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【知识科普】什么是HDR,以及HDR的区别?

【知识科普】什么是HDR,以及HDR的区别? 航嘉显示订阅号
2024-08-01
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什么是HDR?

以及HDR的区别?

航嘉知识科普小讲堂



在当今这个科技飞速更新的时代,HDR作为一种革新性的显示技术,已不知不觉间渗透进我们的日常生活。尽管HDR这一概念早已与我们的日常产生了交集,但对于大多数人而言,HDR依旧很陌生。因为厂商一直在科普HDR的时候做的很含糊,只告诉你图像表现比传统SDR要好,但是却没有再做更多说明,包括各种HDR认证也一样。因此,本文旨在为大家详尽解析HDR的相关知识,以及不同标准的HDR都有什么区别。

一:什么是HDR ? 


当阳光破开云层,洒向大地时,从昏暗的阴影到光辉四溢的表面,自然界所呈现的色彩和亮度变化是如此丰富而微妙。HDR技术正是受此启发,通过拓宽亮度范围和增加色彩的层次,来重现现实世界的视觉盛宴。简而言之,HDR的精髓不仅在于调整画面的明暗度,更在于能够在极端明暗对比中保留更多细节,让图像显得更为立体和生动。。

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HDR技术的核心在于其能够记录并展示远超传统SDR的图像信息,包括每个像素点的亮度值。这意味着,在HDR显示下,即使是夜空中最微弱的星光或是正午阳光下最耀眼的反光,都能被精准捕捉并完美呈现。这一成就依赖于HDR图像在存储时对每个像素亮度信息的详细记录,以及在显示设备上的精确还原。


HDR的英文全称为High Dynamic Range Imaging,即高动态范围成像。与传统的SDR成像相比,HDR图像具有更高的动态范围,也就是明暗差别,这使得在表现亮度明暗时具有更佳的效果,特别是在极暗光和非常亮的场景下。HDR图像通常比SDR图像展示更多的细节。

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HDR图像与传统的SDR图像相比,其显著特点是能够记录图像中各个部分的亮度值。SDR图像则主要存储颜色信息。正因如此,HDR图像在传输时需要更多的带宽,因为它需要用线性编码表示从10^-4到10^8的人眼可见亮度范围,有时甚至更广。这种亮度范围被称为「SDR 标准动态范围」。


关于HDR的起源,值得一提的是计算机图形学领域的先驱Paul Debevec。在1997年的SIGGRAPH会议上,他首次提出了HDR的概念,并通过实验展示了利用多曝光合成技术获取高动态范围图像的可能性。这一成果为HDR技术的发展奠定了基础,展示了图像技术追求极致真实的无限潜力。



HDR技术的先驱与演进


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随着时间的发展,HDR技术持续进步,它在提升亮度和色彩层次的同时,也优化了显色性和色彩空间。这使得显示设备在展现HDR内容时,能够呈现出更加自然和丰富的色彩。目前,HDR已经成为高端显示设备的标配,无论是电视、显示器还是投影仪,都普遍采用了这一技术。


HDR技术不仅带来了更明亮的高光和更深邃的暗部,它还改善了显色性并扩展了色彩空间。因此,当我们谈论显示设备上的HDR时,实际上指的是在明暗之间创造出动态对比度,以及让色彩更加丰富和自然。(Ps:对比度是指显示器能提供的最大亮度与最小亮度之间的比值,比如一台显示器最大能显示 100nit,最小能显示 0.1nit,那么它的对比度就是 1000 : 1。)


要注意,显示设备中的「HDR 播放」与相机中的「HDR 摄影」并不是一回事,两者确实相似,都会让图像在明暗之间具有更大的对比度,但实现方式有所不同。

在显示设备中,HDR播放是通过接收HDR视频信号,并根据内容动态调整屏幕的亮度和对比度,使得画面更加生动,细节更丰富。这种技术依赖于屏幕本身的性能,如亮度、对比度和色彩表现。


而在相机中,HDR摄影则通常是在拍摄时通过连续拍摄多张不同曝光值的照片,然后将这些照片合成为一张HDR图像。这种方法可以在一张照片中捕捉到从明亮到暗淡的更广泛的光线范围,使得最终图像在明暗之间具有更大的对比度,细节更加丰富。




HDR认证:标准与乱象并存


现在大家应该已经直观地感受到了HDR相比传统SDR图像的画质提升。随着HDR的普及,厂商推出了许多不同标准来规范行业。然而,各家的标准不同,太多的标准让初次接触HDR的新手感到困惑。其中有些标准能带来顶级体验,而有些则显得华而不实。为了更好地分辨,行业内对HDR进行了分级。

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从2016年开始,许多电视厂商开始在电视机上加入HDR功能。但早期,这些电视更多的是“支持HDR”,而非真正能够完美显示HDR图像。我们知道,HDR图像具有极高的动态范围和色彩。要完美显示HDR图像,显示器必须具备超高对比度和高色域。而早年的一些电视虽然芯片或面板支持HDR,但并不能正确显示HDR图像的效果,这就是俗称的“假HDR”。在那一年,假HDR电视成为了一个负面代名词,因为它们比传统SDR电视贵很多,效果却不尽人意。


HDR图像存储了每个位置的亮度数值,而传统背光无法精确控制每个区域的部分亮度,这就是早年假HDR电视的一个问题——没有分区背光。分区背光技术允许显示器单独控制一个区域的灯珠亮度,从而获得更高的亮度和对比度。理论上,分区背光的区域越多越好,但这需要算法的支持。


说到这里,你可能会想到另一个技术:OLED。确实,理论上OLED才是HDR的最佳搭档。与传统的LED不同,OLED可以单独控制每个像素点的开关和亮度大小,拥有近乎无限的对比度和超高的色彩范围。然而,即便到了今天,OLED电视的价格依旧不是普通人可以接受的,其普及还需要时间。

言归正传,下面我们来深入探讨一下HDR认证。在选购显示器时,切莫以为只要具备HDR认证就万事大吉,这种想法很容易让我们陷入早年市场上那些虚假HDR电视所设下的陷阱。目前,电视领域主流的HDR认证主要包括四种:HDR10、HDR10+以及杜比视界。而在显示器领域,最为广泛采用的则是Display HDR认证。

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HDR10是由蓝光协会、UHD联盟、HDMI共同制定的标准。然而,该标准在技术要求上相对较低,因为它所涵盖的图像均为静态,这意味着理论上无需支持动态范围即可获得认证。这一特性使得HDR10成为了早年HDR电视机最为广泛采用的认证之一。


在此基础上,HDR10+技术的诞生,旨在与杜比视界相媲美。相较于HDR10,HDR10+在显示画面亮度上实现了动态调节,使得每一场景都能呈现出独特的HDR效果,为观众带来更为细腻且富有层次感的视觉盛宴。

杜比视界的全称为Dolby Vision,相较于前两种HDR标准,杜比视界HDR的要求更为严格。使用杜比视界视频和电视均需通过杜比公司的认证,且认证过程需要支付费用。因此,杜比视界通常只在售价较高的设备上出现。该技术由杜比实验室开发,能够针对每个场景甚至是每一帧进行调整,从而让用户看到更丰富的色彩和细节。与HDR10相比,杜比视界的亮度上限为10000nit,远高于HDR10的1000nit,色深也从10bit提升到了12bit。然而,由于授权费用高昂,市场上出现了HDR10+。

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Display HDR是VESA制定的HDR标准,是目前业内首个公开的标准,已有超过270家公司参与。VESA协会制定这一标准的目的是解决业界标准混乱的问题。目前主要有Display HDR400、600、1000、1400等几种认证。获得这些认证的要求如下:Display HDR400要求白点亮度≥400nit,边角黑亮度≤0.4nit,色域至少为95%的sRGB。驱动板需支持10bit处理,显示面板不能低于8bit。Display HDR600的要求则分别为600nit、0.1nit、色域增加到99%的sRGB,并增加对90%的DCI-P3的支持。至于1000和1400档位与600档位大致相同,主要区别在于亮度和边角黑亮度的要求。需要注意的是,Display HDR400的显示器虽然支持HDR,但效果可能并不理想。另外,一些电视声称「支持 HDR 输入」,实际上是指可以播放HDR视频,但无法以HDR模式显示。


由此可见,HDR技术无疑是显示领域的一大进步,它正引领着我们的视觉体验迈向全新的境界。透过深入探究HDR的工作原理、认证标准,以及其未来发展,我们得以更加明智地挑选合适的显示设备。这一技术的进步,无疑为我们的日常生活增添了一抹璀璨的光彩。






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