HDR电视显示技术概况及标准发展前景汇总

在今年的国际消费电子展（CES 2016）上，HDR成为电视领域继4K之后的又一关注焦点。LG、三星、索尼三家知名电视厂商均展示了支持HDR显示的电视新品，例如LG的SIGNATURE 4K OLED系列、索尼的X9300D系列以及三星的无边框量子点SUHD电视等。国内厂商TCL也推出了一款型号为X1的QUHD新品电视，采用了杜比公司最新的HDR技术，同样支持HDR显示。毫无疑问，在未来这一年中，HDR将成为电视行业的热门关键词和发展趋势，开始走入大众的视野。

一、CES 2016主要HDR电视概览

今年的CES 上，除了VR 引起了很大的关注，在视频领域，新型HDR 电视成为各大厂商重点推荐的新产品。HDR 相较普通的高清、超高清电视呈现了更加明亮、更加清晰、更加真实的画面，吸引了大批参观者驻足体验。下文将介绍目前较具代表性的几款HDR 电视产品。

1.1   索尼：X9300D系列和X8500D系列

X9300D 系列电视搭载基于“动态背光系统- 精英版”的全新网阵式背光照射结构，最高亮度可达4 000 nit （1 nit =1 cd/m2 ），可呈现更细腻的色彩和更为生动的明暗对比效果。此外，在机身外形上，X9300D 具备纤薄挂壁效果，挂壁后距离墙面仅36.7 mm 。该款电视已于2016 年初首先在中国预售，其中55 in （1 in=2.54 cm ）售价14 999 元，65 in 售价21 999 元。

X8500D 系列电视定位中高端，采用了4K 处理芯片X1 、4K 迅锐图像处理引擎PRO 以及特丽魅彩显示技术，从而能更好地呈现HDR 画面细节。该系列同样拥有55 in 和65 in 两个尺寸，售价分别为8 999 元与15 999 元。

1.2 LG ：Signature系列、G6系列和E6系列

LG 于CES 2016 发布了数款HDR 4K OLED 电视。这些电视机型采用Dolby Vision 技术，支持下一代广播传输标准BT.2020 ，搭载LG 最新的Web OS3.0 智能电视系统。在外观上，采用“ Picture-on-Glass ”设计，厚度仅为2.57 mm 。目前这批新款电视的定价和开售日期尚未公布。

1.3   三星：量子点SUHD系列

三星2016 年发布的新一代SUHD 系列电视在保留曲面4K 屏的基础上新增了HDR 功能。其屏幕采用了10 bit 量子点技术，亮度可达1 000 nit 。该系列电视搭载Tizen 操作系统，内置IoT HUB 技术，拥有49~88 in 的5 款机型，尚未公布售价和上市日期。

二、HDR概况

HDR，全称High Dynamic Range，即高动态范围。通俗来说，HDR可以拓展显示的亮度范围，展现更多的亮部和暗部细节，为画面带来更丰富的色彩和更生动自然的细节表现，从而使得电视画面更接近人眼所见。如果说4K分辨率是对像素数量的一次提升，那么HDR显示技术则是对像素质量的一次升级。相较于4K分辨率，HDR技术所带来的视觉震撼更为明显。无论屏幕尺寸如何、观影距离多少，其对画质的提升效果都是显而易见的。
目前，4K分辨率已然成为各大电视机厂商旗舰产品的标配，而HDR作为超高清下一步的发展方向也成为了终端制造领域的新宠。近几个月来，业内多次超高清广播测试使用了4K HDR标准的内容。CES 2016上，LG与三星均采用ATSC 3.0标准进行了4K HDR的广播演示。除此之外，HDR的内容制作也开始涌现。在在线视频领域，流媒体巨头亚马逊已经率先于去年6月推出了首部4K HDR剧集《丛林中的莫扎特》，而Netflix也已经将其自制剧《马可波罗》转制成了支持HDR显示的格式。可以想见，2016年，或将成为HDR标准化与产业化的一年。

三、HDR技术介绍

HDR概念中的“动态范围”，是指一个图像中最亮处和最暗处之间的比值。

人眼所能感受的亮度范围约为10-3~106nit，所能感受的瞬时对比度范围可达10000：1，而目前消费级液晶显示器的亮度一般在300~400nit左右，其亮度范围一般为2000：1。可见，人眼的亮度分辨能力远高于当前主流的显示设备。而HDR显示技术就是要提升显示的亮度范围，在使得显示亮度更亮的同时，又让呈现的黑色更黑。

目前显示器对比度的限制是由1990年发布的ITU BT.709标准决定的。为了达到最佳的观看效果，该标准中的电光转换函数（EOTF）是以过去CRT显示器的特性为基础设定的。但CRT显示器的亮度一般不超过100nit，对于现在亮度可达400nit甚至1000nit的显示器而言，BT.709标准已经束缚了最佳显示效果的呈现。因此，当前不少广播电视界的机构组织均提出了新的HDR显示技术，以实现更高动态范围的显示。

HDR显示技术的关键是对于电光转换函数（EOTF）和光电转换函数（OETF）的定义，即电信号与光信号之间的转换规则。目前主要存在两种新的电光转换方案来替代CRT时代所使用的伽马曲线。一是杜比实验室的Dobly Vision HDR方案提出的感知量化编码（PQ，perceptual quantizer），二是由BBC和NHK联合研发的对数伽马分布（HLG, Hybrid Log Gamma）。杜比PQ可采用12bit色彩深度实现107高动态范围，其亮度范围达到10-3~104nit。该方案根据显示器端人眼对亮度分辨的阈值来确定量化比特的要求，符合人的视觉生理和视觉心理，对量化比特的使用更为经济。而BBC与NHK提出的HLG方案通过两种不同的方式来分别对HDR信号当中所包含的高光和低光部分进行解码，其中低光部分使用了标准伽马曲线（这与BT.709的标准基本相同），而高光部分（超过100nit）则使用了对数曲线，在支持HDR的同时可以兼容SDR超高清电视。

然而，不同的HDR技术需要相对应的显示设备进行解码调整。一个能够显示Dobly Vision HDR格式内容的电视机，未必就能显示BBC制作的HDR内容。这就给HDR技术的大规模推广带来的一些阻碍。因此，在技术条件已经具备的情况下，标准化已经成为HDR发展亟需解决的问题。

四、HDR标准化情况

当前，世界各地的行业标准组织都已经投入到HDR标准的制定工作中来。美国电影电视工程师协会（SMPTE）于2015年3月率先公布了电光转换函数标准SMPTE ST 2084，采纳了Dolby vision的PQ曲线。而这一标准又被其他行业组织采纳为自身标准体系的电光转换标准。

1、蓝光光碟协会（BDA）

BDA致力于制定超高清蓝光系列标准。2015 年 5 月 12 日，BDA 宣布完成 Ultra-HD Blu-ray 标准和商标。该标准将包括 4K 3840×2160 像素的分辨率、广色域（提升到 BT.2020 标准）、高帧速率（60fps）等，将从2015年8月24日开始授权。

此外，该标准将支持开放 HDR，使用 10-bit HEVC 编码和 SMPTE ST 2084 标准，同时准备采用 Dolby Vision 和 Philip 建议作为选项。BDA也会将10-bit 编码和宽色域用于目前的SDR内容。

2、美国消费电子协会（CEA）

2015年8月，CEA 初步起草了关于电视和显示器行业产品支持 HDR 技术的内容，对“兼容HDR显示器”进行了定义。其中包括：在电视、显示器或者投影机中，至少有一个接口，可以支持 HDR 技术，而且要符合数字电视规范文件 CEA-861-F 以及未经压缩视频规范 CEA-861.3 文件中的规定。另外，还要支持 HDR10 媒体传输标准，比如可以通过 IPTV 的方式播放 HDR视频、或者通过 HDMI 接口传输 HDR视频。

HDR10媒体档次需支持如下内容：符合SMPET ST 2084电光转换标准；色采样：4:2:0；比特深度：10比特；彩色空间符合BT.2020；支持元数据SMPTE ST 2086）。

3、超高清联盟（UHD Alliance）

在今年初的CES 2016上，超高清联盟发布了4K/HDR认证标识“Ultra HD Premium”。其要求设备分辨率达到3820*2160，色深达到10bit，支持BT.2020色域信号输入，显示覆盖90%以上DCI-P3色域空间。在HDR显示方面，该标准要求：符合SMPTE ST2084 电光转换标准；峰值亮度与黑位达到其中一项：

（1）亮度1000尼特以上/黑位低于0.05尼特（主要针对LCD显示器）

（2）亮度540尼特以上/黑位低于0.0005尼特（主要针对OLED显示器）

此外，根据SMPTE研究小组2015年9月发布的《HDR影像生态系统》报告，其他组织有关HDR标准制定的计划如下：

ATSC: 正在考虑将传输HDR内容加入ATSC3.0地面广播标准

SCTE（有线与通信工程协会）：开始研究未来HDR有线传输

MPEG：评估HDR的影响，考虑是否需要调整HEVC压缩标准中的各种工具。HDR内容的流媒体传输也有待定义。

日本ARIB发布了一个光电转换函数（OETF）的标准（ARIB STD-B67）

NHK已宣布传输HDR WCG图像的时间表

欧洲DVB正积极寻求家庭传输HDR的可能选项

ITU-R SG-6形成了有关HDR电视系统的Rapporteur Group (RG24) Recommendations

五、HDR发展前景

HDR并非一个孤立的技术，而是超高清电视整体规划中的一部分。与HDR的高亮度范围显示同步到来的，还将是更高的色彩深度以及更大的色彩空间范围。色彩深度越高，可支持的颜色也越多。色彩深度的增加不仅仅增加了图像的灰度值，也使得同一色系的视觉过渡更为平滑，避免了在表现渐变色彩时出现明显的分层。而新一代的超高清规范ITU BT.2020所规定的色彩范围，也将比BT.709多70%，尤其在绿、黄、青三个高亮度区域有显著的扩大。在现在已经发布的HDR标准中，均对色彩深度和色彩空间作出了相应的规定。这些参数提升共同带来了“更好的像素”显示。

HDR技术将被加入到4K甚至8K电视之中，将“更好的像素”与“更多的像素”结合，重新定义电视画面。

据IHS预测，2019年，符合超高清联盟验收标准的HDR电视的出货量有望从2016年的290万台激增至3260万台。在其最新的欧洲超高清市场预测中，IHS表示，预计今年二季度，HDR电视会进入市场销售，到2017年销量将有明显提升，而到2019年，HDR机型将占据超高清电视销售总量的38%。此外，ABI Research也预测，到2020年，将有70%的4K超高清电视机将支持高动态范围（HDR）、更广色域、高帧频和沉浸式音频等新技术。同时，相较于VR等新兴业务对普通消费使用习惯带来的冲击，HDR与超高清一样，具有更加“平易近人”的特性，因此基于技术的突破性优势、迅速的标准化进度以及HDR电视终端的市场发展趋势，未来HDR电视将在市场上迎来快速发展的时期。