颠覆过去 超越未来-揭秘四大主流HDR技术系统与发展难点

　　【家庭影院网 HDAV.com.cn】近日的一则国外新闻引起了整个影音行业的震撼，甚至被指将会颠覆现今电影技术的发展：李安在其最新拍摄的电影《BillyLynn‘sLongHalftimeWalk》(比利·林恩漫长的中场休息)一片中采用了每秒120帧技术进行拍摄。相比目前主流大部分电影所采用的每秒24帧，甚至是此前引起广泛关注的《霍比特人》的每秒48帧，都是大幅度超越。 https://www.hdav.com.cn/play-hometheater/4897.html

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　　画面帧率的提高，将会让电影动态影像变得更加流畅，细节呈现更为丰富，让电影摆脱那种陈旧的卡顿感，更加接近我们平常看到的景象。看来2016年，确实已经成为了影像技术彻底蜕变的一年，超高清、广色域、高色深、高动态范围再加上高帧率的陆续出现，让沉寂多时的影音行业焕发生气。未来当4K120技术真正走入民用市场，现时的UHD超高清蓝光标准、HDMI传输标准以及各项显示设备技术就又要迎来新一代的升级。 https://www.hdav.com.cn/play-hometheater/4430.html

　　话说回来，本文的重点并非讲高帧率技术，而是讨论目前广受关注的HDR高动态范围技术。尽管我们已经不是第一次讲HDR，但是鉴于仍有众多影音爱好者与发烧友对这项技术有众多疑问，同时我们还发现不少人甚至还对HDR有所误解，故收集了目前国际上主流的HDR技术规范与国际标准，让大家能对HDR技术有更深入与准确的了解。

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　　与4KUHD蓝光结合是重要因素，国际上四项认可的主流HDR技术分析

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　　在某种程度上来说，HDR高动态范围技术可以说是一种相当难理解的技术，导致了不少影音爱好者与发烧友认为HDR仅仅是令画面当中的色彩与细节变得更加细腻的技术，其中一种说法是让画面从8bit、256阶提升到10bit、1024阶，其实这并不正确，从8bit到10bit的提升仅仅是代表画面色深的提升。而HDR从字面上的解释是高动态范围，其实就是指画面亮度变化范围的扩展，让画面的黑色变得更黑，让白色变得更亮，从而使得我们可以看到更多的细节，而这种细节不只是黑白的细节，同时也是色彩的细节，因为色彩也是有亮度变化的。这才让HDR技术被认为是革命性的影像技术。不过，现在主流的各种HDR技术规范却并没有停留在动态范围的范畴中，还加入了广色域与高色深的要素，这也成为了容易让人误解的原因。

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　　由于HDR技术发展至今，技术规范与标准仍然显得较为混乱，尽管SMPTE美国电影与电视工程师协会正在努力地构建一个统一的HDR生态系统，已经制定出针对HDR技术的画面动态范围变化规格，也就是EOTF电光转换函数的规范SMPTE2084，以及限制动态范围扩展范围的SMPTE2086Metadata元数据规范，但是目前仍有多种不同的HDR技术，其中国际认可的技术共有以下四种，分别是HDR10、Dolby Vision、Technicolor/Philips HDR、BBC HDR。不过，这四种HDR技术都将有机会成为应用在电影、电视广播领域的核心技术。

　　HDR10

　　提到HDR技术，可能绝大部分的朋友都会率先想起DolbyVision技术，不过在国外HDR10则是更为人所熟知的HDR技术。HDR10属于一种开放式平台下的标准，并不像其他几种HDR技术是由某些企业所掌握，而最为关键的因素是它已经被BDA蓝光碟片组织所采纳并用于4KUltra HD超高清蓝光碟片之中。不过需要留意的是4K超高清蓝光碟片中的HDR技术并非只有一个，除了HDR10之外，DolbyVision也同样被接纳在其中，这个稍后再讲。

　　因此，当你在4KUHD超高清蓝光碟片中看到使用了HDR，很有可能是基于HDR10的技术规范。HDR10将会伴随着10bit高色深与Rec.2020广色域共同出现在4KUHD超高清蓝光碟片之中，而二十世纪福斯则表示将会在近期推出的4KUHD蓝光碟片中使用这个版本的HDR技术，与此同时国外两大网络流媒体平台AmazonInstant与Netflix都会播放基于HDR10的HDR影片。在技术细节方面，HDR10将会采用国际标准的SMPTE2084的EOTF电光转换函数，以及SMPTE2086的元数据规范，影片制作方面限定的峰值亮度为1000nit，相比高清的100nit有了10倍的提升。

　　DolbyVision

　　DolbyVision这个大家应该比较熟悉了，是由杜比实验室所带来的新的视频技术规范，其中涵括了HDR的部分。正如前面所说的，DolbyVision与HDR10同样都被接纳于4KUHD超高清蓝光规范之中。但是与HDR10不同的是，DolbyVision将会采用12bit色深与Rec.2020广色域。而在技术方面，DolbyVision也将会采用SMPTE2084EOTF电光转换函数，而峰值亮度将会设定在10000nit，将会是高清标准的100倍。不过，鉴于现有的杜比专业监视器还只能工作在4000nit，因此DolbyVsion现阶段还是有所保留，不过随着技术的发展将有机会达到更高的峰值。目前华纳兄弟与索尼影业均接纳了DolbyVision作为优先采用的高动态范围扩展技术，另外国内外不少品牌的显示设备都已经宣布支持DolbyVision。

　　Technicolor/Philips HDR

　　除了以上两种应用于4KUHD超高清蓝光规范的HDR技术之外，下面所提到的两种标准则主要以电视广播中的应用为核心。这个由Technicolor与Philips合力研发的HDR系统将会与HDR10、DolbyVision一样都会使用10bitHEVC编码技术，并会基于SMPTE2084EOTF电光转换函数。只是Technicolor/Philips HDR还将会适用于BBC与NHK电视台所采用的EOTF电光转换函数。在技术上，Technicolor/Philips HDR最大的特点在于高效，并且还能向下兼容SDR标准动态范围的系统。现阶段，这个HDR系统将会采用基于SMPTE2086元数据的单层SDR/HDR编码技术来兼容普通高清显示设备，而在未来将会采用双层编码的解决方案。

　　BBCHDR

　　最后一种备受瞩目的HDR技术，是BBC英国广播电视台所带来的一种十分强调实际应用与高效的HDR技术。BBC认为现行的SMPTE2084EOTF电光转换函数并非HDR电视广播领域的最佳解决方案，通过联合NHK日本放送协会共同开发出一个能够应该在更加广阔范畴的显示设备当中的EOTF电光转换函数，同时还能针对不同的观看环境来调整峰值亮度与黑位，从而呈现出一个高质量的画面。简单地来说，BBCHDR技术是希望改良现行主流的HDR技术规范，让其应用层面更高，使得HDR技术能够尽快进入到千家万户之中。

　　总而言之，尽管上述四种主流的HDR系统都存在着一定的差异，但是绝大部分的HDR系统其实已经在某些技术规范上达成了共识，例如基本上将SMPTE2084EOTF与SMPTE 2086元数据技术规范纳入标准之中。我们希望影音行业能尽早建立统一的HDR系统与流程范围，以达到最高效与节约成本的目标。

　　亮度与色彩是其中的两个关键因素，HDR技术发展的难点

　　未来，HDR肯定将会成为各大平板电视与家庭影院投影机的新卖点，不过如果仅仅是技术上兼容HDR，而并没能在亮度与色域方面取得突破，即使是观看透过HDR制作的影视节目，实际观看画面的提升也是有限的。如果你在近期有过HDR观看经验就不难发现这一点。从本质而言，HDR其实就是画面整体亮度范围的大幅度扩展，而这里面除了白色的亮度之外，也牵涉到其他色彩的亮度。我们经常提到的色域的概念，其实并非平面的，而是一个立体空间，也可以称作色彩空间，当所有色彩的亮度都得以提升之后，如果所关联的色彩数量也同样增加的话，整个色彩空间就能大幅度增加，从而引发我们所观看的整个影像的色彩与细节的全面增加。另外，色彩深度也是另外一个关键的因素，从8bit到10bit、12bit的提升会让整个画面的色彩过渡更加均匀与细腻。这些因素其实都是与HDR技术有着密不可分的关系。这也是为什么前面所提到的各种主流的HDR系统除了提到动态范围的提升之外，还会牵扯到色域、色深的技术规范。所谓牵一发而动全身就是这样的道理。未来，无论是平板电视还是家庭影院投影机，想要获得好的HDR画面效果，最关键的因素是在亮度输出与色彩方面的表现。黑位与高光展得越开，色域范围越广，就能更加充分地释放出HDR高动态画面的真正潜力。

　　不得不说，对于视频调校而言，HDR技术的诞生，将会令整个色彩管理与灰阶白平衡调整变得更为复杂，尤其是灰阶白平衡调整方面，就需要对更多数量的灰阶进行测试，对于测试仪器与系统的要求也更高。而测试方法上也与我们常见的两点式灰阶调整有所不同，例如Calman中所采用的HDR10测试流程，建议视频技术人员可以通过ISF或THX相关的课程进行更深入的学习与技术更新。更多新鲜好玩的家庭影院资讯请关注家庭影院网http://www.hdav.com.cn (微信：hdavcomcn)，全国极具影响力的家庭影院音响玩家互动媒体网站。

　　注：本文转自影音中国。文章为作者独立观点，不代表家庭影院网立场。