聊聊HDR

什么是HDR

High dynamic range (HDR) 顧名思義就是高動態范圍，這里的高動態范圍是跟SDR(Standard dynamic range)也就是標准動態范圍比較的。

那么，如何理解呢？

先從顯示的原理說起。我們知道，人類之所以能夠看到物體，是因為物體表面反射了光到人的眼睛里，才會被人類看到/識別到。不同的物體對不同波長的光會有不同的反射/衰減程度，到我們眼睛里就是不同的色彩。而攝像機/照相機在拍照/視頻的時候，就是把自然界里的光信號轉換為電信號的過程，也是模擬-->數字轉換的過程，這個轉換的過程也就是模擬-->數字映射的過程。

舉個不太嚴謹但是非常利於理解的簡單例子，數模轉換把不同的光照強度轉換為大小不一的數字，由於攝像機/照相機的CMOS工藝的限制，這個轉換必定是有最大值/最小值的，這個最大值和最小值的范圍就是我們所說的動態范圍。當然，HDR的動態范圍，不僅包含光照強度的動態范圍，還包括色彩空間的動態范圍。

因此，HDR的圖片/影響以提供更多的動態表現和圖像細節，能夠更好地反映出真實環境中物體所自有的視覺效果，因此更加接近人眼可見的真實畫面，做到畫面亮部不過曝，暗部細節清晰可見。

 

真HDR與假HDR

市面上有不少電視都號稱支持HDR功能，可是當你將電視買回家使用后才發現，HDR看上去並沒有改善畫質，反而好像讓畫質更差了。這時候，你很可能就是買到了“假HDR”電視。這里所謂的假HDR也是大家常說的芯片支持HDR，指電視里內置有解碼芯片，可以正常播放HDR的視頻，不出錯不花屏，但是沒有做到真正HDR的顯示效果。

不過要成為一台真正意義上的HDR電視需要具備多個方面。HDR技術和HDR解碼芯片只是一方面，還需要注意查看電視是否符合相應的HDR標准，比如峰值亮度、動態范圍、光控技術等方面。具體來說，你可以看下電視是否滿足這四個標准：電視屏幕峰值亮度1000 nit以上；廣色域，大於等於90%DCI-P3色域；支持動態區域背光控制；HDR10、HLG或杜比視界vision至少支持其中一種。

 

HDR的播放效果總是優於SDR嗎

答案是取決於你的播放設備以及視頻/游戲作者的創作意圖/內容。

播放設備

如果你的播放設備(電視/顯示器)是前文提的那種假HDR的設備，會造成HDR視頻的播放效果反而不如SDR。

試想一個HDR視頻的大光比的場景，最亮的地方有1000nit,最暗的地方0nit。畫面里的其他部分亮度在0~1000nit之間。

你有兩個電視，一個是假HDR，支持的亮度在10~200nit。一個是真HDR，支持的亮度范圍在0~1000nit。

真HDR設備的顯示效果：完美匹配HDR視頻的播放場景。0~1000nit。暗的地方暗，亮的地方亮，層次分明。

假HDR設備的顯示效果：為了讓顯示不出錯不花屏，所有場景里亮度小於等於10nit的部分，都會被顯示為10nit。所有亮度大於200nit的部分，都會被顯示為200nit。此時，你會發現畫面里，暗的地方糊成一片，亮的地方也糊成一片，畫面里有些物體根本看不清楚/看不見。(當然，由於播放HDR是有不同的算法的，這里考慮的是將顯示范圍外的部分丟棄的PQ顯示算法，指完全不會按照顯示設備的亮度來進行“適配”。一台電視最大亮度到300尼特，就顯示到300尼特，原片場景高於這個數字的直接一刀切，都按照300尼特顯示，完全沒有區分度；也有成比例重新映射的HLG算法，針對非HDR電視進行優化，把所有場景亮度盡量平均的往下降，在盡可能的在最大只有300尼特的電視下做出原本1000尼特之間的區分度，但是顯示效果往往給人感覺很灰暗，像是蒙了一層布，這是因為HDR視頻里高亮的場景往往比較少，大部分場景在600nit以下，而平均亮度的下降會導致本來應該明亮的場景會很灰暗，這里不在贅述過程)

創作意圖與內容

就我個人感覺而言，人眼往往更青睞鮮艷/高亮度的圖片/視頻。有時候場景拍攝的時候確實比較暗時，嚴格按照HDR顯示的真HDR電視，會看不清暗部的物體，而假HDR的電視，反而能看清暗部的物體。此時就會有人覺得假HDR的電視看起來舒服。所以確切的說，真HDR的效果是能夠准確的還原視頻本身/作者的內容。

 

HDR技術相關

HDR有些傷眼

我看到有的資料說：

• 人在長時間觀看600nit以上的視頻時會感覺眼部不適
• 也有人科普說正常自然界中的亮度輕松能供達到幾千幾萬的nit，因此HDR不會傷眼。

結合我自身的體驗，我買了sony的X90J這款電視，長時間看電視/玩游戲之后確實會感覺到有視疲勞，思考了一下，應該與人眼的構造有關：人眼是能夠動態調節亮度的可視范圍的。

相信大家都有這樣的體驗：

• 從很暗的地方一下走到室外(比如從幽暗的隧道/防空洞出來)，眼睛會一下子對強光受不了，很刺眼，但是過一段時間就會變回正常。
• 同樣的，從明亮的室外走到幽暗的地方，會一下子看不清暗處的東西，感覺一片漆黑，但是適應一段時間之后，就可以看到一些暗處的物體。
• 還有一個例子，同樣亮度的手機屏幕，我們在室外就會覺得很暗，有點看不清楚，但是回到室內就會看的很清楚甚至感到刺眼。

所以，我們在看電視的時候，往往是在室內，此時人眼的亮度范圍調的比較低，所以即使亮度只有600nit或者1000nit，長時間觀看之后也會不適。

 

色深

我們在以前常常聽到XX手機或者電視支持1600萬色(計算過程如下圖)，那是因為在HDTV時期，8位色深最多可以顯示1600萬種顏色，而近幾年，在支持10位色深的HDR10標准下，可以顯示10.7 億種顏色，但杜比視界的12位色深則更進一步，可以顯示680億種顏色，杜比視界相比HDR10能夠支持更豐富的色彩顯示。

動態數據元結構

動態數據元結構又是什么？它可以在視頻流場景轉換的過程中，將顏色和局部亮度信息進行實時修正，可以更准確地還原事物的本來面目，實現更好的顯示效果。而HDR10只采用 靜態數據元結構，在處理轉換局部信息時，只能依照全局視頻數據進行處理，無法讓轉換場景更加突出。

我們以同樣支持 動態元數據的HDR10+標准為例，在同樣的日出場景中，隨着太陽的逐漸升起，你是能看到陽光是怎樣逐漸照亮局部的雲層和海面的，凸顯出層次感；但放到HDR10里，可能就只會看到屏幕整體亮度在一點點的提升，沒有“逐漸升起”的感覺。

 

 

參考鏈接

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視頻技術演進 https://www.livevideostack.cn/news/weibo-hdr/

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