淺析HDR標準的應用與發(fā)展

【摘要】隨著互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，網(wǎng)絡基礎設施建設日益完備，而且無線傳輸技術的進步，也推動了新技術的應用和發(fā)展，為整個互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的快速發(fā)展提供了堅實的基礎?；诖?，本文介紹了現(xiàn)階段HDR技術的應用情況和運用瓶頸，希望為相關工作者帶來參考。

【關鍵詞】HDR技術；應用；發(fā)展

中圖分類號：G212 文獻標識碼：A DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2024.18.038

1. 關于HDR技術標準

消費者在購買手機、電視的時候，經(jīng)常見到HDR10、HDR10+、杜比視界（Dolby VISION）、HDR vivid一類的認證標識，甚至在視頻平臺之上，也會看到類似的標識，往往需要付費才能觀看，這說明行業(yè)標準得到了廣泛推廣[1]。

高動態(tài)范圍（High Dynamic Range，HDR）是近年來電視和電影行業(yè)中的一項重要技術，旨在通過提升圖像的動態(tài)范圍，使畫面中的明亮部分更加明亮，同時保持暗部細節(jié)，從而顯著提高視覺效果。高動態(tài)范圍，本質(zhì)上是利用了現(xiàn)在屏幕更高的亮度和對比度，在畫面里面呈現(xiàn)更加真實的效果，更接近人眼所見的效果，HDR更貼近我們的觀看感受[2]。

傳統(tǒng)標準動態(tài)范圍（Standard Dynamic Range，SDR）最高亮度只有100尼特，畫面中高于100尼特的部分將被失真（丟失），最低調(diào)試為0.1尼特，畫面中低于0.1尼特的部分將被丟失。HDR技術可使最高亮度達到數(shù)千尼特，最低亮度達到0.0005尼特，極大拓展了畫面中亮度高于100尼特以及低于0.1尼特部分的細節(jié)，同時讓整幅畫面看上去更加通透明快、細節(jié)豐富。

HDR技術不僅應用于傳統(tǒng)的電視和電影制作領域，還廣泛應用于手機攝影、游戲、網(wǎng)絡直播等多個領域，HDR技術已成為現(xiàn)代顯示和影像處理的重要組成部分[3]。

隨著超高清（Ultra High Definition，UHD）和8K視頻技術的發(fā)展，HDR技術也得到了進一步的推廣和應用。此外，各國也在積極制定和發(fā)布相關的行業(yè)標準以推動HDR技術的應用和發(fā)展。例如，中國國家廣播電視總局于2022年發(fā)布了《高動態(tài)范圍電視系統(tǒng)顯示適配元數(shù)據(jù)技術要求》（GY/T 358—2022），標志著中國在HDR技術標準化方面邁出了重要的一步，該標準提出了顯示適配元數(shù)據(jù)提取、封裝傳輸及圖像重構方法，規(guī)定了超高清電視在制作、傳輸、接收及顯示等各個環(huán)節(jié)的技術要求，旨在滿足超高清電視高動態(tài)范圍節(jié)目的顯示適配需求，體現(xiàn)了對不同顯示能力終端圖像呈現(xiàn)要求的適應性。

2. 現(xiàn)階段HDR技術應用情況

隨著HDR技術的進步，現(xiàn)在主流HDR行業(yè)標準主要有：HDR10、HDR10+、Dolby VISION、HDR vivid等，不同廠商制定了不同的標準，各大品牌的站隊和位置分布如表1。

主流HDR行業(yè)標準和規(guī)則不統(tǒng)一，各有其特點和優(yōu)勢：

（1）HDR10，旨在通過提供靜態(tài)元數(shù)據(jù)來確保影片在不同設備上保持一致的色彩表現(xiàn)，是HDR平臺里面最基礎的標準，設備與平臺支持廣泛，比SDR有更亮的畫面，但相對技術粗糙，映射方法單一。

（2）Dolby VISION，是行業(yè)里高規(guī)格品牌，提供了更高的亮度和更廣的色域，有最精細得原數(shù)據(jù)，有獨立的明暗信息記錄，增強了在線流媒體、廣播電視以及游戲應用的超高清和高清視頻信號的保真度。早期HDR顯示相關研究和標準，都出自杜比公司。

（3）HDR10+，由三星公司推出，對抗杜比公司的標準，通過添加動態(tài)元數(shù)據(jù)來實現(xiàn)逐場景或逐幀的亮度和色彩調(diào)節(jié)，從而提供更高的圖像質(zhì)量，可對每個鏡頭精細調(diào)節(jié)，使用動態(tài)元數(shù)據(jù)來根據(jù)場景調(diào)整亮度。

（4）HDR Vivid，是由中國國家廣播電視總局發(fā)布的新型自主的HDR標準，旨在優(yōu)化動態(tài)視頻的顯示效果，并已被多個行業(yè)合作伙伴的采用，很多電影、劇集也都在按照這個標準發(fā)行，將來會有很大的發(fā)展空間，暫不支持用戶原創(chuàng)內(nèi)容（User Generated Content，UGC）平臺。

HDR多標準現(xiàn)象是由市場需求、技術創(chuàng)新、標準化挑戰(zhàn)、技術和成本平衡以及國際合作等多重因素共同作用的結(jié)果。這些因素相互交織，使得HDR技術的發(fā)展呈現(xiàn)出多樣化和復雜化的態(tài)勢。

不同標準各有優(yōu)缺點，目前最適合的是HDR10或者Dolby VISION，HDR10簡單并能覆蓋盡可能多的觀眾；Dolby VISION可以擁有更好的體驗。

3. 運用瓶頸

隨著消費者對高質(zhì)量視覺體驗需求的增加，不同的內(nèi)容制作者和設備制造商希望使用適合其特定需求和目標市場的標準。盡管有多個協(xié)會和組織參與制定HDR標準，但這些標準之間仍存在差異和不一致性，導致廠商難以選擇合適的標準并進行認證。此外，一些標準如DisplayHDR雖然試圖提供更統(tǒng)一的規(guī)范，但其中某些級別可能仍然達不到真正的HDR要求。

為了在不同檔次的顯示設備上實現(xiàn)良好的HDR效果，需要考慮亮度、色域、位深等多個參數(shù)。不同的標準在技術實現(xiàn)和成本控制方面也有所不同，這進一步增加了標準化的復雜性。

3.1 硬件支持方面

基于HDR技術特性，支持HDR標準的播放設備，觀看效果由屏幕亮度參數(shù)決定，不同亮度參數(shù)的屏幕，效果不同。據(jù)統(tǒng)計，世界上有60%～70%的觀眾沒有支持HDR標準的播放設備，當HDR視頻被放到不支持HDR標準的屏幕上時，就會出現(xiàn)映射問題，視頻無法正確觀看。

3.2 系統(tǒng)、軟件支持方面

（1）為了解決不能正確觀看的問題，視頻平臺的方案是將創(chuàng)作者上傳的HDR視頻轉(zhuǎn)化為SDR常規(guī)視頻，保留HDR和SDR兩種視頻，由觀眾自行選擇，這個過程叫作“下變換”，且不能保證顏色準確度。

（2）為了保證觀看效果，HDR視頻后期制作調(diào)色煩瑣、周期長，實際觀看HDR視頻的群體少，大大降低了創(chuàng)作者制作HDR視頻的熱情，很多短視頻平臺也取消了HDR相關功能。

總的來說，雖然各種HDR標準在技術上各有千秋，但它們之間仍存在顯著的差異和不統(tǒng)一的問題，多標準問題主要體現(xiàn)在技術標準化的復雜性和跨行業(yè)合作的需求上。這不僅影響了內(nèi)容制作和分發(fā)的效率，也給消費者帶來了選擇上的困擾。

4. 機遇與發(fā)展

國外成熟的視頻流媒體平臺，比如奈飛（Netflix）、Apple TV；獨立直播轉(zhuǎn)播平臺，比如F1賽事、NBA賽事這種獨立軟件，自主生產(chǎn)內(nèi)容，擁有自己的播放系統(tǒng)，可以保證用戶能夠正確觀看HDR視頻。

雖然已經(jīng)取得了一定的進展，但要實現(xiàn)全球范圍內(nèi)的統(tǒng)一標準，就需要行業(yè)內(nèi)外的共同努力和持續(xù)的技術創(chuàng)新，還需要更多的行業(yè)合作和標準化工作來解決這些問題，以推動HDR技術的進一步發(fā)展和普及。期望各設備廠商和平臺早日推出對HDR兼容更好的設備和系統(tǒng)，帶來更好的視頻規(guī)格，為觀眾帶來更好的視覺體驗。

參考文獻：

[1]蘇德悅.《中國互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展報告（2024）》發(fā)布[N].人民郵電，2024-07-15（003）.

[2]國家廣播電視總局發(fā)布HDR技術標準[J].中國有線電視，2022（01）：42.

[3]頓勝堡，李新國，張志剛，等.HDR顯示技術及標準化趨勢[J].信息技術與標準化，2016（10）：17-21.