支持 HDR 视频播放的设备上,也可以通过 SDR 的标准进行播放,并且画质损失比较小,这大大提升了兼容性。

另外由于 HLG 使用的电视行业使用的 YUV 编码(Y-亮度信号、UV-色差信号),HLG 甚至可以兼容 CRT 黑白电视,适合用户群体庞大的电视台。

另外 HLG 也是免费的。

Display HDR

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这项标准面对的是显示器,有 VESA 在 2017 年推出,分别有 HDR400、600、1000三个档。

由于篇幅的关系就不展开讲了,大家可以看下面的参数。

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值得注意的有两点:

·显示器由于有刷新率和响应时间的显示,因此尽管通常尺寸比较小,但是想要达到和电视相同的 HDR 效果往往是更难的。

·显示器HDR 不是平均亮度越亮越好,因为显示器的使用距离相对于电视来说和人更近,因此太亮对眼睛不好。

总结

这里我们引用公众号「极客湾」老张老师文章中的表格给大家展示一下目前主流的 HDR 标准的对比。
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可以说,HDR 显示是显示领域下一个发展重点,目前来看无论是行业内还是消费者都对 HDR 充满了兴趣,但是揠苗助长式的 HDR 普及要不得,希望厂商们不要光顾着刷假认证,专心于产品才会有更好的结果。
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再次重申一次:想要欣赏 HDR 视频,需要内容(片源)、解码芯片和播放设备三者全部符合 HDR 标准才行。
相信我,真正的 HDR 效果不会让你失望的。
不信?去索尼店里试一下就知道了。

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编辑 / 恺伦

撰文 / 恺伦

责任编辑 / 恺伦

文章中部分图片来源于网络

未经授权,不得转载
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