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HDR技术应用LED显示屏深度解读 满满的都是干货！
2019-04-10 11:00:35
什么是HDR
我们处在一个多彩的世界中，为了将这个多彩的世界通过显示屏真实呈现在眼前，人类发明了摄影机、摄像机、电视机等各种设备，也研发了很多先进的技术，HDR就是其中之一。
HDR全称是High-Dynamic Range，即高动态范围图像技术。这项技术最早应用于摄影，在拍照过程中开启HDR，可以让原先的暗场景变得更明亮更通透。现在，HDR技术已经应用在了家电、智能终端等各个方面。LED显示领域也因为诺瓦科技，开始真正体验到HDR技术带来的优势。
HDR能带来什么
拿电视举个例子。传统电视所能展现的亮度范围极为有限，与人眼所能感知的范围相差甚远。其原因是传统电视在画面明亮处的亮度提不上去，暗处暗不下来。这导致了人眼最终所感知到的画面层次感较差，大量细节丢失。
HDR超画质显示技术能完美的解决此问题。HDR相对于目前市面上主流的SDR 1080P显示技术，具有更高的像素带载：3840×2160;更宽的色域范围：BT2020。同一幅画面能够显示更多的颜色信息，更多图像的细节纹路。同时加上更加先进的电光转换技术，全方位提升了图画的明暗对比度，让一幅画面全方位展现出最真实的样子。
在LED显示行业， 诺瓦科技率先做出了支持HDR片源解析的视频处理设备，推动LED显示进入HDR时代。
从上图可以看出，右边的HDR图像显示了更多的亮部和暗部细节。人眼看起来，画面更加饱满，颜色过渡更加平滑。
画质提升的5个维度
作为图像处理行业的领导者，SONY公布了超高清画质的标准，包含了5个维度的提升：分辨率、色深、色域、对比度与帧率。
超高清蓝光标准要求分辨率为4K，色深为10bit，色域为BT.2020，对比度即是对HDR的要求，帧率为60fps。
下面专门讲讲最难理解的色深与色域：
HDR色深
超高清蓝光标准中规定色深为10bit，即能够显示10.7亿种颜色。
RGB中每一个颜色有2的10次方，也就是1024个等级。RGB三色则共有超10.7亿 (1024×1024×1024)种色彩搭配。
而普通蓝光标准SDR支持的是8bit色深， 只有1677万种颜色，差距悬殊。也就是说，通过10bit输出，颜色更加丰富饱满，同时色阶过渡也会比8bit的更加流畅。
HDR色域
色深相对应的另一个概念叫色域。前者表示所能显示颜色的数量，后者表示所能显示颜色的范围。
人眼、HDR、SDR的颜色范围对比
目前民用 LCD/OLED 屏幕所覆盖的显示色域大概是 BT.709，约等于手机厂商宣传的 95% NTSC色域(72%NTSC = 100% sRGB)。近两年有不少手机和笔记本电脑开始支DCI-P3色域，而HDR的色域标准是BT.2020。
BT.709和BT.2020的颜色还原范围如下图。HDR标准的BT.2020色域要远超过现有的SDR色域，能够显示更加丰富的颜色范围，对于整个影像在色彩层次与过渡方面的增强起到了关键作用。
在现在已经发布的HDR标准中，均对色彩深度和色彩空间作出了相应的规定。这些参数的全面提升，带来了“更好的像素”显示。
HDR行业标准有哪些
HDR 10
HDR10是目前最普遍的HDR标准，是超高清蓝光规格的强制格式。绝大多数HDR显示设备所支持的HDR标准都是指HDR10，诺瓦科技也支持这一标准。
HDR10于2015年8月27日由美国消费者科技协会公布，迄今为止得到了戴尔、LG三星、夏普、索尼和Vizio等监控和电视制造商的支持和认可。索尼的PS4和X Box One S游戏主机均已支持HDR10标准。
HDR10标准对图像还原能力规定了一系列条件，其中就包括我们前面提到的10Bit色深和BT.2020色彩空间。另外显示屏亮度至少在1000尼特以上，只有满足这些条件，才能宣称自己是HDR10。
HLG
HLG是由英国BBC广播公司与日本放送协会NHK共同开发的“数位节目放送”HDR标准，全名为Hybrid Log-Gamma(混合对数伽码)，于2015年5月推出。
BBC和NHK在开发HLG时，把广播最大的问题“传输频宽”纳入考量。HLG没有metadata的部分，它是将HDR信号结合进电视广播信号中，兼容当前的广播器材，也没有授权费问题。因此，它适用于有线/卫星电视的数位放送，甚至是直播，让民众在家收看节目也能享受HDR效果。
Dolby Vision
这是杜比实验室开发的一项超高清蓝光电视标准。和开源的HDR10不同，只有经过杜比实验室认证的设备，才能宣称支持Dolby Vision标准。而认证过程需要给杜比公司缴费，这些费用也间接计算到设备成本里面。所以，支持 Dolby Vison标准的设备一般价格不菲。
Dolby Vision标准的色深进一步提升到12Bit，显示器至少需要满足 4000 尼特的亮度，目前已经支持Dolby Vision超高清显示的电视有索尼、LG等。
HDR对显示屏的要求是什么
显示屏的峰值亮度≥1000 nits
显示屏的最低亮度≤0.05 nits
覆盖90%以上的DCI-P3色域空间
高亮度所带来的效果不仅仅只是“晃眼”，还能够带来更加丰富的色彩。
理解显示效果，我们要把所有量化的概念立体化。亮度与色彩之间同样能够产生化学反应。举个例子，真实世界的烟花、火光中心都是有颜色的，但是如果用亮度范围较低的显示设备来再现场景的话， 烟花与火光中心处的颜色可能就无法表达出来，只会是一片惨白。这是因为每一个亮度层次里都包含了不同的色彩。
高亮度只是亮度动态范围的一个象限，另一个是极低的亮度，能够呈现出更加深邃的黑色。这种极高和极低的亮度之间还要有很好的等级控制，这样才是实现HDR技术的基础条件。有了这种极限的亮暗和等级控制，就能 将极限亮度下的色彩表达的更加精准。能包容的亮度范围越大，亮度的层次也会越多，同样的色彩、灰度这些信息也会更加丰富。
LED具有LCD所不能比拟的高亮度范围优势。在色域范围上，LED也广于LCD。过去制约LED行业HDR技术应用的最大瓶颈是没有能够处理HDR动态范围的处理系统，现在诺瓦作为LED显示行业领导者，率先研制出处理HDR源的控制系统，完美解决了HDR在LED领域应用问题。
HDR技术的未来
HDR并非一项孤立的技术，它规定了片源、硬件解码、屏幕显示对于图像信号的处理要求。所以，HDR技术的实现需要片源、硬件解码设备、显示设备联动，形成一个处理系统，共同达到最终的显示画质!
当前，HDR在LCD行业应用最多。但是，由于LCD显示屏亮度上不去，这个先天的技术瓶颈，使得HDR 在LCD行业总是达不到最好效果。
虽然LED行业具有LCD不能比拟的亮度优势，但为什么LED行业没有应用HDR呢?正如上文所讲，这是因为LED行业之前没有能够处理HDR源的处理系统，也因此一直制约着LED行业对HDR技术的应用!
现在，有了诺瓦科技在HDR视频源处理方面的领先技术，加之LED行业显示HDR的亮度优势，真正实现了LED行业画质提升质的飞跃!
未来，HDR技术将被诺瓦科技引入到8K甚更高标准的显示之中，将“更好的像素”与“更多的像素”结合，重新定义显示画面，引领整个行业的价值升级。
数据来源 3qled 显示之家
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