Усі відтінки реальності. Технологія HDR — як вона впливає на якість зображення

Модний і перспективний 4K чи мейнстрімний Full HD із купою оптимізованого контенту? Саме таке питання постає, коли ти вибираєш новий ноутбук чи монітор. А якщо поряд із цими характеристиками бачиш абревіатуру HDR, питань виникає ще більше. Що означають ці загадкові три літери, для чого створена технологія і як вона вплине на відпочинок за переглядом улюбленого відео чи розкриття творчого потенціалу? Фахівці Lenovo допоможуть знайти відповіді.

Реалістичність зображення: майбутнє чи сучасність?

Розуміння того, що більша роздільна здатність означає кращу якість зображення, у користувачів техніки вже сформувалось. І це правда, але існує межа, яку взяли до уваги розробники стандарту Ultra HD. Вони виявили, що подальша «гонитва» за кількістю пікселів не приводить до відчутного поліпшення сприйняття. Зрештою, роздільна здатність людського ока становить близько 1 МП, а навколишній світ ми сприймаємо значно яскравіше, ніж екран телевізора. Суб’єктивні оцінки вказують на те, що більш контрастне й насичене кольорами зображення має кращий вигляд, ніж зображення з високою роздільною здатністю. Тому на даному етапі розвитку технологій роздільна здатність ноутбуків та більшості моніторів зупинилася на 4K. Щоб зробити картинку на екрані більш наближеною до реальності, сучасні пристрої використовують технологію розширеного динамічного діапазону, або HDR (High Dynamic Range).

Що робить технологія HDR:

• поглиблює контрастність і забезпечує більш насичені кольори;
• збільшує максимальну яскравість і глибину чорного кольору;
• розширює колірний простір (збільшує кількість відтворюваних кольорів);
• підвищує природність зображення (підтримує глибину кольору 10–12 біт);
• підтримує статичні та динамічні метадані для більш точного відтворення.

Як це працює

Найпоширеніший приклад застосування HDR-технології — це кадр із темним об’єктом, наприклад будинком, на тлі світлого неба. У випадку зі стандартним динамічним діапазоном, SDR (Standard Dynamic Range), на фото буде чітко видно або фасад будинку зі світлою плямою замість неба, або темний контур будинку на тлі чіткого неба з хмарами й сонячним промінням. Розширений динамічний діапазон дає можливість чітко відтворити всі об’єкти в кадрі, досягти необхідної деталізації на темних і світлих ділянках. Фактично пристрій відтворення — монітор, екран ноутбука чи смартфона — має забезпечити вищі показники яскравості, контрастності, колірного оформлення, а також знати, як розподілити світло в кадрі.

Важко повірити, але всі стандарти кольорового телебачення лишалися практично незмінними з часів електронно-променевих трубок (кінець ХІХ століття). Проте зараз з’явилася можливість побачити на екрані набагато більше. Це не чергова цікавинка, як 3D-відео, що не набуло популярності. Це — якісно новий спосіб передачі та відтворення відеосигналу, спрямований на перспективу. 

Зараз повністю реалізувати технічні вимоги технології неможливо. Проте навіть за умови часткової реалізації різниця зі стандартним зображенням вражає! 

Технологія HDR потрібна не лише професіоналам, що працюють із графікою. Виробники ігор і фільмів побачили реальну можливість зацікавити споживача значним наближенням зображення на екрані до природного.

Багато сучасних смартфонів уміють робити фото в HDR. Можливо, не всі надають цьому значення, хіба що помітять, що знімки в цьому режимі виходять кращими. Чому це відбувається? У режимі HDR камера робить мінімум два знімки з різною витримкою (іншими словами, темніші та світліші), потім компонує їх в один за допомогою алгоритмів постобробки. 

Відео HDR формується складніше й теж включає етапи постобробки. До того ж разом із відеосигналом передаються метадані — службова інформація про параметри сцени, яка відтворюється. 

Еволюція HDR-технології

HDR — це поєднання технологій, стандартів, технічних рекомендацій і регламентів виробництва. Формати HDR-відео стандартизовані, однак значення основних параметрів (яскравість, кількість відтінків, охоплення колірного простору та способи передачі метаданих і навіть роздільної здатності) поки не уніфіковані. У зв’язку із цим спектр форматів HDR-відео досить широкий.

Два основні — це HDR10, який еволюціонував у HDR10+, та Dolby Vision. Перший — відкритий (безкоштовний), другий — власність компанії Dolby. Обидва вони покликані покращити якість зображення: підвищити роздільну здатність, розширити колірний простір, збільшити глибину кольору, яскравість, контрастність. Проте є і відмінності: 

• Dolby Vision здатна підтримувати пікову яскравість 10000 ніт, тоді як HDR10 — лише 4000 ніт.
• Dolby Vision підтримує глибину кольору 12 біт, а HDR10 — 10 біт.
• Dolby Vision підтримує стандарт колірного простору Rec.2020, а в HDR10 за основу взято стандарт DCI-P3.
• Стандарти мають різні формати метаданих. HDR10 підтримує лише статичні метадані (для динамічних метаданих була створена версія HDR10+) і потребує інтерфейсу HDMI 2.0a чи більш сучасного. Dolby Vision уміє працювати з усіма типами метаданих і передає сигнал навіть через HDMI 1.4.
• Дворівневий Dolby Vision може одночасно передавати два потоки відео — HDR і SDR.

В ідеалі обидва формати повинні мати роздільну здатність не менш ніж 4K Ultra HD, але контент Full HD HDR також існує. Важливо зазначити, що HDR — стандарт і набір параметрів, які регулюються цим стандартом. Його розробники встановили досить високу планку — екрани, які на 100% йому відповідають, зараз недоступні технологічно. HDR — це стандарт майбутнього. 

Параметри. За що вони відповідають

З кількістю пікселів усе зрозуміло, а що означає решта?

• Глибина кольору характеризує кількість відтінків кожного колірного каналу. Їх зазвичай три: червоний, зелений, синій. Для стандартного динамічного діапазону глибина кольору становить 8 біт, що означає 256 градацій кольору. HDR10 передбачає 1024 градації, іншими словами — у 4 рази більше відтінків. Dolby Vision має 12 біт, тобто 4096 градацій.
• Колірний простір — це еталонна модель кольорів, на якій базується реальне кольоровідтворення пристрою. У HDR10 та Dolby Vision нові стандарти прийшли на зміну старому Rec.709, який не здатен правильно відтворювати деякі природні кольори, наприклад яскраво-червоний і фіолетовий. Реальне кольоровідтворення, яке називається колірним охопленням, є однією з основних характеристик екрана й виражається у відсотках від визначеного колірного простору. Таких стандартів є кілька, їх можна пов’язати між собою у відсотковому співвідношенні. Проте робити це не зовсім доречно, адже кожен має свою сферу застосування.
• NTSC історично походить від відповідного стандарту кольорового телебачення з використанням електронно-променевих трубок.
• Adobe RGB застосовують під час підготовки зображень до друку. Він майже повністю перекриває можливості передачі кольору професійного друкарського обладнання. sRGB прийнятий як стандарт для зображень в інтернеті (охоплення становить близько 72% від охоплення NTSC).
• DCI-P3 використовують у цифрових кінотеатрах. Він відтворює колірну гаму як у кіноплівки.

Простір CIE 1931 охоплює всі кольори, які може побачити людське око. 

• Яскравість набуває значення від 100 ніт у бюджетних рідкокристалічних екранах до 1000 ніт і більше у професійних моделях. 
• Контрастність — похідна величина яскравості. Вона визначає, наскільки яскравість окремого пікселя може змінюватися від найтемнішого до максимально яскравого значення. Вона виражається співвідношенням типу 500:1. Це означатиме, що піксель здатен засвічуватись у 500 разів яскравіше, ніж у вимкненому стані.

HDR-контент. Де його переглядати

Пристрій для відтворення HDR-контенту (телевізор, монітор, смартфон) інтерпретує HDR-сигнал відповідно до своїх параметрів яскравості й колірності та виводить зображення саме таким, як було задумано його творцями. 

Сертифікацію пристроїв можна розглянути на прикладі VESA DisplayHDR — одного з перших стандартів, що визначає якість дисплеїв із високим динамічним діапазоном. Специфікація визначає три рівні HDR за результатами тестів яскравості, контрастності, колірного охоплення (BT.709 і DCI-P3), глибини кольору та швидкості реагування на зміну яскравості підсвічування. 

Базовому рівню DisplayHDR 400 відповідають дисплеї з 8-розрядним кольором. Для рівнів DisplayHDR 600 і DisplayHDR 1000 необхідні 10-бітний колір, локальне регулювання яскравості та вміння короткочасно «спалахнути» на всій поверхні. Число, що входить до позначення рівня, відповідає піковій яскравості в кд/ кв. м (ніт). 

Де переглядати HDR-контент

Зараз є кілька джерел, які застосовують HDR, і цей список поступово розширюватиметься:

1. Передача потокового відео в інтернеті: Netflix, YouTube і Amazon Video.
2. Програвачі 4K Ultra HD Blu-ray Disc.
3. PS4/PS4 Pro й інші консолі.
4. Основні телевізійні мовники й оператори, такі як BBC, SKY тощо, планують передавати HDR-сумісний контент.

Lenovo обирає Dolby Vision як більш перспективний стандарт

Перші ноутбуки з HDR-екранами компанія Lenovo представила у 2018 році. Це топові ультратонкі Lenovo ThinkPad X1 Carbon та ThinkPad X1 YOGA. Екрани мали підтримку Dolby Vision HDR, роздільну здатність Quad HD (2560 × 1440), колірне охоплення 100% за AdobeRGB і яскравість 500 ніт. Наступні покоління цих ноутбуків оснащено екранами Ultra HD (3840 × 2160) із такими ж характеристиками.

Ноутбуки Lenovo, які підтримують HDR:

• Тонкий та легкий ноутбук YOGA S940-14 оснащені сенсорними дисплеями Full HD і Ultra HD із підтримкою Dolby Vision і колірним охопленням 90% за DCI-P3. Ультратонкі YOGA S730 і S940 теж мають сертифікати Dolby Vision або VESA 400 HDR.
• Легендарні захищені ThinkPad серії Т з екранами Quad HD діагоналлю 14 дюймів, оснащені IPS-матрицями, мають підтримку Dolby Vision HDR, яскравість 500 ніт, контрастність 1500:1 та колірне охоплення 100% за Adobe RGB.
• Ігровий HDR-контент не залишився поза увагою — екрани геймерських ноутбуків Lenovo Legion Y740, окрім підтримки кадрової частоти 144 Гц, сертифіковані за стандартами Dolby Vision та VESA 400 HDR.
• Графічні робочі станції ThinkPad P і революційний ThinkPad X1 Extreme (2nd Gen) отримали найбільше різновидів екранів із підтримкою Dolby Vision HDR. У тому числі — із сенсорною OLED-панеллю діагоналлю 15,6 дюйма з роздільною здатністю Ultra HD, що забезпечує контрастність 100000:1 з колірним охопленням 100% за DCI-P3.

У рамках виставки CES 2020 на початку року компанія Lenovo презентувала новий монітор професійного рівня ThinkVision Creator Extreme. 4K-панель із матрицею IPS діагоналлю 27 дюймів, сертифікована за стандартом HDR1000, має пікову яскравість 1000 ніт. Такого показника досягнуто завдяки локальному підсвічуванню mini LED із 1152 незалежними зонами. 

Колористи, режисери, VFX-дизайнери можуть довіряти екрану, який відтворює високоточний калібрований 10-бітний колір із охопленням 99% за DCI-P3. 

Технологія майбутнього, доступна кожному

Екрани зі стандартним динамічним діапазоном прослужать ще довго. Адже творці нових стандартів HDR намагаються зробити їх зворотно-сумісними: HDR-контент можна переглядати на звичайних екранах, і він матиме не гірший вигляд, ніж SDR-контент. 

Масовий перехід відеотрансляцій у формат HDR уже дуже близько. Досі ці процеси гальмувалися через відсутність адекватного «заліза». Проте останнім часом з’являються і екрани, і технології, і контент. Тож скоро підтримка HDR для твого наступного smart-TV, монітора чи смартфона може стати обов’язковою опцією. Приємного перегляду!