离间光明与黑暗 HDR电视显示技术扫盲

2016-03-16 19:39:35     作者:风景独好      来源:泡泡网

标签: 智能电视 HDR电视

2016年开始,似乎电视圈的所有非互联网品牌都在讲一个词,HDR。继3D、4K、曲面、量子点、OLED等最近几年火热的新技术过后,HDR将成为2016年显示技术的必争高地,而且各家都已经完成了相应的产品布局。

       2016年开始,似乎电视圈的所有非互联网品牌都在讲一个词,HDR。继3D、4K、曲面、量子点、OLED等最近几年火热的新技术过后,HDR将成为2016年显示技术的必争高地,而且各家都已经完成了相应的产品布局。


  尽管HDR在摄影圈是个早已被念叨多年的词语,然而HDR电视的概念可以认为是在2016年才初现雏形。那么,这个叫做HDR的东西是什么显示原理?又有什么技术特性?在目前我所接触的各电视品牌的技术描述中,索尼是为数不多可以成体系的将HDR技术普及清晰的品牌。

  1、HDR的意义:为了扩展图像中亮部和暗部对比以及影像细节而生

  科普HDR,肯定是从已知应用最成熟的领域来说,我最早也是通过摄影开始接触HDR技术的。HDR是高动态范围图像的缩写,其中动态范围是指亮度高低的范围和对比度,高动态范围拥有更加宽广的明暗亮度范围和更高的明暗对比,它是为了扩展图像亮部与暗部区域的对比以及影像细节表现。文字表述有点生硬,咱们这么看:
  
  这是两张在地铁上使用手机拍摄的清晨日出风光,拍摄时我针对不同区域测光对焦。按照相机的测光程序,它有两个选择,帮我保留画面中“亮”或者“暗”的某一个部分细节,所以我得到的图一是太阳轮廓很清晰,而且光线的过度均匀,但前景死黑;而图2基本看不到太阳的形状了,天空也丢失了清晨朝霞的艳丽,但前景车体的轮廓更明显。这两种图像风格均是手机在不同测光条件下正常拍摄的图像,然而它们都与肉眼看到的情况大不相同。
经过HDR处理,天空的亮度和色彩信息被最大化保留,同时暗部细节得到了很大程度的还原

  在手机或是相机所拍摄的24位JPG图像中,经过压缩的图像格式并没有更多空间去保留更多色彩和“亮度”信息,所以在面对这种明暗光线“亮度”差别很大的场景时,单次曝光的图片只能尽量保留高亮度区域细节或者黑暗部分,无法同时留住高亮和暗部图像的细节,也就是无法还原出人眼所看到的真实明暗对比,HDR技术便是为了还原更多的明/暗部位图像细节而生。

  2、HDR实现:电视背光控制、信号处理、片源缺一不可

  上面的实例中,讲解的是仅仅静态图像应用下HDR技术的原理和意义,HDR处理过的照片可以对等于我们平时所说的片源。对于电视系统而言,它要解决的是如何还原HDR片源所想要表达的宽广动态范围。
  
典型的明暗场景下不同物体亮度值

  在真实世界里,能够将光线反射到人眼的物体都会表现出色彩和亮度,例如上图,它标注了在明亮和黑暗环境下不同物体的亮度数值,最高亮度除以最低亮度就是这个画面下的最大对比度,它也对应着这个场景下的动态范围。对于电视而言,现有技术水平还无法做到还原人眼观看的真实光影对比情景,这与电视自身的显示技术限制有关,同时视频(片源)的拍摄和传输同样制约着电视对明暗光比的表达。
  

即便是SDR,在前期拍摄时也能够达到100000:1的高动态范围,然而在信号传输时,为了照顾显示设备的对比度性能,动态范围被压缩到了1000:1

HDR技术的视频信号传输、终端显示设备都能达到100000:1的高动态范围

  目前为止,我们接触的绝大部分影视片源都是基于“标准动态范围(SDR)”制作的,注意,我们指的并不是拍摄。HDR电视和片源格式出现之前,数字摄像机已经可以制作远高于电视还原能力的动态范围。然而为了照顾显示端的技术显示,拍摄的视频内容需要“压缩”处理,输出到电视的视频信号便从相对较高的动态范围压缩到标准动态范围。HDR技术电视因为信号处理和背光技术的提升,他们具备表达HDR片源的硬件实力,所以拍摄阶段的高动态范围信号便可以通过近似无压缩的形态输入到电视,至此,也就完成了从视频拍摄、传输到电视解码、输出画面的全HDR表达。

  3、HDR技术很NB?光影质感提升明显,但只有放HDR片源时才能看出效果

  说了半天技术原理,那么HDR电视到底有多好呢?我们来看看SDR与HDR信号在普通和HDR电视上的画面差异。
  

  上图中两台电视均为索尼的4K超高清电视,位于上方的是索尼16年新品X8500D电视,下方则是非HDR的15年电视X8000C。看到对比图像我们先别忙着玩大家来找茬,想想一下这个场景大致光影应该是什么样子的:平静的湖泊倒映着阳光明媚的山景,太阳在斜上方2点钟方向,远山一侧背光一侧顺光,前景的汽车也是如此。

  表现在两台电视上是什么效果呢?一眼看去,两台电视整体高光都很到位,但并没有明显的亮度溢出,远处山峰的白雪与植被间还保留着细节,天空没有过度曝光的死白。然而阴影的表达呢?差别最明显的区域在左侧前景中的两辆汽车,上图HDR电视表达出了顺光和逆光的光影,而下方电视中黄色货车背光面亮度并没有得到有效压制,车头黄色引擎盖区域和车身侧面阴影里的车体亮度对比并不算明显。此外,红色轿车车头的引擎盖和侧面也能表现出暗部的“不自然”表达。
  

  这个夜晚场景的对比则主要在高光部分,两台电视对比最明显的是HDR技术的整体光亮感更强,这包含了更高亮度的灯光、灯光映衬的地面和汽车。HDR电视能够表现出透过车窗看到地面灯光的光影细节,而下方SDR电视为了照顾暗场的黑色表达,压低了整体画面的亮度,灯光也就不那么有魅力里,车体的平滑和金属质感也被隐藏。

  4、HDR电视 到底要不要剁手搞起?

  看过HDR的好之后我们再来泼点冷水,还记得对比的前提吗?“SDR与HDR信号在普通和HDR电视上的画面差异”,也就是说,享受HDR效果有两个前提条件,电视能支持HDR技术,而且还得有HDR片源。与4K视频的现状类似,目前市面上支持HDR技术的电影并不多,今年的新闻都还在说某某发行方将在2016年推出HDR版本的电影碟片、某某视频网站将开始支持HDR技术等,截止目前来看,HDR技术在电影行业仅仅处于起步阶段。
  

  另一种情况,你购买了一台HDR电视但又没有HDR内容时,这种电视会比普通电视更好吗?答案或许是肯定的,因为HDR电视的需要更精细的背光控制能力。然而,HDR电视在播放SDR内容时提升的效果又十分有限,影片编码时被压缩的内容是无法通过电视的画质处理去还原的,两者差别更像是非HDR时代高画质电视区别普通画质电视的差别,差异主要是因为背光设计的不同,与HDR技术无关。

  索尼55X8500D 4KHDR电视,国美在线,8999元点击购买
  

索尼X8500D(16年新品)

  最后,各位可能还有一个疑问没有被解答,说了这么多HDR电视,它到底值不值得买。关于这个话题,我们来看看索尼这两年的具体产品。首先是最入门的4K电视,X8000C,这个电视只有索尼基本的4K迅锐PRO和MotionFlow XR动态优化技术在撑腰。而进化到X8500D之后,原来的塑料外壳换成了金属边框的精致机身,体态也比上一代电视更薄,技术层面更是有最新的HDR技术和特丽魅彩扶持。综合以上配置提升,两者官方报价仅仅是7499和8999元的差别,这1500元其实并不会过多为难把索尼4K电视作为目标的用户群体,我个人认为差价换来的性能提升还算是物有所值,更何况HDR极有可能成为未来一两年内大制作电影的技术标配。■


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