高動態範圍為何犀利 HDR技術深度解析

近些年以來，HDR成為了電視和投影機廠商宣傳的一個新噱頭，曝光率越來越高。但是作為一個新興的技術，很多人其實對它還知之甚少，今天我們就來科普一下，HDR技術到底是什麼？

高動態範圍為何犀利 HDR技術深度解析

HDR既是High Dynamic Range的縮寫，翻譯成中文就是高動態範圍。高這個詞大家都知道是什麼意思，所以要解釋HDR是什麼，我們應該明確的就是DR，也就是動態範圍的概念。其實動態範圍是一種用數學方式來描述某個給定場景的亮度層次範圍的技術術語，直白的說就是指一個圖像中最亮處和最暗處之間的比值。HDR技術就是讓圖像明亮的地方更亮，而黑色的地方更黑暗。

HDR技術的應用

人眼所能感受的亮度範圍大概為10-3—106nit，所能感受的瞬時對比度範圍可達10000：1，而目前消費級液晶顯示器的亮度一般在300—400nit左右，其亮度範圍一般為2000：1。因此，人眼的亮度分辨能力遠高於當前主流的顯示設備。而HDR顯示技術就是要提升顯示的亮度範圍，讓我們看到的圖像色彩更加絢麗。

人眼的亮度分辨能力遠高於當前的顯示設備

HDR技術的實現是通過與原來不同的伽馬曲線來完成的，另外目前關於HDR的轉換函數有兩種，一種是電影電視工程師協會主導的感知量化技術，也就是ST2084，使用該技術的就是Dolby Vision，轉換方式為電信號轉換為光信號（EOFT）。另一種是國際電信聯盟主導的HLG，使用的轉換方式為光信號轉換為電信號(OETF)。

其實HDR的誕生並不是很久以前的事，2015年8月27日美國消費者技術協會公布了HDR10標準，嚴格意義上來說從那一天開始HDR才真正走進了我們的生活，就像今天所有的HDR電視都支持這個標準。

HDR畫面

但是HDR10並不是唯一的標準，HDR的標準有四個：Dolby Vision、HDR10、HLG和Prime/SL-HDR1。關於這四個標準也有過一番唇槍舌戰。今天我們就來聊聊之前吵得火熱的格式之爭。首先Prime/SL-HDR1是Technicolor公司與飛利浦合作的一套標準，屬於傳輸定義，我們就不做過多討論了。今天我們主要聊得就是Dolby Vision、HDR10、HLG這三個標準，關於這三個標準的參數區別大家可以看下圖。

關於HDR三種標準的對比

我們先來說HLG，其實HLG的推出目的很簡單，就是簡化HDR的製作流程。Dolby Vision和HDR10遵循的都是電信號轉換為光信號，所以後期需要進行內容再製作。但是對於24小時播放的電視台節目來說，如果把所有的信號都進行HDR編碼，那將會是無比巨大的工作量，顯然這是不現實的。而相對於Dolby Vision和HDR10，HLG的轉換方式為光信號轉換為電信號，也就是在拍攝的時候就可以直接完成HDR的編碼，後期不再需要耗費大量的精力。因此HLG對於電視節目來說是非常合適的。另外從上圖我們可以看到，HLG沒有明確標識亮度範圍，而是採用彈性的百分比，它所提供的動態範圍為1200%。正是因為這個特點，它對於舊電視或新電視都非常使用。綜上所述，HLG在未來很可能成為HDR電視廣播信號的主流格式。

HLG未來可能成為電視廣播信號的主流格式

關於Dolby Vision和HDR10，首先我們要知道的是，它們都遵循ST2084，因此兩者其實可說是同門師兄弟。但是Dolby Vision版本可以生成HDR10版本，反過來卻不行。而HDR10是免費授權的通用版本，它的色深為10bits，使用靜態元數據，不兼容SDR。因此可以說HDR10就是制定標準得人為了照顧大部分設備的性能而得出的一個妥協產物。而Dolby Vision採用了雙層編碼技術，在SDR內容的基本層上再增加支持HDR的增強層，從而達到兼容SDR的目的。因此在這裡我們可以說HDR10就是包含在Dolby Vision裡面的一個子集。Dolby Vision相對於HDR10提供了更多的功能。

在這裡我們就可以得出結論了，所有支持Dolby Vision的設備均可以支持HDR10，不存在多HDR格式之間的兼容性問題。而相對於Dolby Vision和HDR10，HLG則更加適用於電視信號領域。因此之前吵得火熱的格式之爭或許根本就不存在。

關於HDR技術，前面我們已經聊得夠多了，那麼他在實際表現中究竟怎樣呢？經常光臨中關村在線投影機頻道的小夥伴們應該還記得，就在前不久，我們對索尼的VPL-VZ1000激光電視進行了一次全面體驗。這款產品就帶有HDR功能，在現場展示中，我們看到HDR的畫面確實在亮度和色彩表現方面相較於普通湖面有了一個質的飛躍。大家可以看下圖。

現場展示中增加了HDR技術的畫面效果有了質的飛躍

當然，我們的現場體驗可不僅僅是看看他的現場展示。我們對VPL-VZ1000激光電視的HDR畫面效果進行了現場實拍。從下圖中我們可以看到，左面是HDR功能開啟後的畫面表現，右面則是沒有開啟HDR功能的效果。從圖中可以看出，HDR功能開啟後畫面的對比度更強，亮部細節更加突出，而暗部的表現則是更加黑暗，同時畫面也更加有感染力。

HDR功能開啟和關閉效果對比（左為開啟）

另外還想在這裡和大家分享一下我自己對於HDR的觀影體驗。前一段時間，筆者在杜比影院觀看了《蜘蛛俠：英雄歸來》。實際的觀影中，首先Dolby Vision的畫面確實比普通3D要亮的多，另外不得不說的就是，在融合了HDR技術之後，對比度的確有了一個很明顯的進步，顏色對鮮明，整個畫面非常絢麗多彩。

未來，HDR肯定將會成為電視與投影機廠商的新賣點，但是如果僅僅是在技術上兼容HDR，而不能在亮度和色域方面達到HDR的要求，實際效果的提升也是微不足道的。

HDR畫面效果的關鍵點還是亮度和色彩

科技的發展讓我們的生活更加美好

從本質而言，HDR其實就是畫面整體亮度範圍的大幅度擴展，而這裡面不僅只局限於白色的亮度，還需要牽扯到其他的色彩。就像我們經常提到的色域，它其實是一個立體空間，當所有色彩的亮度都得到提升之後，整個色彩空間就能大幅度增加，但是如果僅僅是提升某一點色彩的亮度，是不足以帶動這個空間亮度增加的。這就是所謂牽一髮而動全身的道理。未來無論是電視還是投影機，想要獲得好的HDR畫面效果，最關鍵的點還是是亮度輸出與色彩表現。色域範圍越廣，亮度越高，就能充分地釋放出HDR高動態畫面的真正的潛力。

HDR作為一個新崛起的黑科技，大幅的提升了圖像的亮度層次範圍，確實為我們帶來了更加絢麗多彩的畫面，目前這項技術廣泛應用於電影電視等領域，未來在亮度和色域方面取得突破，HDR一定會為我們重新定義電視畫面的。好了，關於HDR今天就和大家科普到這裡，不得不說的是，今天的我們都是幸運的，飛速發展的科技為我們帶來了過去想像不到的完美觀影體驗。未來，一定會更美好。

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