iPhone X都來湊熱鬧了，HDR究竟是有多火？

iPhone X的發布，又一次刷新了蘋果手機的價格上限，與此同時也帶來了諸多嶄新的技術，除了Face ID、A11、OLED這些大腕之外，還有一項對於手機屏幕有著質的提升的HDR技術。在此之前，HDR技術已經在彩電行業捲起了一波熱浪，幾乎成為所有入門級彩電以上的標配功能。從電影院、彩電再到手機，HDR一直都被委以重任，為何這項技術會受到顯示行業的熱捧？下面我們就來簡單聊聊。

iPhone X同時支持了HDR10和Dolby Vision兩種HDR標準，基於OLED面板。這帶來的最直觀的感覺，就是手機上的畫面，更加接近於真實世界的樣子。色域覆蓋和亮度增加，帶來更高的色彩空間，這是除了解析度提升之外，最賞心悅目的改變了。

為何HDR顯示近兩年才火起來？

HDR真正誕生的時間是2015年，美國消費者技術協會公布了HDR10標準，並提供17.6檔的動態範圍，但這之前我們在數碼相機、手機上早就聽聞HDR了。其實「此HDR」非「彼HDR」。數碼相機時代的「HDR」是通過演算法調光校正不同亮度下的色彩和細節，歸根結底還屬於SDR的範疇。而真正的HDR有著嚴格的硬體標準，以及一套完整的工業體系。

拍攝上需要能記錄高動態範圍的攝影機、後期處理上又需要HDR演算法處理（不同的視頻場景還需要不同的參數調整）、傳輸上需要更大的寬頻支持、放映上需要解碼支持，以及廣色域高亮度硬體的支持。

顯示技術上一切的努力都是圍繞還原更接近真實世界的畫面而進行。視頻技術的發展已經經歷了相當漫長的時間，影響視頻畫質的解析度、色深（灰度）、幀率、色域空間，都已經有了非常成熟的發展，而唯獨亮度動態範圍還停留在一個比較基礎的水平——SDR時代。

而行業迫切需求新的色彩空間標準來指導視頻和顯示技術的發展方向。HDR可以說是隨著硬體技術的進步應運而生的，比如亮度可以達到1000nit、色域達到Rec.2020，這都是近些年才廣泛發生的硬體革命。

HDR為何更能接近真實世界的畫面？

什麼樣的體驗叫做終極視覺體驗呢？我們觀看電視電影最想獲得的是什麼樣的效果呢？其實不過是再現我們在自然界中體驗到的視覺享受罷了。要想用顯示設備模擬人眼所觀察到的世界，必須具備三個關鍵的要素：清晰度、亮度動態範圍（HDR）、顏色。

視頻技術和顯示設備的解析度最高已經達到了8K，色域也早就到了可以「以假亂真」的地步，可以你卻從未驚呼過，電視里的太陽好刺眼。

真實世界中，最高亮度來源是太陽，可達到10^9cd/m2，最暗的莫過於黑暗中微弱的星光10^-6cd/m2。而人眼系統能捕捉到大動態範圍裡面的10^5cd/m2，人眼雖看不到整個範圍，但有一定適應性，通過瞳孔的放大和縮小來適應不同的亮度動態範圍。比如睡前關燈之後的1秒左右，會覺得眼前一片漆黑，但是瞳孔放大之後眼前的一切又逐漸清晰。

某些高端攝像機可以將10^5cd/m2亮度記錄下來，高端的顯示設備也能還原出這個亮度，但是視頻格式的記錄和傳輸，還是沿用了50年前的SDR的標準，最大只能承載到10^3cd/m2。無法滿足人眼視覺系統對於環境光線感知的需求。

或許你會質疑亮度那麼高有什麼用，亮瞎眼？然而事實是，亮度和色彩是不可分割的孿生兄弟，它們之間共同構成了一個新的概念「顯色體積」。當亮度動態範圍和色彩相結合時，就會形成立體的色彩空間。這個立體色彩空間就可稱之為「顯色體積」，它意味著視頻格式能帶來多大的色彩數量。如果離開亮度談色彩，就會變成偽命題。

舉個例子，視頻中觀看火山噴發和煙火表演，無論視頻畫質多清晰，總是沒辦法體驗到親臨現場的那種壯闊。原因就在於，雖然視頻中有火山噴發和煙火綻放時的準確顏色，可是這個顏色沒有在合適的亮度下來展示，比如火山噴發有1500nit，但顯示設備最高只有800nit，實際顏色的層次就會大大壓縮，從而沒辦法給到你真實的感受。

從理論上來看，所有定製顏色編碼的方法，無論是BT.709、SDR、HDR，都需要用色域空間×亮度範圍，才能變成一個立體的概念，更高亮度寬容度的HDR的顯示設備，才能把更極端亮度下的顏色和細節展現清晰。

HDR10和Dolby Vision有何差異？

HDR興起之初一度陷入了格式之爭，主流的三種格式包括Dolby Vision、HDR10和HLG。拋開原理不說，三者的區別非常簡單，Dolby Vision＞HDR10＞HLG。三者呈遞減關係，越來越簡化HDR的製作流程，也更方便於內容製作和目前帶寬條件下的傳播。從這種「包含」關係來看，格式之爭自然不攻兒破，他們都有各自不同的使命。

當然仔細來看他們的關係也並非如此簡單。Dolby Vision和HDR10是同門師兄，屬於SMPTE主導的Perceptual Quantizer技術（感知量化），也就是把電信號進行HDR編碼轉換為光信號。只不過，Dolby Vision的硬體要求更高，HDR10照顧到了更多普通的顯示設備。而HLG則是ITU（國際電信聯盟）主導的Hybrid Log-Gamma技術，在攝像機內直接完成HDR的編碼，將光信號轉換成電信號。

所以不需耗費大量後期工作的HLG廣泛運用在電視廣播領域，而Dolby Vision和HDR10主要運用在電影、電視劇領域。HLG目前還並非4K藍游標準的一部分，畫質上略遜一籌，但是貴在兼容性極高，甚至在CRT電視上也能呈現HDR的效果，但體驗可能不盡人意。

接下來我們主要看看Dolby Vision和HDR10之間的差異。HDR10相當於低配版的Dolby Vision，為了滿足大部分設備的平均性能而做出的妥協產物。而後者在前者的基礎上提供了更多的功能，擁有更好的表現效果。從表格中參數對比也可以看出，HDR10不兼容SDR，色深僅有10bit，使用靜態元數據，對不同設備性能間的映射能力不足。但是HDR10無授權費，也就有著更低的傳播門檻。

三星、索尼等電視廠商堅持了HDR10的標準，LG、TCL、創維等支持擁有更多功能的Dolby Vision。對Dolby Vision的支持，也就意味著同樣支持了HDR10。他們之間的差異在主流設備上而言，並不明顯。但是隨著顯示技術硬體性能的進一步提升，Dolby Vision將會被越來越多的企業採納。

HDR與SDR效果實測對比

談了這麼多HDR的特點及分類，接下來我們具體的實測一下，看看HDR與SDR之間有多大的差距。（圖片上部分為支持HDR10的電視播放HDR10影片的屏攝圖，下部分為不支持HDR的電視播放SDR影片的屏攝圖）

從這張《少年派的奇幻漂流》的屏攝圖中可以看到，HDR整體的亮度就要高SDR一截，亮度層次更加豐富，也讓對應的顏色更加豐富準確。所以HDR的整個畫面看上去通透不少，SDR像蒙上一層面紗。

人物的特寫也能夠清晰的看出兩者差異，HDR對皮膚顏色的描寫更加真實，在大逆光下，HDR對畫面的寬容度更高，人物臉部皮膚的細節、鬍鬚的細節、衣服的紋理都要強過SDR，而SDR顯得密不透風。

較暗的環境下，HDR更是表現出了亮度高動態範圍的實力，天空雲朵的層次感，三台逆光下飛機的暗部細節、朝陽的濃郁和生機HDR都明顯要更出色。

從實際的對比來看，HDR的表現效果幾乎擁有壓倒性的優勢。我們可以看到HDR帶來的不僅僅只是亮度的提升，而是在更高的亮度範圍中，攜帶有更豐富的色彩層次、灰度層次，以及對比度，這是在SDR時代不曾想像的。

總結：疲軟的顯示設備市場需要創造新的消費刺激，HDR無疑是重頭戲。然而我們不得不考慮一點，HDR是為內容而生的，這項新技術還面臨著內容匱乏的尷尬，而且這種尷尬並不會很快化解，因為內容創作是一次性的，越來越龐大的電視節目庫不可能整體升級，可以期待的只是增量，只有新內容可以用更高的技術規格進行製作。

除了iPhone X之外，還有Apple TV也擁有HDR10和Dolby Vision功能，並且還和最大的好萊塢製片商達成合作，促成它們將更多4K HDR搬到iTunes商店上；各大電視製造商也在積極同視頻運營商合作，越來越多的HDR內容將出現在各種視頻終端。我們離顯示設備上還原真實世界，又近了一步。

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