前言：

? 我看過不少的HDR科普視頻，科普文章。但是這些文章只是把官方廣告闡述了一遍，事實(shí)上是很難理解HDR到底是什么。

? 最早17年，我剛剛踏入HDR的世界，查閱不少資料。那時(shí)候并沒有什么像樣的中文文獻(xiàn)。隨后只能在google上查閱大量英文資料，各種白皮書。

?3年過去了，我也有了自己的OLED電視，也把doom9上的帖子都看了一遍（慚愧，沒學(xué)會什么壓片技術(shù)）。

?然而我還是能看到不少踏入HDR世界的玩家，認(rèn)為HDR只是噱頭，無意義的產(chǎn)物。

?我希望這篇文章能起到很好的科普作用，我盡量拋棄了專業(yè)術(shù)語，能比喻的也用比喻的形式來描述什么是HDR。

HDR是什么 ：

? 在現(xiàn)實(shí)世界里，我們?nèi)搜劭吹降念伾际强抗饩€反射物體到我們的眼睛，這樣我們才能認(rèn)知到這個(gè)世界的顏色。不同物體反射出的不同光線量，決定這我們所能看到世界的顏色。而且我們?nèi)祟惖难劬φ娴姆浅柡?，能看到非常之多顏色，能認(rèn)知到非常之多的光線亮度。

? 但我們用數(shù)碼技術(shù)記錄現(xiàn)實(shí)世界的影像，很難完美還原我人眼所看到的內(nèi)容。更別說顯示技術(shù)上也有先天性的局限性。

?? 如何讓數(shù)碼影像更真實(shí)，更像我們?nèi)搜鬯吹降男畔?。很簡單的目?biāo)，增加顏色的記錄量，也就是色深。再拍攝數(shù)碼影像時(shí)，如果記錄的色深越高，顏色也就意味著越多。相對的，色深越高，影像文件也就越大。

? 作為一個(gè)商業(yè)產(chǎn)品，分發(fā)速度是必要的。超高色深帶來龐大的文件、載體、傳輸時(shí)間的成本，絕對不適合優(yōu)先發(fā)展高色深。同時(shí)影像記錄上才會選擇一些性價(jià)比的做法，例如YUV420。

? 這時(shí)候另外一種性價(jià)比的做法就這樣想到了，光線量。實(shí)時(shí)記錄物體不同的光線量，來營造更真實(shí)的畫面成像，而且成本不高。記錄下0-10000nits之間所有亮度信息，每一幀畫面的不同位置的亮度信息實(shí)時(shí)記錄下來，完美營造出真實(shí)的畫面，實(shí)現(xiàn)這些的技術(shù)，就稱為HDR高動(dòng)態(tài)范圍圖像，也可以簡單理解為記錄著大量的亮度變化信息的框架。這就是4K時(shí)代的精髓，為了讓數(shù)碼影像更真實(shí)。

? 之后隨著商業(yè)運(yùn)作HDR就這樣開始普及了，色深也從1080p時(shí)代8bit增加到了10bit。（當(dāng)然色深的提高還要其他的好處）

? 對比1080p時(shí)代，記錄的亮度只有大概是0-100nits/200nits，算是很低的了，而且亮度信息是固定的，這就是SDR低動(dòng)態(tài)范圍。對比人眼所看到的信息，1080p時(shí)代的藍(lán)光畫面是比較灰的。

? 相機(jī)拍照的hdr概念也是這么一回事，相機(jī)hdr只是記錄控制單個(gè)畫面不同區(qū)塊下的光線量。

? 所以總結(jié)一下：hdr并不是一種特效，不是后期渲染的功能。hdr是承載新一代畫面的技術(shù)，一種次時(shí)代的影像制作規(guī)格。

從顯示技術(shù)上聊聊HDR：

? 顯示屏/電視上，要還原那些每幀都在變化的亮度信息，這就得要求面板必須能控制每一個(gè)背光燈泡的開、關(guān)、強(qiáng)、弱。但是這個(gè)技術(shù)很難實(shí)現(xiàn)，索尼的LCD技術(shù)算是業(yè)界頂峰了，把背光燈泡陣列分成40-60區(qū)塊，再控制每個(gè)陣列組的開、關(guān)、強(qiáng)、弱。

? 但依舊有無法不可避免的問題。開啟一個(gè)燈泡組，不可避免會照亮隔壁沒開燈的地方，也就意味著低亮度顯示的區(qū)域，會被隔壁的高亮度燈泡給蓋過去了，俗稱叫做亮度blooming。這叫做LCD無法做到真真的暗的原因。

? 所以LCD如何遮光是個(gè)業(yè)界難題，而索尼在這方面來說真的是王者地位。三星、LG、tcl那一票人做lcd真的過家家水平。

? 這時(shí)候OLED優(yōu)勢就提現(xiàn)出來，OLED不用背光燈泡，OLED的每一個(gè)像素都會獨(dú)立發(fā)光，這就意味著OLED可以做到像素級的控光水平，每一個(gè)面板像素都可以開、關(guān)、強(qiáng)、弱的變化。所以才有OLED能完美顯示HDR效果的說法。 ?而且OLED的像素都在統(tǒng)一平面，單一像素的發(fā)光不容易蓋到隔壁不發(fā)光的像素。

? 這就是所謂的OLED能做到真正的黑根本原因。

? 但是OLED也有自己的弊端，亮度峰值不高，600nits是普遍現(xiàn)象，索尼就是普通玩家600nits水平。高水平的oled技術(shù)LG做到800bits，神級別水平松下做到了1000nits，三星在小尺寸OLED上做到1200nits。反觀LCD可是隨便能做到1000nits的。

? 那什么樣的亮度標(biāo)準(zhǔn)才算合格呢。幾乎能認(rèn)證一切產(chǎn)品的Vesa 400/600/1000 HDR認(rèn)證，我相信不少人在PC顯示器上看到過，基本上給錢都認(rèn)證。所以作為電影行業(yè)的高標(biāo)準(zhǔn)肯定不適合這種。

而UHD聯(lián)盟的HDR亮度標(biāo)準(zhǔn)相對來說才是最好的

?? LCD:?0.05 cd/m2 to ≥1000 cd/m2

?? OLED:?0.0005 cd/m2 to ≥540 cd/m2

這就是現(xiàn)在優(yōu)秀的4K HDR顯示器材必須要有的水平，

? 現(xiàn)在有觀點(diǎn)認(rèn)為OLED和頂級LCD在HDR顯示上不分軒輊、各有所長：頂級LCD更注重高光區(qū)域的還原效果，OLED則更注重暗部區(qū)域的還原效果。

?不過像素級的控光水平，依舊讓oled在HDR綜合表現(xiàn)上好于LCD，怎么說我們在拍攝電影畫面的時(shí)候，是按照像素記錄光線信息的。

? 那有沒有把這兩者優(yōu)勢結(jié)合起來，拋棄弊端的顯示技術(shù)。有的，那就是mini led/mirco lcd。把背光燈泡做的非常小，讓背光源做到像素那么小，那背光燈泡陣列就可以分成200個(gè)區(qū)塊以上，那在高亮度情況下一樣做到了像素級的控光水平。

? 這是非常新的技術(shù)，APPLE也在布局。甚至tcl去年就推出了mini lcd電視，但是技術(shù)不成熟，燈泡還是不夠小，顯示技術(shù)還一堆bug。華碩倒是有一臺mini led顯示器PA32UCX-P，售價(jià)高達(dá)3w元。

總的來說mini led/mirco lcd是未來顯示技術(shù)上最有潛力的發(fā)展之一。在OLED也在進(jìn)步的前提下，mini led/mirco lcd能否代替OLED，這還是無法斷言的。

從規(guī)格上聊聊HDR：

? hdr有很多種規(guī)格，像HLG，HDR10, HDR10+, DOLBY VISION。這些都是影像巨頭們?yōu)榱俗约旱纳虡I(yè)利益，而推出的產(chǎn)品規(guī)格。這些HDR規(guī)格包含了從拍攝到后期制作，到影像顯示一整條的規(guī)范。誰的市場份額越多，誰就越賺錢。

?現(xiàn)在電影方面普及度前三：

各大公司都支持的<HDR10>。

電視技術(shù)支持很積極的<DOLBY VISION杜比視界 >。

三星為了對抗杜比與谷歌推出的<HDR10+>。

? 這3個(gè)的hdr底層原理都是一樣的，但是在制作標(biāo)準(zhǔn)上，與顯示技術(shù)都有很大區(qū)別。

? 像前面說的，我們可以記錄0-10000nits亮度變化，但是沒有顯示設(shè)備可以承載0-10000nits變化。那我們只能降低標(biāo)準(zhǔn)，0-1000nits的影像內(nèi)容，對應(yīng)VESA顯示標(biāo)準(zhǔn)就是HDR1000。0-1000nits是現(xiàn)在最低的影像內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)了，沒有比這個(gè)更低的了。

? 但是還是有設(shè)備無法做到0-1000nits變化，例如OLED。而且0-4000nits，0-6000nits的影像內(nèi)容，市面上可不少。例如張藝謀的《影》4K碟就是0-6000nits的作品。

?? 顯示設(shè)備無法做到怎么辦，那就只能去壓縮亮度信息來匹配面板的亮度范圍，這就是 <Tone mapping色調(diào)映射>。但是問題來了，壓縮亮度啊，有些場景亮度已經(jīng)夠低了，再被壓一下，不就一坨黑了。萬一黑人在夜晚下，壓縮亮度后那就是“柯南黑衣人”啊。?

? 這時(shí)候杜比公司就很有遠(yuǎn)見性了，在每一個(gè)亮度信息下寫上不同的“標(biāo)簽”，專業(yè)名稱叫做<dynamic Tone mapping動(dòng)態(tài)色調(diào)映射>，告訴電視機(jī)上<Tone mapping色調(diào)映射>功能，這個(gè)地方可以壓縮亮度，那個(gè)地方不能壓縮亮度，壓縮多少都寫著好好的。

? 同時(shí)既然壓縮了，那肯定是劣化效果啊。杜比做的更狠，進(jìn)行色深擴(kuò)展。用圖像數(shù)據(jù)來把10bit/色深的視頻擴(kuò)展到12bit/色深，用更多的顏色效果來補(bǔ)充壓縮亮度信息后可能產(chǎn)生的畫面劣化。雖然說是用算法模擬的10bit到12bit，但是足夠了。

? 而且越高的色深，在YUV420轉(zhuǎn)YUV444的運(yùn)算精度也更好，更不容易出現(xiàn)畫面劣化。這就是為什么在10bit面板上播放12bit的視頻，依舊好于10bit的原因。所以業(yè)界常說杜比視界是最好的hdr效果，有道理的。

? 但是杜比視界寫“標(biāo)簽”，還有圖像擴(kuò)展數(shù)據(jù)這種事情，完全依賴人工后期，純?nèi)斯さ?，所以杜比視界電影不多?/p>

?而HDR10+就是杜比視界簡配版，HDR10+就寫上了“標(biāo)簽”，沒有色深擴(kuò)展功能。

? 不過杜比視界這么依賴人工后期，早晚會被HDR10+搶飯碗，所以杜比公司直接也做了簡配版。 迷你杜比視界層MEL，就是去除了色深擴(kuò)展數(shù)據(jù)。而完整杜比視界被稱為FEL杜比視界層。

? MEL的制作方式最早是運(yùn)用在流媒體上，例如網(wǎng)飛這些的電影杜比視界就只有<dynamic Tone mapping動(dòng)態(tài)色調(diào)映射>數(shù)據(jù)，。隨著HDR10+的占有率提高，MEL開始大量運(yùn)用在UHD光碟上，例如《小丑》就是標(biāo)準(zhǔn)的MEL杜比視界。

? 具體光碟上是否會上FEL杜比視界，就看電影公司是否愿意砸錢做光盤后期了。

從HDR處理上聊聊HDR：

? 既然HDR10電影那么多，我們總不可能就看垃圾效果吧。如果注意觀察<動(dòng)態(tài)色調(diào)映射>的數(shù)據(jù)，就是每個(gè)亮度信息下寫的“標(biāo)簽”，都是有相似的規(guī)律的。一套<動(dòng)態(tài)色調(diào)映射>的數(shù)據(jù)制作標(biāo)準(zhǔn)，可以用在大部分HDR電影上啊。所以說MEL杜比視界制作真不怎么費(fèi)錢，杜比公司就是用簡配版與三星打商業(yè)戰(zhàn)啊。

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扯遠(yuǎn)了，說回來。

? 既然都是相似的規(guī)律，那做一個(gè)龐大的數(shù)據(jù)庫，每一幀每一幀匹配亮度信息，自動(dòng)寫上“標(biāo)簽”，再固化在芯片上，實(shí)時(shí)演算出來。這就是各大電視廠商的芯片功能<動(dòng)態(tài)色調(diào)映射>。當(dāng)然不同廠商叫的名字也不一樣，LG就叫“動(dòng)態(tài)色調(diào)映射pro”。

?索尼那邊拆分成了各種各樣的名字，統(tǒng)一叫X1算法。

? 當(dāng)然各大廠商訓(xùn)練出來數(shù)據(jù)庫效果有好有壞，按照19年OLED電視的排名來說: 松下>LG=索尼。

? 我相信PC玩madvr來處理hdr的玩家們，也會自己寫一些亮度匹配。但是就寫個(gè)十幾個(gè)，跟那些高端芯片上的幾萬條數(shù)據(jù)肯定沒法比。

總的來說，HDR絕對不是噱頭，阻礙HDR的只是顯示設(shè)備沒有及時(shí)跟上而已。但是現(xiàn)在已經(jīng)很好了。松下OLED電視做到1000nits，索尼的8K LCD做到4000nits。iphone 11 pro/max就把OLED做到了1200nits，常見的HDR亮度已經(jīng)可以駕馭了。

當(dāng)然HDR還有很多專業(yè)知識，像HDR的核心PQ曲線，EOTF，更復(fù)雜的BT1886，杜比視界的profile4/5/7/8，各種HDR制作標(biāo)準(zhǔn)等等。這些太過理論的東西，就不闡述了，有興趣的話，可以翻翻wiKi。

接下來可預(yù)見的未來還有mini lcd/led，新一代OLED工藝，我相信未來HDR將成為視頻技術(shù)的一種標(biāo)配，現(xiàn)在我們看到的不完美的HDR顯示只是未來的黎明。