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高动态范围为何犀利 HDR技术深度解析

2017-09-26 浏览次数:138
  来源:电子工程世界

近些年以来,HDR成为了电视和投影机厂商宣传的一个新噱头,曝光率越来越高。但是作为一个新兴的技术,很多人其实对它还知之甚少,今天我们就来科普一下,HDR技术到底是什么?


HDR既是High Dynamic Range的缩写,翻译成中文就是高动态范围。高这个词大家都知道是什么意思,所以要解释HDR是什么,我们应该明确的就是DR,也就是动态范围的概念。其实动态范围是一种用数学方式来描述某个给定场景的亮度层次范围的技术术语,直白的说就是指一个图像中最亮处和最暗处之间的比值。HDR技术就是让图像明亮的地方更亮,而黑色的地方更黑暗。


  HDR技术的应用


人眼所能感受的亮度范围大概为10-3—106nit,所能感受的瞬时对比度范围可达10000:1,而目前消费级液晶显示器的亮度一般在300—400nit左右,其亮度范围一般为2000:1。因此,人眼的亮度分辨能力远高于当前主流的显示设备。而HDR显示技术就是要提升显示的亮度范围,让我们看到的图像色彩更加绚丽。


HDR技术的实现是通过与原来不同的伽马曲线来完成的,另外目前关于HDR的转换函数有两种,一种是电影电视工程师协会主导的感知量化技术,也就是ST2084,使用该技术的就是Dolby Vision,转换方式为电信号转换为光信号(EOFT)。另一种是国际电信联盟主导的HLG,使用的转换方式为光信号转换为电信号(OETF)。


第2页:关于HDR的格式之争 或许根本就不存在


其实HDR的诞生并不是很久以前的事,2015年8月27日美国消费者技术协会公布了HDR10标准,严格意义上来说从那一天开始HDR才真正走进了我们的生活,就像今天所有的HDR电视都支持这个标准。


但是HDR10并不是唯一的标准,HDR的标准有四个:Dolby Vision、HDR10、HLG和Prime/SL-HDR1。关于这四个标准也有过一番唇枪舌战。今天我们就来聊聊之前吵得火热的格式之争。首先Prime/SL-HDR1是Technicolor公司与飞利浦合作的一套标准,属于传输定义,我们就不做过多讨论了。今天我们主要聊得就是Dolby Vision、HDR10、HLG这三个标准,关于这三个标准的参数区别大家可以看。


我们先来说HLG,其实HLG的推出目的很简单,就是简化HDR的制作流程。Dolby Vision和HDR10遵循的都是电信号转换为光信号,所以后期需要进行内容再制作。但是对于24小时播放的电视台节目来说,如果把所有的信号都进行HDR编码,那将会是无比巨大的工作量,显然这是不现实的。而相对于Dolby Vision和HDR10,HLG的转换方式为光信号转换为电信号,也就是在拍摄的时候就可以直接完成HDR的编码,后期不再需要耗费大量的精力。因此HLG对于电视节目来说是非常合适的。另外从上图我们可以看到,HLG没有明确标识亮度范围,而是采用弹性的百分比,它所提供的动态范围为1200%。正是因为这个特点,它对于旧电视或新电视都非常使用。综上所述,HLG在未来很可能成为HDR电视广播信号的主流格式。


关于Dolby Vision和HDR10,首先我们要知道的是,它们都遵循ST2084,因此两者其实可说是同门师兄弟。但是Dolby Vision版本可以生成HDR10版本,反过来却不行。而HDR10是免费授权的通用版本,它的色深为10bits,使用静态元数据,不兼容SDR。因此可以说HDR10就是制定标准得人为了照顾大部分设备的性能而得出的一个妥协产物。而Dolby Vision采用了双层编码技术,在SDR内容的基本层上再增加支持HDR的增强层,从而达到兼容SDR的目的。因此在这里我们可以说HDR10就是包含在Dolby Vision里面的一个子集。Dolby Vision相对于HDR10提供了更多的功能。


在这里我们就可以得出结论了,所有支持Dolby Vision的设备均可以支持HDR10,不存在多HDR格式之间的兼容性问题。而相对于Dolby Vision和HDR10,HLG则更加适用于电视信号领域。因此之前吵得火热的格式之争或许根本就不存在。


第3页:实际体验 HDR技术果然名不虚传


关于HDR技术,前面我们已经聊得够多了,那么他在实际表现中究竟怎样呢?经常光临中关村在线投影机频道的小伙伴们应该还记得,就在前不久,我们对索尼的VPL-VZ1000激光电视进行了一次全面体验。这款产品就带有HDR功能,在现场展示中,我们看到HDR的画面确实在亮度和色彩表现方面相较于普通湖面有了一个质的飞跃。大家可以看下图。


当然,我们的现场体验可不仅仅是看看他的现场展示。我们对VPL-VZ1000激光电视的HDR画面效果进行了现场实拍。从下图中我们可以看到,左面是HDR功能开启后的画面表现,右面则是没有开启HDR功能的效果。从图中可以看出,HDR功能开启后画面的对比度更强,亮部细节更加突出,而暗部的表现则是更加黑暗,同时画面也更加有感染力。


另外还想在这里和大家分享一下我自己对于HDR的观影体验。前一段时间,笔者在杜比影院观看了《蜘蛛侠:英雄归来》。实际的观影中,首先Dolby Vision的画面确实比普通3D要亮的多,另外不得不说的就是,在融合了HDR技术之后,对比度的确有了一个很明显的进步,颜色对鲜明,整个画面非常绚丽多彩。


第4页:亮度和色彩 HDR未来发展的重点


未来,HDR肯定将会成为电视与投影机厂商的新卖点,但是如果仅仅是在技术上兼容HDR,而不能在亮度和色域方面达到HDR的要求,实际效果的提升也是微不足道的。


从本质而言,HDR其实就是画面整体亮度范围的大幅度扩展,而这里面不仅只局限于白色的亮度,还需要牵扯到其他的色彩。就像我们经常提到的色域,它其实是一个立体空间,当所有色彩的亮度都得到提升之后,整个色彩空间就能大幅度增加,但是如果仅仅是提升某一点色彩的亮度,是不足以带动这个空间亮度增加的。这就是所谓牵一发而动全身的道理。未来无论是电视还是投影机,想要获得好的HDR画面效果,最关键的点还是是亮度输出与色彩表现。色域范围越广,亮度越高,就能充分地释放出HDR高动态画面的真正的潜力。


HDR作为一个新崛起的黑科技,大幅的提升了图像的亮度层次范围,确实为我们带来了更加绚丽多彩的画面,目前这项技术广泛应用于电影电视等领域,未来在亮度和色域方面取得突破,HDR一定会为我们重新定义电视画面的。好了,关于HDR今天就和大家科普到这里,不得不说的是,今天的我们都是幸运的,飞速发展的科技为我们带来了过去想象不到的完美观影体验。未来,一定会更美好。


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