離間光明與黑暗 HDR電視顯示技術掃盲

2025-05-27 13:51:10

    2016年開始，似乎電視圈的所有非網際網路品牌都在講一個詞，HDR。繼3D、4K、曲面、量子點、OLED等最近幾年火熱的新技術過後，HDR將成為2016年顯示技術的必爭高地，而且各家都已經完成了相應的產品布局。

    儘管HDR在攝影圈是個早已被念叨多年的詞語，然而HDR電視的概念可以認為是在2016年才初現雛形。那麼，這個叫做HDR的東西是什麼顯示原理？又有什麼技術特性？在目前我所接觸的各電視品牌的技術描述中，索尼是為數不多可以成體系的將HDR技術普及清晰的品牌。

1HDR的意義：為了擴展圖像中亮部和暗部對比以及影像細節而生

    科普HDR，肯定是從已知應用最成熟的領域來說，我最早也是通過攝影開始接觸HDR技術的。HDR是高動態範圍圖像的縮寫，其中動態範圍是指亮度高低的範圍和對比度，高動態範圍擁有更加寬廣的明暗亮度範圍和更高的明暗對比，它是為了擴展圖像亮部與暗部區域的對比以及影像細節表現。文字表述有點生硬，咱們這麼看：

    這是兩張在地鐵上使用手機拍攝的清晨日出風光，拍攝時我針對不同區域測光對焦。按照相機的測光程序，它有兩個選擇，幫我保留畫面中「亮」或者「暗」的某一個部分細節，所以我得到的圖一是太陽輪廓很清晰，而且光線的過度均勻，但前景死黑；而圖2基本看不到太陽的形狀了，天空也丟失了清晨朝霞的豔麗，但前景車體的輪廓更明顯。這兩種圖像風格均是手機在不同測光條件下正常拍攝的圖像，然而它們都與肉眼看到的情況大不相同。

經過HDR處理，天空的亮度和色彩信息被最大化保留，同時暗部細節得到了很大程度的還原

    在手機或是相機所拍攝的24位JPG圖像中，經過壓縮的圖像格式並沒有更多空間去保留更多色彩和「亮度」信息，所以在面對這種明暗光線「亮度」差別很大的場景時，單次曝光的圖片只能儘量保留高亮度區域細節或者黑暗部分，無法同時留住高亮和暗部圖像的細節，也就是無法還原出人眼所看到的真實明暗對比，HDR技術便是為了還原更多的明/暗部位圖像細節而生。

2HDR實現：電視背光控制、信號處理、片源缺一不可

    上面的實例中，講解的是僅僅靜態圖像應用下HDR技術的原理和意義，HDR處理過的照片可以對等於我們平時所說的片源。對於電視系統而言，它要解決的是如何還原HDR片源所想要表達的寬廣動態範圍。

典型的明暗場景下不同物體亮度值

    在真實世界裡，能夠將光線反射到人眼的物體都會表現出色彩和亮度，例如上圖，它標註了在明亮和黑暗環境下不同物體的亮度數值，最高亮度除以最低亮度就是這個畫面下的最大對比度，它也對應著這個場景下的動態範圍。對於電視而言，現有技術水平還無法做到還原人眼觀看的真實光影對比情景，這與電視自身的顯示技術限制有關，同時視頻（片源）的拍攝和傳輸同樣制約著電視對明暗光比的表達。

即便是SDR，在前期拍攝時也能夠達到100000:1的高動態範圍，然而在信號傳輸時，為了照顧顯示設備的對比度性能，動態範圍被壓縮到了1000:1

HDR技術的視頻信號傳輸、終端顯示設備都能達到100000：1的高動態範圍

    目前為止，我們接觸的絕大部分影視片源都是基於「標準動態範圍（SDR）」製作的，注意，我們指的並不是拍攝。HDR電視和片源格式出現之前，數字攝像機已經可以製作遠高於電視還原能力的動態範圍。然而為了照顧顯示端的技術顯示，拍攝的視頻內容需要「壓縮」處理，輸出到電視的視頻信號便從相對較高的動態範圍壓縮到標準動態範圍。HDR技術電視因為信號處理和背光技術的提升，他們具備表達HDR片源的硬體實力，所以拍攝階段的高動態範圍信號便可以通過近似無壓縮的形態輸入到電視，至此，也就完成了從視頻拍攝、傳輸到電視解碼、輸出畫面的全HDR表達。

3HDR技術很NB？ 光影質感提升明顯，但只有放HDR片源時才能看出效果 

    說了半天技術原理，那麼HDR電視到底有多好呢？我們來看看SDR與HDR信號在普通和HDR電視上的畫面差異。

    上圖中兩臺電視均為索尼的4K超高畫質電視，位於上方的是索尼16年新品X8500D電視，下方則是非HDR的15年電視X8000C。看到對比圖像我們先別忙著玩大家來找茬，想想一下這個場景大致光影應該是什麼樣子的：平靜的湖泊倒映著陽光明媚的山景，太陽在斜上方2點鐘方向，遠山一側背光一側順光，前景的汽車也是如此。

    表現在兩臺電視上是什麼效果呢？一眼看去，兩臺電視整體高光都很到位，但並沒有明顯的亮度溢出，遠處山峰的白雪與植被間還保留著細節，天空沒有過度曝光的死白。然而陰影的表達呢？差別最明顯的區域在左側前景中的兩輛汽車，上圖HDR電視表達出了順光和逆光的光影，而下方電視中黃色貨車背光面亮度並沒有得到有效壓制，車頭黃色引擎蓋區域和車身側面陰影裡的車體亮度對比並不算明顯。此外，紅色轎車車頭的引擎蓋和側面也能表現出暗部的「不自然」表達。

    這個夜晚場景的對比則主要在高光部分，兩臺電視對比最明顯的是HDR技術的整體光亮感更強，這包含了更高亮度的燈光、燈光映襯的地面和汽車。HDR電視能夠表現出透過車窗看到地面燈光的光影細節，而下方SDR電視為了照顧暗場的黑色表達，壓低了整體畫面的亮度，燈光也就不那麼有魅力裡，車體的平滑和金屬質感也被隱藏。

4HDR電視 到底要不要剁手搞起？

    看過HDR的好之後我們再來潑點冷水，還記得對比的前提嗎？「SDR與HDR信號在普通和HDR電視上的畫面差異」，也就是說，享受HDR效果有兩個前提條件，電視能支持HDR技術，而且還得有HDR片源。與4K視頻的現狀類似，目前市面上支持HDR技術的電影並不多，今年的新聞都還在說某某發行方將在2016年推出HDR版本的電影碟片、某某視頻網站將開始支持HDR技術等，截止目前來看，HDR技術在電影行業僅僅處於起步階段。

    另一種情況，你購買了一臺HDR電視但又沒有HDR內容時，這種電視會比普通電視更好嗎？答案或許是肯定的，因為HDR電視的需要更精細的背光控制能力。然而，HDR電視在播放SDR內容時提升的效果又十分有限，影片編碼時被壓縮的內容是無法通過電視的畫質處理去還原的，兩者差別更像是非HDR時代高畫質電視區別普通畫質電視的差別，差異主要是因為背光設計的不同，與HDR技術無關。

索尼4K電視X8000C（15年產品）

索尼X8500D（16年新品）

    最後，各位可能還有一個疑問沒有被解答，說了這麼多HDR電視，它到底值不值得買。關於這個話題，我們來看看索尼這兩年的具體產品。首先是最入門的4K電視，X8000C，這個電視只有索尼基本的4K迅銳PRO和MotionFlow XR動態優化技術在撐腰。而進化到X8500D之後，原來的塑料外殼換成了金屬邊框的精緻機身，體態也比上一代電視更薄，技術層面更是有最新的HDR技術和特麗魅彩扶持。綜合以上配置提升，兩者官方報價僅僅是7499和8999元的差別，這1500元其實並不會過多為難把索尼4K電視作為目標的用戶群體，我個人認為差價換來的性能提升還算是物有所值，更何況HDR極有可能成為未來一兩年內大製作電影的技術標配。■