【技術貼】當我們討論 HDR的時候，不只是在討論亮度

當代生活，我們都渴望更加清晰的顯示效果。因此在代表高清晰度的4K/8K、代表高流暢度的高刷新率之后，更加「好看」的HDR視頻正在悄然出現在我們的生活中。

HDR 究竟代表著什么？HDR能給畫面帶來多大的提升？市面上又有哪些關于HDR的標準呢？

這篇文章花費了非常多的精力，我盡可能保證每一個專業名詞都有通俗的解釋，如果有不對的地方也歡迎指出來，我們共同進步，謝謝大家。

HDR 是什么？

事實上目前絕大多數手機用戶接觸到 HDR 應該都來自于今年年初發布的三星S10+ 手機，這是第*款通過了HDR10+認證的手機。

HDR High Dynamic Range高動態范圍圖像，是相較于SDR Standard Dynamic Range標準動態范圍而言的另一種顯示效果。

我們都知道顯示器很難還原出我們眼睛真實看到的事物，這主要是因為人的眼睛的「參數」實在是太過恐怖了。

根據維基百科的數據顯示：同樣的一件物體，無論是把它放在明亮的日光下，還是把它放在昏暗無月的星空下，人眼都能正常觀測到它。而無月的星空之下物體的反射光強度只有烈日下的1/1,000,000,000，這意味人眼的動態范圍相當于90dB。如果換算成檔，則相當于整整30檔。而現在比較主流的IPS顯示設備的對比度只有1000:1，這就導致顯示設備在日常顯示的時候會出現肉眼可見的壓縮失真。

HDR要解決的就是這種失真，擁有更高硬件要求的HDR可以提供更好的動態表現和畫面細節，尤其是亮部和暗部的細節對比提升，能夠讓整個畫面的表現。

簡單說就是「亮處不過曝，暗部有細節」。

HDR 要什么？

高亮度

作為 HDR 最重要的參數之一，亮度直接決定著HDR的亮度動態范圍。亮度越高，顯示設備亮度范圍越大，HDR效果也才可能越好。

目前市面上主流的HDR標準都把顯示設備的*高亮度限制在了1000nit，最低亮度通常都低于1nit。雖然和人眼還有非常大的差距，但是也遠遠強于目前主流顯示設備的亮度。

另外要注意的是，HDR并非是簡單的「亮度高」，而是因為亮度能夠升高因此能夠為畫面提供額外的亮度細節，例如太陽、金屬反射、爆炸等等畫面，HDR設備宣傳的*高亮度通常也是指畫面中一小部分短時間能夠達到的*高亮度，而并非是整塊屏幕的持續*高亮度。

簡單來說，就是「需要亮的時候才亮」。

高色域

所謂色域就是顯示設備能夠正確顯示顏色的范圍，色域越廣，顯示的顏色就越多。

目前的主流電視設備支持的色域通常是BT.709色域，而HDR的顏色標準通常是P3，甚至是BT.2020，從下圖就可以看到這三個色域之間的差距。

高色深

除了色域，色深也是HDR提升的重點。

通常來說色準相同的前提下，色域相同的顯示器就能夠顯示相同的顏色，但事實上影響顏色顯示的還有色深，事實上色域的概念就是在「同一色深」的前提下提出的。簡單來說色身就是指同一種顏色能夠擁有多少種灰階，類似于「一種顏色的不同亮度」。

色深的單位是 bit，也就是大家選購顯示設備時常見的6bit、8bit和10bit，色深越多，能夠顯示的顏色就越多，而且相同顏色之間的過渡也就越自然。

目前市面上比較主流的產品都是8bit色深，R\G\B三色單個擁有256 位色彩（2 的 8 次方），組成的像素就有16777216種顏色（256的3次方），也就是常聽到的1670萬色；而 10bit色深的單個像素擁有1024位色彩（2的10次方），組成的像素就有1073741824種顏色（1024的4次方），也就是常聽到的10.7億色，是8bit面板的64倍。

另外面板還可以通過FRC像素抖動技術來提升色階，也就是傳說中的「6抖8」、「8抖10」的技術，這種技術可以模擬高色深面板，在日常生活中很難感受到和原生面板的差別，并且價格比較低；但是和原生面板直接對比還是能感受到二者的區別的。

不過要注意的是，和Hi-res小金標一樣，想要欣賞HDR視頻，需要內容（片源）、解碼芯片和播放設備三者全部符合HDR標準才行。目前市面上絕大多數宣傳支持HDR的電視基本上都是只支持HDR解碼，面板上還是無法支持這么高的硬件要求，大家選購的時候還是不要迷信 HDR。

常見的 HDR 標準有哪些？

HDR10

美國消費者技術協會（CAT）在2015年推出的HDR10標準是目前行業內最受歡迎的標準，當然肯定不是因為HDR10免費，而是它確定了HDR行業發展的標準和未來前進的方向。

HDR10的標準包括：17.6檔動態范圍調節、10bit/12bit 色深、BT.2020色域等，這些都成為了未來HDR發展的基礎要求。

而最重要的是HDR10帶來了PQ感知量化，這也是目前行業內最強的HDR標準Dolby Vision 杜比視界和HDR10+使用的技術。

這個技術非常復雜，我盡量用通俗的語言和大家探討一下，如果我說的不對也歡迎在評論區告訴我，我會虛心學習。

簡單來說，PQ量化感知能夠將視頻內的亮度信息通過絕對數值來進行量化，峰值為 10000cd/m2，任何視頻內的任何亮度信息都在0-10000的數值區間內。這就保證了即使是在不同的視頻播放設備上，還原的亮度都是盡可能一致的，這就能保證HDR最重要的亮度還原的準確性。

但是由于是絕對數值，PQ受到硬件的影響非常大：由于封頂亮度高達10000nit，如果你的設備最大亮度只有 1000nit，那原視頻中1000—10000nit的部分也不會顯示出來，無論怎么調對比度也不會顯示。

這項技術的轉換方式為SMTPEST2084，簡稱ST2084，根據函數曲線，1000nit亮度的屏幕可以顯示75%的信息，簡單來說夠用了。PQ技術和我下面會提到的HLG混合對數伽馬成為了目前HDR技術的兩大流派。

HDR10目前應用范圍很廣，并且認證不收費，常見的設備包括經過認證的中高端電視、Xbox one、PS4、Apple TV等。

值得注意的是，HDR10對亮度并沒有明確要求，300—1000nit都可以支持HDR10。

Dolby Vision 杜比視界

作為老牌視聽公司杜比推出的HDR標準，Dolby Vision推出時間是早于HDR10的，但是由于要求過高，而且要收費，導致目前支持的設備并不多。

Dolby Vision要求設備支持10000nit的峰值亮度（目前限制在4000nit，ST2084標準下可以顯示90%信息）、最低0.007nit的黑場亮度、BT.2020 色域、12bit 色深，目前市面上基本沒有設備可以達到這個要求。

和HDR10相比，Dolby Vision除了硬件上的要求，更重要的是支持了「逐幀動態元數據」，HDR10上使用的是靜態元數據，播放時設備會根據整個影片的最亮和最暗來調節影片的顯示效果；而Dolby Vision 的動態元數據調節則可以根據某一個場景，甚至逐幀調節信號，讓每一幀都能以最合適的亮度進行播放。

另外在專有芯片的支持下，Dolby Vision 可以實現 HDR 和 SDR 的雙兼容。

因此 Dolby Vision 更像是 HDR10 的高階版本，同時杜比作為 HDR10 的定制者之一，Dolby Vision 也可以向下兼容 HDR10。

目前支持 Dolby Vision 的設備也不少，從 iPhone X 開始的 OLED 屏幕的 iPhone 都支持 Dolby Vision，索尼、LG 的高端電視也都有這項功能，內容上還有Netflix、迪士尼、華納等制片廠進行支持。

HDR10+

和HDR10不同，HDR10+是三星搞出來的，不過也是免費的開放標準。

HDR10+最大的提升也是支持了動態元數據，除此之外也支持*高4000nit的亮度和10bit 面板色深。

目前支持HDR10+最積極的還是三星本星，除此之外松下也有部分電視支持HDR10+，國內即將發售的一加7T也支持；軟件方面比較慘淡，只有亞馬遜Prime Video和20世紀?？怂沟壬倭績热萏峁┓街С?。

HLG混合對數伽馬

上面三種 HDR 標準使用的都是PQ技術，接下來要介紹的是主要面向廣播電視使用的 HLG。這項標準由英國BBC和日本NHK 聯合開發，為的就是簡化HDR技術，使其適應性更強，更加便于推廣。

和PQ使用的ST2084曲線不同，HLG使用的是OETF曲線，這種曲線并不會將亮度絕對化，而是處理為相對值，最大亮度并不定死在10000nit，而是根據設備的不同而進行動態調整。

這就使得HLG標準的HDR視頻即使在不支持HDR視頻播放的設備上，也可以通過SDR的標準進行播放，并且畫質損失比較小，這大大提升了兼容性。

另外由于HLG使用的電視行業使用的YUV編碼（Y-亮度信號、UV-色差信號），HLG甚至可以兼容CRT黑白電視，適合用戶群體龐大的電視臺。

另外HLG也是免費的。

Display HDR

這項標準面對的是顯示器，有 VESA 在 2017 年推出，分別有 HDR400、600、1000 三個檔。

由于篇幅的關系就不展開講了，大家可以看下面的參數。

值得注意的有兩點：

1-顯示器由于有刷新率和響應時間的顯示，因此盡管通常尺寸比較小，但是想要達到和電視相同的HDR效果往往是更難的。

2-顯示器HDR不是平均亮度越亮越好，因為顯示器的使用距離相對于電視來說和人更近，因此太亮對眼睛不好。

總結

這里我們引用公眾號「極客灣」老張老師文章中的表格給大家展示一下目前主流的HDR標準的對比。

可以說，HDR顯示是顯示領域下一個發展重點，目前來看無論是行業內還是消費者都對 HDR充滿了興趣，但是揠苗助長式的HDR普及要不得，希望廠商們不要光顧著刷假認證，專心于產品才會有更好的結果。

再次重申一次：想要欣賞HDR視頻，需要內容（片源）、解碼芯片和播放設備三者全部符合 HDR 標準才行。

相信我，真正的HDR效果不會讓你失望的。不信？去索尼店里試一下就知道了。