Sdr hdr что это
Чем отличается HDR от SDR
Несмотря на все недостатки и устаревший технологический процесс, сегодня видеоконтент в формате SDR (Standard Dynamic Range) сохраняет доминирующее положение на медиарынке. HDR формат (High Dynamic Range) только начинает свою экспансию. В этой небольшой статье мы рассмотрим различия HDR и SDR.
Колориметрические параметры
SDR формат базируется на колориметрических параметрах, описанных в Rec. ITU-R BT. 709. Они охватывают всего лишь 35,9% видимого человеческим глазом спектра системы CEI 1931 (Рис. 1). В свою очередь HDR использует цветовые параметры Rec.ITU-R BT. 2020, охватывающие 75,8% спектра.
Рис.1 Цветовое пространство системы CEI 1931.
Глубина цвета SDR — 8 бит. SDR не запрещает использовать 10 бит, но на практике подавляющее большинство видеоконтента сжато с глубиной цвета 8 бит. Это означает, что у каждого из базовых цветов — красного, зеленого и синего — может быть 28 значений, равное 256 или суммарное количество 256х256х256 = 16 777 216 цветов. Это много, но человеческий глаз видит гораздо больше, поэтому на практике различает ступенчатые переходы у SDR видео (Рис. 2). Особенно это заметно на градиентных сценах фона, например неба.
Рис.2 Глубина цвета 8 и 10 бит.
У HDR минимальная глубина цвета — 10 бит: 1024 возможных значений для каждого базового цвета или суммарно 1 073 741 824 цветов, что в 64 раза больше, чем у SDR. Такое изображение гораздо ближе к действительному, однако при определенных обстоятельствах человеческий глаз все еще способен заметить ступенчатость цветовых переходов.
Яркость
Человеческий глаз устроен так, что помимо компонентов цветности различает и компонент яркости, причем яркость воспринимается гораздо острее. SDR ограничен яркостью в 100 кд/м2, в то время как теоретические возможности стандартов HDR достигают 10 000 кд/м2.
На практике дисплеи с поддержкой HDR из среднего ценового сегмента заявляют яркость 1000 кд/м2, премиальный сегмент предлагает яркость до 4000 кд/м2, но для определенных сцен и на непродолжительное время.
Три буквы, покрытые неизвестностью. Что такое HDR?
Уже несколько лет многие компании, выпускающие смартфоны козыряют этими тремя буквами. Простому смертному, далекому от мира IT, аббревиатура «HDR» не дает ровным счетом ничего. Часто пользователь уходит в крайности: снимает в режиме HDR абсолютно все либо не использует данную функцию. Забегая вперед, скажем, что не во всех случаях мобильной фотографии для нее есть применение. Предлагаем разобраться в этом вопросе раз и навсегда и наконец понять, что рядовой пользователь может получить, имея технологию HDR в своем смартфоне.
На поисковой запрос «Что такое HDR?» Google расшифровывает эту аббревиатуру, как «High Dinamic Range» или в переводе «Высокий динамический диапазон». Разберемся в терминологии.
Одна из самых сложных деталей в хорошем кадре это освещение, особенно если вы снимаете под открытом небом или в темном пространстве. Любой дилетант в курсе, что фотографироваться нужно против солнца. Если вы можете отнести себя к таковым, после прочтения рекомендуем ознакомиться со статьей. Надеемся, что сегодня в копилке знаний работы со светом на фото станет еще больше.
Цветокоррекция с помощью HDR
Разница между SDR и HDR
Читая все выше перечисленное, возникает вопрос : «Посредством чего достигается этот диапазон, то есть как это технически реализовано в телефоне?». Суть кроется в том, что камера делает несколько изображений с разным охватом цветовой гаммы, а затем, с помощью искусственного интеллекта, «сшивает» их в один снимок. Можно сказать здесь и реализуются основные технические сложности. Зная об этом, не стоит удивляться почему снимки в режиме HDR занимают места значительно больше тех, что имеют охват SDR.
Имея достаточно теоретических знаний, перейдем к практике. Как и где следует снимать HDR контент? В каком случае снимки в представленном режиме будут получаться более эффектными, а в каком только лишь испортят картинку? Вернемся к началу. Зная о проблемах при съемке против солнечных лучей, HDR путем захвата различных участков яркости поможет сбалансировать тени и светлые участки на снимке.
Следует отметить, что как при съемке в режиме «Портрет», который вышел для недорогих Android устройств, малейшие движения объекта фотографии ухудшают его качество, в первую очередь, ввиду задействования искусственного интеллекта, так и при съемке в HDR, когда объект находится в динамке, склеиваются разные изображения и картинка получается размытой.
«Что делать, если мой смартфон не поддерживает функцию High Dynamic Range?». Наш ответ — «Не расстраиваться!». Сейчас мобильная фотография медленно, но уверенно стремится к пределу возможностей, а еще 5 лет назад, для получения снимка такого уровня приходилось делать все в ручном режиме. Для этого необходимо было сделать несколько снимков. Здесь необходимо учесть ряд факторов:
Затем все это посредством программного обеспечения на вашем ПК склеивалось, а пользователю было необходимо вручную выбирать самые темные и светлые участки.
В настоящее время есть возможность обратить внимание на приложения из Google Play. Например, HDR Camera.
Приложение HDR Camera для Android
Программа обрабатывает исходное изображение и опирается на устранение артефактов, выравнивание баланса белого и выравниванием изображения между каждым кадром. Существенным достоинством приложения является возможность обработки фотографии имея всего один снимок.
Наш разговор про новые технологии снимков даже фотографу-любителю может показаться смехом. Нюансов в производстве и потреблении HDR контента огромное множество. Цветовые пространства, HDR 10, Dolby Vision — мы оставили это для профессионалов. Сегодня же мы пробежались по верхам и рассказали об основных постулатах мобильной фотографии в новом режиме.
Если после прочтения у вас возникли вопросы, вы всегда можете задать их в нашем чате или обсудить в комментариях.
Что означает HDR?
Аббревиатура HDR знакома всем пользователям современной цифровой техники. Сегодня можно приобрести смартфон или телевизор с дисплеем HDR, а в фото и видеокамерах вы наверняка видели режим съёмки с таким же названием. Но если спросить, что означает этот термин, и какую задачу выполняет эта функция, наверняка у многих возникнут затруднения с ответом.
В этой статье мы попробуем разобраться, что такое HDR, как он работает, и зачем он нужен в автомобильной электронной технике.
Что такое SDR и HDR?
SDR (Standard Dynamic Range) и HDR (High Dynamic Range) – это аббревиатуры, что часто используют для описания качества картинки, которую можно получить при помощи фото или видеотехники. Первая дословно переводится как «стандартный динамический диапазон», вторая – как «широкий динамический диапазон». Что это означает на человеческом языке, и в чем отличие между этими понятиями? Давайте разбираться!
Динамический диапазон фото (видео) камеры – это характеристика устройства, что описывает тот диапазон тонов, которые оно способно распознать и зафиксировать от абсолютно чёрного до белоснежного. Чем динамический диапазон устройства шире, тем лучше по качеству фото и видео. Это объясняется просто – чем больше тонов распознаёт устройство, тем больше деталей можно разобрать на ярко освещённых участках, и тех, что находятся в тени. Другими словами, широкий динамический диапазон позволяет получать картинку хорошего качества при любом освещении без пересветов и провалов в тенях.
Первое фото и видеооборудование не могло похвастать хорошей цветопередачей. Эта техника может воспринимать и передавать довольно ограниченный цветовой спектр – всего 20-30% от всей палитры красок, которую может уловить и различить глаз человека. Этот, немного устаревший на сегодня, стандарт динамического диапазона отображения яркости и цвета и называют SDR.
Современная техника оснащена режимом HDR – функцией, которая на порядок увеличивает передачу яркости и цвета гаджетом, существенно улучшая качество фото или видеозаписи. Благодаря этой функции, вы можете увидеть более яркую и контрастную картинку, на которой цветовая палитра расширена до 75-80%. Эта технология позволяет улучшить изображение не только при фото (видео) съемке, но и при воспроизведении записанных файлов.
Как работает HDR?
Если говорить коротко, эта технология, делает темное еще темнее, а светлое – светлее. При этом она увеличивает точность передачи исходного изображения, делая его ярче и контрастнее.
Сам же принцип работы этой функции довольно прост. Устройство делает от 3 до 5 кадров с различной яркостью – от слегка засвеченного до затемнённого. Затем эти кадры совмещаются в одно изображение с улучшенными характеристиками яркости и цветопередачи. Именно эта улучшенная картинка будет отображаться на мониторе. Раньше фотографы и профессиональные видеооператоры делали эту процедуру в ручном режиме, совмещая снимки при помощи специальных программ. Сегодня фото и видеотехника умеет улучшать изображения в автоматическом режиме.
Для чего HDR применяют в видеорегистраторах?
Видеокамеры с этой функцией устанавливают в видеорегистраторы для того, чтобы получать видеофайлы хорошего качества при любых условиях съёмки.
За последний десяток лет автотехника сделала огромный скачок в развитии. Сегодня никого не удивить регистраторами, которые снимают с разрешением HD (1280Х720), FULL HD (1920Х1080), и даже SUPER HD (2304х1296). Такое разрешение позволяет получить изображение с хорошей детализацией при ровном дневном освещении (идеальный свет для съёмки – дневной, но приглушённый, когда солнце не слепит объектив). Однако идеальное освещение бывает не столь часто. Зимой солнце отражается от снега, в результате чего вы можете видеть яркие блики на видео. Летом кадры портит слишком большая контрастность между объектами, что находятся на освещённых участках и тех, что расположены в тени. Также высокое разрешение не спасает при съёмке в тёмное время суток или густой туман.
Функция HDR – это то, что вытянет картинку как в слишком солнечную погоду, так и в ночное время. Она способна улучшить детализацию мелких, но значимых предметов – номеров движущихся навстречу автомашин, дорожных знаков, полустёртой дорожной разметки и т.д. В случае возникновения дорожного происшествия, видео с широким динамическим диапазоном сослужит водителю добрую службу. В спорной ситуации каждая мелочь имеет значение, так что чем больше деталей будет на картинке – тем больше шансов у автовладельца докопаться до истины и доказать свою правоту.
Так что если у вас есть выбор, купить регистратор с высоким динамическим диапазоном, или же со стандартным, берите первый вариант. Такое устройство сэкономит вам время и нервы, которые, как известно, бесценны.
Что такое HDR10+? Разбор
70% информации о мире человек получает через зрение. Фактически глаза — наш главный орган чувств. Но можем ли мы доверять нашему зрению?
Давайте взглянем на картинку. Вроде ничего необычного. Но что если я вам скажу, что ячейки A и B — совершенного одного цвета.
На самом деле мы не всегда можем отличить светлое от темного. Далеко за примерами ходить не надо: помните сине-черное / бело-золотое платье или появившиеся чуть позже кроссовки?
И все современные экраны пользуются этой особенностью человеческого зрения. Вместо настоящего света и тени нам показывают их имитацию. Мы настолько к этому привыкли, что даже не представляем что может быть как-то иначе. Но на самом деле может. Благодаря технологии HDR, которая намного сложнее и интереснее, чем вы думаете. Поэтому сегодня мы поговорим, что такое настоящее HDR-видео, поговорим про стандарты и сравним HDR10 и HDR10+ на самом продвинутом QLED телевизоре!
На самом деле первое, что надо знать про HDR: это не просто штука, которая правильно хранит видео. Чтобы увидеть HDR-контент нам нужно две составляющие: сам контент, и правильный экран, который его поддерживает. Поэтому смотреть мы сегодня будем на QLED-телевизоре Samsung.
6 стопов SDR
Ежедневно наши глаза сталкиваются с экстремальными перепадами яркости. Поэтому человеческое зрение в ходе эволюции научилось видеть достаточно широкий динамический диапазон (ДД), то есть улавливать разницу между разными уровнями яркости. Фотографы и киноделы знают, что ДД измеряется в ступенях экспозиции или стопах (f-stop).
Так сколько стопов видит человеческий глаз? Скажу так — по разному.
Если завязать вам глаза, вывести в незнакомое место и резко снять повязку, то в эту секунду вы увидите 14 стопов экспозиции. Это не мало. Вот камера, на которую я снимаю ролики, видит только 12 стопов. И это ничто по сравнению с человеческим зрением, потому что оно умеет адаптироваться.
Спустя пару секунд, когда ваши глаза привыкнут к яркости и обследуют пространство вокруг, настройки зрения подкрутятся и вы увидите потрясающую игру света и тени из 30 стопов экспозиции!
Ух! Красота! Но когда мы смотрим видео на ТВ или на экране смартфона, нам остаётся довольствоваться только 6 стопами экспозиции, потому как видео со стандартным динамическим диапазоном или SDR — больше не поддерживает.
Яркость
Почему так мало? Вопрос исторический и связан он с двумя этапами.
Стандарты современного SDR видео зародились еще в середине 20-го века, когда появилось цветное телевидение. Тогда существовали только ЭЛТ телевизоры, и они были очень тусклые. Максимальная яркость была 100 нит или кандел на квадратный метр. Кстати, кандела — это свеча. Поэтому 100 кандел на квадратный метр буквально означает уровень яркости 100 свечей, расположенных на площади в 1 метр. Но если вам не нравится измерять яркость в свечах, вместо кандел на квадратный метр можно просто говорить ниты. Кстати в нашем телевизоре Samsung Q950T — 4000 нит.
Так вот, это ограничение яркости было заложено в стандарт SDR. Поэтому современные телевизоры показывая SDR-контент по сути игнорируют потрясающую адаптивность человеческого зрения подсовывают нам тусклую и плоскую картинку. И это несмотря на то, что с тех пор техника сильно продвинулись вперед.
Одной из особенностей технологии QLED является высокая пиковая яркость. Это самые яркие ТВ на рынке, они даже ярче OLED.
Современные QLED-телевизоры способны выдавать целых 4000 нит яркости, что в 40 раз больше, чем заложено в стандарт SDR. Потрясающе — показывай, что хочешь. Но по-прежнему 99% контента, который мы видим — это SDR, поэтому смотря YouTube на своём потрясающем AMOLED-дисплее, вы фактически смотрите эмуляцию кинескопа из гостиной времен разгара холодной войны. Такие дела.
Глубина цвета
Второе ограничение тоже происходит из глубокой древности — 1990-х.
Тогда появился революционный стандарт — цифровое телевидение высокой четкости — HDTV, частью которого стала глубина цвета 8 бит. Это значит, что у каждого из базовых цветов — красного, зеленого и синего — может быть только 256 значений. Возводим 2 в 8-ю степень получается 256 — это и есть 8 бит..
Итого на три канала, всего 16 777 216 миллионов оттенков.
Кажется, что это много. Но человек видит куда больше цветов. И все эти некрасивые ступенчатые переходы, которые часто можно заметить на видео и фотографиях и конечно в YouTube, спасибо его фирменному кодеку — это как раз ограничения 8 бит.
Но самое интересное, что эти два ограничения: 6 стопов экспозиции и 8 бит на канал, не позволяли SD-видео сымитировать главную особенность человеческого зрения — его нелинейность! Поэтому поговорим про восприятие яркости.
Восприятие яркости
Так уж эволюционно сложилось, что для человека всегда было важнее, что там находится в тени, чем на ярком солнце. Поэтому человеческий глаз гораздо лучше различает темные оттенки. И поэтому любое цифровое изображение кодируется не линейно, чтобы как можно больше бит информации отдать под темные участки изображения.
Иначе, для человеческого глаза в тенях перепады между уровнями яркости будут уж слишком большие, в светах, наоборот, совершенно незаметные, особенно если у вас в распоряжении всего 256 значений, которые есть в распоряжения SDR видео.
Но в отличие от SDR — HDR видео кодируется с глубиной цвета, как минимум 10 бит. А это 1024 значения на канал и итоговые более миллиарда оттенков (1024 x 1024 x 1024 = 1 073 741 824)
А предельная яркость изображения в HDR видео стартует от 1000 нит и может достигать 10000 нит. Это в 100 раз ярче SDR!
Такое раздолье позволяет закодировать максимум информации в темных участках изображения и показать картинку куда более естественную для человеческого глаза.
Метаданные
Итак, мы с вами выяснили, что возможности HDR сильно превосходят SDR, и HDR показывает куда более страшную и всю из себя контрастную картинку, но! Какая разница, какой там у тебя формат видео, SDR или HDR, если качество изображения всё равно зависит от экрана, на котором ты смотришь. На некоторых экранах SDR выглядит так насыщенно и контрастно, что HDR даже и не снилось. Всё так!
Все дисплеи отличаются. Они по-разному откалиброваны, в них разный уровень яркости и прочие параметры.
Но HDR-видео в отличие от SDR не просто выводит изображение на экран, но еще и умеет сообщать телевизору, как именно нужно его показывать! Делается это при помощи так называемых метаданных.
Они бывают двух видов.
Статические метаданные. Содержат в себе настройки яркости и контраста всего видео целиком. Например, человек, который мастерил какое-нибудь атмосферное, темное кино может указать, что максимальная яркость в этом фильме всего 400 нит. Поэтому телевизор с яркостью 4000 нит не будет задирать яркость и превращать ваш хоррор-фильм в детский утренник. Или наоборот фильм с яркостью 4000 нит по максимуму раскроется не только на телевизоре, который тянет такую яркость, но и на более тусклом экране, так как картинка правильно сожмётся до возможностей телевизора.
Но бывают такие фильмы, которые в целом темные, но в них есть сцены с яркими вспышками света. Или например фильм про космос, в котором ярко сияют звезды. В таких случаях необходимо настроить яркость каждой сцены отдельно.
Для это существуют динамические метаданные. Они содержат в себе настройки каждого пикселя в каждом кадре фильма. Более того, эти метаданные содержат информацию на каком дисплее мастерился контент. А значит ваш дисплей может взять эти настройки и адаптировать изображение так, чтобы вы получили максимально приближенную к задумке автора картинку.
HDR10 и HDR10+
Самый распространённый формат с поддержкой статический метаданных — это HDR10. Более того это самый распространенный HDR формат в принципе. Если видите наклейку HDR на телевизоре — знайте: он поддерживает HDR10. Это его плюс.
Но поддержка только статических метаданных не позволяют назвать его настоящим HDR. Поэтому компания Samsung, совместно с 20th Century Fox и Panasonic решили исправить это недоразумение и добавили к HDR10 поддержку динамических метаданных, назвав новый стандарт — HDR10+.
Получился он царский — 10 бит, 4000 нит, более миллиарда оттенков. Но видна ли разница между HDR10 и 10+ на практике.
У нас есть QLED телевизор Samsung Q950T, который как раз поддерживает оба формата. Поэтому сравнение будет максимально корректным. Мы запустили кино, которые смастерили в HDR10 и HDR10+. И знаете, что — я действительно увидел разницу. На этом телевизоре и HDR10 выглядит круто, а HDR10+ вообще разрывает шаблон. И дело не только в стандарте HDR10+.
Adaptive Picture
Дело в том, что HDR-контент существенно более придирчив к качеству дисплея, чем SDR. Например, яркость в HDR-видео указывается не в относительных значениях, то есть в процентах, а в абсолютных — в нитах. Поэтому, хочешь не хочешь, но если в метаданных указано, что этот конкретный участок изображения должен светить 1000 нит нужно, чтобы телевизор сумел выдать такую яркость. Иначе, это уже будет не HDR.
А если, вдруг, вы смотрите видео днём, в ярко освещенной комнате, то нужно еще компенсировать окружающее освещение. Большинство устройств не справляются с этой задачей. Но, у QLED телевизоров Samsung, в этом плане есть, огромное преимущество.
Во-первых, в них используется технология Adaptive Picture, которая подстраивает яркость и контрастность изображения в зависимости от окружающего освещения.
Во-вторых, как я уже говорил, запас яркости в QLED — 4000 нит. А этого с головой хватит для компенсации практически любого внешнего освещения.
В отличие от OLED-телевизоров, которые могут выдавать необходимый уровень контраста только при плотно зашторенных шторах.
Другие технологии
Естественно, это не единственная крутая технология внутри данного телевизора. Здесь установлен мощный нейропроцессор Quantum 8K, который в реальном времени умеет апскейлить 4K-контент до 8К. Причём он не просто повышает четкость изображения, он распознаёт разного типа текстуры и дополнительно их прорабатывает. Еще тут сверхширокие углы обзора, прекрасный объемный звук, который кстати тоже адаптируется под уровень шума в помещении в реальном времени. И масса других технологии, эксклюзивных для QLED-телевизоров Samsung.
Но главная технология сегодняшнего вечера HDR10+ — и, что прекрасно — это не эксклюзив.
HDR10+ — это открытый и бесплатный стандарт, как и обычный HDR10. Всё это дает ему огромное преимущество перед, по сути, таким же, но платным Dolby Vision. Поэтому HDR10+ есть не только в телевизорах и смартфонах Samsung — его поддерживают практически все производители телевизоров, смартфонов, камер, ну и, конечно, в этом формате снимаются и делаются фильмы. А значит у HDR10+ есть все шансы стать настоящим народным стандартом HDR, которым вы сможете насладиться на всех экранах страны, как больших, так и малых.
Переход от SDR к HDR: почему этого не произошло?
Если вы когда-нибудь задумывались, как возможно, что мы не увидели окончательного скачка к экранам HDR, оставив в стороне SDR, продолжайте читать, и вы обнаружите причину.
Что такое HDR и чем он отличается от SDR?
HDR является аббревиатурой для высокого динамического диапазона, он основан на увеличении количества бит на компонент RGB с 8 бит до 10 бит или даже 12 бит, но HDR основан не на увеличении цветности и, следовательно, количества цветов, а скорее их яркость, что обеспечивает более высокий диапазон яркости и контрастности для каждого цвета и лучшее их представление.
Однако, хотя 24-битные цветные мониторы быстро вытеснили мониторы с более низким разрешением цвета, то же самое не относится к мониторам на основе HDR, где мы все еще можем найти большое количество из них, которые их не поддерживают. Таким образом, переход никогда не был полностью реализован.
Цветность и яркость
Каждый пиксель, представленный на экране, предварительно сохраняется в буфере изображения, в котором хранятся значения трех компонентов RGB: красного, зеленого и синего. Но особенность этого способа хранения информации заключается в том, что сохраняется не только цветность, но и уровень яркости, который представляет собой уровень цвета или яркости этого цвета.
В старых телевизорах, в которых не было цвета, изображения были представлены значениями яркости, а когда появился цвет, оба значения были разделены. Но в случае с вычислительной техникой, хотя экраны на электронно-лучевых трубках использовались почти три десятилетия, фактически на уровне внутреннего представления в буфере изображений, оба были представлены одинаково.
В течение долгого времени максимальное представление в цвете составляло 24 бита цвета, что дает 16.7 миллиона различных комбинаций, этот тип экрана называется экранами SDR, чтобы отличать их от экранов HDR, которые поддерживают больший объем информации на пиксель, с 10 и даже до 12 бит на компонент.
HDR и рендеринг графики в реальном времени
HDR можно представить двумя способами:
Оба решения имеют смысл, когда дело доходит до воспроизведения неподвижных изображений и видеофайлов, но в случае графических процессоров, используемых для рендеринга 3D-сцен в реальном времени, это усложняется, поскольку это означает, что все графические процессоры, которые они манипулируют данными пикселей, с одной стороны, а с другой стороны, те, кто передает одни и те же данные, должны повысить свою точность.
Следовательно, возникает потребность в графических процессорах с большим количеством транзисторов, и, следовательно, это означает, что графические процессоры большего размера при той же мощности или менее мощные, если размер сохраняется. Решение, принятое производителями? Во-вторых, это приводит к тому, что производительность игр в режиме HDR ниже, чем при рендеринге в SDR.
Графические процессоры никогда не были предназначены для HDR, но для SDR
Если мы увеличим количество информационных битов на пиксель, логически при перемещении данных по рендерингу мы обнаружим, что необходимая полоса пропускания будет намного выше, что может привести к падению производительности, если между памятью, в которой хранятся данные, и устройством что обрабатывает их, они движутся недостаточно быстро.
Но. перемещение информации внутри процессора обходится дорого, особенно если мы говорим об энергопотреблении, что является одной из причин, почему ни один из графических процессоров в последние годы не был подготовлен для работы со значениями на пиксель, превышающими 8 бит на компонент. В связи с тем, что наибольшее значение при проектировании новых процессоров, самой большой предпосылкой производительности в течение длительного времени является мощность на ватт.
Если бы, как и другие технологии, графические процессоры были разработаны для HDR, то эта технология была бы полностью стандартизирована, и теперь все аппаратное и программное обеспечение ПК было бы разработано для HDR, более того, оно использовалось бы всеми.