Технология hdr в телевизоре: что это?

Что нужно нужно знать о HDR экранах

Фото с сайта pixabay.com

Вводная информация

Высокий динамический диапазон (HDR) — это тот термин, с которым технологический мир столкнул нас совсем недавно. А до этого мы просто видели эту технологию в камерах, что позволяло увеличить глубину черного и делать изображения более живыми.

Теперь на рынке можно найти последнее поколение смартфонов с дисплеями HDR.Эта технология не имеет ничего общего с 1080p или 4K, но с высоким качеством цвета и особенно с высоким спектром цветов динамического диапазона.

Что такое технология HDR и как это работает

Фото с сайта pixabay.com
На самом базовом уровне динамический диапазон изображений и видео относится к цветовой гамме, которую мы можем видеть (или показывать) между самыми темными (черные) и самыми яркими (светлые) тонами.

Изображение с хорошим динамическим диапазоном может отображать более широкий диапазон тонов, таких как легкие серые тона, которые не совсем черные или цветовые акценты. Плохие или динамичные картинки и видео выглядят «вымытыми», показывают яркие полосы между похожими цветами, или темные области сливаются в гигантское черное пятно.

Канделы, контрастность и цветовая гамма

Фото с сайта pixabay.com
Фотографии HDR создаются в результате съемки нескольких снимков одного и того же объекта (обычно три) с разной экспозицией, а затем объединяя их в одну картинку. Таким образом, мы получаем изображение с очень большим динамическим диапазоном. Однако, чтобы наслаждаться этими невероятными изображениями, дисплей, на который мы смотрим, должен поддерживать HDR. То есть для отображения HDR картинки важны: яркость, контрастность и цветовая гамма.

Яркость дисплеев измеряется в канделах (единица силы света). Традиционные телевизоры предлагают яркость порядка 100-500 кд (он же нит) и контрастность около 4000: 1. HDR-дисплеи увеличивают эти значения примерно до 1000 кд и даже больше, а уровень черного составляет 0,05 децима и имеет очень высокий коэффициент контрастности 20 000: 1. Другими словами, для воспроизведения HDR-контента нам требуется значительно более высокий контраст и более высокая яркость, соответственно.

Дисплеи HDR предназначены для отправки старого формата Rec. 709 в прошлое и переход в Rec. 2020, который охватывает 76% видимого спектра. Сегодня в голливудских постановках используются недавно разработанные алгоритмы управления цветом, позволяющие исправлять мелкие цветовые ошибки в любой точке картинки, с любыми цветовыми координатами. Эта профессиональная технология позволяет воспроизводить точные цвета на каждом уровне яркости и создавать изображения, достойные мониторов самого профессионального уровня.

Глубина цвета: 8 бит или 10 бит

Фото с сайта pixabay.com
Чтобы облегчить использование технологий, уже существует несколько стандартов для контента HDR. Самым популярным из них является HDR10, он увеличивает глубину цвета мультимедийных форматов до 10-битного RGB для контента HDR (по сравнению с 8-битным, используемым в обычных телевизорах).

Глубина цвета относится к количеству информации, которая может быть сохранена и воссоздана для каждого из основных цветов: красный, зеленый и синий. В настоящее время 8-бит для RBG дает нам от 0 до 255 различных опций для каждого цвета RBG или в общей сложности 16,78 миллиона различных оттенков цвета при объединении. А 10-бит обеспечивает 1024 варианта для каждого основного цвета или всего 1,07 миллиарда оттенков.

Это значительно улучшает диапазон цветов, отображаемых дисплеями Dolby Vision — это конкурентный стандарт HDR10. Мы переходим к 12-битовому цвету и 10000 яркости.

Фото с сайта pixabay.com
Важно, чтобы устройство воспроизведения поддерживало HDR10 или любой другой цветной формат высокой четкости. Чтобы наслаждаться HDR-контентом, видео илифотографии должны быть созданы с использованием технологии HDR на камерах с низким уровнем шума

Затем файл должен быть закодирован в 10- или 12-битном формате с использованием видеокодека, который поддерживает дополнительные разрешения, включая H.264 или H.265. И, конечно, дисплей с необходимой яркостью и цветовой гаммой.

Тем не менее, само по себе наличие HDR не является гарантией качества отображения, поэтому перед покупкой стоит провести сравнение между различными моделями. Более того, нет окончательного стандарта HDR, и различные приложения и дисплеи могут показывать разные результаты.

Доступные форматы HDR

HDR (High Dynamic Range) буквально переводится как «высокий динамический диапазон», что, с одной стороны, соответствует идее технологии, но с другой стороны, значительно сужает ее. Наиболее важным в этом контексте является тональная гамма изображения.

HDR позволяет просматривать различные типы контента в качестве, которое имеет увеличенный разброс между самыми светлыми и самыми темными точками. В результате цвета становятся яркими, приобретают более естественную форму, а детали становятся более четкими. Это особенно заметно в сценах, которые сами по себе темные, но имеют яркие «пятна».

Поскольку на рынке существует несколько технологических стандартов HDR, важно знать, чем они отличаются, какие опции необходимы нашему оборудованию, чтобы их можно было использовать:

HDR10 – это базовый формат HDR, который поддерживается всеми производителями телевизоров или других типов экранов и телевещательными компаниями (в этом случае лицензия не требуется). Формат HDR10 использует 10-битную цветовую гамму (1024 цвета против 220 на типичных телевизорах).

HDR10 + – это улучшенный формат с точки зрения используемых метаданных – они динамические. Кодирование основано на 12-битном цветовом диапазоне (4096 значений цвета), что дает даже лучшие результаты, чем у базового HDR10. Разница еще и в сохранении данных (в формате Dolby Video каждый кадр – отдельный файл)

Важно отметить, что в случае поддержки этой технологии цена телевизора повышается.

Hybrid Log Gamma – это формат HDR, разработанный британской BBC (British Broadcasting Corporation) совместно с NHK, национальной вещательной компанией Японии.

Виды ХДР

SDR также намного дешевле для съемок, и BBC, естественно, не хотят отказываться от экономичного формата, на который все еще полагаются десятки тысяч зрителей.

Формат HLG позволяет обойти это «препятствие», кодируя информацию HDR и SDR в один сигнал, позволяя HDR-совместимым телевизорам отображать улучшенное изображение.

Hybrid Log Gamma использует так называемую «опто-оптическую функцию передачи», то есть процесс, используемый для преобразования широковещательного сигнала в свет, который отображается на экране вашего телевизора.

Равнение на телевизор!

Ситуации, когда технологические платформы вещания не соответствовали текущему уровню развития телевизоров, уже встречались в истории телевидения. Вспомним хотя бы конец 80-х — начало 90-х годов прошлого века, когда в мире стартовали проекты спутникового телевидения высокой четкости (ТВЧ) или, как говорят сегодня, HDTV-вещания. В Европе это были D2-MAC и HD-MAC, в Японии — система MUSE.

Так как во всех этих системах передавались телевизионные программы с форматом изображения 16:9, производители телевизоров в своих топовых моделях с размером экрана 28—32 дюйма начали массово переходить на широкий формат экрана. Соответственно, производители цветных кинескопов также закупили новое оборудование и перенастроили производственные линии под формат 16:9.

А дальше произошло непредвиденное: так как не удалось организовать массовое производство кинескопных HDTV-телевизоров, спутниковое вещание высокой четкости первого поколения в начале 90-х практически прекратилось. В результате перед производителями телевизоров встал вопрос: что теперь делать с широкими телевизорами, на которых стандартное для тех лет телевизионное изображение 4:3 воспроизводилось с черными полосами слева и справа? До второго пришествия HDTV, которое стало почти стандартом в наши дни, было еще очень далеко. Однако стараниями Sony, Philips, Grundig и Thomson эта проблема была решена в рекордно короткие сроки путем создания совместимой системы широкоэкранного телевидения PALplus в начале 90-х годов.

Техническое решение было удивительно простым и элегантным: вместо изображения формата 4:3 по эфиру передавалось широкоэкранное 16:9 в аналоговой системе PAL. Оно воспроизводилось без искажений на широкоэкранных телевизорах, но зато на квадратных кинескопах c экраном 4:3 при его воспроизведении были видны черные полосы сверху и снизу по 72 строки. Как говорится, клюв вытащили, а хвост увяз. Возникает резонный вопрос: а для чего нужно было вообще менять шило на мыло и от вертикальных черных полос в телевизорах 16:9 в «старом» PAL переходить к черным горизонтальным полосам в моделях 4:3 при передаче «широкого» PAL? А для того, чтобы открыть дорогу на рынок телевизорам с широким экраном, так как при воспроизведении изображения 16:9 их преимущества перед старыми моделями 4:3 становились очевидными и побуждали зрителей менять телевизоры. Таким образом телевизоры 4:3 постепенно вытеснялись из домохозяйств, и по истечении какого-то времени должен был произойти полный апгрейд парка абонентских устройств. Забегая вперед, отметим, что в конце концов так оно и произошло, так как сегодня модели с квадратным экраном встречаются все реже и реже.

Хотя на широкоэкранных моделях картинка при растягивании на всю высоту экрана воспроизводилась без искажений геометрии, она имела пониженную четкость. Чтобы восстановить исходное для PAL информационное разложение кадра до 576 строк, в составе телевизионного сигнала черных строк передавали дополнительный сигнал (как сказали бы сейчас, метаданные), helper, c информацией о потерянной в черных строках четкости. Обычные телевизоры этот сигнал не видели, а модели со специальным встроенным декодером выделяли helper и с его помощью синтезировали полноценное широкоэкранное изображение 16:9 с полной вертикальной четкостью 575 строк. Система передачи в системе PAL широкоэкранного сигнала с метаданными helper получила названия PALplus и позволяла получить на широкоэкранных телевизорах с декодером этой системы цветное изображение полной четкости.

Вот такое четкое изображение в формате 16:9 можно было видеть на экранах телевизоров PALplus

Как видим, на уровне развития телевизионной техники начала 90-х годов проблему улучшения картинки на новых телевизорах при обеспечении совместимости со старыми телевизорами удалось решить при помощи совместимой системы PALplus. Вещание в этой системе организовали ведущие европейские телевизионные компании, а крупные производители телевизоров начали серийный выпуск телевизоров PALplus. Правда, эта идиллия продлилась недолго — с началом цифрового телевизионного вещания DVB-T в Европе в 1996 году короткая история взлета и падения системы PALplus быстро завершилась.

В чем разница HDR и 4K?

По сути, это совершенно разные технологии, которые пересекаются лишь в характеристиках телевизора и часто стоят рядом. Обычно пишут ТВ 4k HDR. Чтобы понять разницу между ними, сначала рассмотрим обе характеристики.

4k-разрешение означает, что матрица содержит большое количество пикселей. Если точнее, 3840 точек в ширину и 2160 в высоту, что вчетверо больше FHD. При взгляде на картинку с 4k глазу не будет за что зацепиться. Не удастся заметить, как изображение мылит, имеет шероховатую структуру, видны отдельные точки. С UltraHD разрешением точки, из которых состоит картинка, не будут видны, а само изображение приобретет целостность.

HDR формат – система улучшения контрастности и точности цветопередачи. Она не зависит от количества точек, а лишь помогает им правильнее подбирать оттенок. Картинка с HDR в любом случае смотрится лучше. Причем, даже телевизор с FHD, в котором есть HDR, сможет передавать более сочное и интересное изображение, в сравнении с 4k без такой системы.

Итак, что такое Active HDR

Отличие основных стандартов HDR, а именно HDR10 и Dolby Vision, заключается в используемых метаданных. Говоря упрощённо, HDR10 использует статические метаданные, а Dolby Vision динамические. Метаданные содержат информацию о цветовых и яркостных параметрах картинки. Они нужны для правильного отображения отснятого на камере изображения, если пиковая яркость камеры выше, чем яркость телевизора, на котором это изображение просматривается. Т.е. нужно знать, как привести в соответствие параметры изображения и параметры телевизора.

Актив HDR фактически заменяет статические метаданные в режиме HDR10, получаемые единожды, на динамические, меняющиеся от кадра к кадру, чтобы более точно изменять параметры телевизора, такие, как яркость, контрастность, насыщенность, в зависимости от состояния текущего кадра. В этом смысле процесс обработки изображения в HDR10 становится похожим на Dolby Vision HDR, по определению работающий с динамическими метаданными.

Другими словами, телевизоры LG с Active HDR (равно как и Sony) не используют метаданные статической яркости в HDR10 (MaxCLL, MaxFALL), они фактически измеряют яркость кадр за кадром и генерируют динамические метаданные для контента HDR10, которые телевизор тут же использует для динамического управления своими параметрами.

Параметр MaxFALL означает максимальную среднюю яркость одного кадра из контента, а MaxCLL – максимальную яркость одного пикселя из всего контента. Установка статической яркости по одному пикселю может дать заниженное значение яркости телевизора при просмотре данного контента, и соответственно, не такой реалистичный эффект HDR. Поэтому Active HDR заменяет статические значение на динамические, выбирая оптимальную яркость подсветки для каждого кадра.

Таким образом, по алгоритму функционирования режим Active HDR похож на уже известный HDR10+ от Samsung, правда, пока еще не реализованный в конкретных моделях телевизоров.

Заключение

HDR-10 и HLG будут самыми распространёнными вариантами HDR, используемыми на телевидении. Dolby Vision (который в настоящее время гораздо менее распространён) используется с потоковым содержимым и на дисках.
Телевизор с меткой HDR Dolby Vision, нужно «кормить» содержимым именно Dolby Vision, чтобы увидеть HDR эффект. Но любой телевизор с DV будет поддерживать и стандарт HDR10. А его Active-реализация позволит выводить на экран более реалистично картинку.

Поскольку в то же время практически все, начиная с самых дешёвых моделей 4К телевизоров, поддерживают HLG режим, технология HDR Active делает 4К-телевизоры LG и Sony практически всеядными с максимально качественной реализацией HDR – широкого динамического диапазона.

Виды HDR

У технологии расширенного динамического диапазона существует несколько разновидностей. Они отличаются друг от друга действием и условиями поддержания функции.

Послесловие

Вот и все. Я еще нашел кучу разных пресетов для Dolby Vision, но поскольку контента в этом формате подавляюще мало, то пока публиковать его не вижу смысла. Тем более, что там нужно заморочиться и, например, скидывать специальный пресет-файл на флешку и импортировать его в телевизор помимо обычных настроек.

Как я и писал в начале, в целом калибровка телевизора дает намного более “киношные” цвета, а в играх становится совсем красиво и сочно. Особенно классно смотрится 4K HDR контент после калибровки, как будто в кино сидишь! Я так недавно посмотрел “Оверлорда”, например.

Тимур Сейфельмлюков

Его сиятельство HDR

В настоящее время большинство статей и рекламных материалов полны восторженных отзывов об изображении HDR, которое, согласно многочисленным тестам, зрители однозначно предпочитают обычной картинке. Еще бы, ведь даже яркость вспышки электросварки в популярной демонстрационной видеопрограмме HDR слепит совсем как в жизни. Так, что невольно хочется закрыть глаза. Что может быть лучшим доказательством эффективности новой технологии?

Здесь самое время вспомнить, что у любой медали всегда есть две стороны. Применительно к HDR второй стороной является побочный эффект повышенной нагрузки на зрение, который может сопровождать просмотр программ с широким диапазоном яркости. Вспомните, что даже телепрограммы с обычным яркостным диапазоном, верхняя граница которого редко превышает 150—180 кд/м², не рекомендуется смотреть более двух-трех часов в день. А теперь представьте, насколько возрастает нагрузка на глаза, когда темная сцена почти мгновенно сменяется ярким планом, на котором пиковая яркость в хорошем HDR-телевизоре может достигать 350—450 кд/м². По образному выражению, которое встретилось мне в Интернете, это почти то же самое, что посветить в глаз лазерной указкой. При этом если в реальной жизни такие перепады яркости случаются довольно редко (та же электросварка) и глаз вполне успевает адаптироваться к изменению освещения, то в кино сплошь и рядом после ночной сцены в следующем кадре мы видим уже сцену с ярким солнечным светом. А так как фильмы в системах домашнего кинотеатра смотрят, как правило, в затемненном помещении, сверхвысокая яркость HDR-телевизоров может создать зрителям определенные проблемы. Недаром же говорят, что недостатки зачастую являются продолжением достоинств.

Для того чтобы оценить размер бедствия, приведем классификацию HDR-дисплеев в зависимости от их пиковой яркости, которая изложена в принятой международной ассоциацией VESA в декабре 2017 года спецификации DisplayHDR CTS v1.0.

Спецификация предусматривает три вида HDR-дисплеев: DisplayHDR 400, DisplayHDR 600 и DisplayHDR 1000. В общем случае все три значения подразумевают максимально достижимую яркость экрана в кд/м². Таким образом, даже самый простой и бюджетный HDR-дисплей или телевизор может выдавать на экране яркость до 400 кд/м².

Эти замечания многим могут показаться надуманными, а сама проблема утомления глаз при длительном просмотре программ с расширенным яркостным диапазоном — несущественной и не заслуживающей внимания. Возможно, это и так, но не стоит забывать, что одной из причин безвременной и бесславной кончины 3D-телевизоров стало именно утомление зрителей от просмотра стереовидеопрограмм.

Впрочем, в Интернете эта тема уже активно обсуждается, и авторы ряда публикаций и статей дают простые и, на первый взгляд, весьма убедительные советы, как уберечь глаза от утомления. Наиболее очевидный совет — так настроить HDR-телевизор, чтобы он даже на пиках яркости не слепил глаза. Совет хороший, но он практически сводит на нет все преимущества новой технологии. Мне лично куда больше нравится предложение организовать достаточно интенсивную фоновую подсветку позади экрана телевизора. Она, с одной стороны, не отвлекает от просмотра программ и не засвечивает экран телевизора на темных сценах изображения. В то же время яркость подсветки должна быть достаточной, чтобы вывести глаз на «рабочий участок» его чувствительности, исключающей «засветку» при резкой смене яркости.

Таким образом, несмотря на то, что тема HDR сегодня очень популярна среди журналистов, пишущих о телевидении, и казалось бы, здесь трудно сказать что-то новое, на наш взгляд, имеется еще немало аспектов этой технологии, требующих дополнительного изучения.

Как выбрать HDR ТВ

При выборе телевизора с поддержкой технологии стоит обратить внимание на следующие параметры

• Битность. Чем больше бит используется для передачи видео, тем лучше. Лучше всего приобретать ТВ с Dolby Vision на 12 бит.
• Разрешение. Хотя HDR и делает более приятной даже картинку в разрешении FullHD, лучше, чтобы телевизор поддерживал 4K. Смотреть в нем контент с повышенным качеством гораздо приятнее.
• Разверстка. Этот термин обозначает частоту смены кадров на экране. Большинство ТВ низкой и средней ценовой категории обеспечивают 60 кадров в секунду. Но для полного погружения этого маловато (особенно для игр). Поэтому, если позволяют финансовые возможности, стоит купить телевизор, который поддерживает разверстку в 120 кадров в секунду.

HDR – аббревиатура от словосочетания High Dynamic Range (расширенный динамический диапазон). Технология используется в телевизорах. За счет передачи картинки по каналам на 10 или 12 бит она делает изображение более контрастным и насыщенным. Главный недостаток заключается в том, что в HDR выходит пока еще относительно мало контента. Большая часть – это полнометражные фильмы и сериалы с потоковых сервисов. Формат не используется широко даже в игровой индустрии.

На каких устройствах работает HDR+

Чисто теоретически HDR+ может работать на любом смартфоне с версией Android не ниже 5.0 (необходим Camera2 API). Но по соображениям маркетинга, а также из-за наличия некоторых оптимизаций, требующих специальных железных компонентов (сопроцессор Hexagon в Snapdragon), Google намеренно заблокировала включение HDR+ на любом устройстве, кроме Pixel. Однако Android не был бы Android’ом, если бы энтузиасты не нашли способ обойти это ограничение.

В августе 2021 года один из пользователей 4PDA сумел модифицировать приложение Google Camera таким образом, чтобы режим HDR+ можно было использовать на любом смартфоне с сигнальным процессором Hexagon 680+ (Snapdragon 820+) и включенным Camera2 API. Первое время мод не поддерживал ZSL, да и в целом выглядел сыро. Но и этого было достаточно, чтобы улучшить качество фотосъемки смартфонов Xiaomi Mi5S, OnePlus 3 и прочих до ранее недостижимого для них уровня, а HTC U11 так и вовсе получил возможность на равных соревноваться с Google Pixel.

Позже к адаптации Google Camera на телефоны сторонних вендоров подключились другие разработчики. Спустя некоторое время HDR+ заработал даже на устройствах со Snapdragon 808 и 810. На сегодняшний день практически для каждого смартфона, основанного на Snapdragon ARMv8, работающего на Android 7+ (в некоторых случаях и Android 6) и имеющего возможность использовать Camera2 API, существует портированная версия Google Camera. Частенько она поддерживается отдельным энтузиастом, но обычно таких разработчиков сразу несколько.

В начале января 2018-го пользователь XDA miniuser123 сумел запустить Google Camera с HDR+ на своем Galaxy S7 с процессором Exynos. Немного позже выяснилось, что Google Camera работала также на Galaxy S8 и Note 8. Первые версии для Exynos были нестабильны, часто падали и зависали, в них не работала оптическая стабилизация изображения и ZSL. Версия 3.3 уже достаточно стабильна, поддерживает оптическую стабилизацию изображения и ZSL и все функции Google Camera, за исключением портретного режима. А в число поддерживаемых устройств теперь входят несколько смартфонов Samsung серии A.

Где искать фильмы формата HDR?

Парадокс сегодняшней ситуации в том, что большинство владельцев продвинутых телевизоров 4K HDR, не говоря уже о монстрах 8K, не в состоянии полностью использовать возможности своих экранов. Фильмы в формате HDR – явление не частое, но ситуация постепенно меняется. Рассмотрим несколько вариантов того, как можно приобщиться к новой технологии.

Диски Blu-ray Ultra HD

Это самый качественный, но в то же время самый дорогой способ насладиться полным великолепием HDR. Просматривая диск Blu-ray, вы получаете высокую четкость, широкую гамму цветов и, зачастую, потрясающий объемный звук формата Dolby Atmos или DTS:X.

HDR – это уже практически стандарт для всех новых лицензионных дисков. Большинство из них записываются в формате HDR10, хотя и Dolby Vision не сильно отстает. Что касается самих плееров, то одним из лучших на рынке мы считаем модель Sony UBG-X700.

Стриминговые платформы

Наверное, никого не удивит тот факт, что крупнейшая стриминговая платформа в мире Netflix была одной из первых, поддержавших HDR. Сейчас ее каталог насчитывает несколько сотен наименований фильмов в форматах Dolby Vision и HDR10, главным образом, на английском языке.

Ограниченное количество фильмов HDR на русском языке предлагают платформы Megogo и Ivi. Относительно новый сервис Apple TV+ создает собственные программы в формате Dolby Vision – таких наименований пока немного, но их число растет.

Настоящую революцию в контенте HDR обещает нам канал Disney+, который с первого же дня своего вещания предлагает фильмы в передовом качестве. Только здесь можно увидеть легендарную сагу «Звездные войны» в разрешении 4K и в расширенном динамическом диапазоне. К услугам подписчиков, кроме прочих, фильмы киновселенной Marvel и новейший сериал «Мандалориан» в формате HDR. Точной даты запуска платформы в России пока нет, но, некоторым данным, это произойдет лишь во второй половине 2021 года.

Ограниченное количество контента, в основном, в виде непродолжительных клипов в форматах HDR10 и HDR10+ доступно на платформе YouTube. Dolby Vision пока здесь не поддерживается.