[分享] 关于HDR显示技术,你知道多少?

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 楼主| 发表于 2021-11-18 16:22:21 | 显示全部楼层 |阅读模式
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HDR,即高动态范围,已经成为显示器制造商的最大卖点之一。就像在摄影中一样,HDR旨在重建更像我们的眼睛在现实世界中所感知到的图像。
简单地说,动态范围是指图像中最暗和最亮部分之间的感知差异,这听起来与对比度相似,而具有高对比度的显示器往往也能在HDR方面做得很好。

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尽管如此,除了动态范围之外,还有很多东西有助于你感知显示器的质量。因此,在这篇文章中,让我们仔细看看HDR在现代显示器的背景下的含义。
什么是HDR?

除了改善动态范围,HDR主要通过改善显示器的色彩处理能力来提升显示器的视觉保真度,使图像看起来更加真实和逼真。


绝大多数老式的非HDR显示器被调整为覆盖sRGB色域。但问题是,sRGB是一个相当过时的标准,它最初是为CRT显示器和广播电视设计的。因此,它只涵盖了一小部分的可见光光谱。换句话说,sRGB显示器只能重现我们的眼睛所能感知的25%至33%的颜色。
为此,HDR标准提出,我们最终要超越有限的sRGB色彩空间。普遍的共识是,HDR显示器和内容必须至少覆盖DCI-P3色域。就目前而言,DCI-P3是目前大多数影院遵循的色彩空间。
DCI-P3大约比sRGB宽25%,这使得显示器上的色彩呈现更加鲜艳和准确。许多HDR格式和标准现在也在准备让显示器覆盖Rec.2020色域。它是最新的色域,涵盖了75%的可见光光谱,令人印象深刻。
亮度、对比度和比特位深

良好的HDR观看体验还有几个重要方面,首先是亮度和对比度。非HDR或标准动态范围(SDR)显示器因缺乏准确再现图像的亮部和暗部的能力而臭名昭著,因为整个屏幕最终看起来颜色很淡且缺乏深度。
然而,有了更高的对比度(或动态范围),HDR显示器可以捕捉到明亮区域的光彩,同时依旧保留了较暗区域的细节。同样,更高的亮度可以让这些明亮的部分从图像的其他部分区分出来。而不是使整个显示器更亮,这些被称为镜面亮点。

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在这种情况下,现在的许多HDR显示器也具有更高的比特位深面板,以提高视觉保真度。把比特位深看作是显示器在每个RGB像素上能够再现的颜色色调的数量。更简单地说,标准的8位SDR显示器可以再现2^8(256)种红、绿、蓝三原色的色调。迁移到10位后,每个像素可提供1,024个不同的层次,而12位有4,096个。
HDR标准要求显示器采用10位面板或通过抖动等软件技术实现10位色彩。较高的比特位深很重要,因为它允许显示器在类似的颜色之间平滑过渡。大多数使用抖动的显示器都依赖于帧率控制,这基本上涉及到在两种颜色色调之间快速循环以产生中间色调的错觉,这种做法可以使一个8位的显示器达到10位的颜色深度。
最后,值得注意的是,HDR并不能提高显示器图像的清晰度或锐度。那是分辨率,也是近年来显示器行业竞相提高的另一个指标。虽然HDR和分辨率可以结合起来提供很好的图像质量,但它们基本上是相互独立的。你可以在低分辨率的显示器上体验更好的HDR,反之亦然。
HDR格式

随着HDR的出现,显示行业再次发现自己处于一场小型格式战争之中。今天存在几种不同的实现方式,有时每一种都有很大的差异。不过,值得庆幸的是,显示器和内容源如今开始支持多种HDR格式。

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HDR10

HDR10是早在2015年就进入市场的第一个标准。它由消费者技术协会开发,是完全开放和免费的。这意味着任何显示器制造商都可以采用该标准并宣传与HDR10内容的兼容性。该规范的名称源于该标准对10位面板的推荐。
HDR10还为显示器提供元数据,描述特定内容的亮度和色彩水平。然而,与我们不久将看到的更先进的格式不同,元数据从头到尾都是静态的。换句话说,它只是一组应用于整个视频文件的最大和最小亮度值。
由于长期的先发优势和相对较低的技术要求,HDR10已经成为显示器和内容的事实上的基准标准。支持HDR10的设备包括几乎所有主要品牌的电视,一些UHD蓝光版本,流媒体服务,甚至是前一代游戏机。
杜比视界

作为电影和娱乐行业的知名企业,杜比有自己的HDR标准。然而,就像杜比的Atmos音频技术一样,它是一个专有产品。这意味着希望加入杜比视界的显示器制造商必须向该公司支付许可和认证费用。

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杜比视界在几个方面超越了HDR10,首先是支持12比特的色彩深度。它还要求内容制作者使用更精确的母版设备,对亮度和对比度有明确的规范。
杜比视界使用嵌入在内容中的动态元数据来传达每个场景(甚至是帧)应该如何。虽然早期的杜比视界版本并没有明显优于HDR10,但这已经开始改善。一旦母带工作室在这个工作流程方面获得更多经验,差距可能会进一步扩大。
HDR10+

可以把HDR10+看作是HDR10标准的增量更新,主要区别是HDR10+包括对动态元数据的支持。这使它与杜比视界看齐,同时依旧保持HDR10的开放和免费的性质。


然而,与杜比视界不同的是,HDR10+并没有超过10位色彩深度。虽然大多数消费者显示器还没有接近12位,但这在未来可能会改变。而当这种情况发生时,杜比视界可能会占上风。
还有HDR10+自适应标准,简而言之,它使用传感器来检测房间里的环境光线,并相应地调整显示器的图像设置。目前来说它还没有那么普遍,只有一小部分高端显示器包括支持HDR10+自适应所需的传感器。
HLG

HLG是一个免费的HDR标准,专门针对广播电视的限制而开发。
与其他标准不同,HLG不依赖元数据与显示器进行通信。这是因为OTA广播比互联网上的数字流更容易受到干扰。有了元数据,你就有可能在传输中出现损失。相反,HLG使用传统伽玛和嵌入内容本身的额外对数曲线的组合来实现HDR。

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第一部分,伽玛,被每一个显示器所识别,因为它是用来描述SDR内容亮度的标准。另一方面,对数曲线描述了比SDR更高的亮度水平,只由符合HDR标准的显示器读取。这意味着HLG向后兼容SDR电视,不需要提供两种不同的视频流,节省了带宽。HLG也不是一个绝对的标准,所以它可以更好地适应不同亮度水平的显示器。
HLG的缺点是,在没有宽色域的老式SDR显示器上,内容可能看起来略显不饱和。由于HLG的白点低于主流的SDR标准BT.709,所以SDR显示器看起来也会比平时更暗一些。尽管如此,你依旧可以得到一个完全可用的图像,其结果比在SDR显示器上观看任何其他HDR格式更好。普通的电视观看者可能不会注意到饱和度或亮度的轻微损失。
英国的BBC和日本的NHK是第一批采用HLG进行广播的主要广播公司。如果HDR显示器得到普及,这种技术很可能会成为电视广播的主导标准。
HDR内容

正如你可能期望的那样,仅仅拥有一台HDR显示器并不能使现有的内容看起来更好。你还需要专门设计和掌握HDR的内容。

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好消息是,这些天发布的大多数新内容都提供了一个专门的HDR流。如果你拥有一个能够解码这种流的显示器,它将被自动接收。以下是这些天你可以找到HDR内容的简要介绍。

  • 流媒体。大多数流媒体供应商,包括Netflix、Apple TV+等都支持HDR。虽然有些只提供基本的HDR10流,但少数像Netflix和Apple TV+也支持杜比视界。然而,并不是所有的内容都可以使用HDR。较旧的版本和专门为电视制作的内容往往没有为HDR制作母版。
  • 主机游戏。像PlayStation和Xbox这样的家用游戏机在这一点上已经支持HDR10多年了。Xbox X系列和S系列也支持杜比视界。虽然大多数3A级游戏支持HDR,但并非所有游戏都支持。如果你拥有一个相对较新的显卡,PC游戏也是如此。遗憾的是,任天堂Switch没有任何HDR支持。
  • 光盘。虽然流媒体很方便,但发烧友们长期以来一直主张使用光盘,尤其是蓝光光盘,因为它的图像质量很好。有了HDR,就有了另一个拥有光盘的理由。超高清蓝光以HDR10为基本标准,部分影片还为杜比视界和HDR10+做了处理。但要记住,你的显示器和蓝光播放器也必须与相同的HDR标准兼容。
购买HDR显示器,需要注意什么

到目前为止,我们已经探讨了什么是HDR,以及它如何有可能极大地提高图像质量。然而,并非所有的HDR显示器都能提供相同的视觉保真度或动态范围。
现在许多便宜的显示器也缺乏正确显示HDR内容所需的宽色域。这些因素的结合很容易导致显示器能够接收HDR信号但不能正确输出的情况。在一些罕见的情况下,HDR内容甚至可能比它的SDR内容看起来更糟糕。


总而言之,你应该对低端HDR显示器保持警惕。即使是宣传支持HDR10的型号也不完全值得信赖,它可能只是表示与10位内容的兼容性。记住,HDR10是一个开放的标准,所以你必须相信显示器符合推荐的准则。这通常被称为 "假 "HDR,无疑会给该技术留下不好的第一印象。这种质量上的差异就是为什么在选购HDR显示器时要单独查看每个参数。
那么,如何购买一个能提供良好观看体验的HDR显示器呢?最直接的方法是深入研究产品的规格列表。然后,只要确保该显示器符合或超过以下标准即可。

  • 宽广的色域,至少覆盖DCI-P3色彩空间的80%以上,高覆盖率的Rec.2020色域是一个更好的选择。
  • 亮度等级至少为500-800尼特。记住,制造商倾向于夸大这一规格。但它确实越高越好,你会发现高端显示器甚至可以超过1,000尼特。
  • 全局、局部调光或miniLED等背光功能将明显改善显示器的对比度。尽管如此,一些采用VA面板的中端显示器倾向于省略局部调光,因为该技术具有固有的对比度优势。
  • 格式支持也是一个需要考虑的重要问题。一些显示器只支持基本的HDR10格式,而其他显示器也可以播放HDR10+、Dolby Vision和HLG内容。哪些对你来说是重要的,完全取决于你与显示器搭配的内容源。
诚然,在选购显示器时,这些规格中的一些并不总是立即可用或容易找到。多年来,消费者一直要求为HDR制定一个通用和规范的标准,类似于USB或HDMI。幸运的是,VESA接口标准组织现在提供了DisplayHDR认证,你可以将其作为一个参考。
DisplayHDR标准,实现良好HDR的捷径?

虽然DisplayHDR标准远非完美或包罗万象,但在挑选兼容HDR的显示器时,它依旧值得你注意。每个产品都是独立验证的,所以制造商只有在显示器通过测试的情况下才能声称它符合标准。
DisplayHDR标准目前有八个性能级别,包括三个专门针对OLED和microLED等发射型显示器的级别。

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在最低端,有DisplayHDR 400认证。正如你所期望的那样,它的要求是相当少的。显示器只需要包括一个8位面板和达到400尼特的最大亮度水平。该标准也不要求对DCI-P3色彩空间的任何的覆盖。
然而,这些指标比大多数有一定观感要求的HDR观众的期望值低了一个档次。虽然DisplayHDR 400旨在提供比SDR显示器更好的体验,但它最终不是一个足够有意义的升级。
另一方面,DisplayHDR 500和更高的性能水平,是衡量HDR性能的更好标准。这些产品具有广泛的色域覆盖,局部调光以提高对比度,以及明显高于SDR显示器的亮度水平。它们还要求使用10位面板和覆盖更广泛的色域。
DisplayHDR True Black是一个独立的标准,亮度范围从400到600。发光式显示器能够提供更深的黑色和令人印象深刻的高对比度。然而,较大的OLED并不像一些使用量子点层的高端LCD那样明亮。不过,随着发射式显示器技术的发展,我们可能会看到在这个标准上增加更多的级别。

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