【技术贴】当我们讨论 HDR的时候，不只是在讨论亮度

当代生活，我们都渴望更加清晰的显示效果。因此在代表高清晰度的4K/8K、代表高流畅度的高刷新率之后，更加「好看」的HDR视频正在悄然出现在我们的生活中。

HDR 究竟代表着什么？HDR能给画面带来多大的提升？市面上又有哪些关于HDR的标准呢？

这篇文章花费了非常多的精力，我尽可能保证每一个专业名词都有通俗的解释，如果有不对的地方也欢迎指出来，我们共同进步，谢谢大家。

HDR 是什么？

事实上目前绝大多数手机用户接触到 HDR 应该都来自于今年年初发布的三星S10+ 手机，这是第*款通过了HDR10+认证的手机。

HDR High Dynamic Range高动态范围图像，是相较于SDR Standard Dynamic Range标准动态范围而言的另一种显示效果。

我们都知道显示器很难还原出我们眼睛真实看到的事物，这主要是因为人的眼睛的「参数」实在是太过恐怖了。

根据维基百科的数据显示：同样的一件物体，无论是把它放在明亮的日光下，还是把它放在昏暗无月的星空下，人眼都能正常观测到它。而无月的星空之下物体的反射光强度只有烈日下的1/1,000,000,000，这意味人眼的动态范围相当于90dB。如果换算成档，则相当于整整30档。而现在比较主流的IPS显示设备的对比度只有1000:1，这就导致显示设备在日常显示的时候会出现肉眼可见的压缩失真。

HDR要解决的就是这种失真，拥有更高硬件要求的HDR可以提供更好的动态表现和画面细节，尤其是亮部和暗部的细节对比提升，能够让整个画面的表现。

简单说就是「亮处不过曝，暗部有细节」。

HDR 要什么？

高亮度

作为 HDR 最重要的参数之一，亮度直接决定着HDR的亮度动态范围。亮度越高，显示设备亮度范围越大，HDR效果也才可能越好。

目前市面上主流的HDR标准都把显示设备的*高亮度限制在了1000nit，最低亮度通常都低于1nit。虽然和人眼还有非常大的差距，但是也远远强于目前主流显示设备的亮度。

另外要注意的是，HDR并非是简单的「亮度高」，而是因为亮度能够升高因此能够为画面提供额外的亮度细节，例如太阳、金属反射、爆炸等等画面，HDR设备宣传的*高亮度通常也是指画面中一小部分短时间能够达到的*高亮度，而并非是整块屏幕的持续*高亮度。

简单来说，就是「需要亮的时候才亮」。

高色域

所谓色域就是显示设备能够正确显示颜色的范围，色域越广，显示的颜色就越多。

目前的主流电视设备支持的色域通常是BT.709色域，而HDR的颜色标准通常是P3，甚至是BT.2020，从下图就可以看到这三个色域之间的差距。

高色深

除了色域，色深也是HDR提升的重点。

通常来说色准相同的前提下，色域相同的显示器就能够显示相同的颜色，但事实上影响颜色显示的还有色深，事实上色域的概念就是在「同一色深」的前提下提出的。简单来说色身就是指同一种颜色能够拥有多少种灰阶，类似于「一种颜色的不同亮度」。

色深的单位是 bit，也就是大家选购显示设备时常见的6bit、8bit和10bit，色深越多，能够显示的颜色就越多，而且相同颜色之间的过渡也就越自然。

目前市面上比较主流的产品都是8bit色深，R\G\B三色单个拥有256 位色彩（2 的 8 次方），组成的像素就有16777216种颜色（256的3次方），也就是常听到的1670万色；而 10bit色深的单个像素拥有1024位色彩（2的10次方），组成的像素就有1073741824种颜色（1024的4次方），也就是常听到的10.7亿色，是8bit面板的64倍。

另外面板还可以通过FRC像素抖动技术来提升色阶，也就是传说中的「6抖8」、「8抖10」的技术，这种技术可以模拟高色深面板，在日常生活中很难感受到和原生面板的差别，并且价格比较低；但是和原生面板直接对比还是能感受到二者的区别的。

不过要注意的是，和Hi-res小金标一样，想要欣赏HDR视频，需要内容（片源）、解码芯片和播放设备三者全部符合HDR标准才行。目前市面上绝大多数宣传支持HDR的电视基本上都是只支持HDR解码，面板上还是无法支持这么高的硬件要求，大家选购的时候还是不要迷信 HDR。

常见的 HDR 标准有哪些？

HDR10

美国消费者技术协会（CAT）在2015年推出的HDR10标准是目前行业内最受欢迎的标准，当然肯定不是因为HDR10免费，而是它确定了HDR行业发展的标准和未来前进的方向。

HDR10的标准包括：17.6档动态范围调节、10bit/12bit 色深、BT.2020色域等，这些都成为了未来HDR发展的基础要求。

而最重要的是HDR10带来了PQ感知量化，这也是目前行业内最强的HDR标准Dolby Vision 杜比视界和HDR10+使用的技术。

这个技术非常复杂，我尽量用通俗的语言和大家探讨一下，如果我说的不对也欢迎在评论区告诉我，我会虚心学习。

简单来说，PQ量化感知能够将视频内的亮度信息通过绝对数值来进行量化，峰值为 10000cd/m²，任何视频内的任何亮度信息都在0-10000的数值区间内。这就保证了即使是在不同的视频播放设备上，还原的亮度都是尽可能一致的，这就能保证HDR最重要的亮度还原的准确性。

但是由于是绝对数值，PQ受到硬件的影响非常大：由于封顶亮度高达10000nit，如果你的设备最大亮度只有 1000nit，那原视频中1000—10000nit的部分也不会显示出来，无论怎么调对比度也不会显示。

这项技术的转换方式为SMTPEST2084，简称ST2084，根据函数曲线，1000nit亮度的屏幕可以显示75%的信息，简单来说够用了。PQ技术和我下面会提到的HLG混合对数伽马成为了目前HDR技术的两大流派。

HDR10目前应用范围很广，并且认证不收费，常见的设备包括经过认证的中高端电视、Xbox one、PS4、Apple TV等。

值得注意的是，HDR10对亮度并没有明确要求，300—1000nit都可以支持HDR10。

Dolby Vision 杜比视界

作为老牌视听公司杜比推出的HDR标准，Dolby Vision推出时间是早于HDR10的，但是由于要求过高，而且要收费，导致目前支持的设备并不多。

Dolby Vision要求设备支持10000nit的峰值亮度（目前限制在4000nit，ST2084标准下可以显示90%信息）、最低0.007nit的黑场亮度、BT.2020 色域、12bit 色深，目前市面上基本没有设备可以达到这个要求。

和HDR10相比，Dolby Vision除了硬件上的要求，更重要的是支持了「逐帧动态元数据」，HDR10上使用的是静态元数据，播放时设备会根据整个影片的最亮和最暗来调节影片的显示效果；而Dolby Vision 的动态元数据调节则可以根据某一个场景，甚至逐帧调节信号，让每一帧都能以最合适的亮度进行播放。

另外在专有芯片的支持下，Dolby Vision 可以实现 HDR 和 SDR 的双兼容。

因此 Dolby Vision 更像是 HDR10 的高阶版本，同时杜比作为 HDR10 的定制者之一，Dolby Vision 也可以向下兼容 HDR10。

目前支持 Dolby Vision 的设备也不少，从 iPhone X 开始的 OLED 屏幕的 iPhone 都支持 Dolby Vision，索尼、LG 的高端电视也都有这项功能，内容上还有Netflix、迪士尼、华纳等制片厂进行支持。

HDR10+

和HDR10不同，HDR10+是三星搞出来的，不过也是免费的开放标准。

HDR10+最大的提升也是支持了动态元数据，除此之外也支持*高4000nit的亮度和10bit 面板色深。

目前支持HDR10+最积极的还是三星本星，除此之外松下也有部分电视支持HDR10+，国内即将发售的一加7T也支持；软件方面比较惨淡，只有亚马逊Prime Video和20世纪福克斯等少量内容提供方支持。

HLG混合对数伽马

上面三种 HDR 标准使用的都是PQ技术，接下来要介绍的是主要面向广播电视使用的 HLG。这项标准由英国BBC和日本NHK 联合开发，为的就是简化HDR技术，使其适应性更强，更加便于推广。

和PQ使用的ST2084曲线不同，HLG使用的是OETF曲线，这种曲线并不会将亮度绝对化，而是处理为相对值，最大亮度并不定死在10000nit，而是根据设备的不同而进行动态调整。

这就使得HLG标准的HDR视频即使在不支持HDR视频播放的设备上，也可以通过SDR的标准进行播放，并且画质损失比较小，这大大提升了兼容性。

另外由于HLG使用的电视行业使用的YUV编码（Y-亮度信号、UV-色差信号），HLG甚至可以兼容CRT黑白电视，适合用户群体庞大的电视台。

另外HLG也是免费的。

Display HDR

这项标准面对的是显示器，有 VESA 在 2017 年推出，分别有 HDR400、600、1000 三个档。

由于篇幅的关系就不展开讲了，大家可以看下面的参数。

值得注意的有两点：

1-显示器由于有刷新率和响应时间的显示，因此尽管通常尺寸比较小，但是想要达到和电视相同的HDR效果往往是更难的。

2-显示器HDR不是平均亮度越亮越好，因为显示器的使用距离相对于电视来说和人更近，因此太亮对眼睛不好。

总结

这里我们引用公众号「极客湾」老张老师文章中的表格给大家展示一下目前主流的HDR标准的对比。

可以说，HDR显示是显示领域下一个发展重点，目前来看无论是行业内还是消费者都对 HDR充满了兴趣，但是揠苗助长式的HDR普及要不得，希望厂商们不要光顾着刷假认证，专心于产品才会有更好的结果。

再次重申一次：想要欣赏HDR视频，需要内容（片源）、解码芯片和播放设备三者全部符合 HDR 标准才行。

相信我，真正的HDR效果不会让你失望的。不信？去索尼店里试一下就知道了。