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HDR 原本是电视行业的一个名词，最近两年开始越来越多地出现在移动设备当中：首先是智能手机加入一项 HDR 拍照模式，然后有厂商宣称自家手机有一块 HDR 屏幕，紧接着有视频平台宣布支持 HDR 播放，HDR 的确是这么一项牵动整条影视产业链上下游的技术。 那么，HDR 到底指的是什么？蜂拥而至的营销信息是否掺杂水分？真正享受 HDR 内容需要满足哪些条件，我们将用前后 2 篇文章，为您讲清楚关于 HDR 所需要知道的一切。 1、什么是 HDR，HDR 划分标准有哪些？ 2、观看 真·HDR 内容需要满足的条件 本文是 HDR 系列内容的第一篇：什么是 HDR，HDR 划分标准有哪些？ HDR 是英文词组 High Dynamic Range 的缩写，直译过来就是“高动态范围”，这里的动态范围主要指的是图像的亮度、对比度（亮度的最小值与最大值之间的比率）。 自然界的物体显示到屏幕上，要经过拍摄 - 压缩 - 编码 - 传输 - 解码 - 显示 等一系列过程，如果最终图像能够在屏幕上完全无损还原人眼所观察到的景象，那么我们就不需要“高动态范围”这个词了，你可以认为动态范围是 100%。 人眼、HDR、SDR 的颜色范围对比 而实际上，人眼能感受的亮度范围约为10-³nit～106 nit （尼特，亮度单位），所能感受到的瞬时对比度范围可达10000∶1，而你眼前的这块屏幕，平均亮度也许在 300nit～400nit 左右，对比度可能在 2000∶1 ，可见屏幕要还原人眼所观察到的景象，还有相当漫长的一条路要走。 HDR 的色深在说明 HDR 所带来的画质提升之前，我们不得不先解释 SDR (Standard Dynamic Range)，即标准动态范围，这是目前影视内容制作的主流标准。无论是影视公司制作内容，还是屏幕厂商确定产品参数，无不需要遵循这一标准。 我们知道，每一种颜色都可以由红绿蓝三原色混合而成，在 SDR 标准下，三原色的亮度被划分成 256 级（0-255，也就是通常讲的 RGB 数值），这样，在 SDR 标准下一共可以显示的颜色种类是 1667 万种（256*256*256）。 256 是 2 的 8 次方，因此人为引入一个 8bit 的概念，被称为色深，表示 SDR 标准下所能还原的颜色种类的数量。 256 级是人为强制划分的，实际上一种颜色从最亮到最暗之间远远不止 256 种颜色，甚至可以无限划分下去。 在 HDR 标准下适用的色深是 10Bit，即红绿蓝三原色均被划分为 1024 级亮度（2 的 10 次方），这样所能显示的颜色种类数量为 1024 的 3 次方，约 10.7 亿，对比 SDR 标准是一个指数级的提升。 下图是 8bit 和 10bit 标准下所能显示的颜色对比，可以很明显地看到在 10bit 标准下，颜色的层次感更强。 8 bit 和 10 bit 所能显示的颜色对比 因此，HDR 所谓的高动态范围，其中之一指的就是颜色还原的亮度范围，HDR 10bit 色深标准的图像，拥有更加细腻的明暗颜色过渡，更加贴近人眼看到的真实情况。 而相机中所谓的 HRD 拍照模式，其实是在按下快门的瞬间连拍 3 张照片，1 张过曝，一张标准曝光，一张欠曝，最后通过软件算法将 3 张照片合成 1 张，截取更多的亮部和暗部细节。 这也是为什么使用早期的 HDR 拍照模式，手机需要一定的处理时间，因为处理器性能不够，而最新发布的 iPhone 8 系列手机，得益于 A11 仿生处理器的强大计算能力，已经把 HDR 功能设置为默认开启，几乎察觉不到照片合成造成的成像延迟。 SDR 和 HDR 图像对比 HDR 的色域与色深相对应的另一个概念叫色域，前者表示所能显示颜色的数量，后者表示所能显示颜色的范围。 目前民用 LCD/OLED 屏幕所覆盖的显示色域大概是 BT.709，约等于手机厂商宣传的 95% NTSC 色域（72%NTSC = 100% sRGB），近两年有不少手机和笔记本电脑开始支持 DCI-P3 色域，HDR 的色域标准是 BT.2020。 BT.709 和 BT.2020 的颜色还原范围如下图，也就是说，HDR 标准的 BT.2020 色域要远超过现有的色域，能够显示更加丰富的颜色范围。 人眼、BT.2020、BT.709 色域对比 HDR 是颜色显示数量和显示范围的一次跃升，在 HDR 标准下，图像拥有更好的亮部细节和暗部细节还原，色彩饱满，画质感强，能够更加丰富逼真地显示人眼所观察到的色彩。 HDR 能在一张图像中呈现从 145nit 到 14700nit 的亮度范围 如果说智能手机发展初期屏幕分辨率的飙升是对显示像素数量的提升，那么 HDR 则是对像素质量的一次全面提升。分辨率的提升需要在合适的屏幕尺寸和观影距离上才能感受到， HDR 则无论屏幕大小，观影距离多少，对画质的提升都是显而易见的，你甚至可以理解为是从黑白电视到彩色电视的革命性体验。 索尼公布的超高清画质标准，包含 5 个 维度的提升 不同的 HDR 标准任何一项新技术的普及都伴随着标准之争，就好比当下手机行业炒得如火如荼的全面屏，如果没有一家协会或者机构出来定义全面屏，那么谁都可以宣称自己是全面屏。当然，全面屏不是一个涉及上下游产业链的概念，因此制定相关标准也显得没那么必要。 说回 HDR ，为了定义图像还原能力是否真正达到相应的 HDR 标准，不同的机构制定了不同的 HDR 标准，你平常也许看到过某些电视或者显示器宣称支持 HDR10，这里的 HDR10 就是其中一种 HDR 标准。 支持 HDR10 的 Dell S2718d 显示器，我个人剁手了这台 在 HDR10 标准下对图像还原能力规定了一系列条件，其中就包括我们前面提到的 10Bit 色深和 BT.2020 色彩空间，以及其他一些规范条件，只有满足这些条件，才能宣称自己是 HDR10。 HDR10 是一个开源标准，也是目前你能看到的最普遍的 HDR 标准，HDR10 于 2015 年 8 月 27 日由消费者科技协会公布，迄今为止得到了戴尔，LG，三星，夏普，索尼和 Vizio 等监控和电视制造商的支持认可，索尼的 PS4 和 X Box One S 游戏主机均已支持 HDR10 标准。 在 HDR10 的基础上，2017 年 4 月 20 日，三星和亚马逊又联合搞了一套 HDR10+ 标准，主要提升在于逐帧切换场景下的亮度调节，HDR10+ 目前鲜有提及，据说亚马逊视频后续会提供 HDR10+ 标准的视频内容。 HDR10+ 标准公布 另外一个不得不提的重要标准是 Dolby Vision（杜比视觉），这是杜比实验室开发的一项超高清蓝光电视标准，和开源的 HDR10 不同，只有经过杜比实验室认证的设备，才能宣称支持 Dolby Vision 标准，而这个认证的过程是需要给杜比公司缴费的，这些费用也间接计算到设备成本里面，支持 Dolby Vison 标准的设备一般价格不菲。 LG Dolby Vision 画质和普通 SDR 画质对比 Dolby Vision 标准的色深进一步提升到 12Bit，显示器至少需要满足 4000 尼特的亮度，目前已经支持 Dolby Vision 超高清显示的电视有索尼、LG 等。 此外，使用于移动设备还有一个 Mobile HDR Premium 标准，其技术指标和 HDR10 类似，但是还有略低，大约为覆盖 90% 的 P3 色域和 500 尼特的亮度，相比之下，HDR10 标准亮度至少在 1000 尼特以上。 总结作为一项显示技术，HDR 用来表示颜色还原在亮度范围和亮度层级上的巨大提升，无线逼近人眼所看到的的真实画质，是内容和显示技术行业孜孜不倦的追求，分辨率和 HDR 分别代表了在像素数量和质量两个维度上所作出的努力。 HDR 正在从电视行业向移动设备普及，索尼 Xperia XZ Premium 搭载了世界上第一块手机 4K HDR 屏幕，LG G6 和 V30 也开始搭载 HDR 屏幕，HDR 有望成为手机曲面屏、全面屏之后，在移动显示技术上的又一次技术进化。 实际上，已经有厂商开始借 HDR 打擦边球宣传了，了解了 HDR 的原理和来由，下一篇文章我们会着重讲讲真假 HDR。 |
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