什么是HDR?怎么区分真假HDR电视?

如果您要购买新电视,您可能已经注意到制造商们已不再把"4K"作为主要卖点。而是大多围绕着HDR-高动态范围展开营销。HDR( 高动态范围 )是当前中高端电视的必备功能。与SDR(标准动态范围)相比,支持HDR的电视通常可以提供更高对比度和更大范围的色彩细节,从而使整体图像更生动。

如果您要购买新电视,您可能已经注意到制造商们已不再把"4K"作为主要卖点。而是大多围绕着HDR-高动态范围展开营销。HDR( 高动态范围 )是当前中高端电视的必备功能。与SDR(标准动态范围)相比,支持HDR的电视通常可以提供更高对比度和更大范围的色彩细节,从而使整体图像更生动。

HDR和SDR显示效果对比
HDR和SDR对比

什么是HDR?

HDR(高动态范围)区分于SDR(标准动态范围),主要解决图像或视频较暗或较量的地方细节丢失的问题,并为支持更多和对比度色彩带来可能性。

要了解HDR的重要性要从视频质量的五要素说起, 这五个要素共同决定电视能呈现的内容和现实情况(或导演想要的)的程度,从SDR到HDR这五个要素都大大提升:

  1. 分辨率:2K→4K或8K,图像更精细
  2. 色彩位深:8bit→10bit,色彩更饱满
  3. 帧率: 30Hz→60Hz~120Hz,视频更顺滑(高阶电视附带属性,不是HDR必须)
  4. 色域: Rec.709→Rec.2020,色域更宽广
  5. 亮度:100nit→1000nit~10000nit,亮度和对比度更高
电视画质五要素
电视画质五要素

这五个要素描述的可以是电视面板的素质,也可以是喂饱电视的视频内容。随着较新OLED、QLED和其他局部背光电视的出现,电视面板本身支持的色彩和对比度范围正在扩大,而SDR格式却无法充分利用这些改进,因为视频信号中只有有限的色彩和对比度信息。

HDR格式的视频在4K@60Hz以上的基础扩展了对比度和色彩的范围(包括色域和色彩数量)。图像明亮部分可以变得更亮,暗的地方可以变的更暗,同时保留各自的细节和丰富的颜色。

HDR和SDR色彩和对比度直观对比
HDR大大扩展了对比度和色彩范围

上图给出了BT.2020广播电视标准(HDR)和BT.709(SDR)的直观对比,竖直Y轴表示对比度范围,有百倍增长;水平方向的xy表示色彩范围,也扩大了不少。

HDR的工作原理

HDR在应用于电视,智能手机和计算机显示器设备之前,已用于静态摄影。相机拍摄的照片可能比眼睛看见的图像更暗或更亮,如果图像曝光过度,则会丢失较亮部分的颜色信息;同样,当图像曝光不足时,较暗部分的真彩色信息也会丢失。

解决这个问题的方法是拍摄多张不同曝光程度的照片,留下各张照片里适当曝光部分的信息,组成一张对比度范围更广HDR的照片,最大限度保留最亮和最暗部分的细节。

HDR视频工作原理

HDR视频的工作原理与HDR照片略有不同,视频内容同样由不同曝光程度的素材合成并保留细节,实际亮度水平另外由元数据metadata承载,(这个过程叫tone-mapping),播放时(兼容的)电视再根据元数据还原视频的真实亮度水平。从而提供更全面的色彩和对比度范围,图像质量更接近肉眼所见,这是整体图像细节的保证。

怎么区分真假HDR电视?

如今HDR已然成为高端电视的代名词,一台电视要支持HDR最重要的是面板要达到HDR规格,然而目前市面上大部分宣传支持HDR的电视都只是做到HDR解码而已,HDR芯片配普通面板会有提升但是比较有限,一定要注意甄别。

在HDR标准方面暂时没有统一或者权威的标准,电子技术标准化研究院认证中心(CESI)推出的《HDR显示技术认证规范》是国内首个HDR标准, 该标准从输入信号、动态范围、色域、峰值亮度、黑色亮度等方面规定支持HDR技术的电视应该符合的规格。

《HDR显示技术认证规范》
《HDR显示技术认证规范》

其中峰值亮度是消费者最好识别(也是最重要)的指标,OLED电视要求540nit以上,LCD电视要求800nit以上;几乎可以肯定的是,市面上没有标明峰值亮度的电视都是假HDR电视。

另外控黑能力也很重要,黑色亮度要低于一定水平,图像才会有暗部细节,量子点QLED、OLED或其他有区域控光能力的电视控黑能力最好,如果要真HDR请尽量选购这些电视。

各种HDR格式

就是没有统一的HDR电视规格标准一样,HDR格式也没有统一。实际上,目前有五种竞争的HDR格式:HDR10,Dolby Vision(杜比视界),HLG,HDR10 +和Technicolor Advanced HDR(特艺HDR)。现在让我们看一下每种HDR格式,以了解它们之间的区别。

HDR10

HDR10是迄今为止使用最广泛的格式,也是HDR的基础标准,所有HDR电视都会支持HDR10。HDR10它是开源的,任何制造商都可以在不支付许可费的情况下在自己的电视上使用它,并且它得到了多个主要的行业标准机构的官方支持,例如UHD联盟。HDR10可以实现HDR带来的许多图像质量改进,但是它不像其他一些HDR格式那样高级。

HDR10使用10bit色彩位深,可提供数10.7亿种颜色,相比用于SDR的8bit位深只能只用16,77万用颜色,虽然提升巨大,但是来自夏普的高端电视型号已经开始采用12bit面板了。从亮度(和对比度)的角度来看,HDR10的最大亮度为1,000尼特。这是我们开始看到HDR10的局限性的地方:因为来自三星等厂商的高端HDR电视峰值亮度已经远超1,000尼特。

HDR视频包含“元数据”,元数据包含视频拍摄时的真实亮度水平,电视根据元数据还原视频。HDR10使用相当简单的方法,每个视频只包含一组元数据。这就是所谓的“静态”元数据,它是一种添加HDR所需的额外信息的有效,低带宽的方式,但与杜比视界使用的动态元数据相比,它也受到限制。

杜比视界

杜比视界效果图
杜比视界效果图

杜比视界(Dolby Vision)是杜比实验室(Dolby Labs)开发和许可发行的专有HDR格式。就强大的技术力量而言,杜比视界在面向未来的方面具有明显的优势,这种优势也可以在当前的电视机中得到体现。杜比视界(Dolby Vision)支持12bit色彩位深,从而将可用色彩的数量扩展到680亿种。它还具有更高的理论亮度:高达10,000尼特。这意味着杜比视界格式的内容可以充分利用将来可能制造的更明亮的显示器。

当然,现在还没有HDR内容可以接近该格式在颜色或亮度上的最大限制,但这仅意味着Dolby Vision有很大的发展空间。

杜比视界用动态元数据携带视频的原始色彩和真实亮度信息,据此来调整每个场景甚至每一帧的色彩和亮度。这需要大量的附加信息(或码率),但内容看起来比HDR10更好,更接近电影制片人在制作电影或表演时所创造的内容。

最后,杜比视界(Dolby Vision)内容还包含有主要拍摄设备的信息。根据此信息您的电视可以自动重新校准其某些显示设置,以抵消拍摄设备和家用电视之间的差异。

由于杜比视界需要支付许可费使用,因此并非所有HDR电视都支持此格式。要体验真杜比视界,您既需要杜比视界格式的内容,又需要可以显示它的设备。

在内容方面,您会发现杜比视界在4K UHD蓝光,Apple TV +和Disney +等流媒体服务以及LG、Vizio、TCL、索尼和苹果等品牌的许多电视和设备上提供了广泛且不断增长的支持,

有趣的是,虽然杜比视界在规格上比HDR10高级,但是杜比视界(Dolby Vision)的问世和传播早于HDR10。

HDR10 +

HDR10+的LOGO
HDR10+的LOGO

杜比视界(Dolby Vision)优于HDR10,但是许可费的困境促使三星领导的一组公司开发了开源的HDR格式,该格式共享了杜比视界的许多优点,但不收取费用,这就是HDR10 +。与杜比视界(Dolby Vision)一样,它支持动态元数据,允许高达达4,000尼特的亮度,但保留了HDR10的10bit色彩位深。

HDR10 +能够提供比HDR10更好的体验,我们寄希望于希望内容创作者,流媒体公司和硬件制造商加入该格式,并使其具有与Dolby Vision竞争所需的关键质量。这正在发生,但是很慢。

目前只有三星,松下和飞利浦生产HDR10 +兼容的电视。亚马逊的4K Fire TV流媒体棒是支持该格式的极少数流媒体设备之一。HDR10 +已开始在4K UHD蓝光上使用,但到目前为止,只有约100部电影使用了HDR10 +。在流视频服务上甚至更少见。Amazon Prime Video与Google Play一样使用格式(除了杜比视觉和HDR10之外)。

其他HDR格式

目前,杜比视界、HDR10(以及成长中的HDR10 +)被视为HDR的两个最大玩家,但我们还应该提到另外两种HDR格式。

混合对数伽马(HLG)格式是BBC与日本广播公司NHK之间的合作伙伴关系而产生的格式,尽管它也可以用于预先录制的内容,但它着重于实况广播。

与HDR10,HDR10 +和Dolby Vision不同,HLG不使用元数据,而是在用对数曲线(logarithmic curve)替代其伽马(Gamma Curve)曲线的后半部分, 因此它与 SDR 显示器和 HDR 电视兼容,以此来提高对比度和色彩范围。但缺点也很明显,HLG内容在不同电视上可能看到不同亮度和色彩,因为有些电视甚至不知道自己在播放HDR内容。

特艺(Technicolor)是HDR的早期参与者, 特艺的Advanced HDR有三个分支:

SL-HDR1:Single-Layer HDR1最有趣。它本质上是SDR信号,但信号内隐藏有的HDR元数据(与HLG类似)。因而SL-HDR1内容不但兼容SDR电视,在支持的HDR电视上播放时还能以HDR元数据还原其亮度和色彩。 

特艺SL-HDR1 HDR的工作原理
特艺SL-HDR1 HDR的工作原理

SL-HDR2是完整的HDR信号,使用动态元数据,类似HDR10+和杜比视界;

SL-HDR3以HLG为基础添加了动态元数据,而且符合ATSC 3.0广播标准,更适合直播。

HDR内容

UHD超高清蓝光是最优秀的HDR内容,也是选购HDR电视的主要目的。几乎所有好莱坞大片都会发行HDR兼容的版本,因而你不用担心没有片源,只是需要花一点时间等待,别耐不住看了普通版。

流媒体方面,国外有网飞、亚马逊Prime视频、迪士尼+、iTunes、Apple TV+等平台提供HDR内容的在线直播;国内刚刚起步,只有索尼内置的华数TV和腾讯视频支持4K HDR流媒体服务,但后者内容比较少。

HDR值得吗?

自从高清过渡到4K以来,HDR是对家庭视频观看体验最有意义的升级,绝对是电视未来的核心功能。它将使我们更深入地欣赏我们喜欢观看的壮观电影和电视连续剧,创造出比以往任何时候都更逼真的影像。

如果您想知道购买的下一台电视是否应兼容HDR,我们的回答是肯定的,同时请要确保电视面板达到“真HDR标准”特别是峰值亮度和控黑水平,以使HDR能够弹出。

如果您想知道哪些HDR电视物超所值,请务必查看我们快速全面的电视购买指南市场上最好的4KHDR电视清单。

原创文章,作者:10bests,禁止任何形式转载:https://www.10bests.com/what-is-hdr/

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