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HDR10来了,难道又是个噱头?

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发表时间:2018-01-03 22:32

随着各个显示器厂商力推HDR10这个概念,HDR10这个名词渐渐地从电视行业进入了个人PC消费者的视野。越来越多的中高端显示器开始支持“HDR”这个模式。那么HDR10究竟是怎样的一个技术呢?究竟它只是一个噱头,还是真的对画质的提升帮助特别大?

首先,我们来看看HDR10对于显示器的要求标准:HDR10,2015年8月27日,美国消费电子协会公布的HDR10媒体档案,俗称hdr10,它要求显示设备可以达到BT.2020色彩空间,和10位的位深度。

我们需要搞清楚色域到底是个什么概念。色域 Color Gamut,就是指某种设备所能表达的颜色数量所构成的范围区域,即各种屏幕显示设备、打印机或印刷设备所能表现的颜色范围。在现实世界中,自然界中可见光谱的颜色组成了最大的色域空间,该色域空间中包含了人眼所能见到的所有颜色。

伴随“色域”这一词汇,我们还常常能看见“色彩空间color space”这一名词。色彩空间的是指某种显示设备能表现的各种色彩数量的集合,色彩空间越广阔、能显示的色彩种类就越多,色域范围也就越大。

为了能够直观的表示色域这一概念,CIE国际照明协会制定了一个用于描述色域的方法:CIE-xy色度图。在这个坐标系中,各种显示设备能表现的色域范围用RGB三点连线组成的三角形区域来表示,三角形的面积越大,就表示这种显示设备的色域范围越大。

在不同的设备领域,还有一些不同的色域标准,而在广播电视领域,我们最常用到的则是NTSC色域标准。

NTSC色域标准的是NTSC电视制式的一部分,由于使用的比较广泛,因此已经成为衡量各种显示设备,特别是电视机色域表现能力的标尺。但是, NTSC色域的范围仍然是一种局限性比较大的标准,其空间相对较小,因此也受到了其他色域标准的竞争压力,例如prophoto RGB、xvYCC色域等广色域标准。

色深

另一个容易和色域混淆的概念是就是电视面板的色深。主流的液晶面板都采用的是每种原色8bit的色深,而SONY又推出了10bit液晶面板驱动技术,因此总有人会认为高色深带来了更宽广的色域,而这恰恰是一个误区。采用高bit带来的好处是色彩的精度会大大增加,而并不会提升显示设备的色域范围。

由于平板电视内部都是数字处理电路,所以每种色彩的都会用各种二进制数值来表示。以8bit为例,一个8位的2进制数可以表示从0-255共256 个数值,即某种色彩只有256级差别,而采用10bit后,则表示的数值范围会扩展到从0-1023,可以描述出1024个色彩级别。所以对于同样的原始信号而言,用高色深相当于用更加精确的数量级来描述原始信号,而不会改变原始信号本身。所以,高色深只能让显示设备表现的色彩更加精确,色彩之间的过渡更加平滑,而对色域并没有什么提升作用。

下面这组对比可以清晰地阐述色域和色深的关系:上图的色域范围很窄,颜色远远没有下图艳丽,可颜色之间的过渡非常平滑,不会出现断层的效果,而下图的色域虽然广,但是颜色之间的过渡非常不平滑,呈现出明显的颜色梯度带(Banding),这就是色深的因素影响导致的。

因此,HDR10提出的标准,既要求显示器可以达到非常高的色域标准,又是要求它能达到非常高的色彩位深度。这样就能让显示器可以实现更加接近显示中的场景。

人眼能感受到真实世界的亮度信息是非常丰富的,通过瞳孔的放大缩小调整,从黑暗里的隐约的星光,到烈日下耀眼的日光都能看到,跨度范围可从0到10^5之广。而在工业电影显示领域亮度范围几乎还一直沿用着50年前的SDR标准,最大只能承载到10^3次位数,在显示设备上根本无法体现人眼真实所见的状况。

高亮度带来的不仅仅是“亮瞎眼”,理解显示效果要把所有量化的概念立体化,它们之间是相互协作的。譬如真实世界的烟花、火光中心处都是有颜色的,但是如果用亮度范围较低的显示设备来再现场景的话,烟花与火光中心处的颜色可能就无法表达出来,只会是一片惨白。因为每一个亮度层次里都包含了不同的色彩、灰度。能包容的亮度范围越大,亮度的层次也会越多,同样的色彩、灰度这些信息也会更加丰富。