為了搞清楚宣傳的“HDR”屏幕是不是騙人,我們查了一周的資料

轉載 網絡  2020-02-01 09:25:11  閱讀 106 次 評論 0 條
 

不知從何時起,HDR的名字開始出現在各大廠商的宣傳語之中,從電視到投影儀,甚至近兩年來的手機,都喜歡給自己的產品套上一個“支持HDR”的名號進行包裝。作為一個2015年才真正誕生的標準化名詞,HDR普及的迅速程度遠超大家的想象,那么就讓我們來了解一下,在廠商們紛亂的廣告語之中,到底什么才是真正的HDR?

我們為什么需要HDR?

對于大多數消費者,第一次接觸到HDR這個名詞恐怕是在手機拍照。其實HDR技術用于拍照的歷史可以追溯到膠片時代,幾十年前,攝影師就會拍攝數張不同曝光程度的底片,并在暗房使用一種叫做減淡和加深(dodging and burning)的手法,將數張底片合成為一張具有高動態范圍的照片。隨著數碼攝影的出現,HDR(High-Dynamic Range 高動態范圍圖像)將暗房里的技術帶入了相機成像傳感器,通過同一個場景進行多種不同的曝光,最后進行多張合成,最終增強照片動態的范圍,增加照片的層次感。

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而在影視行業HDR(High Dynamic Range)算是新生概念,和傳統標準動態范圍SDR(Standard Dynamic Range)相比,HDR具有有更寬的色彩范圍,更亮的亮度上限和更黑的亮度下限,同時在對比度、灰度分辨率等維度上對影像質量上進行了整體提升,給體驗者帶來更具沉浸式的感受。

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真實世界的亮度范圍是十分廣闊的,而人眼能感知到的亮度范圍也能十萬尼特左右。舉個例子,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14700尼特,邊緣的紅色是2300尼特,中央的花蕊和綠葉只有200尼特以下,但這張照片在窄色域、亮度普遍不超過100尼特,對比度也只有1000:1的SDR顯示效果下色彩會暗淡很多,而隨著技術的發展,HDR技術色域廣、普遍亮度在1000尼特,對比度甚至能達到上萬,雖然還是遠達不到現實標準,但比三十年前的SDR還是前進了一大步。

HDR的繁多標準

目前在業界,HDR標準還沒有一個最終定義:主流的有美國消費者技術協會主推的HDR10,杜比推出的Dolby Vision,三星的HDR10+,BBC和NHK聯合制定的HLG格式,UHD Premium等,如果你想了解各大廠商在都分別屬于哪種“HDR陣營”,請參考The HDR Ecosystem Tracker (mid-2019)。HDR標準大致可以分為兩派,一種是只有硬件使用建議的HDR標準,一種是有明確硬件規定的HDR標準,前者的代表是HDR10、Dolby Vision和HDR10+、后者則是UHD Premium和DisPlayHDR。

親民的HDR10

HDR10是消費者技術協會2015年宣布的開放標準,使用它不需要支付任何版權費,其中的“10”來自于10位色深,除了色深之外,HDR10建議使用廣色域Rec.2020、PQ(SMTPE ST2084)絕對值顯示,以及靜態數據處理方式。

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HDR10是最基礎的HDR標準,也是目前應用最廣泛的標準,幾乎所有的主流電視制造商以及流媒體廠家都支持HDR10,好萊塢的七大電影公司 (索尼、二十世紀??怂?、迪士尼、華納兄弟、派拉蒙、環球,以及新晉的Netflix)也都會采用HDR10來制作高清藍光格式的資源。除了上述影像領域的資深廠商,Xbox One、PS4以及Apple TV 4K等客廳娛樂終端也都支持HDR10。

但HDR10盡管應用最廣泛,但它的缺點也很明顯,HDR10的出發點是網絡流媒體和高清電視節目,很少會考慮普通電視的收看需求(廣播電視、電影)。如上圖所示的Rec.2020廣色域,除了部分流媒體會去嘗試,電影行業還是會老老實實的用P3,純種HDR10節目并不好找。更別提電視本身能達到P3就已經是優秀標準了,規定建議的Rec.2020廣色域沒有實際意義。

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不僅如此,如果在一臺非HDR電視上去顯示HDR10內容,會出現兩種情況,一是無法解碼導致花屏,二就算能解碼,影片中的高亮部分也會直接被砍掉,這個原因就在于上文所提的PQ顯示。

PQ顯示是杜比研發出的一套光電轉換算法,有著更符合人類視覺感知的伽瑪曲線,處理亮度的絕對值高達10000尼特,但缺點是它完全不會按照顯示設備的亮度來進行“適配”。一臺電視最大亮度到300尼特,就顯示到300尼特,原片場景高于這個數字的直接一刀切,都按照300尼特顯示,完全沒有區分度。

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為了解決這個問題,以廣播電視節目為主的BBC和NHK才另做了一套HLG算法,針對非HDR電視進行優化,把所有場景亮度盡量平均的往下降,在盡可能的在最大只有300尼特的電視下做出原本1000尼特之間的區分度。

這也誕生出了另外一個問題:部分電視廠商開始標注諸如“支持HDR/HLG標準”來作為噱頭,但只是在電視內放了一塊HDR解碼芯片保證不花屏,硬件配置卻不敢恭維,亮度只有300尼特,卻堂而皇之標注著HDR。說到底,HDR10只是建議1000尼特,但是對具體亮度并沒有過多的要求,給了這些廠商可乘之機。HDR10標準上下限過高,缺乏嚴格定義,是低端“HDR電視”爛大街的一個重要原因。

杜比視界:HDR的王者

杜比視界是當前HDR的最高標準,由杜比實驗室提出并定制的非開放標準,若要使用此標準則需要交付版權費用(每臺電視機三美元)。其實杜比視界和HDR10算是師出同門,杜比實驗室就參與了諸多HDR標準的制定,譬如上文提到的PQ絕對值顯示,所以杜比視界很多標準和HDR10等同,采用了Rec.2020廣色域, PQ絕對值顯示,但和HDR不同的是,杜比視界采用 12bit 色深,并且支持動態數據元結構。并且杜比視界可以完全兼容HDR10,針對非HDR電視,也可以自動進行轉換。

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首先是12 位色深,我們在以前常常聽到XX手機或者電視支持1600萬色,那是因為在HDTV時期,8位色深最多可以顯示1600萬種顏色,而近幾年,在支持10位色深的HDR10標準下,可以顯示10.7 億種顏色,但杜比視界的12位色深則更進一步,可以顯示680億種顏色,杜比視界相比HDR10能夠支持更豐富的色彩顯示。

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動態數據元結構又是什么?它可以在視頻流場景轉換的過程中,將顏色和局部亮度信息進行實時修正,可以更準確地還原事物的本來面目,實現更好的顯示效果。而HDR10只采用靜態數據元結構,在處理轉換局部信息時,只能依照全局視頻數據進行處理,無法讓轉換場景更加突出。

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我們以同樣支持動態元數據的HDR10+標準為例,在同樣的日出場景中,隨著太陽的逐漸升起,你是能看到陽光是怎樣逐漸照亮局部的云層和海面的,凸顯出層次感;但放到HDR10里,可能就只會看到屏幕整體亮度在一點點的提升,沒有“逐漸升起”的感覺。

不過說了那么多,目前消費端的電視,并沒有能夠支持12色深的產品出現,并且1000尼特的要求也鮮少有人達到,杜比在消費端認證并不如工業端那么嚴格,但即便如此,敢拿杜比視界做背書的電視,都是優秀電視(價格也很優秀)。

雖然不如HDR10普及,但是杜比視界也是近兩年的熱門標準,如今好萊塢七大電影公司均有支持杜比視界和杜比全景聲的作品,國內外的流媒體也都上線了杜比視界和杜比聲效的相關支持。若要去體驗杜比視界的震撼力,也可以直接去杜比影院(不是支持“杜比全景聲”的影院)觀賞,原生12色深、上百萬的對比度(IMAX對比度通常不到一萬)、較普通IMAX亮度提升兩倍的熒幕,相信能給你留下深刻印象。

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業界新星HDR10+

HDR10+誕生的緣由很簡單,是三星對標杜比視界制定的一項標準,相當于HDR10的進化版。HDR10+和杜比視界是唯二支持動態數據元結構的HDR標準,和杜比不同的是,HDR10+也是開放標準,旨在用更低廉的價格來獲得更好的視聽體驗。

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關于HDR10+可以說的不多,在HDR本身都是一個比較新的概念的現狀下,HDR10+標準更是稚嫩,好萊塢影業開始試水HDR10+也就是近一年的事,不過作為新興標準,HDR10+的發展也足夠迅猛,并且也積極的在加快對顯示器和移動設備的相關認證。

到底什么才是真HDR?UHD告訴你

前面我們介紹了許多關于HDR的標準,但可以看出,HDR認證本身并沒有一個明晰的參數(換句話說越貴越好,牌子越大越好),那么真正頂級的HDR該是什么樣子?UHD Premium給了我們答案,UHD是UHD聯盟制定的第一個消費類設備HDR顯示標準,主要規范了液晶、OLED電視HDR顯示效果,具體規范如下:

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  • 分辨率達到3820×2160
  • 色深達到10位
  • 支持BT.2020色域信號輸入
  • 顯示覆蓋90%以上DCI-P3色域空間
  • 符合PQ顯示
  • LCD屏幕亮度達到1000尼特以上/黑位低于0.05尼特
  • OLED屏幕亮度540尼特以上/黑位低于0.0005尼特

但不知為何獲得UHD認證的電視出奇的少,但依舊不妨礙我們用此當參照物去衡量一個優秀“真HDR”電視的標準。

DisPlayHDR,專屬于顯示器的HDR

DisplayHDR是專門針對顯示器市場推出的標準,分為HDR 400、HDR 500、HDR 600以及HDR 1000,數字后綴和HDR10沒有關系,純粹是指能達到的最大亮度。隨著OLED顯示器和Micro LED顯示器的出現,DisPlayHDR也一直在調整自己的認證標準,但在今天的顯示器市場依舊有著比較權威的地位。

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對于大眾玩家HDR 400是不錯的入門標準,峰值亮度要達到400尼特,持續亮度320尼特,黑位通道亮度最低0.4尼特、角亮度最低0.1尼特,色域達到95% rec.709,色深達到8位,全局調光。實話說這個標準在當今的顯示器市場下,屬實不算高,但根據DisPlayHDR的制定者表示,達到此標準的顯示器在市面上也就占到15%左右。

對于顯示器有一定追求的玩家,我們更推薦HDR 600的顯示器:峰值亮度600尼特,持續亮度350尼特,黑位必須低于0.1尼特,大于90%的P3色域,10位色深,動態分區背光,并且黑白亮度響應時間小于8幀。

手機上的HDR?

如今除了電視和顯示器領域,手機HDR顯示也弄得風生水起,除了手機屏幕TOP2的蘋果三星之外,如今越來越多的國產廠家也宣傳自己的手機支持HDR、HDR10+、杜比視界等等,諸如YouTube、Netflix等網站也針對部分設備上線了HDR模式,移動設備究竟能不能承擔HDR的重任呢?

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答案很復雜,事實上,大多數“Mobile HDR”標準,相對電視而言或多或少都有縮水,就用iPhone 11和iPhone 11 Pro為例,兩者都支持HDR和杜比視界,但是兩者的對比度可謂是天差地別(1500:1和1000000:1),只有在比較頁面才會寫一句,OLED屏幕的iPhone“支持高動態范圍顯示”,除此之外我們也找不到蘋果口中“高動態范圍”的任何細節。三星和一加7TPro的HDR10+認證也是如此,并沒有相關硬件標準流出,較難令人信服。

但縱觀諸多評測,iPhone、三星和一加的屏幕在今年無疑公認是頂級的,而且不止這些廠商宣傳HDR、國內的OVHM也都紛紛把HDR屏幕當成主要賣點,那么該如何辨別這些是不是“真HDR”?這就又到了UHD聯盟出場的時刻了,事實上,他也做了有關手機的認證標準Mobile HDR Premium,讓我們來一窺究竟。

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  • 60ppd(在ppi上加上了雙眼距離屏幕的算法,20cm距離下約為300ppi)
  • 最高540尼特/黑位低于0.0005尼特
  • 90%以上P3色域
  • 10位色深

如果按照這個標準,那么很遺憾,所有手機全部陣亡……

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不過Mobile HDR Premium還是給三星galaxy S8和S9系列加了個認證,但包括后來的S10,都沒有通過這個手機上最嚴的HDR標準,但S8和S9的色深也不到10位(10位色深的只有擁有LCD頂級屏幕的夏普AQUOS R3),恐怕是UHD聯盟發現自己設定的標準過于嚴苛,根本沒人過的了。

但是有了S8和S9作為標桿,那么能夠有資格稱為“HDR屏幕”的OLED移動設備就有很多了:

  • 400ppi
  • 最高500尼特/黑位低于0.0005尼特
  • 90%以上P3色域
  • 8位色深
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至于LCD屏幕,以iPhone 8 Plus作為標桿即可(低點要求iPhone 8就足夠)

  • 400ppi
  • 最高600尼特/最低5尼特
  • 90%以上P3色域
  • 8位色深
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以上述標準參照物的話,國內宣傳支持HDR顯示的小米9和MIX3、華為P20之后的所有華為旗艦,都是毋庸置疑的“HDR”屏幕,諸位可以根據以上標準來參照一下自己的手機。

HDR的融合

盡管當下的HDR有著各種標準令人頭昏腦漲,但不可否認的一點是,自HDR標準出現后,越來越多的消費者開始注意到了屏幕顯示的重要性,對于電視顯示器手機的要求也不再是幾年前的“色溫越冷越好”、“能用就行”,HDR概念的迅速普及,也確實讓市場找到了一個相對可靠的標準去檢驗屏幕的優劣。

還要注意到的一點事,以上介紹的HDR標準并不是排他性使用,而都是采用了互相兼容的策略,并且像杜比視界和HDR10,是從工業端便開始注重HDR內容的生產和規范。HDR標準的相互兼容性保證了現在高端電視都能很容易地同時支持HDR10+和杜比視界,很多舊電視只要升級固件就能兼容新標準,讓消費者不用顧此失彼總歸是一件好事。

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相信在未來,HDR最終會合并成為一個通用的統一標準,我們也相信從影院熒幕到手機屏幕,盡管不能百分百的彌補彼此硬件之間的差距,但通過廠商和規則制定者的努力,我們仍然能在小屏幕最大限度的感受到現代影像技術的飛躍。

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