HDR что это такое в телевизоре

Одна из новых характеристик телевизора — это HDR. Как учитывать эту характеристику при выборе тв? Действительно ли так необходимы все его форматы? И что это такое — HDR в телевизоре?

Что такое HDR с технической стороны

Динамический диапазон изображения указывает на разницу яркости между самой светлой точкой на картинке и самой темной. Человеческий глаз лучше воспринимает в природе этот диапазон, чем телевизионная техника может передать. Поэтому для приближения изображения на экране к оригиналу потребовалась такая технология как HDR.

Задача расширенного динамического диапазона увеличить детализацию на видео. Детали картинки исчезают на темных или на светлых участках изображения. Например, в кадре яркое солнце и в итоге вокруг ничего не видно, пока яркость не падает. А вот с HDR будут видны детали картинки в яркой зоне, это и солнечные лучи и облака.

Технология HDR увеличивает естественность и реализм на картинке в видео.

SDR (Standard Dynamic Range) — стандартный динамический диапазон яркости, работает для обычных телевизоров и видео, это то к чему мы привыкли.

HDR — это яркие белые и глубокие черные цвета, а также больше деталей с каждой стороны. Расширенный динамический диапазон — это воспроизведение мира вокруг нас на дисплее.

Современные дисплеи неспособны воспроизводить мир таким, какой он есть на самом деле, потому что мир — это больше, чем просто пиксели.

Невозможно показать, как это выглядит, если ваш монитор не поддерживает HDR, но рассмотрите смоделированную фотографию ниже (от Dolby). Расширеный диапазон справа.

Представьте, что видны яркие отражения солнечного света на металлических поверхностях, или цветы на поле с такой окраской, которую обычный тв не отразит.

Телевизоры должны быть технически оснащены аппаратной составляющей для воспроизведения HDR видео. А это и лучшие матрицы, и производительные микросхемы, а это отражается на цене.

Увеличивают динамический диапазон путем увеличения яркости и увеличения количества градаций каждого цвета. Поэтому HDR видео воспроизводят экраны с максимальной яркостью не меньше 1000 нит, а цветовой охват таких экранов увеличен до Rec 2020. И здесь речь не просто об увеличении яркости, а именно об увеличении динамического диапазона, чтобы отразить больше градаций цвета и мы увидели больше деталей в яркой области экрана или в темной.

При этом сама матрица имеет на один канал цветности 10 бит, что дает 1024 оттенка на один субпиксель. Это почти миллиард оттенков цвета на один пиксель. Это все характеристики передовых телевизоров и дорогих.

Обычные матрицы для SDR имеют 8 бит и 16 миллионов оттенков.

Текущая цветовая гамма Rec.709, которая используется для HD-контента. Разработка для сферы производства и продажи Ultra HD – Rec 2020.

Чтобы понять то, насколько большой произошел скачок, стоит упомянуть, что Rec.709 охватывает примерно 36% видимого цвета для человеческого глаза, в то время как Rec.2020 – около 75%.

Производители телевизоров стоят примерно на полпути, так как большинство высокотехнологичных тв работают по стандарту DCI-P3, предоставляющего примерно 50% видимого цвета. DCI-P3 рекомендуется для проекторов, используемых в кинематографе, который шире, чем Rec.709, однако, не так хорош, как Rec.2020.

Для LED телевизоров с матрицей на жидких кристаллах очень важна точность подсветки матрицы для правильной работы расширенного диапазона. И local dimming (локальное затемнение) дает возможность дисплею повысить яркость и контрастность, что и нужно для HDR. Нужна подсветка Full Array с большим количеством зон затемнения.

Для реализации таких характеристик подсветки ввели квантовые точки (модели QLED, Nano Cell), или светодиоды подсветки заменили на microLED. А это все удорожает телевизоры.

Как видите, хорошая реализация возможна в дорогих телевизорах модельного ряда любой фирмы.

Простой телевизор неспособен отобразить небольшие различия в яркости, полутона сливаются в одно светлое пятно (в случае яркого участка изображения). С увеличением динамического диапазона становится больше пиковая яркость, увеличивается цветовое пространство, количество цветов и полутонов и уже становятся различимы детали на светлом пятне или на темном участке изображения.

Значения яркости, уровня черного и логотип Ultra HD Premium

Когда вы собираетесь купить телевизор, вы можете заметить на нем логотип Ultra HD Premium. Это означает, что аппарат обеспечивает уровень производительности, гарантирующий получение максимальной отдачи от источника HDR.

Стандартный телевизор выдает около 100–300 нит яркости. Один нит эквивалентен свету, который дает одна свеча, и еще нит — это единица измерения яркости, он равен канделе на квадратный метр (кд/м2). Теоретически HDR телевизор может обеспечить до 5000 нит.

Вышесказанное относится к LCD экранам со светодиодной подсветкой. Для OLED экранов, которые имеют низкую среднюю яркость и гораздо более низкий уровень черного, чем LCD дисплеи, пиковая яркость около 600 нит и уровень черного менее 0,0005 нит.

Светодиодные экраны с боковой подсветкой Edge не могут обеспечить достаточно высокий контраст. Вам необходима подсветка полным массивом Full Array, чтобы получить достаточный динамический диапазон для требований Premium HDR.

Знак Ultra HD Premium также может использоваться на проигрывателях и дисках Ultra HD Blu-ray, поскольку HDR является обязательной частью спецификации Ultra HD Blu-ray.

Экраны UHD без совместимости с HDR по-прежнему будут отображать изображение 4K в SDR (стандартный динамический диапазон) с Blu-ray Ultra HD. Они не смогут получить доступ к метаданным расширенного динамического диапазона, содержащимся в изображении.

Предлагая скорость передачи данных до 100 Мбит/с (примерно в пять раз больше, чем используется для потоковых фильмов), с точки зрения контента, Ultra HD Blu-ray лучше всего подходит для доставки видео HDR.

HDR в видео и фотографии

В отличие от HDR в фотографии, видео сразу снимается в формате HDR, если хотят увеличить динамический диапазон. При фотосъемке делается серия снимков с разной освещенностью (разной экспозицией) и с них компонуется фотография HDR. При видеосъемке никаких обработок сигнала нет. Изображение получается естественное.

Что общего в HDR для фото и для видео — это задача отобразить больше различных тонов, чтобы приблизить изображение к реальности. Ведь человеческий глаз имеет огромный динамический диапазон, может фиксировать большие значения яркости и при этом различать детали. Вся телевизионная техника только пытается приблизиться по характеристикам к человеческому зрению и окончание этого пути еще далеко.

Фальшивое HDR

Что делают для имитации HDR? Пытаясь улучшить картинку, создатели контента увеличивают искусственно цветность и контрастность. Цвета выглядят сочно и сама картинка контрастная, но детали в ярких и темных сценах потеряны.

В этом случае включение HDR на телевизоре может сыграть во вред качеству изображения на экране.

Так поступают и производители телевизоров, когда в обычном видео SDR повышаются яркость и контрастность после анализа изображения. Здесь цвета становятся сочнее, но это далеко не расширенный диапазон, детализация видео страдает.

Когда будет доступен HDR?

Это доступно прямо сейчас. Если вы купили новый телевизор за последние несколько лет, велика вероятность, что это телевизор 4K со встроенным HDR и он сертифицирован UHD Alliance.

Но как с его помощью смотреть HDR контент? Что ж, если у вас есть проигрыватель Blu-ray Ultra HD, или вы можете просматривать Amazon Prime, Netflix, ivi, Okko, MEGOGO, Apple TV+ или Disney+, или просто смотрите видео на YouTube.

Расширенный динамический диапазон также включен в стандартную комплектацию формата Ultra HD Blu-ray. Количество доступных дисков, не говоря уже о количестве проигрывателей, в настоящее время невелико. Но по мере того, как все больше и больше фильмов выпускается в формате, HDR действительно очень скоро станет мейнстримом.

Если вы используете потоковую передачу, вам потребуется широкополосное соединение не менее 25 Мбит для просмотра потокового HDR. Хотя Netflix использует так называемую адаптивную потоковую передачу, которая дает приоритет передовой технологии экрана над разрешением в случае недостаточной пропускной способности.

Форматы HDR

HDR видео означает передачу и воспроизведение пикселей с большим количеством информации о цвете и яркости всех пикселей. Такая информация хранится в метаданных. Есть динамические и статические метаданные.

Метаданные видеофайла — это дополнительные данные, которые вшиваются в видеопоток. Такая информация может быть самой различной от названия файла до технических данных. Например, дата или географические данные о месте создания файла.

Статические метаданные в видео HDR хранят информацию обо всем фильме и не изменяются во времени. Такими данными могут быть значение яркости, контрастности и др.

Динамические метаданные дают информацию о яркости, контрастности, цветности и остальном для каждой сцены фильма или даже для каждого кадра. Это намного лучше статических данных.

Формат HDR10+ использует динамические метаданные, которые позволяют алгоритмам анализировать каждую сцену для улучшения изображения на экране.

В настоящее время существует пять разновидностей HDR: HDR10, HDR10+, HLG, Dolby Vision и Advanced HDR от Technicolor.

Что такое HDR10?

HDR10 — это исходная и наиболее распространенная в настоящее время форма HDR. Это открытый стандарт, принятый многочисленными производителями, потоковыми сервисами Amazon, Netflix, Apple и Disney+ и ассоциацией Blu-ray Disc Association (BDA).

Согласно Ассоциации бытовой электроники (CEA), HDR10 должен соответствовать определенным стандартам, включая субдискретизацию цвета 4:2:0, глубину 10 бит и цветовое пространство Rec 2020. Он применяет эти конкретные стандарты к изображению, отображаемому на телевизоре.

Как правило, все 4K-телевизоры, представленные в настоящее время на рынке и в будущем, должны поддерживать HDR10. Это означает, что ваш телевизор будет совместим с наиболее доступными дисками Blu-ray 4K, плеерами 4K и потоковым контентом 4K — и он должен обеспечивать гораздо лучшее изображение, чем телевизор 4K без HDR.

HDR10 максимально приближен к стандарту. Производители могут использовать его бесплатно, поэтому он доступен повсюду. Каждый HDR телевизор может его декодировать, каждый видеосервис может транслировать его. Практически весь контент HDR имеет версию HDR10, в некоторых случаях вместе с более «продвинутым» форматом.

Проблема HDR10, если ее можно так назвать, в том, что у нее есть «статические» метаданные. Это означает, что для всего фильма или шоу существует один HDR образ. Это лучше, чем контент SDR, но он не позволяет в одном фильме улучшать яркие и темные сцены, ведь настройки применяются для всего видео один раз.

Этот универсальный аспект статических метаданных хорош, но не позволяет ни контенту, ни телевизору полностью раскрыть свой потенциал. Для этого вам нужны динамические метаданные, которые есть в большинстве других форматов.

HDR10+

Как вы догадались из названия, HDR10 Plus похож на HDR10. Плюс в этом случае — динамические метаданные, улучшающие статические HDR10. Это означает, что для каждой сцены, или даже для каждого кадра контент может предоставить телевизору всю необходимую информацию, чтобы он выглядел наилучшим образом.

HDR10+ задуман как расширенный формат, поэтому устройства, которые не могут интерпретировать этот сигнал, просто видят поток HDR10, который они могут декодировать.

HDR10+ может поддерживаться через HDMI 2.0b, HDMI 2.1 не является обязательным требованием.

Загвоздка в том, что это формат Samsung. Несмотря на обещание отсутствия лицензионных сборов (так что любой может использовать его бесплатно), это своего рода камень преткновения. Трудно представить себе мир, в котором LG охотно поддерживает новый формат, поддерживаемый Samsung. Другие телекомпании, вероятно, не решаются поддержать его по той же причине.

Dolby Vision

Dolby Vision сделала большой толчок для HDR. Как и HDR10+, он может иметь динамические метаданные. Стриминговые сервисы, такие как Netflix, Amazon, Vudu и Apple iTunes, поддерживают его, и вы можете найти его на некоторых Blu-ray Ultra HD.

Проблема с DV в том, что компании должны платить Dolby за его использование. С другой стороны, Dolby покажет им, как сделать так, чтобы их телевизоры улучшили изображение при просмотре контента DV. Так что для некоторых компаний это простой способ улучшить изображение на своих телевизорах.

Dolby Vision может иметь 12-битный или 10-битный цвет, в зависимости от распространяемого носителя. Динамические метаданные означают, что параметры HDR могут изменяться от сцены к сцене, а не фиксироваться для всего объекта.

HLG

Hybrid Log Gamma была создана британской BBC и японской NHK. В отличие от форматов, которые мы обсуждали до сих пор, он на самом деле обратно совместим с телевизорами SDR. Один сигнал, который работает как на старых, так и на новых телевизорах, очень важен для эфирного телевидения. Хотя, как вы понимаете, здесь есть и недостатки. В основном это качество картинки. Как и HDR10, HLG лучше, чем SDR, но не превосходит другие форматы HDR.

Advanced HDR от Technicolor

Advanced HDR от Technicolor — формат HDR, полученный при сотрудничестве LG и Technicolor.

Первоначально разработанный LG и Technicolor, формат впервые появился примерно в 2016 году. В телевизорах LG он использовался до 2019 года, когда компания внезапно удалила его поддержку из своей линейки 2020 года. Это фактически убило технологию (на данный момент).

Основная проблема, связанная с усилиями Technicolor, заключалась в отсутствии контента. По состоянию на сентябрь 2020 года мы не могли найти в продаже ни одного фильма с мастерингом в Advanced HDR или какого-либо потокового сервиса, который его поддерживает.

Что такое HDR10+ Adaptive?

HDR10+ Adaptive — это телевизионная технология, которая используется во многих высококачественных телевизорах. Это способ откалибровать настройки изображения для контента HDR10+ в зависимости от интенсивности света в комнате вокруг экрана телевизора.

Например, предположим, что вы хотите что-то посмотреть, но на улице яркий солнечный свет, который проникает в окно. Так вот HDR10+ Adaptive калибрует настройки изображения в зависимости от интенсивности света в комнате. Такая настройка может показаться вам незначительной, но это означает, что вы получите гораздо больше впечатлений от просмотра.

Что такое Dolby Vision IQ?

Принцип работы Dolby Vision IQ заключается в использовании динамических метаданных, закодированных в содержимом Dolby Vision. В сочетании со встроенным датчиком освещенности в телевизоре, с использованием закодированной информации для изменения настроек изображения происходит корректировка картинки в кадре для получения более точного изображения.

По сути, Dolby Vision IQ может сказать, что вы смотрите телевизор в ярко освещенной комнате, где теряется много темных деталей. Таким образом, телевизор сможет автоматически увеличивать яркость без необходимости заходить в настройки тв и делать это самостоятельно. Dolby Vision IQ также помогает изменять настройки изображения в соответствии с типом просматриваемого контента (фильмы, спорт и т. д.).