Sdr контент 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.
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.
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.
Подробнее об основных HDR стандартах, их идентификации и валидации для H.264/AVC, H.265/HEVC, VP9 и AV1 читайте в нашей статье «Всё об HDR».
INFO: Что такое SDR и HDR в раздачах 4К видео?
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.
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.
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.
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.
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.
Software Defined Radio — как это работает? Часть 1
Продолжая цикл статей про радио, есть смысл рассказать про последние достижения в этой области — Software Defined Radio. Я не знаю адекватного перевода термина на русский, поэтому оставим так, да и термин SDR уже прижился в технических и радиолюбительских кругах.
За последние 100 лет радио изменилось настолько, что вряд ли тогдашний инженер вообще понял бы, как это работает.
Мы все же попробуем разобраться.
История
Идея software defined radio базируется на двух китах:
Назвать точную дату, когда в продаже появились первые SDR-приемники, довольно сложно. Сама идея оцифровки радиосигналов звуковой картой существовала довольно давно — так например, декодировали RTTY или пейджинговые сообщения, но не было подходящих алгоритмов, чтобы объединить все это вместе.
Первая версия Winrad датируется 2007 годом, и выглядела она примерно так (можно обратить внимание на системные требования 🙂
Как можно видеть, интерфейс весьма минималистичный, но программа уже умела воспроизводить AM, FM, USB и LSB, и показывать спектр сигнала. По сравнению с шириной полосы обычного выхода для наушников любого приемника это был… ну почти прорыв. Разумеется, в проф. системах панорамные приставки существовали и раньше, но «простым смертным» оно было практически недоступно, а звуковая карта у каждого в ПК и так есть.
Типичным бюджетным решением для радиолюбителей были приемники Softrock — однодиапазонные приемники, содержащие переключаемый кварц, смеситель и выход на звуковую карту.
Разумеется, это было только начало. Появились приемники с перестраиваемой частотой, а всего за 2 года Winrad заметно эволюционировал, и в 2010 году выглядел уже так:
Стали появляться и профессиональные решения, тогда же в 2010 появился Perseus SDR — приемник с 14-битным DDC АЦП, частотным диапазоном 10КГц-30МГц и шириной полосы пропускания 1.6МГц (в принципе, параметры вполне достаточные и на сегодня).
Цена приемника составляла 825Евро, что для тех лет было не так уж мало.
Кстати, страница http://microtelecom.it/perseus/ существует до сих пор, и на ней также висят скриншоты под XP, хотя продается приемник или нет, непонятно.
Начало было положено, дальше уже как говорится, дело техники — стали появляться разные модели, чипы стали дешеветь и так далее. Следующим прорывом в любительской технике стало появление приемника на чипе rtl-sdr. Сообщение с форума radioscanner за 2012 год можно процитировать дословно, как говорится, не убавить, не прибавить:
Оказалось, что DVB донглы на базе чипа Realtek RTL2832U, рекламируемые иногда также как поддерживающие FM, DAB(+), способны передавать на компьютер поток 8ми битных квадратур при частоте дискретизации около 3-х MSPS.
Принимаемый диапазон ограничивается использованным в определенной модели донгла тюнером, например у Elonics E4000 от 64 до 1700 МГц. Этот тюнер используется также в FunCube донгле, только с дополнительным МШУ.
По этому поводу основан проект. Уже успешно были приняты TETRA (
430 МГц) и сигналы спутника Турaйя (
1550 МГц), что для 8-ми битных квадратур весьма и весьма неплохо.
В общем, как оказалось, дешевые USB-ТВ приемники ценой 10-20$ после замены драйвера могут отдавать IQ-поток, что позволяет использовать их с уже существующим программным обеспечением для SDR. Сами приемники выглядели вот так:
Первые 1-2 года толку от rtl-sdr было довольно мало — под них просто не было интересного софта. Потом появился SDR#, разные плагины, стало расти сообщество энтузиастов, и сейчас rtl-sdr наверное самый популярный (прежде всего, в силу цены) SDR-приемник. Современные версии RTL SDR V3 умеют принимать уже и КВ (хотя и с небольшой чувствительностью и динамикой), но при цене в 30$ и это весьма неплохо. Как работает RTL SDR на КВ, можно посмотреть на видео.
Виды SDR
Существующие SDR можно разделить на 3 вида:
— Уже устаревшие модели на базе звуковой карты — оцифровка сигнала в них происходит в ПК, а сигнал передается на линейный вход по аудиокабелю. Сейчас они давно сняты с производства, но иногда могут появиться на барахолке. Брать по большому счету, смысла никакого, разве что отдадут даром — цена хорошей звуковой карты превысит цену самого SDR. Интересующиеся «цифровой археологией» могут почитать сообщения на cqham за 2010 год о выборе звуковой карты для SDR.
— SDR, имеющие встроенный АЦП и передающие сигналы в ПК в цифровом формате. Это большинство современных устройств среднего ценового диапазона. Они построены по принципу гетеродинного приема, только после переноса частоты вместо НЧ-блока стоит АЦП. Такие приемники имеют ширину полосы пропускания от 2 до 10МГц, есть разные модели на разные частоты и диапазоны (rtl sdr, SDRPlay, Airspy). Недостаток любого супергетеродинного приемника — наличие зеркальных каналов приема — поскольку фильтры неидеальны, станции принимаются там где реально их нет. Даже если фильтры более-менее неплохие, сигналы мощных станций все равно могут «пролезать» и воспроизводиться в виде помех.
— DDC (direct down conversion) SDR. Это самая современная технология на сегодняшний день. Суть в том, что гетеродин здесь не нужен — сверхбыстрый АЦП с частотой оцифровки порядка 100млн семплов/с оцифровывает непосредственно входной сигнал с эфира, что позволяет (согласно теореме Котельникова/Шеннона) иметь прием до частоты, равной половине частоты дискретизации, т.е. в нашем примере до 50МГц. Битовый поток желающие могут прикинуть самостоятельно — на компьютер оно разумеется, не передается, а обрабатывается в быстродействующей ПЛИС прямо на плате, и нужная полоса (обычно до 6МГц) передается в компьютер. Такой приемник не имеет зеркальных каналов, и в нем все хорошо (кроме цены:).
Верхний предел частоты DDC-приемников обычно ограничен 30-50МГц, т.к. более быстродействующих АЦП в продаже либо нет, либо они стоят космических денег (кстати, сверхбыстрые АЦП вроде попадают в американские ограничения по поставке высокотехнологичных электронных компонентов в страны третьего мира, но это не точно). Их самого топового, что доводилось видеть в прайсах — Flex 6600 с 16bit 245.76Msps АЦП стоит порядка 4000$, т.е. им можно принимать в режиме DDC до частоты 122МГц. Вряд ли мы в скором времени увидим DDC-приемники до гигагерца, хотя хотелось бы. Есть ли что-то быстрее, например для военки — наверно есть, кто знает, напишите в комментариях.
Другой важный параметр — тип подключения. Большинство SDR подключаются по USB, но есть модели и с LAN-портом (Afedri, Colibri):
Это может быть удобно для организации удаленного приема или передачи — приемник или трансивер можно разместить на даче/в деревне, и использовать его из города. KiwiSDR делает даже готовые устройства, зайти на которое можно непосредственно через web-интерфейс. Свой приемник владельцы KiwiSDR даже могут «расшарить» другим, посмотреть список доступных устройств можно на https://sdr.hu.
Последний, но не менее важный параметр — разрядность АЦП. Дешевые RTL SDR имеют всего 8бит АЦП, и этого мало, приемник легко перегружается сильными сигналами, ему крайне желателен аттенюатор и преселектор. SDRPlay имеют 12-бит АЦП, более дорогие модели имеют 14-бит, что достаточно для большинства случаев. Топовыми являются 16-бит АЦП, и в принципе, не каждая антенна способна выдавать диапазон сигналов, способных перегрузить такой приемник.
И наконец, о ценах. Их диапазон весьма варьируется, от 30$ за RTL SDR v3, 150$ за SDRPlay RSP2 до 600$ за ELAD FDM-S2. SDR-трансиверы (способные работать не только на прием, но и на передачу) дороже, SunSDR2 стоит порядка 1500$, FLEX-6400 стоит 2000$.
Отдельно стоит упомянуть платы для цифровой обработки сигналов. Это например, HackRF, LimeSDR, USRP, Red Pitaya. Эти устройства изначально предназначались для опытов с радиосигналами в пределах «рабочего стола», и на дальний прием просто не рассчитаны — ни регулируемого усилителя, ни аттенюатора, ни фильтров в схеме зачастую просто нет. Ловить что-то они будут, но весьма плохо, либо потребуется «доработка напильником». Они также могут работать на передачу, но с мощностью порядка 100мВт (где «м» это милли а не мега;), и зачастую никакого софта кроме пары DLL и SDK для них просто нет.
О том зачем все это нужно, преимуществах и недостатках SDR, и о том, как получить данные из SDR с помощью Python, будет рассказано во второй части.