【影音基础】本文深度解析什么是HDR（High Dynamic Range）高动态范围?
本文深度解析什么是HDR（High Dynamic Range）高动态范围?
HDR代表高动态范围，与现有SDR（标准动态范围）相比，可显示更大的亮度范围（动态范围） ― 从最暗到最亮。如下图所示，在SDR中显示内容时，阴影中的黑色好像被压碎，而明亮区域中的白色有一种冲淡的感觉；而HDR允许更自然、更真实的显示，不会减弱明亮或黑暗区域的色调。HDR作为下一代高质量成像技术引起人们的关注，以HDR格式制作的内容现在可通过Netflix等视频流服务和UHD蓝光光盘获得。
下图展示了光线和暗色调方面存在很大差异的场景在不同显示器上的显示效果（图片仅用于说明）
SDR， 阴影中被压碎的黑色
SDR, 明亮区域中的白色被冲淡
HDR
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SDR和HDR效果视频对比：
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高图像质量的五个要素：
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1. 分辨率，2.位深度，3.帧速率，4.色域，5.亮度（动态范围）
这五个要素影响图像的质量
影响图像的质量五要素
其中，分辨率、位深度、帧速率和色域已根据4K/8K UHD广播标准BT.2020实现标准化。*只有亮度的标准仍然停留在全高清广播标准BT.709规定的100 cd/m²，未见提高。正因为如此，迄今为止的制作工作需要压缩图像的高亮度部分以匹配显示设备的特性，从而导致显示的图像与原始场景不同。
然而，近年来，显示技术的进步促成可显示的动态范围扩大，使亮度和色彩还原真正像现实世界中看到的那样。这就是HDR最近获得如此多关注的原因。
*4K/8K超高清电视广播标准计划于2018年底开始实施。目前的全高清标准是BT.709。
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1. 分辨率 = 图像细节的精细程度
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分辨率指图像中的像素数量。在特定屏幕尺寸下，分辨率越高，像素越多，显示的细节更精细。4K超高清分辨率是3840x2160，这意味着显示的图像数据是标准全高清的四倍。
分辨率差异
2K
4K
8K
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2. 位深度 = 色彩渐变的精细程度
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位深度指每个像素可以显示的颜色数量。位深度越大，可显示的颜色越多，从而使渐变更平滑、更自然。例如，8位显示器可以显示大约1677万种颜色，而10位显示器可以显示大约10.7亿种颜色。
分辨率差异对比：
8位显示器
10位显示器
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3. 帧速率 = 运动的平滑程度
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帧速率指一秒内显示的图像数量。电影的帧速率一般是24fps（24张图片，或每秒帧数），而标准电视的帧速率通常是60i或30fps（每秒30帧）。8K广播标准BT.2020包含帧速率（最高可达12030fps）的定义，该帧速率下的运动平滑程度几乎和真实世界一样。
帧速率差异
30fps = 60i
60 fps
120 fps
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4. 色域 = 色彩的生动程度
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色域指可以显示的所有颜色的范围。右侧图表显示了人眼能够感知的所有RGB值的范围。三角形表示色域：三角形越大，可以显示的颜色越多。4K/8K广播标准BT.2020（Rec.2020）比现有全高清广播标准BT.709（Rec.709）涵盖了的颜色范围更广泛。
色域差异
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5. 亮度 = 图像照明的强度
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亮度指可以显示的图像照明强度的范围。人类眼睛所能感知的最暗和最亮物体之间的差异范围（动态范围）通常为1012，而传统显示设备最多只能显示103的动态范围。HDR将动态范围扩展到105 — 比目前的显示设备高出100倍 — 允许以一种更接近人眼所能感知的方式呈现光与影。
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BT.2100 — HDR新的国际标准
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ITU-R BT.2100 HDR国际标准建立于2016年7月。因此，确定了内容制作和传输的标准，并且预计将进一步加速HDR的采用。如下表所示，自从建立全高清BT.709标准以来，上一页介绍的五个要素显然已经逐步发展。虽然BT.2020和BT.2100基本上非常相似，但它们在可显示的动态范围上有所不同。
可见差异（用于说明目的图像）
SDR
HDR
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两条伽玛曲线
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为了正确显示HDR图像，仅仅提高亮度是不够的 - 以与人类视力相匹配的方式显示色彩和色调至关重要。色彩和色调受每个输入和输出设备具有的称为伽玛的输入 - 输出特性的影响。BT.2100标准提供两条伽玛曲线作为不同类型生产工作的标准。
对于互联网流媒体和电影：
PQ (感知量化)
对于广播电视：
HLG (混合对数伽玛)
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下图显示了HDR的PQ和HLG伽玛曲线。
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PQ伽玛曲线的最高亮度固定为1,000 cd/m² （或更高）。换句话说，无论显示设备的最高亮度如何，伽玛曲线始终相同，上限为1,000 cd/m²，从而实现一致的图像再现。另一方面，HLG伽玛曲线的最高亮度与显示设备的最高亮度无关。换言之，因为伽玛曲线根据显示设备的最高亮度而变化，即使在现有的SDR显示器上，伽玛曲线也可允许接受观看HDR内容，并且图像劣化较小。
HDR的PQ和HLG 伽玛曲线比较
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【影音工具】youtube 字幕下载插件（基于Chrome）
【影音工具】chrome 屏幕截图EasyScreenCapture.
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