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高動態範圍（HDR ）技術已經成為電視領域繼4K 之後的又一關注焦點，2016 年或將成為HDR 標準化與產業化的一年。今天推出的文章由2016 年國際消費電子展HDR 電視新品切入，介紹了HDR 產業發展概況及技術特點，認為標準化已成為HDR 發展亟需解決的問題。在此基礎上，對HDR 的標準化現狀進行了梳理和總結，並探討了HDR 技術的發展前景。敬請閱讀！
圖片為精研總部剛剛入手在美國已經發售的瘋狂麥斯憤怒道的4K藍光片
HDR 技術及標準發展情況 惠慧，朱穎瑛，朱林林，何大治 （上海交通大學未來媒體網絡協同創新中心，數字電視國家工程研究中心）
在今年的國際消費電子展（CES 2016 ）上，HDR 成為電視領域繼4K 之後的又一關注焦點。各大整機廠商希望繼4K 之後迅速找到新的銷售點，因此LG 、三星、索尼三家知名電視廠商均展示了支持HDR 顯示的電視新品，包括LG 的SIGNATURE 4K OLED 系列、索尼的X9300D 系列以及三星的無邊框量子點SUHD 電視等。國內廠商TCL 也推出了一款型號為X1 的QUHD 新品電視，採用了杜比公司最新的HDR 技術，同樣支持HDR 顯示。毫無疑問，在未來這一年中，HDR 將成為電視行業的熱門關鍵詞和發展趨勢，開始走入大眾的視野。
1 CES 2016 主要HDR電視概覽 今年的CES 上，除了VR 引起了很大的關注，在視頻領域，新型HDR 電視成為各大廠商重點推薦的新產品。HDR 相較普通的高清、超高清電視呈現了更加明亮、更加清晰、更加真實的畫面，吸引了大批參觀者駐足體驗。下文將介紹目前較具代表性的幾款HDR 電視產品。
1.1 索尼：X9300D系列和X8500D系列 X9300D 系列電視搭載基於“動態背光系統- 精英版”的全新網陣式背光照射結構，最高亮度可達4 000 nit （1 nit =1 cd/m2 ），可呈現更細膩的色彩和更為生動的明暗對比效果。此外，在機身外形上，X9300D 具備纖薄掛壁效果，掛壁後距離牆面僅36.7 mm 。該款電視已於2016 年初首先在中國預售，其中55 in （1 in=2.54 cm ）售價RMB 14 999 元，65 in 售價RMB 21 999 元。 X8500D 系列電視定位中高端，採用了4K 處理芯片X1 、4K 迅銳圖像處理引擎PRO 以及特麗魅彩顯示技術，從而能更好地呈現HDR 畫面細節。該系列同樣擁有55 in 和65 in 兩個尺寸，售價分別為RMB 8 999 元與RMB 15 999 元。
1.2 LG ：Signature系列、G6系列和E6系列 LG 於CES 2016 發布了數款HDR 4K OLED 電視。這些電視機型採用Dolby Vision 技術，支持下一代廣播傳輸標準BT.2020 ，搭載LG 最新的Web OS3.0 智能電視系統。在外觀上，採用“ Picture-on-Glass ”設計，厚度僅為2.57 mm 。目前這批新款電視的定價和開售日期尚未公佈。
1.3 三星：量子點SUHD系列 三星2016 年發布的新一代SUHD 系列電視在保留曲面4K 屏的基礎上新增了HDR 功能。其屏幕採用了10 bit 量子點技術，亮度可達1 000 nit 。該系列電視搭載Tizen 操作系統，內置IoT HUB 技術，擁有49~88 in 的5 款機型，尚未公佈售價和上市日期。
2 HDR 概況 HDR ，全稱High Dynamic Range ，即高動態範圍。通俗來說，HDR 可以拓展顯示的亮度範圍，展現更多的亮部和暗部細節，為畫面帶來更豐富的色彩和更生動自然的細節表現，從而使得電視畫面更接近人眼所見。如果說4K 分辨率是對像素數量的一次提升，那麼HDR 顯示技術則是對像素質量的一次升級。相較於4K 分辨率，HDR 技術所帶來的視覺震撼更為明顯。無論屏幕尺寸如何、觀影距離多少，其對畫質的提升效果都是顯而易見的。
目前，4K 分辨率已然成為各大電視機廠商旗艦產品的標配，而HDR 作為超高清下一步的發展方向也成為了終端製造領域的新寵。近幾個月來，業內多次超高清廣播測試使用了4K HDR 標準的內容。CES 2016 上，LG 與三星均採用ATSC 3.0 標准進行了4K HDR 的廣播演示。除此之外，HDR 的內容製作也開始湧現。在線視頻領域，流媒體巨頭亞馬遜已經率先於2015 年6 月推出了首部4K HDR 劇集《叢林中的莫扎特》，而Netflix 也已經將其自製劇《馬可波羅》轉製成了支持HDR 顯示的格式。可以預見，2016 年，或將成為HDR 標準化與產業化的一年。
3 HDR 技術介紹 HDR 概念中的“動態範圍”，是指一個圖像中最亮處和最暗處之間的比值。 人眼所能感受的亮度範圍約為10-3~106 nit ，所能感受的瞬時對比度範圍可達10 000 ∶ 1 ，而目前消費級液晶顯示器的亮度一般在300~400 nit 左右，其亮度範圍一般為2 000 ∶ 1 。可見，人眼的亮度分辨能力遠高於當前主流的顯示設備。而HDR 顯示技術就是要提升顯示的亮度範圍，在使得顯示亮度更亮的同時，又讓呈現的黑色更黑。 目前顯示器對比度的限制是由1990 年發布的ITU BT.709 標準決定的。為了達到最佳的觀看效果，該標準中的電光轉換函數（EOTF ）是以過去CRT 顯示器的特性為基礎設定的。但CRT 顯示器的亮度一般不超過100 nit ，對於現在亮度可達400 nit 甚至1 000 nit 的顯示器而言，BT.709 標準已經束縛了最佳顯示效果的呈現。因此，當前不少廣播電視界的機構組織均提出了新的HDR 顯示技術，以實現更高動態範圍的顯示。 HDR 顯示技術的關鍵是電信號與光信號之間的轉換規則，即對於電光轉換函數（EOTF ）和光電轉換函數（OETF ）的定義。要對CRT 時代的伽馬曲線進行替代，目前有兩種新的轉換方案：1 ）Dobly Vision 的HDR 方案，該方案由杜比實驗室提出，採用感知量化編碼（Perceptual Quantizer ，PQ ），可採用12 bit 色彩深度實現107 高動態範圍，其亮度範圍達到10-3~104 nit 。2 ）對數伽馬分佈（Hybrid Log Gamma ，HLG ），該方案由BBC 和NHK 聯合研發，HLG 方案通過兩種不同的方式來分別對HDR 信號當中所包含的高光和低光部分進行解碼。 然而，不同的HDR 技術需要相對應的顯示設備進行解碼調整。一個能夠顯示Dobly Vision HDR 格式內容的電視機，未必就能顯示BBC 製作的HDR 內容。這就給HDR 技術的大規模推廣帶來一些阻礙。因此，在技術條件已經具備的情況下，標準化已經成為HDR 發展亟需解決的問題。
4 HDR 標準化情況 當前，世界各地的行業標準組織都已經投入到HDR 標準的製定工作中來。美國電影電視工程師協會（SMPTE ）於2015 年3 月率先公佈了電光轉換函數標準SMPTE ST 2084 ，採納了Dolby vision 的PQ 曲線。而這一標準又被其他行業組織採納為自身標準體系的電光轉換標準。
4.1 藍光光碟協會（BDA） BDA 致力於製定超高清藍光系列標準。2015 年5 月12 日，BDA 宣布完成Ultra-HD Blu-ray 標準和商標。該標準將包括4K 3 840 × 2 160 像素的分辨率、廣色域（提升到BT.2020 標準）、高幀速率（60 f/s ）等，將從2015 年8 月24 日開始授權。 此外，該標準將支持開放HDR ，使用10 bit HEVC 編碼和SMPTE ST 2084 標準，同時準備採用Dolby Vision 和Philip 建議作為選項。BDA 也會將10 bit 編碼和寬色域用於目前的SDR 內容。
4.2 美國消費電子協會（CEA） 2015 年8 月，CEA 初步起草了關於電視和顯示器行業產品支持HDR 技術的內容，對“兼容HDR 顯示器”進行了定義。其中包括：在電視、顯示器或者投影機中，至少有一個接口，可以支持HDR 技術，而且要符合數字電視規範文件CEA-861-F 以及未經壓縮視頻規範CEA-861.3 文件中的規定。另外，還要支持HDR10 媒體傳輸標準，比如可以通過IPTV 的方式播放HDR 視頻，或者通過HDMI 接口傳輸HDR 視頻。
HDR10 媒體檔次需支持如下內容：符合SMPET ST 2084 電光轉換標準；色採樣4 ∶ 2 ∶ 0 ；比特深度10 bit ；彩色空間符合BT.2020 ；支持元數據SMPTE ST 2086 ）。
4.3 超高清聯盟（UHD Alliance） 在今年初的CES 2016 上，超高清聯盟發布了4K/HDR 認證標識“ Ultra HD Premium ”。其要求設備分辨率達到3 820 × 2 160 ，色深達到10 bit ，支持BT.2020 色域信號輸入，顯示覆蓋90% 以上DCI-P3 色域空間。在HDR 顯示方面，該標準要求符合SMPTE ST2084 電光轉換標準；峰值亮度與黑位達到其中一項：1 ）亮度1 000 nit 以上/ 黑位低於0.05 nit （主要針對LCD 顯示器）；2 ）亮度540 nit 以上/ 黑位低於0.000 5 nit （主要針對OLED 顯示器）。
此外，根據SMPTE 研究小組2015 年9 月發布的《HDR 影像生態系統》（High-Dynamic-Range Imaging Ecosystem ）報告，其他組織有關HDR 標準制定的計劃如下：
1 ）ATSC 正在考慮將傳輸HDR 內容加入ATSC3.0 地面廣播標準； 2 ）SCTE （有線與通信工程協會）開始研究未來HDR 有線傳輸； 3 ）MPEG 正在評估HDR 的影響，考慮是否需要調整HEVC 壓縮標準中的各種工具，HDR 內容的流媒體傳輸也有待定義； 4 ）日本ARIB 發布了一個光電轉換函數（OETF ）的標準（ARIB STD-B67 ）； 5 ）NHK 已宣布傳輸HDR WCG 圖像的時間表； 6 ）歐洲DVB 正積極尋求家庭傳輸HDR 的可能選項； 7 ）ITU-R SG-6 形成了有關HDR 電視系統的Rapporteur Group (RG24) Recommendations 。
5 HDR 發展前景 HDR 並非一個孤立的技術，而是超高清電視整體規劃中的一部分。與HDR 的高亮度範圍顯示同步到來的，還將是更高的色彩深度以及更大的色彩空間範圍。色彩深度越高，可支持的顏色也越多。色彩深度的增加不僅僅增加了圖像的灰度值，也使得同一色系的視覺過渡更為平滑，避免了在表現漸變色彩時出現明顯的分層。而新一代的超高清規範ITU BT.2020 所規定的色彩範圍，也將比BT.709 多70% ，尤其在綠、黃、青3 個高亮度區域有顯著的擴大（如圖1 所示） 。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。這些參數提升共同帶來了“更好的像素”顯示。
圖1 BT.2020 與BT.709 色域比較
HDR 技術將被加入到4K 甚至8K 電視之中，將“更好的像素”與“更多的像素”結合，重新定義電視畫面。 據IHS 預測，2019 年，符合超高清聯盟驗收標準的HDR 電視的出貨量有望從2016 年的290 萬台激增至3 260 萬台（如圖2 所示）。在其最新的歐洲超高清市場預測中，IHS 表示，預計今年二季度，HDR 電視會進入市場銷售，到2017 年銷量將有明顯提升，而到2019 年，HDR 機型將佔據超高清電視銷售總量的38% 。此外，ABI Research 也預測，到2020 年，將有70% 的4K 超高清電視機將支持高動態範圍（HDR ）、更廣色域、高幀頻和沈浸式音頻等新技術。
圖2 IHS ：HDR 電視出貨量預測（截圖）
相較於VR 等新興業務對普通消費使用習慣帶來的衝擊，HDR 與超高清一樣，具有更加“平易近人”的特性，在經過由標清、高清、超高清的清晰度升級之後，技術研發和廠家開始關注更高的收視質量，以達到真正的沉浸式、臨場感收視體驗。因此基於技術的突破性優勢、迅速的標準化進度以及HDR 電視終端的市場發展趨勢，未來HDR 電視將在市場上迎來快速發展的時期。 | 
狗仔卡
發表於 2016-3-26 11:32:36
提升卡
沉默卡
喧囂卡
變色卡
發表於 2016-3-27 13:23:38
