黑科技背后是匠心 和索尼资深工程师谈画质&HDR

2016-10-06 14:25:46     作者:风景独好      来源:中国IT研究中心

标签: 智能电视 索尼电视

毕竟现在还愿意踏踏实实花3年时间开发一款电视的能有几个?而集体陷入浮躁中的中国互联网电视企业们,最缺的不就是这份工匠精神吗?

      在2016年8月10日的Z9D首发现场,来自索尼公司的资深电视研发工程师小仓敏之在介绍完Z9D所采用的各种技术后漫不经心的说了一句话却让在场所有人都难以忘怀:“We know everything about TV!”

  短短1个月时间之后,我们在日本东京索尼BRAVIA总部再次见到了这位曾经放出“狠话”的技术大拿。虽然这次交流的重点依然围绕着被不少人誉为“地表最强黑科技电视”的Z9D,但通过和小仓敏之先生的进一步交流后,很多关于Z9D的研发背景,以及更多国内消费者前所未闻的技术细节逐步浮出水面......而正是这些细节,让人对“We know everything about TV!”这句话也有了全新的体会。

  小仓敏之(Toshiyuki (Toshi) Ogura)个人简历:

  1983年加入索尼电视事业部,负责TV图像技术研发;1997年底前往索尼美国,负责电视机整机的研发;2004年返回日本继续从事电视机整机研发。2007年调入Digital Imaging事业本部,负责相机和camcorder技术战略,并担任Hardware community负责人。2012年至今进入改组后的HE&S事业部,负责索尼的电视技术战略。他几乎参与了自80年代之后,几乎所有索尼主要电视机的研发工作。

  我们的交流首先要从HDR说起。因为HDR已经成2016年彩电行业最热门的技术,但国内绝大多数专业媒体对HDR的理解还停留在某款电视能达到多少多少nit尼特亮度就是好的HDR电视的层面,事实究竟是怎样呢?

  关于HDR技术

  提到HDR,就不得不提到“transfer function(传递函数)”这个概念。

  不管是摄像、拍照还是显示都会用到“transfer function(传递函数)”。它可以分为EOTF电转光(Electro-Optical Transfer Function)和OETF光转电(Optical-Electro Transfer Function)两种。电视机成像就是典型的EOTF,既将电信号转换为光信号。而拍视频则是OETF光转换为电的过程。

  而行业里目前常见的HDR转换函数有两种,一是SMPTE(电影电视工程师协会)主导的ST2084,即Perceptual Quantizer技术;另一种则是ITU(国际电信联盟)主导的Hybrid Log-Gamma(简称HLG)技术。这两种技术的主要区别如下:


  ST2084/P.Q 目前为电影行业里大名鼎鼎的杜比公司所采用。这种技术基于EOTF传递函数(侧重拍摄端),定义了最大亮度为10000cd/m2,它的特点是,定义的最大亮度基本超过了当今电视面板所能达到的极限。电视画面的亮度在面板的最大亮度之下,而对于超过面板最大亮度的部分,画面的信息就会出现丢失。因此它相对更适合电影、纪录片的应用。

  而HLG则被BBC/NHK这两个电视行业的大咖所推崇,因为它基于OETF传递函数(侧重显像端),并没有定义最高亮度数值,但由于基于elative(相对)的关系,可以达到1200%的亮度动态范围。因此HLG可以让设备呈现更宽广的对比度,信号中出现了高于面板最高亮度的信号时,信息也不会丢失。更适合用在现场视频直播等大部分场合。

  说完HDR的传递函数,再看当今行业里的几个主流HDR技术。分别是杜比公司的Dolby Vision,HDR10、HLG和Prime/SL-HDR1。

  Dolby Vision与HDR10均遵循ST2084/P.Q,因此两者大致规范基本相同。而Prime/SL-HDR1更侧重传输标准,也可以暂时忽略,主要的对比还是要看HLG。


  小仓敏之表示,HLG和Dolby Vision与HDR10相比,最大区别就是HLG是relative(相对)的系统,而Dolby Vision与HDR10是一个absolute(绝对)系统。前者用相对值表示亮度变化,而后者用绝对数值标注亮度。

  举个栗子,如果一台电视最大亮度低于ST2084的上限,那么HDR内容中的这部分亮度信号就无法完全重现(但并不会完全丢失,因为它采用了display mapping方式映射),画面的细节、对比度都会受到损失。而在HLG相对系统中,由于亮度变化都是相对值,因此在用摄像机拍摄的OETF部分就能实现准确的亮度对比关系。而基于HLG的电视机即便拥有不同的最大亮度显示能力,也都能根据相对值自适应,准确的反映出各个部分亮度的变化、对比。

  除此之外,HLG还可以实现对标准SDR电视(也就是目前市面上大量的非HDR电视)的支持,本身也属于免费技术标准。相比之下HDR10虽然也是免费,但却不能对SDR电视实现兼容,更别提需要额外编码解码器,以及授权费的Dolby Vision规范了。

  索尼目前的做法是支持HLG(即BRAIVA上的4K HDR)。但是作为一个理性而客观的工程师,小仓敏之并没有完全否认Dolby Vision与HDR10的优势,他依然非常可观的评价了这几种技术流的优缺点,他表示选择何种技术是厂商根据自己的产品特点,以及希望带给用户的画质决定的。

  尽管我们已经用了尽可能通俗的文字,但这部分的知识还是非常专业。普通用户只要知道,索尼使用的HDR技术并不过分追求某一个数据的绝对值大小,而是更符合电视机的成像原理,也更善于再现画面细节以及对比,这就够了。

  “准确”是索尼画质的精髓

  其实索尼每次推出电视机新品的时候,都会组织一个非常特别的“小黑屋”环节。里面通常会放置几台不同品牌,档次相当的电视机进行画质实际对比。和之前在国内的时候相比,这次设在总部的“小黑屋”体验环节由于具备更好的软硬件环境,给我们的的收获也更多(依然无法拍照)。

  这次的小黑屋环节里一共设置了6台电视机,其中2台索尼自己的Z9D,1台今年的次旗舰X9300D,1台竞争社的OLED电视,以及1台竞争社的旗舰量子点HDR电视。此外还有一台价值30余万元人民币的广电专业级R/G/B OLED监视器BVM-X300用于这些民用级电视画质表现的参照物。

  首先说说黑位表现。

  一般认为OLED电视由于基于自发光原理,其黑位表现可以用完美来形容。

  但小仓敏之表示,目前市面上的OLED电视和这次用作参照物的RGB OLED监视器相比,显示方式上还有这很大的区别。目前民用级的OLED电视只是采用白光OLED作为发光源,其依然需要彩色滤光片;为了弥补亮度不足的问题而加入了白色子像素后,又让白平衡的调校难上加难。所以目前市面上的OLED电视很难做到很好的色彩还原准确度,尤其是在显示较暗的画面时,色彩偏移问题会更加严重(相反专业级的RGB OLED监视器是RGB三原色的每一个子像素都独立发光,不需要彩色滤光片,因此白平衡很好控制)。

  另一个问题就是涉及到“Gradation(渐变)”,现在的OLED技术虽然可以做到很深邃的黑色,但还无法实现精准的Gradation(渐变),这就导致在电视机在显示一些比较暗的场景时,无法做到精准的黑度渐变。


  以上图为例,同样是黑白照片,右侧由于拥有更好的(渐变)能力,灰阶更丰富,图像中能看到的细节和信息量更大,而左侧的图像层次和细节相对就少了不少,。

  索尼工程师设置了一个拥有极丰富和轻微变化的灰阶图像信号在这几台设备上分别重现。那台专业的X300 OLED监视器无疑有着最完美的表现,画面中央的纯黑到边缘的灰白过渡,有如奶油在口腔中逐渐化散开来那边细腻无痕,Z9D的表现确实不如X300那么细腻,但让人惊讶的是也绝对看不到任何色阶的存在,只是扩散的柔和度有所差异;另一竞争社的旗舰液晶整体画面发灰发白不说,色阶也极为粗犷(每一个色阶之间约有1-2指的宽度),而OLED的表现最让人大跌眼镜:占据屏幕中央30%左右宽度的部分完全一片死黑,没有任何过渡和层次,边缘灰白的部分则出现明显的偏色,更别提两者之间一样粗犷的色阶效果了。


  这是民用级OLED的Gradation表现,有些惨不忍睹。但Z9D的显示效果普通相机无法拍摄,所以没有照片展示

  让Z9D拥有高度接近专业级监视器灰阶显示能力的,除了来自X1 Extreme引擎中新的14bit平滑渐变功能,其实和背光系统也有着极大的关系。

  Z9D在硬件上和普通电视相比,最大的特点就是采用了名为“BacklightMaster Drive(动态背光系统-大师版)”的背光系统。和传统直下式LED背光技术相比,这个系统一是采用了高密度的矩阵式背光,二是可以对每一个LED实现独立控制,三是通过特殊的结构可以防止各个LED颗粒间出现光的干扰。

  这套背光系统到底有多厉害?其实在Z9D的发布会上小仓敏之曾有过一个短暂的展示,当时一台Z9D工程机去除了液晶面板层,观众仅观看背光,就能看出一个有着清晰轮廓和细节的黑白影像!


  所以Z9D一是可以利用强大的背光系统实现精准的背光亮度控制,再结合液晶层通过液晶分子偏转对光线的控制,最终实现了非常接近专业级RGB OLED监视器的“Gradation(渐变)”性能;而民用级的OLED只能通过面板底层的白光OLED调节最终画面的亮度,无论精度还是亮度等级都相距甚远,最终表现出来糟糕的灰阶性能也就不难理解了。

  可能会有人质疑,电视机需要显示丰富的画面色彩,仅用黑白做“Gradation(渐变)”效果对比是不是没有什么实际价值?实际上这是一个误区:因为灰度渐变性能是液晶电视机图像的基本性能之一,如果电视机不能再现准确的灰阶,那么影响的将是所有颜色表现。

  小仓敏之表示,索尼设计出具有高度接近专业监视器的电视机,并不是为了炫耀,因此他们不会对外界公布Z9D采用了多少LED颗粒,以及能够达到多少的峰值亮度(这些都是其他彩电厂商惯用的悬窗手段)。索尼一直都认为好的画质,一定是可以准确再现视频信号本身的状态(也可以理解为准确还原视频创作者所刻画的镜头语言),而不是一味强调色彩多么华丽,对比多么强烈。

  在实际视频片段的画质比对测试中,他的观点也不断得到验证:不管是CG的卡通片,还是经4K高清电影摄像机拍摄的影片,Z9D的色彩风格、明暗对比都和X300这台30多万元的专业监视器高度接近,民用级OLED电视虽然看起来色彩的饱和度高,更艳丽,但是一种典型的偏夸张的风格和监视器里导演试图表现的画面有着很大的不同(如果不是X300这台专业监视器的对比,我们或许很难理解准确的色彩、明暗还原到底是什么概念)。

  Z9D将成为液晶电视史上划时代地位的产品

  液晶电视经过十余年的发展,无论是技术还是产业链,早已相当成熟。一般的企业研发一款新品,最短只要个把月时间。但小仓敏之表示Z9D的研发却早在3年前就已经开始了,对于一台液晶电视而言,这个研发周期可谓相当的漫长。


  客观的说,索尼电视在CRT时代远比现在日子好过得多。在2004年,平板电视即将迎来普及的时间节点,索尼曾推出了一款至今都让不少视听发烧友念念不忘的CRT机皇“HR36”。在被问及Z9D是否和当年的HR36有着相似的地位时,这位老索尼人的答复却让人有些意外:他并没有觉得HR36有多么传奇,相反Z9D则是一款在液晶电视史上有着更重要地位的产品。

  因为HR36虽然是索尼最后一款旗舰级CRT电视,但其本身并没有采用太多创新,各种技术都是高度成熟的,可能只是因为是最后一款CRT的缘故才会让人念念不忘。从工程师角度看,缺乏技术创新是最大问题。而Z9D虽然也诞生在液晶技术高度成熟、完善的时间段,但无论是背光系统、画质引擎系统,都采用了大量创新的技术,不仅画质达到了液晶技术的最高值,甚至和专业级RGB OLED监视器之间的距离也触手可及。

  这就是他敢说“We know everything about TV!”的底气所在吧!

  其实就在最近2~3年时间,随着国内彩电行业一大堆各色互联网品牌的杀入,我们的耳边一点也不缺乏类似“革命、颠覆”一类的豪言壮语。而传统彩电企业也往往会被贴上“保守、暴利...”一类的标签,似乎一夜之间就成了消费者的敌人。

  但通过这次交流,索尼这个被认为是传统彩电企业代表的品牌,所展现的技术实力和产品研发态度却不得不让我们尊敬。毕竟现在还愿意踏踏实实花3年时间开发一款电视的能有几个?而集体陷入浮躁中的中国互联网电视企业们,最缺的不就是这份工匠精神吗?


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