通俗易懂地聊聊什么是HDR

HDR是什么 ：

在现实世界里，我们人眼看到的颜色都是靠光线反射物体到我们的眼睛，这样我们才能认知到这个世界的颜色。不同物体反射出的不同光线量，决定这我们所能看到世界的颜色。而且我们人类的眼睛真的非常厉害，能看到非常之多颜色，能认知到非常之多的光线亮度。

但我们用数码技术记录现实世界的影像，很难完美还原我人眼所看到的内容。更别说显示技术上也有先天性的局限性。

如何让数码影像更真实，更像我们人眼所看到的信息。很简单的目标，增加颜色的记录量，也就是色深。再拍摄数码影像时，如果记录的色深越高，颜色也就意味着越多。相对的，色深越高，影像文件也就越大。

作为一个商业产品，分发速度是必要的。超高色深带来庞大的文件、载体、传输时间的成本，绝对不适合优先发展高色深。同时影像记录上才会选择一些性价比的做法，例如YUV420。

这时候另外一种性价比的做法就这样想到了，光线量。实时记录物体不同的光线量，来营造更真实的画面成像，而且成本不高。这就是HDR高动态范围图像，也可以简单理解为记录着大量的亮度变化信息的框架。

更像我们人眼所看到的信息。记录下0-10000nits之间所有亮度信息，而且每一帧画面的不同位置的亮度信息都是实时记录下来的，完美营造出真实的画面，实现这些的技术，就称为hdr。这就是4K时代的精髓，为了让数码影像更真实。

随着商业运作HDR就这样开始普及了，色深也从1080p时代8bit增加到了10bit。（当然色深的提高还要其他的好处，后面再谈这个）

对比1080p时代，记录的亮度只有大概是0-100nits/200nits，算是很低的了，而且亮度信息是固定的，这就是SDR低动态范围。对比人眼所看到的信息，1080p时代的蓝光画面是比较灰的。

相机拍照的hdr概念也是这么一回事，相机hdr只是记录控制单个画面不同区块下的光线量。

所以总结一下：hdr并不是一种特效，不是后期渲染的功能。hdr是承载新一代画面的技术，一种次时代的影像制作规格。

从显示技术上聊聊HDR：

显示屏/电视上，要还原那些每帧都在变化的亮度信息，这就得要求面板必须能控制每一个背光灯泡的开、关、强、弱。但是这个技术很难实现，索尼的LCD技术算是业界顶峰了，把背光灯泡阵列分成40-60区块，再控制每个阵列组的开、关、强、弱。

但依旧有无法不可避免的问题。开启一个灯泡组，不可避免会照亮隔壁没开灯的地方，也就意味着低亮度显示的区域，会被隔壁的高亮度灯泡给盖过去了，俗称叫做亮度blooming。这叫做LCD无法做到真真的暗的原因。

所以LCD如何遮光是个业界难题，而索尼在这方面来说真的是王者地位。三星、LG、tcl那一票人做lcd真的过家家水平。

这时候OLED优势就提现出来，OLED不用背光灯泡，OLED的每一个像素都会独立发光，这就意味着OLED可以做到像素级的控光水平，每一个面板像素都可以开、关、强、弱的变化。所以才有OLED能完美显示HDR效果的说法。 而且OLED的像素都在统一平面，单一像素的发光不容易盖到隔壁不发光的像素。

这就是所谓的OLED能做到真正的黑根本原因。

但是OLED也有自己的弊端，亮度峰值不高，600nits是普遍现象，索尼就是普通玩家600nits水平。高水平的oled技术LG做到800bits，神级别水平松下做到了1000nits，三星在小尺寸OLED上做到1200nits。反观LCD可是随便能做到1000nits的。

那什么样的亮度标准才算合格呢。几乎能认证一切产品的Vesa 400/600/1000 HDR认证，我相信不少人在PC显示器上看到过，基本上给钱都认证。所以作为电影行业的高标准肯定不适合这种。

而UHD联盟的HDR亮度标准相对来说才是最好的

 LCD: 0.05 cd/m² to ≥1000 cd/m²

  OLED: 0.0005 cd/m² to ≥540 cd/m²

这就是一个合格的4K显示器材必须要要等水平

现在有观点认为OLED和顶级LCD在HDR显示上不分轩轾、各有所长：顶级LCD更注重高光区域的还原效果，OLED则更注重暗部区域的还原效果。

不过像素级的控光水平，依旧让oled在HDR综合表现上好于LCD，怎么说我们在拍摄电影画面的时候，是按照像素记录光线信息的。

那有没有把这两者优势结合起来，抛弃弊端的显示技术。有的，那就是mini lcd/led。把背光灯泡做的非常小，让背光源做到像素那么小，那背光灯泡阵列就可以分成200个区块以上，那在高亮度情况下一样做到了像素级的控光水平。

这是非常新的技术，tcl去年就推出了一台mini lcd电视，但是技术不成熟，灯泡还是不够小，显示技术还一堆bug。华硕倒是有一台mini led显示器PA32UCX-P，售价高达3w元。

总的来说mini lcd/led是未来显示技术上最有潜力的发展之一。在未来OLED也在进步的前提下，mini lcd/led能否代替OLED，这还是无法断言的。

从规格上聊聊HDR：

hdr有很多种规格，像HLG，HDR10, HDR10+, DOLBY VISION。这些都是影像巨头们为了自己的商业利益，而推出的产品规格。这些HDR规格包含了从拍摄到后期制作，到影像显示一整条的规范。谁的市场份额越多，谁就越赚钱。

现在电影方面普及度前三各大公司都支持的HDR10。

电视技术支持很积极的DOLBY VISION杜比视界 。

三星为了对抗杜比与谷歌推出的HDR10+。

这3个的hdr底层原理都是一样的，但是在制作标准上，与显示技术都有很大区别。

像前面说的，我们可以记录0-10000nits亮度变化，但是没有显示设备可以承载0-10000nits变化。那我们只能降低标准，0-1000nits的影像内容，对应VESA显示标准就是HDR1000。0-1000nits是现在最低的影像内容标准了，没有比这个更低的了。

但是还是有设备无法做到0-1000nits变化，例如OLED。

而且0-4000nits，0-6000nits的影像内容，市面上可不少。例如张艺谋的《影》4K碟就是0-6000nits的作品。

显示设备无法做到怎么办，那就只能去压缩亮度信息来匹配面板的亮度范围，这就是 <Tone mapping色调映射>。但是问题来了，压缩亮度啊，有些场景亮度已经够低了，再被压一下，不就一坨黑了。万一黑人在夜晚下，压缩亮度后那就是“柯南黑衣人”啊。

这时候杜比公司就很有远见性了，在每一个亮度信息下写上不同的“标签”，专业名称叫做<dynamic Tone mapping动态色调映射>，告诉电视机上<Tone mapping色调映射>功能，这个地方可以压缩亮度，那个地方不能压缩亮度，压缩多少都写着好好的。

同时既然压缩了，那肯定是劣化效果啊。杜比做的更狠，进行色深扩展。用图像数据来把10bit/色深的视频扩展到12bit/色深，用更多的颜色效果来补充压缩亮度信息后可能产生的画面劣化。虽然说是用算法模拟的10bit到12bit，但是足够了。

而且越高的色深，在YUV420转YUV444的运算精度也更好，更不容易出现画面劣化。这就是为什么在10bit面板上播放12bit的视频，依旧好于10bit的原因。

所以业界常说杜比视界是最好的hdr效果，有道理的。

但是杜比视界写“标签”，还有图像扩展数据这种事情，完全依赖人工后期，纯人工的，所以杜比视界电影不多。

而HDR10+就是杜比视界简配版，HDR10+就写上了“标签”，没有色深扩展功能。

不过杜比视界这么依赖人工后期，早晚会被HDR10+抢饭碗，所以杜比公司直接也做了简配版。 迷你杜比视界层MEL，就是去除了色深扩展数据。而完整杜比视界被称为FEL杜比视界层。

MEL大多数运用在流媒体上，例如网飞这些的电影杜比视界就只有<dynamic Tone mapping动态色调映射>数据。MEL也会运用在UHD光碟上，例如《小丑》就是标准的MEL杜比视界。

具体光碟上是否会上FEL杜比视界，就看电影公司是否愿意砸钱做光盘后期了。

从HDR处理上聊聊HDR：

不过HDR10电影那么多，我们总不可能就看垃圾效果吧。如果注意观察<动态色调映射>的数据，就是每个亮度信息下写的“标签”，都是有相似的规律的。一套<动态色调映射>的数据制作标准，可以用在大部分HDR电影上啊。所以说MEL杜比视界制作真不怎么费钱，杜比公司就是用简配版与三星打商业战啊。

扯远了，说回来。

既然都是相似的规律，那做一个庞大的数据库，每一帧每一帧匹配亮度信息，自动写上“标签”，再固化在芯片上，实时在演算出来。这就是各大电视厂商的芯片功能<动态色调映射>。当然不同厂商叫的名字也不一样，LG就叫“动态色调映射”。

索尼那边拆分成了各种各样的名字，统一叫X1算法。

当然各大厂商训练出来数据库效果有好有坏，按照19年OLED电视的排名来说: 松下>LG=索尼。

我相信PC玩madvr来处理hdr的玩家们，也会自己写一些亮度匹配。但是就写个十几个，跟那些高端芯片上的几万条数据肯定没法比。

总的来说，HDR绝对不是噱头，阻碍HDR的只是显示设备没有及时跟上而已。但是现在已经很好了。松下OLED电视做到1000nits，索尼的8K LCD做到4000nits。iphone 11 pro/max就把OLED做到了1200nits，常见的HDR亮度已经可以驾驭了。

当然HDR还有很多专业知识，像HDR的核心PQ曲线，EOTF，更复杂的BT1886，这些太过理论的东西，就不阐述了，有兴趣的话，可以翻翻wiKi。

未来还有mini lcd/led，新一代OLED工艺，我相信未来HDR将成为视频技术的一种标配，现在我们看到的不完美的HDR显示只是未来的黎明。