Как появился HDR: от SDR к Dolby Vision, HDR10+ и HLG

Как появился HDR

В середине XX века массовым стандартом экранов стали электронно-лучевые трубки. Сначала они показывали чёрно-белую картинку, позже появились цветные ЭЛТ для телевизоров и мониторов.

До начала девяностых видео хранили и передавали на аналоговых носителях. Цифровой формат распространялся медленно, а компьютеры для обработки роликов оставались слабыми. Контент создавали с оглядкой на возможности экрана: низкое разрешение, стандартный динамический диапазон (SDR), 8 бит на каждый из трёх каналов RGB и расчётная яркость около 100 нит.

ЖК-панели с флуоресцентной подсветкой подняли яркость до 250–300 нит и принесли более высокое разрешение. В конце 2000-х пришли экраны с LED-подсветкой: сначала они улучшили контраст, затем стали глубже передавать цвет. Параллельно развивался OLED с практически бесконечной контрастностью.

На новых панелях даже старый SDR-контент смотрелся приятнее, но потолок формата ощущался. К 2014 году выросли мощности обработки видео и динамический диапазон камер, а экраны научились ярче светиться. Тогда Dolby Laboratories представила первый массовый HDR-формат: Dolby Vision.

Чем HDR-видео отличается от SDR

При съёмке HDR-ролика в файле сохраняется больше исходной информации о свете. Динамический диапазон сжимают сильно слабее, чем в SDR, поэтому в кадре остаются детали и в тенях, и в бликах.

Чтобы увидеть эффект, нужна связка HDR-контента и экрана с поддержкой расширенного диапазона. Тогда цвета выглядят насыщеннее, а светлые и тёмные зоны не превращаются в «мыло». Картинка ближе к тому, как сцену воспринимает глаз в реальности.

Форматы HDR-видео

У HDR-видео несколько реализаций от разных компаний. Ниже основные форматы, которые встречаются в телевизорах, стримингах и на дисках.

HDR10

Открытый стандарт 2015 года. Использует кривую Perceptual Quantizer вместо классической SDR-гаммы, 10-битный цвет и пиковую яркость до 4 000 нит.

Главный компромисс: статические метаданные. Их задают при мастеринге, но телевизор не может подстраивать яркость «на лету» под возможности конкретного экрана. Из-за этого глубина цвета и детализация иногда уступают форматам с динамическими метаданными.

Зато HDR10 максимально распространён. Формат бесплатен для производителей ТВ, его поддерживают почти все модели с HDR. Большинство HDR-роликов на Netflix, других стримингах и Ultra HD Blu-ray идёт в HDR10. Игровые консоли Sony и Microsoft по умолчанию выводят изображение именно в этом формате.

HDR10+

Появился в 2017 году благодаря Samsung, Amazon Video и участию Panasonic. По базовым параметрам близок к HDR10 и совместим с ним, но добавляет динамические метаданные: яркость и цвет можно менять от кадра к кадру.

Стандарт открыт, однако вступление в альянс платное, а LG и Sony не спешат поддерживать разработку конкурента Samsung. HDR10+ чаще встречается в телевизорах Samsung и Panasonic, реже у TCL, Hisense и других брендов.

Контента меньше, чем в HDR10: в основном Amazon Prime Video, HBO Max, Universal и Fox.

Dolby Vision

Пионер HDR-видео от Dolby Laboratories, дата выхода 2014 год. Поддерживает 10- и 12-битный цвет, пиковую яркость до 10 000 нит и динамические метаданные. В этом формате часто мастерят крупнобюджетные фильмы для Netflix, Amazon Prime Video, Apple TV+ и Ultra HD Blu-ray.

Вывод в Dolby Vision есть у консолей Xbox Series X и Series S. На бумаге это один из самых гибких форматов, но лицензию платят за каждый телевизор, а для полной реализации нужны мощные панели. Поэтому поддержка чаще у премиальных моделей. Samsung этот формат в своих ТВ не использует.

HLG

Hybrid-Log Gamma разработали BBC и NHK в 2015 году. Формат работает с 10-битным цветом и яркостью до 4 000 нит, но без метаданных для покадровой подстройки.

Главное отличие от PQ-форматов: HLG умеет адаптировать гамму для обратной совместимости с SDR-экранами. Ролик можно смотреть и на обычном телевизоре, хотя динамический диапазон и яркость будут ниже.

HLG задумывали для эфирного вещания; в России и странах СНГ для ТВ-эфира он пока не применяется. Записи в этом формате встречаются на YouTube. Реализовать HLG проще всего, поэтому его поддерживают многие ТВ с любым другим HDR.

Advanced HDR

Линейка Technicolor включает SL-HDR1, SL-HDR2 и SL-HDR3. Первая разновидность по возможностям близка к HLG и совместима с SDR-экранами. SL-HDR2 использует динамические метаданные, как HDR10+. SL-HDR3 сочетает оба подхода.

Форматы ориентированы на телевизионное вещание, но контента и телевизоров с поддержкой Advanced HDR пока мало.

HDR Vivid

Самый молодой стандарт: альянс CUVA представил его в 2020 году. HDR Vivid использует 10-битный цвет, динамические метаданные и пиковую яркость до 4 000 нит, то есть близок к HDR10+.

Стандарт открытый и перспективный, но за пределами Китая контент вряд ли станет массовым. Встретить поддержку можно в телевизорах Huawei.

HDR в телевизорах на практике

Надпись «HDR» в характеристиках не всегда означает настоящую поддержку расширенного диапазона. Иногда производитель лишь растягивает SDR: искусственно повышает насыщенность и ломает гамму. О реальном HDR говорят только если указана совместимость с конкретным стандартом, чаще всего HDR10.

Продвинутые телевизоры принимают сразу несколько форматов, набор зависит от бренда. Даже при одинаковом HDR10 две модели покажут ролик по-разному: влияют заводские настройки, пиковая яркость экрана и контраст матрицы. Чем выше эти параметры, тем живее картинка. HDR в бюджетном ТВ и HDR в топовой модели при одном исходном файле это разный опыт.

Для корректного отображения HDR-контента телевизор должен соответствовать минимуму по «железу»:

• Пиковая яркость: от 400 нит минимум, рекомендуется от 1 000 нит и выше.
• Глубина цвета: 10 бит на канал. Достигают истинной 10-битной матрицей или 8 бит + технология FRC. Топовые модели иногда дают 12 бит (нативно или 10 бит + FRC), но таких реализаций пока мало.
• Локальное затемнение: для IPS, ADS и VA нужна зональная LED-подсветка, которая гасит диоды в тёмных участках кадра. Чем больше зон, тем точнее контраст между светом и тенью.
• OLED: отдельной подсветки нет, светится каждый пиксель. Яркость регулируют точечно, поэтому OLED часто лучше всего раскрывает HDR.

«Поддержка HDR10 на двух телевизорах не гарантирует одинаковую картинку: решают яркость панели, контраст и качество tone mapping.»

Недостатки и ограничения

В рекламе любой HDR сравнивают с бледным SDR бок о бок, и разница кажется огромной. В быту эффект сильно зависит от мастеринга исходника и калибровки телевизора под конкретную матрицу.

Больше всего HDR впечатляет в демо-роликах и передачах о природе. В фильмах и играх прирост заметен не всегда. Кадры, где в одном кадре много глубоких теней и ярких источников света, телевизор может отдать слишком тёмно или, наоборот, «ослепить» пересветами. Цвета иногда уходят в чрезмерную насыщенность.

Модели ТВ заметно различаются по яркости и контрасту, поэтому один HDR-ролик невозможно идеально оптимизировать под все экраны: на одном телевизоре он смотрится отлично, на другом заметно хуже.

Частично помогают расширенные настройки HDR в меню некоторых моделей: можно подобрать профиль под конкретный фильм или сериал. Но переключать параметры для каждого ролика неудобно, и не все зрители этим занимаются.

Итог: когда HDR оправдан

HDR остаётся перспективной технологией: при грамотном исходнике и правильно настроенной панели картинка заметно живее SDR. Расширенный динамический диапазон реально добавляет объём свету и тени.

Стандартов несколько, а реализация в телевизорах ещё сильнее различается. Поэтому один и тот же контент на разных моделях может оказаться слишком тёмным, перенасыщенным или пересвеченным. Пока SDR в части сценариев остаётся предсказуемее, и полностью заменить его HDR ещё не успел.

Если выбираете новый телевизор, ориентируйтесь на поддержку нужных форматов, пиковую яркость от 1 000 нит и тип матрицы с локальным затемнением или OLED. В каталоге GOODMi можно сравнить модели Xiaomi с HDR10, Dolby Vision и Mini LED под ваш бюджет.