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HDR技術應用LED顯示屏深度解讀 滿滿的都是干貨!

發布時間:2018-08-05 08:24 作者:敘品本色LED顯示屏亮化工程部編輯  

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   HDR興起于廣電行業,后逐漸擴展到移動設備端。LED顯示領域引入這個概念和技術相對滯后。諾瓦作為HDR技術引入LED顯示領域的先行者和最早技術實現者,旨在給客戶帶來更好的畫質體驗。

  什么是HDR

  我們處在一個多彩的世界中,為了將這個多彩的世界通過顯示屏真實呈現在眼前,人類發明了攝影機、攝像機、電視機等各種設備,也研發了很多先進的技術,HDR就是其中之一。

  HDR全稱是High-Dynamic Range,即高動態范圍圖像技術。這項技術最早應用于攝影,在拍照過程中開啟HDR,可以讓原先的暗場景變得更明亮更通透。現在,HDR技術已經應用在了家電、智能終端等各個方面。LED顯示領域也因為諾瓦科技,開始真正體驗到HDR技術帶來的優勢。

  HDR能帶來什么

  拿電視舉個例子。傳統電視所能展現的亮度范圍極為有限,與人眼所能感知的范圍相差甚遠。其原因是傳統電視在畫面明亮處的亮度提不上去,暗處暗不下來。這導致了人眼最終所感知到的畫面層次感較差,大量細節丟失。

  HDR超畫質顯示技術能完美的解決此問題。HDR相對于目前市面上主流的SDR 1080P顯示技術,具有更高的像素帶載:3840×2160;更寬的色域范圍:BT2020。同一幅畫面能夠顯示更多的顏色信息,更多圖像的細節紋路。同時加上更加先進的電光轉換技術,全方位提升了圖畫的明暗對比度,讓一幅畫面全方位展現出最真實的樣子。

  在LED顯示行業, 諾瓦科技率先做出了支持HDR片源解析的視頻處理設備,推動LED顯示進入HDR時代。

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  從上圖可以看出,右邊的HDR圖像顯示了更多的亮部和暗部細節。人眼看起來,畫面更加飽滿,顏色過渡更加平滑。

  畫質提升的5個維度

  作為圖像處理行業的領導者,SONY公布了超高清畫質的標準,包含了5個維度的提升:分辨率、色深、色域、對比度與幀率。

 

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  超高清藍光標準要求分辨率為4K,色深為10bit,色域為BT.2020,對比度即是對HDR的要求,幀率為60fps。

  下面專門講講最難理解的色深與色域:

  HDR色深

  超高清藍光標準中規定色深為10bit,即能夠顯示10.7億種顏色。

  RGB中每一個顏色有2的10次方,也就是1024個等級。RGB三色則共有超10.7億 (1024×1024×1024)種色彩搭配。

  而普通藍光標準SDR支持的是8bit色深, 只有1677萬種顏色,差距懸殊。也就是說,通過10bit輸出,顏色更加豐富飽滿,同時色階過渡也會比8bit的更加流暢。

  HDR色域

  色深相對應的另一個概念叫色域。前者表示所能顯示顏色的數量,后者表示所能顯示顏色的范圍。

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  人眼、HDR、SDR的顏色范圍對比

  目前民用 LCD/OLED 屏幕所覆蓋的顯示色域大概是 BT.709,約等于手機廠商宣傳的 95% NTSC色域(72%NTSC = 100% sRGB)。近兩年有不少手機和筆記本電腦開始支DCI-P3色域,而HDR的色域標準是BT.2020。

  BT.709和BT.2020的顏色還原范圍如下圖。HDR標準的BT.2020色域要遠超過現有的SDR色域,能夠顯示更加豐富的顏色范圍,對于整個影像在色彩層次與過渡方面的增強起到了關鍵作用。

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  在現在已經發布的HDR標準中,均對色彩深度和色彩空間作出了相應的規定。這些參數的全面提升,帶來了“更好的像素”顯示。

  HDR行業標準有哪些

  HDR 10

  HDR10是目前最普遍的HDR標準,是超高清藍光規格的強制格式。絕大多數HDR顯示設備所支持的HDR標準都是指HDR10,諾瓦科技也支持這一標準。

  HDR10于2015年8月27日由美國消費者科技協會公布,迄今為止得到了戴爾、LG三星、夏普、索尼和Vizio等監控和電視制造商的支持和認可。索尼的PS4和X Box One S游戲主機均已支持HDR10標準。

  HDR10標準對圖像還原能力規定了一系列條件,其中就包括我們前面提到的10Bit色深和BT.2020色彩空間。另外顯示屏亮度至少在1000尼特以上,只有滿足這些條件,才能宣稱自己是HDR10。

  HLG

  HLG是由英國BBC廣播公司與日本放送協會NHK共同開發的“數位節目放送”HDR標準,全名為Hybrid Log-Gamma(混合對數伽碼),于2015年5月推出。

  BBC和NHK在開發HLG時,把廣播最大的問題“傳輸頻寬”納入考量。HLG沒有metadata的部分,它是將HDR信號結合進電視廣播信號中,兼容當前的廣播器材,也沒有授權費問題。因此,它適用于有線/衛星電視的數位放送,甚至是直播,讓民眾在家收看節目也能享受HDR效果。

  Dolby Vision

  這是杜比實驗室開發的一項超高清藍光電視標準。和開源的HDR10不同,只有經過杜比實驗室認證的設備,才能宣稱支持Dolby Vision標準。而認證過程需要給杜比公司繳費,這些費用也間接計算到設備成本里面。所以,支持 Dolby Vison標準的設備一般價格不菲。

  Dolby Vision標準的色深進一步提升到12Bit,顯示器至少需要滿足 4000 尼特的亮度,目前已經支持Dolby Vision超高清顯示的電視有索尼、LG等。

  HDR對顯示屏的要求是什么

  顯示屏的峰值亮度≥1000 nits

  顯示屏的最低亮度≤0.05 nits

  覆蓋90%以上的DCI-P3色域空間

  高亮度所帶來的效果不僅僅只是“晃眼”,還能夠帶來更加豐富的色彩。

  理解顯示效果,我們要把所有量化的概念立體化。亮度與色彩之間同樣能夠產生化學反應。舉個例子,真實世界的煙花、火光中心都是有顏色的,但是如果用亮度范圍較低的顯示設備來再現場景的話, 煙花與火光中心處的顏色可能就無法表達出來,只會是一片慘白。這是因為每一個亮度層次里都包含了不同的色彩。

  高亮度只是亮度動態范圍的一個象限,另一個是極低的亮度,能夠呈現出更加深邃的黑色。這種極高和極低的亮度之間還要有很好的等級控制,這樣才是實現HDR技術的基礎條件。有了這種極限的亮暗和等級控制,就能 將極限亮度下的色彩表達的更加精準。能包容的亮度范圍越大,亮度的層次也會越多,同樣的色彩、灰度這些信息也會更加豐富。

  LED具有LCD所不能比擬的高亮度范圍優勢。在色域范圍上,LED也廣于LCD。過去制約LED行業HDR技術應用的最大瓶頸是沒有能夠處理HDR動態范圍的處理系統,現在諾瓦作為LED顯示行業領導者,率先研制出處理HDR源的控制系統,完美解決了HDR在LED領域應用問題。

  HDR技術的未來

  HDR并非一項孤立的技術,它規定了片源、硬件解碼、屏幕顯示對于圖像信號的處理要求。所以,HDR技術的實現需要片源、硬件解碼設備、顯示設備聯動,形成一個處理系統,共同達到最終的顯示畫質!

  當前,HDR在LCD行業應用最多。但是,由于LCD顯示屏亮度上不去,這個先天的技術瓶頸,使得HDR 在LCD行業總是達不到最好效果。

  雖然LED行業具有LCD不能比擬的亮度優勢,但

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