高动态范围:通往非凡的视觉体验之路 技术、标准和市场发展
流媒体网| 2018-08-22

   【流媒体网】消息:从阴极射线管 (CRT) 到4K超高清(UHD)电视,视频显示技术取得了长足的进步。自从十年前高清电视标准首次亮相以来,内容开发人员争先恐后地创造了新的显示质量标准和创新的媒体形式。然而,从高清电视到更高分辨率的4K UHD,再到高帧率 (HFR) 的超高清晰度,并没有真正令普通消费者惊叹。这种情况将随着高动态范围 (HDR) 的出现而改变,这可能是自高清电视发展以来显示器市场出现的最重要的技术。

  HDR的两个关键因素,拓展的对比度及广色域,为显示技术带来了一种真正意义上的创新:显示器对比度的提高不仅为表现更丰富的暗部细节奠定了基础,而且让我们可以同时实现更丰富的暗部细节和明亮的亮点。

  “HDR可能是自高清电视发展以来显示器市场出现的最重要的技术。”

  

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  最重要的是,更广泛、更明亮的色谱可以在该光谱空间内实现更平滑的渐变,提供了超越更高分辨率和更快帧率的、令人惊叹的图像质量增强。正如杜比实验室的技术部副总裁 Pat Griffis 所说,“HDR 已经打开了潘多拉的盒子,释放出更丰富的色彩,而不只是是更高对比度和亮度信息。”

  HDR 促使一大批激情洋溢的服务提供商开始建立一个强大的HDR生态系统,力图改善用户的电视体验。一些主要的电视运营商和OTT服务已经接受了这项技术。本文讨论了这些市场现况以及HDR的未来潜力。

  HDR 市场状况

  HDR市场仍然相对年轻,还存在着技术问题。这些问题大多围绕HDR空间中的各种竞争格式。这种情况给业内带来了一些担忧 — 从电视制作人到视频制作工作室。

  “HDR 已经打开了潘多拉的盒子释放出更丰富的色彩,而不只是是对比度和亮度。”

  2014年,电影电视工程师协会(SMPTE)制定了SMPTE ST.2084标准,定义了母版处理参考监看设备的电光传递函数(EOTF)。该标准的重点不是传统CRT显示器的伽马曲线,而是人眼的对比灵敏度比率,也被称为感知量化(PQ)。今天的 HDR市场主要关注PQ传递函数的应用。2016年,国际电信联盟制定了ITU-R BT.2100标准,它定义了PQ、宽色域以及10位和12位色深(单个像素的颜色分量中的位数)的组合。同年,美国消费电子协会针对未压缩的高速数字接口制定了数字电视规范,它随后被 HDMI Forum 采纳为最新 HDMI 规范的基础。

  

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  2016年,在SMPTE的支持下,一套来自多家技术提供商(包括杜比、飞利浦、三星和Technicolor R&D)的动态元数据工具催生出了SMPTE ST 2094中界定的动态元数据标准套件。

  业内领先的技术提供商已经推进了这些标准的应用—即,杜比视界(Dolby Vision),HDR10,HDR10+,HLG和SL-HDR格式。

  · 杜比视界(Dolby Vision)。专属于杜比实验室的杜比视界 (Dolby Vision) 是一个完整的系统,可优化HDR内容的创建、分发和显示过程,保证了在不同种类的显示设备上呈现精美、一致的图像。杜比视界 (Dolby Vision) 采用PQ曲线,提供高达4K的分辨率、高达12位的色深和动态元数据。杜比凭借多年的业内经验以及对技术研发的投入,创建了完整的杜比视界(Dolby Vision)生态系统,提供了持续一致、稳定可靠、品质一流的HDR解决方案。杜比视界(Dolby Vision)得到了Apple、爱奇艺、长虹、创维、海信、康佳、LG、Netflix、松下、飞利浦、TCL、腾讯视频、Vizio、Vudu和优酷等公司的支持。杜比的影像技术也被纳入ATSC 3.0广播标准(于2018年消费电子展期间发布)和超高清蓝光标准。

  · HDR10。HDR10是一种基于ITU-R BT.2100 PQ标准的开放格式,得到了戴尔、杜比、LG、微软、三星和索尼等公司的支持。HDR10缺少动态元数据,因此缺乏在保留原创意图的同时将HDR10图像与各种显示器相匹配的能力。

  · HDR10+。截至2018 年初,三星、松下、20 世纪福斯和华纳已经联合起来支持新的HDR10+格式 — 目前可通过亚马逊视频和松下超高清蓝光播放器播放。HDR10+为HDR10提供了动态元数据;超高清蓝光标准中采用了类似技术,而ATSC 3.0标准中也有此规定。

  · Hybrid Log-Gamma。ITU-R BT.2100中还指定了HLG,该标准由BBC 和NHK广播网络最先联合提出,目标是规范现场制作。该技术得到DirecTV 和YouTube等视频服务商的支持。

  · SL-HDR在ETSI TS 103 433中进行了规定,它能够传输标准动态范围 (SDR)数据并利用元数据重现HDR图像。SL-HDR由飞利浦国际和法国Technicolor R&D联合开发。

  HDR领域不同格式之间的竞争区别于蓝光与HD-DVD的格式之争。在大多数情况下,HDR市场强调兼容性,因此,具有支持杜比视界(Dolby Vision)的显示器或播放器也能播放HDR10格式的内容。HDR标准的具体要求使电视机制造商更容易支持多种格式。

  正如杜比实验室消费者娱乐部高级副总裁Giles Baker所说,”HDR10+和杜比视界(Dolby Vision)可以共存。” Baker指出,松下最近宣布推出首款同时支持杜比视界(Dolby Vision)和HDR10+的蓝光播放器 — 松下UB820。“我们没有任何理由认为光盘(和播放器)不能同时支持这两个格式。”

  

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  HDR市场的走向

  HDR生动的色彩亮度不仅在影院,而且在家里也大放异彩。HDR内容可以通过多种方式传输。 在影院,它以DCP形式被加载到服务器,再传输至放映机播放。在家庭环境中,可以通过超高清蓝光碟、OTT视频服务、游戏机以及移动网络享受HDR内容。

  “HDR 鲜活明亮的色彩在影院和家中都大放异彩。”

  目前,OTT市场正在以HDR引领潮流,爱奇艺、Netflix、腾讯视频、优酷、亚马逊和Vudu等主要的流媒体正在提供越来越多的HDR内容。

  2017年底,Apple宣布其最新一波产品(包括iPhone X、iPad Pro和新款Apple TV 4K)支持杜比视界(Dolby Vision) 和HDR10,让消费者能够享受iTunes 上提供的HDR内容。最近,Apple称杜比视界(Dolby Vision)是其首选的HDR 技术 — 互联网软件和服务高级副总裁Eddy Cue称杜比视界是“最佳的HDR 体验”。Apple的加入实现了数百万台设备支持HDR技术,显示了HDR市场强势发展势头。

  2018年消费电子展(CES)上的一项重大新闻是支持HDR的设备激增,尤其是支持杜比视界(Dolby Vision)的设备。超高清蓝光播放器开始采用HDR功能,如, 索尼的新款4K杜比视界(Dolby Vision)超高清蓝光播放器。在个人电脑端,联想推出了ThinkPad X1 Carbon和X1 Yoga,这两款产品都将支持杜比视界 (Dolby Vision)。个人电脑的兼容性才刚刚开始,这暗示着个人电脑将发展成为观看HDR OTT内容的主要平台。2018年消费电子展的另一个亮点是游戏《战地 1》和《质量效应仙女座》的个人电脑版本开始支持杜比视界 (Dolby Vision)。此外,Roku在2018年消费电子展宣布推出TCL 4K HDR Roku电视,该款电视也支持杜比视界(Dolby Vision) 。

  尽管电视机仍然是主要的观看HDR内容的平台,例如长虹、创维、海信、康佳、LG、松下、飞利浦、索尼、TCL 和 Vizio 等一系列支持。杜比视界(Dolby Vision) 的电视机,然而越来越多的用户正在转向更小的屏幕(如平板电脑和手机) 来消费内容,这预示着 HDR 应用场景的的拓展。与从标清到高清,甚至高清到超高清的发展不同,HDR在较小的屏幕上呈现的视觉效果同样令人震撼。结合 OLED 显示器,HDR图像可以在小屏幕上表现更加深邃的色彩并还原更真实的颜色。

  然而,HDR技术最前沿的领域是HDR直播。杜比也看到Comcast Xfinity等技术提供商的热情加入。

  广播与HDR

  迄今为止,HDR收视率的增长受到OTT流媒体提供的在线电影和电视节目的影响。HDR在电视直播上的应用一直进展缓慢,主要是因为将这种内容送到观众家中要困难得多。然而,HDR的优势在体育赛事等直播节目中尤为突出,因为对于此类节目的播放,真实的色彩和对比度非常重要。人们对这一领域 HDR技术的应用热情高涨。

  正如国际广播与媒体技术供应商协会(IABM)在其供应趋势报告中指出,包括 2018年采用FIFA世界杯在内的体育赛事将增加技术用户在媒体上的支出,特别是在UHD和HDR上。2018年的重大事件将成为增加这项技术支出的天然驱动力。

  索尼影视娱乐公司首席技术官Don Eklund指出,HDR内容的匮乏是一道障碍。“我们有一些内容的HDR格式很棒,但不是每个电影制作者都想要突破限制。”他说,“他们想讲故事,让您身临其境。如果您没有观看HDR技术直播的奥运会,那真的非常可惜。”

  

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  FIFA是一个很好的例子。2017年10月,该组织宣布将首次以UHD结合HDR制作全部64场比赛.主转播商服务公司(HBS)指出:“借助于混合 UHD/HDR/1080p设置,在一个制作链的背后将有多种视频格式(1080i、1080p 或 UHD HDR)可供选择。” 韩国 2018年冬奥会的播出也使用了 HDR技术。据Comcast称,“Xfinity是平昌奥运会NBC奥林匹克4K HDR报道(包括广播和流媒体)的协办赞助商。”

  自2017年底以来,先进电视服务咨询委员会 (ATSC)(由广播公司、制造商和科技公司组成的联盟)采用ATSC 3.0 标准作为首个动态元数据体系。在欧洲,数字视频广播 (DVB) 也发布了视频编码规范,为支持HDR的广播铺平了道路。广播公司和电视运营商已经开始应对HDR直播面临的各种挑战,我们也开始看到越来越多的HDR直播试验。

  那HDR面临的主要挑战是什么呢?直播意味着一切都是实时发生的;没有通过后期制作调整HDR等级的机会。 此外,HDR格式,包括杜比视界依赖于元数据,而通过广播,很难保证元数据完好无损地传输到观众的家中。对于直播工作流程,杜比的方法是编码阶段之前生成元数据,以此保证元数据不会在广播设备中丢失。

  直播现场制作环境、插播广告和播放区域的选择等直播技术环境不同于脱机内容的传输方式。HDR直播的工作流程必须非常可靠,而且不需要对现有的SDR工作流程进行太多改动。因此,广播公司希望在切换到HDR之前,能够充分验证HDR的工作流程。

  杜比视界 (Dolby Vision) 的与众不同之处

  在HDR领域,杜比一直处于领先地位。杜比视界(Dolby Vision)不仅是新一代显示技术的革新,还是一个端到端的生态系统,旨在提供一致、简单和兼容的最佳HDR体验。通过支持这一生态系统,杜比处理各种HDR元素而不单是其专有元素,这让整个行业大受裨益。为了提供一致的高品质服务,内容链的各个环节(从创作到输送、回放)都必须保持同步;通过关注整个生态系统,杜比希望能够帮助推动全行业的HDR快速发展。整体目标是提供一个卓越的观看体验,与内容创作者的艺术意图相匹配,并涵盖不同价格区间产品,从高端旗舰产品到经济实惠的主流机型。

  如何创建和输送 HDR 内容?

  电影史是艺术与技术的交融。随着每项技术创新 — 无论是在声音、色彩还是效果方面,内容创作者都欣然接受能帮助他们将创作推向新方向的工具。HDR内容要求人们以一种不同的方式来思考创作内容。幸运的是,杜比视界(Dolby Vision) 提供了一个强大、完善的内容创作流程,用于创建一个拍摄、后期制作和传输规范,并能保证内容提供商在影院、在家庭和在途中所呈现内容的质量。

  杜比视界 (Dolby Vision) 端到端工作流程涵盖了整个制作阶段,从高级数字摄影机拍摄开始,到对该视频数据进行基本维护,包括预览、样片、剪辑、视觉特效以及调色。杜比视界工作流程与现有的调色工作流程非常相似,并已经得到所有业内领先的解决方案提供商支持,包括调色、转码和母版处理等环节。

  为了确保各阶段的图像质量,有必要使用HDR和广色域监视器审查整个动态范围。在调色过程中,杜比视界(Dolby Vision)的动态元数据包括内置控件和分析功能,可以同时创建影院级和家庭级图像母版,此母版包括HDR和SDR。利用该动态元数据,杜比能够通过所有终端显示种类映射图像质量,同时为各种格式提供杜比视界(Dolby Vision)母版。

  Netflix的合作伙伴帮助中心将杜比视界(Dolby Vision)定义为对HDR进行母版处理并将其输送给家庭的一种方式,并指出了杜比视界(Dolby Vision)的诸多优势:

  · 对于电影制作者:以创新方式管理HDR和SDR版本

  · 对于Netflix:单源IMF母版文件可以输送成不同的媒体流

  · 对于客户:无论电视功能如何都能享受精美画质

  在杜比视界(Dolby Vision)理念中,关键在于HDR工作流程尽可能地为电影制作者和其他创作者提供了颜色更为丰富的创作空间,让他们能够借此讲述故事或展示活动盛况。保留艺术家要传达给观众的创作意图,再加上远远大于目前高清电视技术所能呈现的暗部细节、明亮的亮点、色彩空间,这些都带给观众美轮美奂的精彩画面。

  

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  “杜比视界(Dolby Vision)忠实地提供了创作者和消费者所期望的卓越画质。”

  与 HDR10 相比,杜比视界(Dolby Vision)HDR最显著的优势是为核心的 HDR图像数据添加了动态元数据。对于直播工作流程,杜比的方法是在传输编码之前生成元数据,由此保证元数据不会在广播设备中丢失。元数据保证了支持杜比视界(Dolby Vision)的显示器能够尽可能准确地显示原始内容。支持杜比视界(Dolby Vision)的电视通过接收动态元数据,更真实的呈现亮度、对比度和色彩信息。

  对于HDR10内容,您的HDR电视仅接收静态元数据,电影或电视节目基本通用的、相对基本的“全球”信息。UHD Forum指出,这是动态元数据能够发挥关键作用的原因之一。SMPTE ST.2094系列文档对元数据的定义如下:“元数据的作用是将内容创建母版处理显示器上呈现的HDR和广色域的核心数据转换成可以在色彩空间更小的终端显示设备上显示的图像。”这些动态元数据让元数据能够根据场景甚至是视频内容的逐帧进行更改。元数据能够更改,这样就能调整元数据参数,使其更紧密地跟踪内容渲染需求,从而在各种HDR显示器中实现最佳内容重现。

  杜比视界(Dolby Vision)具有前瞻性思维,市场也在持续地接受这项技术。杜比视界(Dolby Vision)获得了诸多平台,包括蓝光碟、流媒体以及未来的广播的认可和支持,Apple、松下和索尼只是其中的一小部分。通过在调色工具、传输技术以及各类回放设备提供技术支持,杜比视界(Dolby Vision) 提供了卓越的画面质量,忠实地反映了创作者创作意图,更好地满足了消费者的期待。

责任编辑:侯亚丽

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