Что такое расширенный динамический диапазон
Что такое HDR в телевизоре
Содержание
Содержание
Сегодня поговорим о технологии HDR в телевизорах. Для ее демонстрации маркетологи любят показывать сочную и яркую картинку рядом с серым и унылым изображением. Мудрый пользователь тут же задаст вопрос: «А не хотят ли меня надурить очередным хитрым способом? Например, накрутив настройки изображения, добавив яркости и контрастности?» И да, и нет. Впрочем, обо всем по порядку.
Все изображения, иллюстрирующие возможности HDR, смоделированы!
Терминология
SDR (Standard Dynamic Range) — стандартный динамический диапазон яркости и контрастности. Появился в то время, когда возможности передачи и обработки информации были ограничены, поэтому ее приходилось обрезать и сжимать. В результате выводимое на экран изображение значительно отличалось от реальности.
HDR (High Dynamic Range) — расширенный динамический диапазон. Современная технология, позволяющая сделать изображение максимально реалистичным. При этом значительно повышается детализация в темных и светлых сценах. Реализация HDR связана с такими характеристиками, как яркость, контрастность и цветопередача.
Яркость — максимальный уровень белого цвета, который способно отобразить устройство. Единица измерения — кд/м² (нит).
Контрастность — разница между самым светлым и самым темным участком экрана. Например, контрастность 1000:1 означает, что белые участки в 1000 раз ярче темных. Уровень контрастности определяется тем, насколько насыщенным выглядит темный цвет и насколько ярко отображается белый. Как правило, чем выше контрастность, тем лучше детализация.
Цветопередача — количество воспроизводимых телевизором цветов и оттенков. Зависит от битности матрицы.
Local Dimming — локальная подсветка, которая в одном кадре с разной яркостью подсвечивает разные фрагменты матрицы. Помогает придать насыщенность и глубину черному цвету за счет адресного отключения светодиодов.
Метаданные— сопроводительная информация о том, как телевизор должен отобразить сцену. Статические метаданные несут единые настройки для всего фильма. Динамические регулируют параметры не только каждого кадра, но даже отдельных его участков.
Сразу оговоримся, что HDR в фотоаппарате и HDR в телевизоре — это абсолютно разные вещи, которые не имеют друг к другу никакого отношения.
Что же такое HDR?
Ключевая цель технологии HDR заключается в передаче изображения, максимально приближенного к тому, каким его видит глаз или изначально задумывал автор. Говоря простым языком, HDR дает более естественную картинку и красивые точные цвета.
Особенно заметно данный эффект проявляется в темных и светлых сценах.
Большинство современных 4К-телевизоров по умолчанию оснащены технологией HDR. Для ее реализации требуется 10-битная матрица, пиковая яркость около 1000 нит, высокая контрастность (чем выше, тем лучше), локальная подсветка, разъемы HDMA 2.0а.
4К-ТВ бюджетного и среднего ценового сегмента часто имеют псевдодесятибитную (8 бит + FRC) матрицу и рабочую яркость в диапазоне 300-400 нит, поэтому их возможности HDR не совершенны.
Надпись на коробке еще ни о чем не говорит. Иногда производители телевизоров пытаются преобразовать обычный контент в имитацию HDR. Устройство анализирует информацию о контрастности и яркости сигнала SDR и расширяет диапазон, пытаясь приблизиться к качеству HDR. Полученная при этом картинка заметно уступает оригинальному расширенному диапазону. Например, у компании Samsung подобная технология называется HDR+, у LG — HDR Effect.
Логотипы «ULTRA HD Premium» и «4K HDR» на упаковке телевизора гарантируют поддержку технологии.
Чтобы насладиться HDR, нужен не только HDR-телевизор, но и HDR-контент. Устройство, поддерживающее HDR, чаще всего самостоятельно распознает соответствующие файлы и автоматически их воспроизводит. Обычные фильмы имеют стандартный динамический диапазон и не способны раскрыть всю прелесть технологии. Контент должен быть получен из определенного источника. Это могут быть:
некоторые игры для приставок, начиная с PlayStation 4 Pro и Xbox One X (например, Horizon Zero Dawn и Forza Horizon 4). В играх технология HDR усиливает эффект погружения и улучшает детализацию при разных уровнях освещения. Очевидно, что в ближайшем будущем HDR будет сопровождать большинство новых консольных проектов.
Форматы HDR
Перед покупкой телевизора нужно решить, какой из вариантов HDR подходит именно вам. Производители любят изобретать собственные маркетинговые названия, что может сбить с толку обычного пользователя. Однако все сводится к нескольким основным форматам.
HDR10 — самый распространенный формат с открытым исходным кодом. Пропускает до 10 бит контента, а палитра цветов составляет один миллиард оттенков. Использует статические метаданные, что считается его недостатком, так как технология раскрывается не полностью. Совместим почти со всеми HDR-телевизорами, стриминговыми приставками, онлайн-сервисами, UHD Blu-ray-дисками. Более 99 % HDR-контента имеет его поддержку.
Dolby Vision — формат, имеющий лучшую по качеству картинку. Применяет 12-битное кодирование с 70 миллиардами цветовых оттенков. Благодаря динамическим метаданным параметры HDR могут меняться в каждой сцене фильма. Требует лицензии, а потому чаще используется в премиальных моделях телевизоров. Samsung игнорирует данный формат. Фильмы с поддержкой DV встречаются на Netflix, Amazon Prime Video, Apple TV+ и на UHD Blu-ray, но в целом контента пока немного.
HDR10+ — совместная разработка Samsung и Panasonic. Является упрощенным 10-битным аналогом Dolby Vision, не требующим лицензии. Также использует динамические метаданные. Так как формат был создан Samsung, из-за маркетинговых соображений он вряд ли появится на устройствах главных конкурентов компании. На сегодня он есть в телевизорах Samsung, Panasonic, TCL и Hisense. Не поддерживается UHD Blu-ray-дисками. Из стриминговых сервисов его используют Amazon Prime Video, HBO Max.
Реже встречаются следующие форматы:
HLG (Hybrid Log Gamma) — подразумевает один сигнал для HDR и SDR. Не использует метаданные и по качеству уступает всем выше перечисленным форматам. SDR-телевизоры способны отображать HLG, что позволяет использовать его в широком вещании. Поддерживается многими ТВ, но контента мало (например, некоторые YouTube-ролики).
Advanced HDR (SL-HDR1,2,3) — целый набор разных форматов, созданный Technicolor. Версия SL-HDR1 обратно совместима с SDR-телевизорами. SL-HDR2 использует динамические метаданные и похожа на Dolby Vision и HDR10+. SL-HDR3 — аналог HLG с динамическими метаданными. Встречается редко, контента еще нет, но потенциал огромный.
Теоретически все форматы могут быть собраны в одном телевизоре, но на практике это большая редкость. Обычно современные устройства имеют не больше 2-3 видов HDR. Чтобы узнать, какой формат поддерживает та или иная модель, надо зайти на сайт производителя и тщательно изучить спецификации.
Подведем итоги. HDR10 является самым популярным и распространенным форматом. Dolby Vision — продвинутый вариант для любителей кино. HLG может стать следующим шагом в эволюции ТВ-вещания. Будущее же HDR10+ и Advanced HDR остается пока под вопросом.
Темная сторона HDR
HDR великолепно выглядит на тестовых роликах и программах о природе и путешествиях. Однако его преимущества не столь очевидны в случае обычных фильмов.
Спустя какое-то время восторг проходит, HDR-видео начинает казаться неестественным, а глаза устают. Возможно, вина лежит на режиссерах, которые в погоне за яркой картинкой перегибают палку в расширении динамического диапазона контента. Любой яркий экран в темном помещении несет солидную нагрузку на глаза. HDR со своими яркими и насыщенными цветами только усугубляет проблему. Именно поэтому некоторые производители предлагают несколько уровней HDR для разных типов освещения.
Наглядные примеры явного перебора с HDR
Маркетологи преподносят HDR как большой бонус. При этом скромно умалчивается, что, по сути, технология ничего не стоит производителю. 4К-телевизоры и так имеют 10- или псевдо 10-битную матрицу, хорошую яркость и контрастность, а локальную подсветку ставят в телевизоры уже более 10 лет. Однако именно HDR, похоже, является основным направлением развития телевизионных технологий на ближайшие годы.
Что такое HDR? Все, что вы хотели знать о динамическом диапазоне
Так что же такое HDR в фотографии? Коротко говоря, HDR технологии позволяют делать снимки высокой контрастности и при этом сохранить все важные детали в тенях и светлых областях изображения. Высокий динамический диапазон может привести к появлению погрешностей и некоторых неточностей. В этой статье мы постараемся ответить на все вопросы о HDR изображениях, которые могли бы возникнуть у вас.
Что такое означает HDR?
Чтобы понять, что это такое и понять как это использовать, в первую очередь необходимо понять, что из себя представляет динамический диапазон.
Динамический диапазон
Динамический диапазон, который вы можете зафиксировать с помощью камеры, значительно выше, чем тот, что может быть отображен на вашем мониторе.
Почему это так важно?
Некоторые сцены могут быть слишком контрастными, из-за определенного типа освещения. Именно поэтому, специалисты советуют избегать съемок в полдень при ярком солнечном свете, так как камеры не справляются с полным диапазоном света. При низкой освещенности, могут возникнуть другие проблемы – изображение будет слишком тусклым, не контрастным. В результате на фотографии будут мягкие тени, но сам кадр будет немного невзрачным.
Изображение при средних тонах
Существуют ли способы избежать этого?
При цифровой съемке эти проблемы решать гораздо проще, так как результат съемки виден на дисплее моментально. В зависимости от получившегося кадра, вы можете изменить настройки камеры, или сменить ракурс. Мы также можем использовать вспышку, чтобы уменьшить контраст в солнечный день и использовать специальный фильтр, чтобы сбалансировать разницу яркости между небом и ландшафтом.
Более того, существуют приемы обработки, которые можно использовать в Photoshop, особенно, если съемка происходила в режиме RAW, что позволяет получать снимки, с максимальной детализацией в самых темных и самых светлых областях кадра.
Как же работает HDR?
HDR позволяет использовать больший диапазон яркости в изображении, причем диапазон может быть гораздо больший, чем в обычном изображении. True Image HDR создается из нескольких снимков одного и того же сюжета, сделанные с немного разной экспозицией.
Каждая экспозиция захватывает часть тонального диапазона. Затем они объединяются в одно изображение, с помощью специального программного обеспечения.
Что имеется в виду?
Они, как правило, хранятся в виде 32-разрядных файлов, которые позволяют передать до 4300000 оттенков каждого цветового канала. Для сравнения, стандартный файл JPEG позволяет передать 256 (8 бит) оттенков на каждый канал, и RAW файл передает от 4000 (12-бит) до 16000 (16-бит) оттенков на каждый канал.
Итак, что же делать с этим очень большим файлом?
Следующим этапом для большинства изображений HDR является тональное отображением. При этом программа использует 32-разрядное HDR изображение, чтобы создать изображение с контрастным диапазоном, который может быть передан при печати или на мониторе.
Каждое тональное значение будет пересчитано при другом масштабе. В итоге создается новое изображение, в котором вы можете видеть все детали и в ярких бликах, и в самых темных областях теней. В этом и состоит вся важность тонального отображения, которое вы можете получить от HDR.
Как творчески использовать HDR?
Многие энтузиасты используют не только HDR в сочетании с программным обеспечением, они пошли дальше. Они ставят перед собой задачу не создать реалистичный образ, они стремятся создать оригинальный художественный образ, который уже не выглядит реалистично. Полученный эффект аналогичен тому, который используется в гиперреалистичном стиле в живописи. Кому-то это нравится, а кому-то нет.
Изображение при наиболее яркой экспозиции
Какое программное обеспечение необходимо?
Обычно в HDR программах есть целый ряд ползунков, которые помогут вам контролировать тон, и дадут возможность делать эффект таким, как вам нравится.
Как снимать с HDR?
По существу, процесс такой же как и при брекетинге. Количество снимков, которые вам потребуются, во многом зависит от фактического тонального диапазона сцены, которую вы снимаете. Чем больше контраст, тем больше кадров вам следует сделать.
Обычно делается три фотографии, но в зависимости от съемочной ситуации, вам может потребоваться сделать целых девять снимков, каждый из которых на одну-две остановки отличается от предыдущего. Некоторые зеркальные камеры обладают AEB (автоматическим брекетингом экспозиции), который позволит вам сделать это без дополнительных трудностей.
Изображение при наиболее темной экспозиции
Какие другие настройки я должен использовать?
Последовательность в ваших кадрах должна быть максимально близкой по содержанию друг к другу, на столько, насколько это возможно (хотя, очевидно, яркость будет меняться). Любые изменения, вызванные движением, могут создать ореол, с которым затем придется справляться вашему программному обеспечению.
Выберите ручную фокусировку, используйте штатив и установите режим приоритета диафрагмы (так глубина резкости остается постоянной). Установите камеру в режим непрерывной съемки.
Есть ли более простой способ?
Создание HDR изображений требует от фотографа некоторых усилий и во время съемки, и в процессе обработки, но она относительно проста. Однако, есть и более простые способы.
Ряд программ предлагают ложные эффекты HDR, который может создать реалистичный HDR снимок с помощью только одного кадра. Кроме того, ряд зеркальных и компактных фотоаппаратов оснащены встроенным режимом автоматического HDR. В этом режиме камера сделает несколько последовательных изображений и объединит их, причем весь процесс будет происходить в самой фотокамере.
Что такое HDR?
Объясняем, как устроен высокий динамический диапазон.
Polina Vari для Skillbox Media
High Dynamic Range — технология обработки изображений и видео, позволяющая получить более высокий диапазон между самой светлой и самой тёмной частью картинки.
Телевизоры и мониторы с функцией HDR обладают большей яркостью, насыщенностью и контрастностью изображения — за счёт этого увеличивается палитра цветов. Дисплей отображает более глубокие уровни чёрного и больше ярких светлых участков. Более ранняя, но похожая технология называлась SDR — Standart Dynamic Range.
С помощью HDR разработчики усиливают эффект присутствия: появляется возможность отобразить детали, которые игрок не увидел бы при SDR. В играх самые яркие точки находятся в бликах отражения, взрывах и на солнце. Отображение тёмных участков позволяет, например, в survival horror увидеть приближающегося противника в полной темноте.
Аббревиатура HDR имеет несколько значений: в фотографии — многократная съёмка с разными значениями экспозиции; в геймдеве же графический эффект High Dynamic Range Rendering, что практически всегда сокращают до HDR, включает в себя, например, эффект размытия картинки — bloom.
Сценарист и копирайтер. Утверждает, что видел все фильмы и прошёл все игры, но редакция отказывается ему верить.
Как подключить HDR?
Технология работает на консолях Sony и Microsoft, начиная с PS4 и Xbox One S. Минимальные требования для работы HDR на ПК:
Для HDR-картинки на любой платформе потребуется:
Все игры одинаково отображают HDR?
В играх существует два способа отображения HDR: встроенная поддержка и автообновление со стандарта SDR.
Игры с лучшим HDR по версии Digital Foundry
В большинстве игр, выпущенных до 2017 года, отсутствует встроенная поддержка HDR. К тому же далеко не все игры адаптированы под высокий динамический диапазон одинаково хорошо. Список игр для ПК и мобильных платформ можно найти по ссылке.
Тестирование функции Auto HDR на консоли Xbox Series X
Одной из ключевых фич Xbox Series X/S стала функция Auto HDR — автоматическое обновление совместимых игр с SDR до HDR. Функция работает и на ПК для многих игр, совместимых с DirectX 11 и DirectX 12. Включить Auto HDR можно в настройках Windows HD Color.
В качестве хорошего примера Microsoft выделяет Gears 5: слева — картинка SDR, посередине — Auto HDR, справа — HDR, разработанный студией The Coalition специально для этой игры. Оттенки серого — области сцены, которые полностью показывают SDR-дисплеи. Цвета радуги — области, которые могут отображаться только при работе HDR. Созданный The Coalition встроенный высокий диапазон показывает больше цветов и оттенков, чем автообновление картинки. Тем не менее сейчас на рынке мало игр, подобных Gears 5.
«Для настройки HDR в Gears 5 мы провели много настроек контента — например, вспышки дула после выстрела и скайбоксы должны находиться в правильном диапазоне светимости. Параметры экспозиции различаются для каждого уровня: иногда локация смотрится отлично, но следующий после неё уровень выглядит с теми же настройками ужасно.
Мы потратили много времени на то, чтобы экран калибровки представлял различные сценарии освещения. Реализовали возможность скрыть калибровочное изображение при настройке ползунков HDR, вывели кривую для представления выходного сигнала HDR, добавили элементы управления — контраст HDR и максимальную яркость. Они помогут игроку добиться желаемой картинки».
Колин Пенти,
технический арт-директор Gears 5
Какие бывают виды HDR?
Большинство стандартов HDR создаёт организация VESA. Video Electronics Standards Association — Ассоциация по стандартизации электроники, основанная в 1989 году девятью производителями видеокарт.
DisplayHDR — стандарт VESA, определяющий качество высокого динамического диапазона. Уровни HDR определяют по результатам тестов на яркость, контрастность и цветовой охват. Вы можете проверить, как работает HDR на вашем мониторе, с помощью специального теста.
Председатель рабочей группы VESA DisplayHDR Роланд Вустер рассказывает о сертифицированных продуктах
Ключевой показатель — пиковая яркость — определяет красочность небольших выделенных частей изображения без изменения цветопередачи окружающего пространства. Пример — чёрное ночное небо и звёзды разной яркости. Единицы измерения — ниты или канделы [от лат. candela — свеча, сила света, излучаемая одной свечой] на квадратный метр. Чем выше значение, тем более заметна разница между самыми светлыми и тёмными точками изображения.
В формате прошлого поколения — SDR — показатель составлял от 100 до 350 нит. Базовый уровень — DisplayHDR 400 — выдаёт минимальную пиковую яркость до 50% выше, чем на большинстве SDR-дисплеев, к тому же без значительного увеличения стоимости. Это единственный стандарт с 8-битным качеством изображения, остальные включают в себя 10-битную обработку изображения.
ЖК-дисплеи не излучают свет сами по себе, вместо этого подсветка просвечивает через материал дисплея — так работает технология затемнения. Большинство DisplayHDR используют локальное затемнение — светодиоды в подсветке сгруппированы в блоки, которые выключаются в определённых участках экрана, благодаря чему чёрный цвет будет глубже. В стандарте True Black подсветка может работать на уровне пикселей.
True Black отличается ещё максимальным количеством кадров для перехода от чёрного к наивысшей яркости. В отличие от остальных стандартов, переход занимает всего два кадра.
Все виды DisplayHDR входят в HDR10. Фактически любой высокий диапазон идёт в стандарте HDR10, который используется всегда, если не указано обратное. Это открытый стандарт, производители дисплеев используют технологию без отчислений создателю.
Ассоциация недавно выпустила опровержение о новом DisplayHDR 2000 — у VESA нет такого стандарта, несмотря на анонсы Samsung и Acer.
Помимо VESA, и сами производители дисплеев создают стандарты HDR. Видов высокого диапазона действительно много, сейчас для видеоигр актуальны некоторые из них.
Dolby Vision HDR — версия от компании Dolby. Ключевое отличие — поддержка глубины цвета вплоть до 12 бит. Dolby заявила, что технология выдаёт в 40 раз более яркие светлые участки и в 10 раз более глубокие уровни чёрного. Сейчас функция поддерживается в немногих играх — например, в DIRT 5 или Call of Duty: Warzone.
Технология находится на стадии тестирования. Microsoft планирует в 2021 году добавить Dolby Vision на ПК и консоли Xbox нового поколения. Dolby Vision — закрытый стандарт: в отличие от открытого HDR 10, для него требуется сертифицированное оборудование. Из-за этого возрастает цена на дисплеи с поддержкой технологии.
FreeSync HDR — технология компании AMD. Как заявляют разработчики, с помощью FreeSync частота обновления экрана синхронизируется с частотой кадров видеокарты. Это позволяет уменьшить задержку ввода, разрывы изображения и прерывания во время игры.
Поддержка AMD FreeSync реализована в Call of Duty: Black Ops 4, Borderlands 3, Far Cry 5 и готовящейся к выходу шестой части, полный список можно посмотреть на сайте AMD. Для активации этой технологии нужен монитор с сертификатом FreeSync HDR и совместимая видеокарта.
Как HDR влияет на производительность?
Тесты FPS по видеокартам AMD и NVIDIA позволяют увидеть разницу в производительности. Чаще всего включение HDR приводит к снижению частоты кадров в зависимости от реализации технологии в конкретной игре: от незначительной потери 0,4 FPS в Star Wars: Battlefront 2 на карте AMD до ощутимой просадки на 12 кадров в Destiny 2 на карте NVIDIA. Подробнее про FPS и влияние частоты кадров в секунду на ощущения от игр мы писали в другой статье.
Сравнение производительности в Hitman, Assassin’s Creed: Odyssey, Far Cry 5 и других играх
Кроме снижения FPS, может увеличиваться задержка ввода. Input lag — критически важный фактор в киберспорте. Помимо этого, часто в телевизорах нельзя активировать игровой режим и HDR одновременно, придётся выбирать, что важнее — производительность или картинка.
Подытожим
HDR сейчас напоминает гонку технологий. Все крупные производители пытаются сделать превосходящие конкурентов стандарты, что приводит к появлению HDR практически в любом современном дисплее.
Если вы соревнуетесь в киберспорте и для вас важнее скорость отклика и частота кадров, разумнее всего будет играть без HDR и не терять драгоценные миллисекунды. Если играете в одиночные игры или мультиплеер для вас — развлечение, а не спорт, HDR сделает картинку реалистичнее и усилит эффект погружения.