Технология и применение HDR дисплеев

Характеристики зрительной системы человека

Динамический диапазон зрения человека лежит в пределах от 10^–6 до 10⁸ кд/м², то есть составляет 100 000 000 000 000:1, или 14 порядков величины. Правда, глаз не может воспринимать свет из всего этого диапазона одновременно — максимальный диапазон интенсивности света, который соответствует динамическому диапазону зрительной системы человека, составляет что-то около 10 000:1 (около 5 порядков).

Рисунок. Соотношение диапазонов яркостей, воспринимаемых зрительной системой человека и воспроизводимых различными дисплейными технологиями

Аккомодационный механизм позволяет расширить диапазон яркости изображения, с которой способен работать глаз, до 10 порядков. В темном состоянии после адаптации в полной темноте долгое время глаз способен воспринимать энергию от нескольких фотонов, что соответствует освещенности одна миллионная доля люкса. Без адаптации различаются детали, имеющие освещенность до десятитысячных долей люкса.

Человеческий глаз — удивительное оптическое устройство, которое умеет работать практически при любом освещении. Способность глаза адаптироваться к контрастному свету поразительна: он может различать детали в диапазоне контрастности 800:1, то есть даже при самой сильной контрастности видит их как в ярких, так и в темных местах. Для сравнения: самая чувствительная пленка обеспечивает передачу контрастности в диапазоне чуть более 120:1. Для оценки уровней контраста, с которыми реально имеет дело зрительная система человека, в таблице приведены экспериментальные значения контраста для разных природных объектов. Данные используются при выборе экспозиции киносъемочной аппаратуры.

Можно заметить, что большая часть наблюдаемых в жизни объектов имеет умеренный контраст в диапазоне 1:5–1:100. Остальные случаи скорее экстремальные и приводят к «зашкаливанию» систем регистрации изображений — будь то глаз, пленочная фотокамера или цифровая фото- и видеоаппаратура.

Художник транспонирует яркостные ряды объекта, приспосабливая реальные соотношения к возможностям своей палитры. Это соотношение яркостей составляет примерно 1:40–1:60. Такое же соотношение между черными буквами и белой бумагой и между черным сукном и белым снегом в пасмурный зимний день. Эта особенность зрительного анализатора человека играет огромную роль в изобразительном искусстве.

Таблица. Интервал яркостей некоторых объектов съемки

Существующая в настоящее время система кодирования и представления видеоинформации в цифровом виде формировалась 15–20 лет назад и опиралась на доступные технические средства и технологии. 8-разрядное кодирование обеспечивало вполне качественную и адекватную передачу видеоинформации. Однако проходят годы, развиваются новые технологии, растут потребности и новые сферы применения, в которых объективно требуется лучшее качество. Многие годы улучшение качества дисплейных систем шло в направлении увеличения разрешения и расширения цветовой палитры. Расширение динамического диапазона дисплейных систем было ограничено двумя основными факторами — использованием в цифровых дисплейных системах 8-разрядного кодирования и ограничением возможностей дисплейных технологий.

В 1990-годы стали проводиться работы, связанные с формированием, обработкой, хранением и отображением HDRI (High Dynamic Range Image — изображение с широким динамическим диапазоном).

Работа с HDR-видеоконтентом является комплексной проблемой. Основные составляющие данного направления:

• кодирование;
• сжатие;
• передача;
• хранение;
• воспроизведение.

Далее в статье мы будем рассматривать только один из аспектов проблемы HDR — воспроизведение.

Контраст и динамический диапазон дисплеев

Понятие «динамического диапазона» определяет максимальный диапазон изменения яркости между самым ярким и самым темным элементом изображения для того, чтобы вычислить число приращений уровней яркости. Контраст определяет относительную величину диапазона дисплея. Это отношение максимальной яркости воспроизводимого на экране элемента изображения к минимальной. Или же отношение уровней максимально белого к уровню черного. Обычные ЭЛТ имеют контраст 600:1, качественные современные TFT ЖК-дисплеи имеют контраст до 1000:1. Плазменные телевизоры могут иметь контраст до 4000:1. В рекламных материалах встречается и значение 10 000:1, но это динамический контраст. Венчурное предприятие Canon и Toshiba, названное SED Inc., разработало в 2005 году дисплейную панель на базе технологии SED (Surface-conduction Electron-emitter Display), в которой достигнут рекордный для такого типа дисплея контраст 100 000:1 (при яркости 300 кд/м²). Первые модели SED-панелей имели контраст 8600:1. Расширение динамического диапазона было получено за счет понижения уровня черного более чем в 13 раз. В настоящее время дисплейная технология SED еще не достигла уровня, достаточного для начала промышленного производства.

Если говорить о CRT, то основным ограничивающим его динамический диапазон фактором являются физико-химические свойства люминофоров. Эта пороговая величина носит название величины насыщения и определяет верхнюю границу динамического диапазона яркостей устройства отображения. Порог насыщения монитора гораздо меньше, чем предельная для человеческого глаза яркость. Глаз человека способен замечать гораздо более тонкие изменения яркости малой интенсивности, чем может отображать ЭЛТ-монитор.

На самом деле динамический диапазон монитора в реальных условиях даже несколько меньше, поскольку в реальных рабочих условиях всегда присутствует окружающий свет, который добавляется к свечению монитора. Это приводит к тому, что уровень «черного» на экране монитора определяется уровнем внешней освещенности.

Контраст и динамический диапазон ЖК-дисплеев

Ключевым параметром, определяющим уровень собственного контраста для ЖК-дисплеев, является коэффициент пропускания в темном состоянии. При использовании обычной нединамической задней подсветки даже при темном состоянии экрана происходит «просачивание» света через закрытые «темные» пиксели. Собственный контраст ЖК-дисплея можно повысить за счет уменьшения коэффициента пропускания в «черном» состоянии, который определяется коэффициентом эффективной поляризации двух поляризационных фильтров (пленок на верхней и нижней подложке), а также поляризационной характеристикой ЖК-ячейки.

Лучшие поляризационные пленки фирмы Nitto имеют коэффициент поляризации до 99,95%. ЖК-ячейка имеет значительно худшие поляризационные свойства. Дополнительный вклад в «осветление» уровня «черного» также дает и паразитное рассеяние света во внутреннем слое ЖК-панели.

До настоящего момента с целью понижения уровня «черного» применялось, например, уменьшение апертуры ЖК-ячейки. Уровень «черного» понижался, но одновременно понижалась и яркость экрана. Тем не менее, многие фирмы использовали этот прием. А для компенсации потерь в этом случае приходилось увеличивать яркость задней подсветки. В последнее время за счет применения новых технологий формирования ЖК-ячейки, например S-PVA (Samsung), удалось повысить величину собственного контраста до значения 2000:1.

Параметр задней подсветки играет очень важную роль для получения высокого качества изображения ЖК-дисплеев.

Динамический диапазон ЖК-дисплея с задней подсветкой определяется контрастом и уровнем максимальной яркости, который может обеспечить модуль задней подсветки.

Панель типового цветного TFT-дисплея пропускает максимум 7% от светового потока, излучаемого задней подсветкой. То есть для увеличения максимальной яркости требуется увеличивать яркость подсветки или увеличивать коэффициент пропускания ЖК-панели. Ресурсов для увеличения пропускания для цветной TFT-панели, использующей стандартную технологию с цветными фильтрами, практически нет. Но если отказаться от использования цветных фильтров внутри панели и применить последовательную цветовую модуляцию по времени, то можно значительно увеличить коэффициент пропускания. Цветные фильтры задерживают до 75% световой энергии. При этом можно автоматически увеличить разрешение в три раза, поскольку каждый из бывших RGB-пикселей теперь будет участвовать в модуляции всех RGB-компонентов. Для осуществления данной схемы модуляции требуется использование динамической светодиодной подсветки и ЖК-панели с быстродействием не хуже 4–5 мс. И такие панели в настоящее время уже производятся.

Методы расширения динамического диапазона ЖК-дисплеев

Один из способов расширения динамического диапазона основывается на использовании последовательной двухмодуляторной световой схемы. Световой поток последовательно модулируется одним, затем другим модулятором. При этом динамический диапазон системы расширяется. В качестве первого модулятора может быть использован, например, DMD-проектор, а в качестве второго — стандартная TFT-панель. При этом контраст интегральной дисплейной системы будет определяться произведением контрастов обоих модуляторов. Особенности такой схемы будут рассмотрены ниже.

Digital Micromirror Device (DMD) аббревиатура правильная, DLP — это бренд Texas Instruments.

Динамическая задняя подсветка ЖК-дисплеев

Частным случаем двойной модуляции можно считать применение в ЖК-телевизорах многих производителей адаптивной динамической подсветки. Этот прием используется для расширения динамического диапазона дисплейной системы без изменения собственного контраста ЖК-панели. Впервые динамическая подсветка с целью расширения динамического диапазона по яркости начала использоваться лет 7 назад для ЖК-дисплеев с подсветкой CCFL. Это решение до сих пор используется в моделях ЖК-телевизоров многих производителей. В зависимости от среднего уровня яркости экрана увеличивается или уменьшается яркость модуля подсветки. Автоматическая регулировка яркости может осуществляться как для люминесцентных ламп с холодным катодом, так и для светодиодных панелей. Таким образом, для сцен с низкой средней яркостью (ночные съемки) яркость подсветки уменьшается. Соответственно, уменьшается и уровень «черного».

В связи с появлением динамической подсветки для оценки динамического диапазона таких дисплеев был введены новые параметры — статический и динамический контраст.

Статический контраст оценивается отношением максимальной и минимальной яркости полей изображения, измеренных в одно и то же время в поле кадра одного изображения, а динамический — в разные моменты времени и относящиеся к разным изображениям. Динамический контраст всегда выше или равен статическому.

Применение светодиодной подсветки в ЖК-мониторах и телевизорах позволяет не только расширить цветовую палитру, но и обеспечить дополнительные возможности как для расширения динамического диапазона, так и для уменьшения артефактов, связанных с отображением движущегося изображения. Кроме того, активная динамическая светодиодная подсветка позволяет добиться уменьшения потребляемой мощности дисплея. Динамическая подсветка теоретически позволяет достигать нулевого уровня яркости для уровня «черного». Таким образом, при расчете по принятой ранее формуле контраста ЖК-дисплеев получим бесконечное значение. В связи с этим пришлось пересмотреть подход в расчетах контраста. В качестве минимального уровня яркости для таких дисплеев принимается минимальное приращение уровня яркости, соответствующее младшему разряду динамического диапазона системы «светодиодный модулятор + ЖК-панель».

Дисплейная технология BrightSide

BrightSide Technologies — частная канадская компания, которая разработала комплекс передовых технологий в области HDR-изображений с большим динамическим диапазоном. BrightSide разработала компоненты для всей цепочки технологии HDR: фиксация изображения, кодирование, сжатие, хранение и отображение. Наряду с разработкой дисплейной технологии BrightSide разработала и технологию фиксации HDR-изображений для цифровых фотокамер, позволяющую получить высокий динамический диапазон при низких накладных расходах. Фирмой были разработаны также высокоэффективные методы сжатия и кодирования как статических, так и динамических изображений в форматах JPEG-HDR и MPEG-HDR, обеспечивающих значительное сокращение требуемых объемов памяти с сохранением высокого динамического диапазона и разрешения.

Дисплей BrightSide имеет динамический диапазон 200 000:1 и яркость в 10 больше, чем у любого из имеющихся коммерческих дисплеев. В то же время уровень «черного» в данном дисплее также меньше в 10 раз, чем у любого обычного дисплея. Дисплеи BrightSide (рис. 1) используют технологию индивидуальной светодиодной модуляции задней подсветки, обеспечивающую яркость и контраст гораздо выше уровня, достижимого в настоящее время для CRT, плазменных, DLP- или ЖК-дисплеев.

Рис. 1. Структура двухмодуляторного дисплея (ЖК-панель + массив светодиодов)

Изображение, наблюдаемое на экране дисплеев BrightSide, непривычно живое и энергичное.

Плоскопанельные ЖК-панели компьютерных дисплеев модулируют свет, который падает из источника подсветки, обеспечивающего однородную и постоянную яркость. Источник подсветки обычно состоит из одной или нескольких люминесцентных ламп, установленных сзади ЖК-панели. В HDR-дисплее BrightSide этот источник подсветки заменен на управляемый массив ультраярких светодиодов белого свечения или же трехцветных ярких светодиодов.

Светодиоды расположены в массиве, где яркость каждого светодиода может управляться независимо и с большей частотой, чем частота развертки дисплея. По сути, этот массив светодиодов является эффективным дисплеем низкого разрешения, но с очень высокой яркостью. Управляемые источниками тока светодиоды способны обеспечивать яркость свыше 75 000 кд/м² при максимальном токе и совсем не испускают света в выключенном состоянии при нулевом токе. Это черно-белое изображение низкого разрешения, синтезируемое матрицей светодиодов, затем проецируется через стандартную цветную ЖК-панель, которая отображает то же изображение, но более высокого разрешения. Таким образом, светодиодная матрица обеспечивает локальную низкочастотную модуляцию светового потока, а матричная панель производит высокочастотный пространственный «тюнинг» с коррекцией искажений от светодиодного модулятора.

Каждый индивидуально управляемый светодиод подсвечивает маленькую площадь ЖК-панели. Получаем эффект умножения двух последовательных модуляторов света, каждый из которых дает свой вклад в динамический диапазон. Благодаря алгоритмам программной коррекции и эффекту натурального рассеяния света в человеческом глазу, эффект пятен яркости от изображения, синтезированного матрицей светодиодной подсветки низкого разрешения, становится незначительным. В результате получаем изображение высокого разрешения с высоким динамическим диапазоном.

Стоит заметить, что 100-кратное расширение динамического диапазона в HDR-дисплее получено за счет оптических свойств обычных компонентов (рис. 2). При этом сложность обработки видеосигнала в дисплее сравнима с уровнем обработки видеосигналов в обычных видеокартах.

Рис. 2. Принцип формирования изображения двухмодуляторной схемой HDR-дисплея: а) исходное изображение; б) изображение на массиве светодиодов; в) скорректированное изображение на ЖК-панели; г) HDR-изображение

В 37-дюймовом экране дисплея BrightSide 2 млн пикселей ЖК-панели подсвечиваются 1380 светодиодами белого спектра. Каждый светодиод из матрицы подсвечивает свой массив пикселей ЖК-модулятора.

В процессе обработки видеосигнала производится расчет средних значений уровня яркости для каждого такого массива.

В итоге получается матрица средних значений яркости для m-x-n-зон. По сути, это матричное черно-белое изображение, соответствующее низкочастотной пространственной компоненте исходного изображения. Поскольку соседние светодиоды в матрице оптически не изолированы, то происходит неизбежная подсветка соседних зон. Можно было бы попытаться сделать оптическую изоляцию, но, во-первых, это не просто и довольно дорого, а во-вторых, полной ликвидации паразитной подсветки избежать все равно не удастся. Поэтому был выбран другой метод — путем математического расчета доля паразитной подсветки учитывалась и далее участвовала при вычислениях матрицы сигналов управления пикселями ЖК-панели.

Сигналы управления светодиодной матрицей еще нужно рассчитать, пользуясь с одной стороны вычисленными ранее значениями матрицы средней яркости, а с другой — передаточной спектральной характеристикой белого светодиода. Яркость светодиода определяется значением протекающего тока. Следует дополнительно учесть, что спектральная характеристика белого светодиода нелинейно зависит от уровня тока. То есть нужно использовать калибровочные поправочные коэффициенты при расчетах. Предполагается, что все светодиоды имеют идентичные характеристики. Но если это не совсем так, то требуется проводить индивидуальную калибровку всех светодиодов матрицы и хранить в памяти коэффициенты для каждого из светодиодов. В настоящий момент светодиоды, скорее всего, просто подбирают по идентичности параметров. Поскольку для управления светодиодами используется ШИМ, то нужно получить соответствующие коды управления в 8-, 10- или 16-разрядном формате.

Данные управления яркостью светодиодной матрицей образуют загрузочный файл, готовый для загрузки в микросхемы светодиодных драйверов.

Для точной «подстройки» количества света для каждого пикселя, входящего в сегмент каждого светодиода, вычисляются сигналы управления. При расчетах учитывается влияние световых потоков от соседних светодиодов. Алгоритмы, разработанные BrightSide, позволяют выполнять данную обработку в реальном масштабе времени для каждого пикселя при кадровой развертке до 60 Гц.

Таким образом, за счет использования двухмодуляторной схемы получаем шкалу управления яркостью с разрядностью 16–18 (светодиодный ШИМ 8 разрядов, плюс 8–10 разрядов для управления ЖК-панелью).

Энергетические характеристики модуля подсвета

Модуль подсветки монитора BrightSide содержит 1380 одноваттных светодиодов белого свечения Luxeon. Управление каждым светодиодом производится через драйверы мощных светодиодов. Одна микросхема драйвера управляет 16 светодиодами. Максимальный ток каждого светодиода — 60 мА. Перемножив на 1380, получим суммарный ток потребления только массивом светодиодов 82,8 А (!). Прямое падение напряжения на белом светодиоде при токе 60 мА — 3,5 В. Итого суммарная выделяемая мощность на светодиодном массиве составляет около 290 Вт. К этой мощности следует добавить мощность, рассеиваемую на микросхемах драйверов, которых на плате модуля подсветки 87 штук (1380/16) и которые работают на частоте 10 МГц (загрузка + синтез ШИМ-сигналов). Загрузка драйверов осуществляется по последовательно-параллельной схеме с использованием эстафетного механизма. На драйверах рассеивается еще 40–50 Вт. Блок видеопроцессора потребляет еще 10–15 Вт. С учетом КПД источников питания (токи весьма внушительные — около 100 А) получим 500–600 Вт. Очевидно, что такой модуль подсветки требует принудительного воздушного охлаждения с помощью нескольких вентиляторов. Максимальная яркость светодиодного массива сравнима с яркостью автомобильной фары (световой поток 1300 люмен), бьющей прямо в глаза с расстояния полуметра.

История разработки HDR-дисплеев

Первые разработки HDR-дисплеев начали проводиться еще в 1993 году. Тогда еще не было мощных светодиодов, тем более, белого свечения, поэтому для реализации двухмодуляторной схемы были выбраны DLP-проектор и стандартная 15

HDR: Увидеть — значит поверить — Sony Pro

• Профессиональные камеры
• Вещательные и студийные камеры
• Цифровые кинокамеры
• Камкордеры
• Роботизированные и PTZ-камеры

• Вещание и видеопроизводство
• Профессиональные мониторы
• Деки и рекордеры
• Микшеры и системы для прямых трансляций
• Профессиональные носители

• Архивирование и управление медиаресурсами
• Архивирование данных на базе оптических дисков
• Управление медиаресурсами
• Оцифровка и консолидация

• Аудио
• Профессиональный звук

• Медицина
• Мониторы
• Принтеры и носители для печати

---

• Просмотреть все >

• Кинематограф

• Вещание и видеопроизводство

• Спорт

• Развлечения

• Образование

• Бизнес

• Intelligent Media Services

---

• Просмотреть все >

• Профессиональные камеры

• Вещание и видеопроизводство

• Проекторы

• Профессиональные дисплеи

• Архивирование и управление медиаресурсами

• Аудио

• Системы сетевых камер

• Медицина

• Видеосистемы безопасности

• Сервисы и поддержка

• Ресурсы по продукту

• Мероприятия

• Авторизованные сервисные центры

HDR: Увидеть значит поверить

Расширенный динамический диапазон (HDR) — это технология формирования изображения повышенной яркости, в которой используются современные разработки в области фото- и видеокамер, позволяющие сохранять насыщенные цвета как для темных, так и для светлых участков, и создавать видео с невероятно высокой контрастностью.

Использование расширенного динамического диапазона позволяет создавать потрясающее изображение. Его отличительные черты — высокое качество и невероятная реалистичность — делают изображение «живым», позволяя забыть, что перед вами экран. Благодаря HDR увидеть — значит поверить. Эта технология была разработана компанией Sony в ответ на растущее желание кинематографистов применять новую технологию в кинопроизводстве, а также потому, что до недавнего времени не существовало программного монитора с качественным HDR-дисплеем. Программный монитор — стандартное устройство, которое всегда воспроизводит одинаковое изображение, независимо от того, где вы находитесь, и используется для контроля качества готового изображения. Программный монитор абсолютно незаменим в работе профессионального оператора. На протяжении почти 40 лет программные мониторы Sony высоко ценятся среди профессиональных операторов и считаются одними из лучших мониторов для кинопроизводства. От Trinitron CRT до OLED и стандартных устройств, совместимых с расширенным динамическим диапазоном, над которыми мы работаем сейчас, мы постоянно совершенствуем технологии, чтобы соответствовать высоким стандартам, которых ожидают клиенты Sony.

Первые мониторы серии TRIMASTER EL появились в 2011 году. Основными достоинствами этой удостоенной наград серии всегда были точная цветопередача, четкость изображения и невероятная надежность. Сохранив три этих достоинства, компания Sony начала разработку OLED-панели на базе технологии Super Top Emission. Обратная связь от клиентов — это то, что всегда побуждает Sony к разработке новых технологий. Создание BVM-X300 не стало исключением: список пожеланий от клиентов для новых программных OLED-мониторов с поддержкой HD включал требования «воссоздавать реальное изображение» и «отражать происходящее, как в зеркале». Нашей целью было создать идеальный монитор, который бы «точно передавал входной сигнал, ничего не добавляя и не убирая». Для этого нужно было решить целый ряд непростых задач, начиная с увеличения размера OLED-дисплея до 30 дюймов, а разрешения — до 4096 х 2160 и заканчивая расширением диапазона частоты кадров до 60 Гц и добавлением поддержки стандарта цветового пространства DCI-P3. Кроме того, стремясь достигнуть максимально возможного соответствия новейшим стандартам вещания и кинопроизводства, например ITU-R BT.2020, компания также поставила своей задачей создать HDR-дисплей с исключительно высокой яркостью изображения благодаря использованию параметра EOTF (Electro-Optical Transfer Function — электрооптическая передаточная функция) с поддержкой S-Log 3 и SMPTE ST20842 (поддерживаются версии начиная с 1.1).

OLED-мониторы Sony состоят из слоя TFT (Thin Film Transistor — тонкопленочный транзистор), который передает каждый пиксель, стеклянной пластины и слоя электродов/светоизлучающего слоя, расположенного между ними. Основным отличием от жидкокристаллического дисплея является отсутствие необходимости в задней подсветке, так как устройство может самостоятельно излучать свет. Благодаря этому в случае, когда посылается сигнал черного цвета, отображается глубокий черный, то есть возможна точная передача даже более темных оттенков. Кроме того, скорость отклика при изменении уровня входного сигнала гораздо выше, и отображение видео сравнимо с отображением на обычном ЭЛТ-мониторе.

Поперечный разрез дисплея

Диаграмма времени отклика и изображение видео

Чтобы максимально увеличить количество излучаемого света, в TRIMASTER EL используется структура «верхнего излучения», благодаря чему светоизлучающий слой излучает свет только на стеклянную пластину, но не на слой TFT. Такая конструкция не только уменьшает потребление энергии, но и облегчает передачу высокой яркости, увеличивает срок службы продукта и уменьшает «выгорание» монитора. Более того, используя структуру микрополостей, которая помогает создавать высокую яркость и широкое цветовое пространство, и цветной фильтр (CF) стеклянной пластины, OLED-дисплеи обеспечивают улучшенное цветовое пространство. Благодаря этой технологии широкого цветового пространства была улучшена передача зеленого цвета на OLED-мониторах с поддержкой HD, и появился продукт, отвечающий цифровому кинематографическому стандарту DCI-P3. UHD-дисплей не только отвечает требованиям стандарта цветового пространства вещания нового поколения (ITU-R BT. 2020), но и поддерживает внутренние стандарты компании Sony: S-Gamut3 и S-Gamut3 Cine, которые превышают требования цветового пространства кинопленки и точно воспроизводят цвета. UHD-дисплей также соответствует требованиям вещательных стандартов ITU-R BT.709, EBU и SMPT-C и может использоваться в различных областях применения в вещании и кинопроизводстве, например для наблюдения за съемкой.

Преимущества структуры микрополостей и цветных фильтров

Цветовая гамма монитора BVM-X300

OLED-мониторы — это светоизлучающие устройства, которые могут передавать глубокий черный цвет, обеспечивают невероятно высокую контрастность (поскольку яркостью каждого пикселя можно управлять) и отлично подходят для расширенного динамического диапазона. Найти решение, как передавать расширенный динамический диапазон на OLED-мониторе, было непросто: для этого команде разработчиков Sony, которая была удостоена премии за научные и технические достижения (Scientific and Technical Academy Award®), пришлось решить множество вопросов. Благодаря их работе и участию наших клиентов теперь стало возможным демонстрировать новейшие достижения в создании контента в непревзойденном качестве на экране, который передает светлые и темные изображения без искаженных теней или одинаковых светлых цветов — то, что было невозможным при использовании уже существующих мониторов. Однако индустрия создания цифрового контента не стоит на месте, как и компания Sony. Мы продолжаем работать вместе с нашими клиентами и ждем новых трудных и интересных задач, которые предложит нам мир кинопроизводства.

Узнайте больше у регионального специалиста Sony Professional Solutions

Наши контакты

Обзор технологии расширенного динамического диапазона (HDR)

Ричард Риситано | Чт, 08.02.2018

Поделиться

Кажется, что каждый раз, когда появляется новая технология, появляется множество новых слов для изучения. Недавно термин HDR вошел в лексикон домашних кинотеатров, и без объяснения того, что такое динамический диапазон, трудно понять, что такое динамический диапазон high . К счастью, мы здесь, чтобы объяснить всю новую терминологию, связанную с HDR, и исходный контент, который поддерживает каждый формат.

Динамический диапазон

В общем, динамический диапазон можно определить как отношение самого высокого уровня частоты к самому низкому, который может быть передан или воспроизведен. В случае телевизоров и проекторов, что касается динамического диапазона, упоминаемая частота является цветовым спектром, поскольку каждый оттенок соответствует определенной длине волны в этом спектре. Таким образом, динамический диапазон можно рассматривать как диапазон возможной цветопередачи.

Стандартный динамический диапазон

Термин «стандартный динамический диапазон» или SDR не входил в обиход домашних кинотеатров, пока не появился HDR. SDR просто относится к дисплеям и проекторам, которые не совместимы с HDR.

High Dynamic Range

Высокий динамический диапазон, как несложно догадаться, указывает на более высокий динамический диапазон, чем SDR; более конкретно, дисплей HDR сможет воспроизводить более широкую цветовую гамму, чем дисплей SDR. Для вас это означает более яркое изображение с большей детализацией и меньшим количеством цветовых полос. Для достижения этого более высокого динамического диапазона должны быть выполнены некоторые требования, которые зависят от технологии.

SDRHDR

HDR10: HDR10 был разработан Ассоциацией потребительских технологий и стал первой выпущенной технологией отображения HDR. HDR10, обычно встречающийся на дисках Blu-ray, использует статические метаданные для передачи информации о цвете на дисплей; это означает, что когда вы загружаете диск HDR10 Blu-ray в проигрыватель Blu-ray, совместимый с HDR10, сигнал от проигрывателя отправляется на ваш HDR10-совместимый дисплей, который представляет самый темный уровень черного и самый яркий уровень белого содержимого диск. Затем телевизор использует эти данные в качестве мерки для определения каждого цветового тона для каждого кадра на этом диске.

Важно отметить, что для просмотра видео HDR10 на вашем дисплее, исходном контенте (диске Blu-ray или потоковом видео), устройстве-источнике (проигрывателе Blu-ray или устройстве потокового мультимедиа), кабеле HDMI, дисплее и любом другом подключенные в этой цепочке (ресивер или звуковая панель, если вы играете через них), должны быть совместимы с HDR10.

Популярные HDR10-совместимые дисплеи включают LG серии UJ6300, LG серии UJ6470 и серии VIZIO E, все доступны в нескольких размерах.

LG UJ6300-Series 43-дюймовый HDR UHD Smart IPS LED TV

Dolby Vision: Разработан Dolby Laboratories (да, как и в Dolby Atmos, Dolby Digital и т. д.), Dolby Vision использует динамические метаданные. Благодаря динамическим метаданным шкала измерения цветового тона кодируется и передается для каждой отдельной сцены, что создает потенциал для более точной цветопередачи, чем HDR10. Dolby Vision присутствует на некоторых дисках Blu-ray, но также используется в вещательном телевидении и службах потокового мультимедиа.

Обратите внимание, что для Dolby Vision требуется, чтобы дисплей или проектор был оснащен встроенным процессором Dolby Vision, поэтому обновления микропрограммы, чтобы сделать ваш дисплей совместимым с Dolby Vision, не требуется. Вскоре вы увидите, почему я упоминаю об этом. Кроме того, как и в случае с HDR10, все в видеоцепочке от контента и исходного устройства до дисплея должно быть совместимо с Dolby Vision.

Большинство дисплеев с поддержкой Dolby Vision также поддерживают HDR10. К популярным моделям относится серия VIZIO M.

VIZIO серии M 50-дюймовый HDR UHD SmartCast XLED Plus дисплей для домашнего кинотеатра класса M

HDR10+: HDR10+ — это обновление для HDR10, которое добавляет динамические метаданные, предназначенные для регулировки уровней яркости для каждой сцены или кадра. на основе кадра, ставя его на один уровень с Dolby Vision.В качестве открытого стандарта дисплеи HDR10 можно обновить до HDR10+ с помощью обновления прошивки, хотя это будет реализовано для каждого производителя и для каждой модели. Недавно анонсированные OLED-телевизоры Panasonic и проигрыватели Blu-ray будут поддерживать HDR10+.0003

HLG: HLG, что означает «гибридная логарифмическая гамма», был первым форматом HDR, который работал на дисплеях SDR. Это достигается за счет использования нелинейной передаточной функции и логарифмической кривой для части гамма-кривой входящего сигнала, заметно увеличивая общий динамический диапазон и коэффициент контрастности. Звучит сложно, но все это означает, что метаданные не требуются, но сигнал все равно нужно закодировать в HDR. HLG обычно используется для вещательного телевидения.

Почти все HLG-совместимые дисплеи также будут поддерживать HDR10 и Dolby Vision. Популярные модели включают серию LG C7P и серию LG E7P.

Смарт-OLED-телевизор LG серии E7P с диагональю 55 дюймов UHD класса

Advanced HDR от Technicolor: Еще одна относительно новая технология, Advanced HDR от Technicolor, позволяет передавать контент HDR и SDR по одному потоку, обеспечивая совместимость со всеми форматами HDR, хотя он обещает улучшенное качество изображения для контента с пометкой «Представлено в Technicolor HDR». Предполагается, что Advanced HDR от Technicolor может адаптироваться к пиковой яркости любого дисплея на покадровой основе, обеспечивая более яркие и детализированные изображения на любом телевизоре или проекторе.Хотя в настоящее время на рынке США нет моделей, поддерживающих этот формат, мы с нетерпением ожидаю тех, кто это делает.

0003

И в заключение… В конечном счете, вы захотите получить устройство отображения с технологией HDR, которое соответствует контенту, который вы будете смотреть. Если все, что вы смотрите, — это диски Blu-ray и потоковое содержимое, то совместимость с HDR10 и Dolby Vision, вероятно, будет всем, что вам нужно. Если вы являетесь поклонником вещательного телевидения, вам, вероятно, следует включить HLG в поиск нового телевизора или проектора.

Я надеюсь, что это руководство объяснило, что такое технология HDR, различия между каждой технологией и типы носителей, поддерживаемые каждой из них. Как всегда, если вы покупаете новый телевизор, дисплей для домашнего кинотеатра или проектор, зайдите в супермаркет B&H, чтобы убедиться в этом, или свяжитесь с нами по телефону 800-606-69.69, в чате или по электронной почте для дружеского и компетентного совета.

Вы ищете новое HDR-совместимое устройство? HDR — это то, что вам нужно в вашей технологии отображения? Дайте нам знать в разделе комментариев ниже и присоединяйтесь к беседе!

Объяснение расширенного динамического диапазона — Sony Pro

• Профессиональные камеры
• Студийные и вещательные камеры
• Цифровые кинокамеры
• Видеокамеры
• PTZ и удаленные камеры

• Broadcast & Production
• Professional Monitors
• Decks and Recorders
• Switchers and Live Systems
• Professional Media

• Projectors
• Professional Projectors
• Home Cinema Projectors
• Simulation Projectors

• Professional Displays
• Displays
• Светодиодные стены
• Программное обеспечение BRAVIA Pro

• Архивирование и управление контентом
• Optical Disc Archiving
• Media Asset Management
• Digitisation and Consolidation

• Audio
• Professional Audio
• Microphone Array System
• Professional Speakers

• Smart Systems
• Workplace Management

• Medical
• Камеры обработки изображений
• Мониторы
• Регистраторы и устройства хранения данных
• IP-платформа обработки изображений
• Принтеры и носители для печати

---

• View all >

• Cinematography
• Shooting and On set Solutions
• Post Production Workflow
• Virtual Production
• On Location Sound Recording

• Filmmaking
• Cinematic Look
• Run and Gun
• Профессиональное потоковое вещание
• Профессиональное беспроводное аудио

• Производство новостей
• Сбор новостей
• Отдел новостей
• News Studio

• Live Production
• Acquisition Media Processing
• Networked Live
• Simplified Live Streaming

• Education
• Hybrid Teaching and Learning
• Smart Campus solutions

• Corporate
• Hybrid Workplaces
• Удаленная работа
• TEOS Smart Office
• Розничная торговля

• Здравоохранение
• Smart Imaging Platform
• Surgical Imaging
• Medical Training
• Documentation

• Media Workflows Transformation
• Creators’ Cloud
• IP Networked Production

---

• View all >

• Professional Cameras

• Broadcast & Production

• Проекторы

• Профессиональные дисплеи

• Архивирование и управление контентом

• Network Camera Systems

• Medical

• Video Security

• Support and Services

• Product Resources

• PrimeSupport

• Repairs

• Training

• Свяжитесь с нами

• Гарантия на продукт

Свяжитесь с нами

• Что такое HDR?
• HDR для Cinema
• HDR для прямых трансляций
• HDR для мероприятий/корпораций
• Практические примеры

Расширенный динамический диапазон (HDR) предлагает вещателям и создателям контента безграничные возможности для самовыражения.

Sony Professional HDR предлагает решения, необходимые для создания потрясающих HDR-изображений для любого производства.

От кинематографии и телевещания до прямых трансляций и корпоративного видео — мы поможем реализовать ваше видение с помощью обширного портфеля оборудования, форматов записи и вариантов рабочего процесса — от приобретения до постпродакшна и мастеринга.

Что такое HDR?

HDR обеспечивает захватывающее впечатление от просмотра, захватывая яркие блики и детали в глубоких тенях
с тонкими нюансами цвета, как если бы вы смотрели на сцену невооруженным глазом.

Узнайте об использовании технологии HDR в современном производстве >

 

Загрузить руководство

Гибкий рабочий процесс HDR от Sony Professional HDR. Качественный контент на ваш вкус.

Широкий выбор рабочих процессов HDR от Sony Professional для удовлетворения любых производственных потребностей:

• Для фильмов, драм, документальных фильмов и рекламных роликов, где качество изображения имеет первостепенное значение

• Для производства прямых трансляций с упором на высококачественные изображения в режиме реального времени

• Для мероприятий и корпоративного производства, в которых качество сочетается с затратами

Мы в Sony понимаем цели и задачи всех этих производственных сред. Вы увидите это в наших инновациях для производства HDR. Например, наша гамма-кривая S-Log, которая захватывает информацию расширенного динамического диапазона, чтобы соответствовать любому художественному замыслу. И наш формат записи X-OCN, который может точно воспроизводить ту же богатую тональную информацию, что и RAW, в гораздо меньших файлах.

HDR передает тонкую передачу света и тени, чтобы усилить воображение каждого рассказчика.

Все наши новейшие камеры CineAlta, включая нашумевшую VENICE, готовы к HDR и поддерживают эффективный формат X-OCN с нашим портативным рекордером AXS-R7.

Съемка в формате X-OCN позволяет использовать 16-битную линейную тональную градацию сцены, сохраняя полный динамический диапазон камеры и предоставляя больше возможностей для визуального выражения при значительно меньшем размере файла.

Узнайте больше о передовых технологиях VENICE >

«Daydream», снятый Джоном Джоффином, ASC, в Венеции

Присоединяйтесь к нашим веб-семинарам Pro Sessions

Интерактивные сеансы с экспертами Sony, ведущими кинематографистами и их съемочными группами, чтобы получить советы за кадром.

Зарегистрируйтесь сейчас >

Загрузка видео…

Sony Professional HDR для прямых трансляций — улучшено с помощью Sony SR Live

Sony представила систему SR Live для создания программ SDR и HDR в прямом эфире в 2016 году. Sony SR Рабочий процесс Live for HDR снижает затраты и сложность одновременного производства программ HDR и SDR одной командой.

Расшифровывается как «Super-Reality» или «Scene Referred» Прямая трансляция, SR Live для HDR обеспечивает безупречное качество изображения, а также гибкие варианты универсального формата распространения, включая 4K HDR (PQ/SMPTE ST.2084 и HLG), 4K SDR , HD HDR и HD SDR.

Выбранный ведущими вещательными компаниями, продюсерскими компаниями и компаниями ПТС по всему миру, SR Live for HDR предлагает следующие неоспоримые преимущества:

• Реализация производственного процесса HDR с отсылкой к сцене

• Одновременное создание программного контента HDR и SDR

• Затенение камеры на основе SDR с использованием существующих инструментов и методов

• Преобразование «как видно» для сохранения творческого замысла на протяжении всей цепочки производства и доставки

В прямом эфире SR производственного процесса, рекомендуется использовать 4K HDR в качестве основного производственного формата, что позволяет конвертировать в любой формат, необходимый для распространения. Во время съемки видеоинженер может выполнять одновременное создание 4K HDR/HD SDR, регулируя вывод HD SDR, как описано в разделе «Затенение камеры на основе SDR» ниже. Это устраняет необходимость в специальной бригаде для настройки HDR и обеспечивает эффективную работу, соответствующую обычному рабочему процессу HD-производства.

Это основные функции Sony SR Live — более подробная информация доступна в нашем последнем техническом документе, который можно загрузить по ссылке на этой странице.

HDRC-4000 — основа производства SR Live

HDRC-4000 может поддерживать широкий спектр преобразования видеосигнала, включая 4K HDR, HD HDR, 4K SDR и HD SDR — без потери сигнала и при достижении большего эффективность рабочего процесса.

Важно отметить, что это означает, что тот же тон изображения после преобразования 4K HDR в другой формат 4K HDR сохраняется. Также возможно добиться такого же соответствия изображения HD SDR после преобразования 4K HDR в HD SDR на более позднем этапе производственного процесса.

Функция AIR Matching

HDRC-4000 также может обеспечить преобразование «как видно» с помощью функции AIR Matching, чтобы точно сохранить художественный замысел производителя в любом формате распространения во время преобразования.

Затенение камер на основе SDR

Несмотря на то, что SDR остается преобладающим, вещательные компании и продюсерские компании должны избегать ухудшения производственного процесса SDR, даже если они одновременно работают в HDR. Благодаря затенению на основе SDR операторы камеры (шейдеры/художники) могут продолжать использовать свои знания о качестве изображения при производстве SDR как для изображений SDR, так и для изображений HDR.

Принцип рабочего процесса SR Live для HDR

Создавайте лучшие 4K HDR, HD HDR и HD SDR. Выполняйте одновременное производство SDR / HDR Live. Добейтесь одинаково высокого качества изображения — от производства до распространения — и воспользуйтесь преимуществами затенения и рисования SDR в реальном времени, контролируемыми одним видеоинженером, как для сигналов HDR, так и для сигналов SDR.

SR Live Metadata

Недавно представленный Sony пакет SR Live Metadata хранит 26 параметров, описывающих творческие решения и настройки камеры, сделанные операторами во время производства. Эти метаданные, встроенные в сигнал SDI, предоставляют информацию, позволяющую точно дублировать программу SDR из уровня HDR. Это доступно, даже если преобразование из HDR в SDR происходит на более позднем этапе производственного процесса на вещательной станции. Это также позволяет визуально проверять параметры метаданных как вживую, так и во время постобработки.

SR Live MetaFile

Конвертер HDRC-4000 HDR выполняет преобразование HDR в SDR / SDR в HDR в рамках производственного процесса Sony SR Live.
Настройки параметров для каждого преобразования, включая метаданные SR Live, можно сохранить в HDRC-4000 или на внешнем USB-накопителе в виде файла SR Live MetaFile (.srm).

Файлы SRM могут совместно использоваться несколькими устройствами с помощью функции передачи файлов MSU (основного блока настройки) или через запоминающее устройство USB. Файлы можно использовать для хранения предпочтительных параметров преобразования производственной группы или для применения предварительно заданного значения для каждого параметра.

Предустановленные метафайлы SR Live и SR Live 3D LUT

• Стандартная настройка и универсальная настройка (.srm)

В SR Live рисование изображений основано на предпочтениях клиента, но его также можно использовать для пробной настройки и более простых и удобных настроек путем определения стандартного значения настройки. Для таких целей Sony предоставила набор предустановленных файлов SRM, оптимизированных для использования в рабочем процессе SR Live. Их можно использовать для эффективной настройки оборудования для реального производства или в качестве основы для тестирования рабочего процесса перед живым событием.

Было предоставлено два (2) типа файлов SRM. Одна называется «Стандартная настройка», а другая — «Универсальная настройка». Пользователи могут выбрать «Стандартные» или «Универсальные» настройки. «Стандартный» является фиксированным и в первую очередь предназначен для получения обычного вида изображений SDR, в то время как настройки «Универсальный» обеспечивают степень контроля над дисперсией яркости в сигнале HDR.

Сигналы HDR могут отображаться плавно даже при микшировании сигналов изображения с разными критериями яркости, поскольку можно выразить сигналы широкой яркости.

С другой стороны, для сигналов SDR необходимо строго контролировать уровень яркости.

По этой причине при преобразовании сигнала HDR в сигнал SDR решения по настройке усиления для преобразования HDR в SDR могут быть более сложными, особенно когда входной сигнал окрашивается/затеняется в области HDR, которая имеет другие критерии управления яркостью.

Чтобы решить эту проблему, универсальное значение настройки SR Live, которое может поддерживать определенное качество изображения SDR, может быть предоставлено в виде файла SRM «Универсальная настройка».

Загрузить метафайл SR Live >

• 3D-LUT (.cube)

Sony также создала набор файлов 3D-LUT (.cube) для использования в оборудовании для преобразования HDR в SDR / SDR в HDR в рамках рабочего процесса SR Live.

Файлы SR Live 3D-LUT можно использовать в производственной цепочке HDR для преобразования вывода программы из HDR в SDR или при оценке качества изображения с помощью монитора изображения SDR.

Как и в случае с набором файлов SRM, пользователи могут выбрать либо «Стандартное», либо «Универсальное» качество преобразования. Настройки «Универсальность» обеспечивают степень контроля над дисперсией яркости в сигнале HDR.

Загрузить 3D-LUT >

Загрузить руководство

Sony Professional HDR для мероприятий и корпоративных мероприятий

По мере роста спроса на премиальный контент профессионалы в области видео пользуются преимуществами более высокой яркости, контрастности и более широкой цветовой гаммы, которые обеспечивает HDR. Более того, создателям контента необходимо быстро доставлять контент без ущерба для качества изображения или собственного творческого видения.

Портативные видеокамеры Sony начального уровня предлагают «мгновенный HDR» с записью Hybrid Log-Gamma (HLG) для упрощения рабочих процессов HDR на основе файлов. Вы будете наслаждаться творческой свободой при съемке, редактировании и просмотре HDR-материалов на HLG-совместимом дисплее без необходимости в дополнительном оборудовании или цветокоррекции.

Узнайте больше о том, как «мгновенный HDR» Sony может преобразить ваш контент >

Загрузка видео…

Создавайте в высоком динамическом диапазоне (HDR) и максимизируйте привлекательность всего вашего контента — от спорта, развлекательных программ, драм и кино для рекламы и корпоративного производства. У нас есть творческие инструменты HDR для любого производства, включая системные камеры для прямых трансляций, камеры с большим сенсором, видеокамеры, коммутаторы, серверы, записывающие устройства, мониторы и программное обеспечение для творчества.