什么是HDR？「补充版」浅谈三种HDR影像相关的定义「农步祥」

2019-01-10 18:01发布

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我欲成王，谁敢阻挡

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HP 惠普 Omen X Emperium 65显示器

三星75寸模块化MicroLED电视

LG的OLED电视新品线 - 图片来自互联网

索尼Z9G电视 - 图片来自互联网

新的一年来临，2019年的CES上三星带来了商用化的75寸MicroLED电视，惠普也配合NVIDIA Gsync2推出了4K HDR 120Hz刷新率的Omen X Emperium 65寸“显示器”，LG和索尼的8K HDR电视也即将上市，画质和价格都足以让猛男落泪。

HDR很有吸引力，但如果想了解相关知识，以HDR为关键字搜索，可以发现网上HDR的讨论和文章都数量巨大，但在有些情况下HDR并非指HDR10等色彩和显示标准，我们还需要简单了解另外两种常见的HDR歧义，以避免弄混。

摄像头的HDR高动态范围成像

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高动态范围成像 - Wikipedia

胶卷时代的HDR照片 - 图片来自维基百科

HDR照片 - 图片来自维基百科

HDR最早常用的概念是指相机、手机摄像头等拍照图像相关的HDR照片。手机、相机的感光器甚至包括早期的胶卷由于各种原因，光影动态的记录能力在很多场合下是不够用的，画面要和过黑要么过曝，解决问题的方法可以是提高感光或胶卷器性能、或是对最终照片进行修改画面对比度、反差等后期处理，而另一个方法是现在最流行的多帧合成，拍照时就获取多个不同曝光的图像再进行合并，所以手机摄像头中HDR通常指的就是这种操作。这里的HDR指的是高动态范围成像[High Dynamic Range Imaging]。

多帧合成或多次曝光 - 图片来自Wikipedia

单帧后期处理 - 图片来自维基百科

多帧合成效果 - 图片来自维基百科

但要注意的是，人们拍的照片是要看的，看就需要屏幕显示出来，目前手机照片还是选择适应绝大多数显示设备，仍以标准动态范围显示，也就不会真的以HDR10的色彩和亮度空间进行图像信息记录，这这种语境中的HDR效果其实指的是合成后标准色域、标准动态色阶和灰阶曲线图像的效果。如果是真·HDR照片，在别人的屏幕上可能会变成下面两种异常效果中的一种，那围观群众们肯定是认为某品牌手机拍照辣鸡翻车现场，摄像头开发组的年终奖肯定又要完犊子了。

正常处理后的HDR10视频截图

无法正确显示的HDR10视频截图

游戏中的HDRR

高动态光照渲染 - Wikipedia

HDR渲染选项 - 《辐射：新维加斯》

HDR渲染选项 - 《上古卷轴：湮灭》

如果是游戏年龄10年以上而且跟得上时代的用户，肯定会在更早的时代就见识游戏里所谓HDR效果。例如我个人非常喜爱的老游戏《上古卷轴：湮灭》《辐射：新维加斯》等，当前流行的《CS:GO》、《Warframe》等热门游戏也有“HDR”功能选项。实际上这并不是HDR10等高动态影像输出，而是被称为HDR渲染[HDR Rendering]，是3D模型的着色、渲染处理技术，改变的是游戏内环境和物体的色彩、光线反差等，HDRR的动态范围提升是相对于更古老的3D游戏而言，但最终输出的画面仍旧是基于标准的色彩动态范围。

《我的世界》 - 正常画面

《我的世界》- HDRR渲染画面

在HDR10显示器和电视机普及后，部分游戏和软件对HDRR功能也做了一定的说明避免误解。虽然HDRR在今天常被玩家戏称为假HDR[Fake HDR或Mimic HDR]，但它对于游戏内容表现的改进也是非常有价值的。HDRR通常有两种改善游戏画质的方式，一种是游戏本身内置的HDRR功能，另一种是通过插件或外挂方式将输出画面进行二次处理，后者往往能带来非常直观和惊人的画质差异。

HDR视频

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以HDR10、HLG为代表的HDR影像和视频显示在互联网上的讨论比前两者出现得更晚一些。但三者还是存在一定联系的，本质上都是尽可能多的记录和还原更好的视觉动态，如色彩、明暗等图像信息。不过从实现来看，HDR视频显示是直接拓展片源和硬件的动态范围。在三篇文章中已经比较系统介绍了HDR显示的相关知识和不同的技术标准。

HDR10和HLG的差异：HLG和HDR10是两种不同的工业标准，在效果上并无明显优劣之分，但推广者和受众有很大差别，HDR10以及杜比视界是美国影视业主推，因此苹果、Android、Windows10和游戏主机的HDR功能都以HDR10为主。HLG的推广者是BBC、东电、央视等广播电视行业相关者，由于HLG不包含显示元数据传输，图像记录和输出的Gamma曲线也不相同，两者并不相容，需要算法进行转换。

所以一台显示器或电视自称HDR时，就要谨慎进行区分对待了，例如作者真的就在买电视时被坑过，买到一款不支持HDR10的自称HDR电视，好在是京东上购买，退货比较方便。由于网上缺乏同一视频的HDR10和HLG对比，转换工具价格也比较昂贵。只有极少量YouTube用户会把自己用GH5等设备拍摄的HLG视频转换到HDR10上传，但没有同屏同画面对比等直观手段。

VESA认证的三种HDR亮度标识 - 图片来自互联网

HDR400、HDR600、HDR1000：在选购HDR显示设备时，会常看到HDR400、HDR1000等标识，这主要来自标明设备在HDR模式下支持的亮度级别上限。对于HDR10和HLG，一个简单粗暴的理解可以是：支持HDR10的肯定能播放HLG，但反过来不行。但是在网上讨论HDR显示时，经常会遇到更粗暴的网民以更更粗暴的理解将HDR抬杠为就得面板必须能到1000甚至10000nit亮度、支持分区背光等等，HDR就是硬件参数……完全无视了影像记录、显示标准的重要性。在一台能到400nit亮度的广色域显示器上，显示效果就足以引发质变，而亮度500以上的OLED电视实际画面对比度是HDR1000 LCD设备的2~5倍，我个人也有400和600级别亮度的显示设备进行对比参考。当然不缺钱我都要的，也确实有更好选择，例如ACER和ROG的两款4K 144HZ HDR1000顶级显示器以及4K 120Hz HDR400次顶级显示器，而索尼、三星和LG的高端电视也同样有非常高的硬件水准，而小屏设备上iPad Pro、iPhone XS等就有极好的HDR显示效果。

总结

本文介绍了三种和图像相关的HDR标准，但动态范围并不止存在于图像上，声音也同样有动态，但不在今天的HDR科普范围内。能识别区分常用的三种关于影像的HDR定义，对了解HDR知识，选购HDR显示设备也会有一定帮助，也能在网上避免乱入和尬聊。

遗憾的是HDR图像效果是无法在网上共享的，HDR直播、录屏等分享方式成本也非常高昂，就导致无法用直观的对比方式来科普，当然在互联网上非物理手段的说服本来就是一件不可能的任务。国内HDR内容缺乏也和国内政策有关，目前HDR内容暂时无法在国内在线视频平台商用化推广[由于广电的影响力，国内互联网HDR视频也可能会主推HLG]。