HDR显示技术

什么是HDR?

HDR（High-Dynamic Range，简称HDR）是指高动态范围图像，是一种能够显示更大的亮度范围和对比度的图像技术。HDR可以让暗部的细节变亮，亮部的细节不失真，呈现出更自然、更真实的画面，从而提升画面的立体感和舒适感。

HDR显示技术是为了解决什么？

HDR显示最主要目的是提升画面的明暗亮度相差较大的部位的细节展示能力。HDR显示不仅仅局限于细节展示这种单一的要求，它还有其他重要的延伸需求：

1. 亮度：HDR技术要求提高显示设备的最高亮度和降低最低亮度，从而增加亮暗对比，显示出更多的细节。

2. 色域：HDR显示倾向于用更大的“色域覆盖”标准。 部分HDR标准定义会要求采用较大的色域空间，比如采用BT.2020 色域，以实现更大 的色彩空间覆盖面积。相比传统的BT.709和NTSC定义，其显示色域空间更加丰富。

3. 色深：HDR可以提高显示设备的颜色深度，从而显示出更多的色彩层次，避免色带或色块的出现。传统显示通常是6bit或8bit显示，而HDR要求10bit甚至是12bit的位深

4. 动态映射：HDR可以根据不同的内容和场景，动态地调节亮度和色彩，从而实现更好的画面效果。

SDR则是标准动态范围图像。HDR和SDR的区别主要在于亮度、色域和颜色深度。HDR的亮度范围更广，色域更宽，颜色深度更高，可以显示出更多的细节和色彩。SDR的亮度范围较窄，色域较窄，颜色深度较低，可能会出现暗部细节丢失或亮部细节过曝的情况。

HDR代表高动态范围，与现有SDR（标准动态范围）相比，可显示更大的亮度范围（动态范围） ― 从最暗到最亮。

如下图所示，在SDR中显示内容时，阴影中的黑色好像被压碎，而明亮区域中的白色有一种冲淡的感觉；而HDR允许更自然、更真实的显示，不会减弱明亮或黑暗区域的色调。

HDR作为下一代高质量成像技术引起人们的关注，以HDR格式制作的内容现在可通过Netflix等视频流服务和UHD蓝光光盘获得。

光线和暗色调方面存在很大差异的场景在不同显示器上的显示效果（图片仅用于说明）
SDR 阴影中被压碎的黑色	SDR 明亮区域中的白色被冲淡	HDR

高图像质量的五个要素

这五个要素影响图像的质量

1. 分辨率 2. 位深度 3. 帧速率 4. 色域 5. 亮度（动态范围）

其中，分辨率、位深度、帧速率和色域已根据4K/8K UHD广播标准BT.2020实现标准化。*只有亮度的标准仍然停留在全高清广播标准BT.709规定的100 cd/m²，未见提高。

正因为如此，迄今为止的制作工作需要压缩图像的高亮度部分以匹配显示设备的特性，从而导致显示的图像与原始场景不同。

然而，近年来，显示技术的进步促成可显示的动态范围扩大，使亮度和色彩还原真正像现实世界中看到的那样。

这就是HDR最近获得如此多关注的原因。

*4K/8K超高清电视广播标准计划于2018年底开始实施。目前的全高清标准是BT.709。

1. 分辨率 = 图像细节的精细程度

分辨率指图像中的像素数量。在特定屏幕尺寸下，分辨率越高，像素越多，显示的细节更精细。4K超高清分辨率是3840x2160，这意味着显示的图像数据是标准全高清的四倍。

分辨率差异
2K	4K	8K

2. 位深度 = 色彩渐变的精细程度

位深度指每个像素可以显示的颜色数量。位深度越大，可显示的颜色越多，从而使渐变更平滑、更自然。例如，8位显示器可以显示大约1677万种颜色，而10位显示器可以显示大约10.7亿种颜色。

分辨率差异
8位显示器	10位显示器

3. 帧速率 = 运动的平滑程度

帧速率指一秒内显示的图像数量。电影的帧速率一般是24p（24张图片，或每秒帧数），而标准电视的帧速率通常是60i或30p（每秒30帧）。

8K广播标准BT.2020包含帧速率（最高可达120p）的定义，该帧速率下的运动平滑程度几乎和真实世界一样。

帧速率差异
30p = 60i	60p	120p

4. 色域 = 色彩的生动程度

色域指可以显示的所有颜色的范围。右侧图表显示了人眼能够感知的所有RGB值的范围。三角形表示色域：三角形越大，可以显示的颜色越多。 4K/8K广播标准BT.2020（Rec.2020）比现有全高清广播标准BT.709（Rec.709）涵盖了的颜色范围更广泛。

色域差异

5. 亮度 = 图像照明的强度

亮度指可以显示的图像照明强度的范围。人类眼睛所能感知的最暗和最亮物体之间的差异范围（动态范围）通常为1012，而传统显示设备最多只能显示103的动态范围。HDR将动态范围扩展到105 — 比目前的显示设备高出100倍 — 允许以一种更接近人眼所能感知的方式呈现光与影。

动态范围

参考：

1.HDR详解 - 什么是HDR？

2.HDR大科普：HDR，HDR10，杜比视界HDR，HDR10+，HDR400都是些啥？