聊聊HDR

什么是HDR

High dynamic range (HDR) 顾名思义就是高动态范围，这里的高动态范围是跟SDR(Standard dynamic range)也就是标准动态范围比较的。

那么，如何理解呢？

先从显示的原理说起。我们知道，人类之所以能够看到物体，是因为物体表面反射了光到人的眼睛里，才会被人类看到/识别到。不同的物体对不同波长的光会有不同的反射/衰减程度，到我们眼睛里就是不同的色彩。而摄像机/照相机在拍照/视频的时候，就是把自然界里的光信号转换为电信号的过程，也是模拟-->数字转换的过程，这个转换的过程也就是模拟-->数字映射的过程。

举个不太严谨但是非常利于理解的简单例子，数模转换把不同的光照强度转换为大小不一的数字，由于摄像机/照相机的CMOS工艺的限制，这个转换必定是有最大值/最小值的，这个最大值和最小值的范围就是我们所说的动态范围。当然，HDR的动态范围，不仅包含光照强度的动态范围，还包括色彩空间的动态范围。

因此，HDR的图片/影响以提供更多的动态表现和图像细节，能够更好地反映出真实环境中物体所自有的视觉效果，因此更加接近人眼可见的真实画面，做到画面亮部不过曝，暗部细节清晰可见。

 

真HDR与假HDR

市面上有不少电视都号称支持HDR功能，可是当你将电视买回家使用后才发现，HDR看上去并没有改善画质，反而好像让画质更差了。这时候，你很可能就是买到了“假HDR”电视。这里所谓的假HDR也是大家常说的芯片支持HDR，指电视里内置有解码芯片，可以正常播放HDR的视频，不出错不花屏，但是没有做到真正HDR的显示效果。

不过要成为一台真正意义上的HDR电视需要具备多个方面。HDR技术和HDR解码芯片只是一方面，还需要注意查看电视是否符合相应的HDR标准，比如峰值亮度、动态范围、光控技术等方面。具体来说，你可以看下电视是否满足这四个标准：电视屏幕峰值亮度1000 nit以上；广色域，大于等于90%DCI-P3色域；支持动态区域背光控制；HDR10、HLG或杜比视界vision至少支持其中一种。

 

HDR的播放效果总是优于SDR吗

答案是取决于你的播放设备以及视频/游戏作者的创作意图/内容。

播放设备

如果你的播放设备(电视/显示器)是前文提的那种假HDR的设备，会造成HDR视频的播放效果反而不如SDR。

试想一个HDR视频的大光比的场景，最亮的地方有1000nit,最暗的地方0nit。画面里的其他部分亮度在0~1000nit之间。

你有两个电视，一个是假HDR，支持的亮度在10~200nit。一个是真HDR，支持的亮度范围在0~1000nit。

真HDR设备的显示效果：完美匹配HDR视频的播放场景。0~1000nit。暗的地方暗，亮的地方亮，层次分明。

假HDR设备的显示效果：为了让显示不出错不花屏，所有场景里亮度小于等于10nit的部分，都会被显示为10nit。所有亮度大于200nit的部分，都会被显示为200nit。此时，你会发现画面里，暗的地方糊成一片，亮的地方也糊成一片，画面里有些物体根本看不清楚/看不见。(当然，由于播放HDR是有不同的算法的，这里考虑的是将显示范围外的部分丢弃的PQ显示算法，指完全不会按照显示设备的亮度来进行“适配”。一台电视最大亮度到300尼特，就显示到300尼特，原片场景高于这个数字的直接一刀切，都按照300尼特显示，完全没有区分度；也有成比例重新映射的HLG算法，针对非HDR电视进行优化，把所有场景亮度尽量平均的往下降，在尽可能的在最大只有300尼特的电视下做出原本1000尼特之间的区分度，但是显示效果往往给人感觉很灰暗，像是蒙了一层布，这是因为HDR视频里高亮的场景往往比较少，大部分场景在600nit以下，而平均亮度的下降会导致本来应该明亮的场景会很灰暗，这里不在赘述过程)

创作意图与内容

就我个人感觉而言，人眼往往更青睐鲜艳/高亮度的图片/视频。有时候场景拍摄的时候确实比较暗时，严格按照HDR显示的真HDR电视，会看不清暗部的物体，而假HDR的电视，反而能看清暗部的物体。此时就会有人觉得假HDR的电视看起来舒服。所以确切的说，真HDR的效果是能够准确的还原视频本身/作者的内容。

 

HDR技术相关

HDR有些伤眼

我看到有的资料说：

• 人在长时间观看600nit以上的视频时会感觉眼部不适
• 也有人科普说正常自然界中的亮度轻松能供达到几千几万的nit，因此HDR不会伤眼。

结合我自身的体验，我买了sony的X90J这款电视，长时间看电视/玩游戏之后确实会感觉到有视疲劳，思考了一下，应该与人眼的构造有关：人眼是能够动态调节亮度的可视范围的。

相信大家都有这样的体验：

• 从很暗的地方一下走到室外(比如从幽暗的隧道/防空洞出来)，眼睛会一下子对强光受不了，很刺眼，但是过一段时间就会变回正常。
• 同样的，从明亮的室外走到幽暗的地方，会一下子看不清暗处的东西，感觉一片漆黑，但是适应一段时间之后，就可以看到一些暗处的物体。
• 还有一个例子，同样亮度的手机屏幕，我们在室外就会觉得很暗，有点看不清楚，但是回到室内就会看的很清楚甚至感到刺眼。

所以，我们在看电视的时候，往往是在室内，此时人眼的亮度范围调的比较低，所以即使亮度只有600nit或者1000nit，长时间观看之后也会不适。

 

色深

我们在以前常常听到XX手机或者电视支持1600万色(计算过程如下图)，那是因为在HDTV时期，8位色深最多可以显示1600万种颜色，而近几年，在支持10位色深的HDR10标准下，可以显示10.7 亿种颜色，但杜比视界的12位色深则更进一步，可以显示680亿种颜色，杜比视界相比HDR10能够支持更丰富的色彩显示。

动态数据元结构

动态数据元结构又是什么？它可以在视频流场景转换的过程中，将颜色和局部亮度信息进行实时修正，可以更准确地还原事物的本来面目，实现更好的显示效果。而HDR10只采用 静态数据元结构，在处理转换局部信息时，只能依照全局视频数据进行处理，无法让转换场景更加突出。

我们以同样支持 动态元数据的HDR10+标准为例，在同样的日出场景中，随着太阳的逐渐升起，你是能看到阳光是怎样逐渐照亮局部的云层和海面的，凸显出层次感；但放到HDR10里，可能就只会看到屏幕整体亮度在一点点的提升，没有“逐渐升起”的感觉。

 

 

参考链接

雷科技的知乎回答 https://www.zhihu.com/question/19774840/answer/998271233

直播新玩法背后的音视频技术演进 https://www.livevideostack.cn/news/weibo-hdr/

教你一招，轻松辨别真假HDR https://baijiahao.baidu.com/s?id=1695200148776294572&wfr=spider&for=pc