HDR в телевизорах: преимущества и недостатки

Современные телевизоры передают цвета очень точно, однако они часто ограничены в динамическом диапазоне изображения. Для решения этой проблемы были разработаны модели, поддерживающие расширенный диапазон (HDR). Но как именно работает HDR и почему в различных моделях телевизоров эта технология используется по-разному? В этом обзоре расскажу про принципы работы ТВ с HDR и объясню, почему одна технология HDR менее эффективна, чем другая.

Что такое HDR и как они появились

HDR (High Dynamic Range) — технология, которая улучшает качество изображения на телевизорах путем увеличения диапазона яркости и контрастности между темными и светлыми областями изображения. Это приводит к более натуральному и реалистичному изображению.

Первой распространенной технологией для экранов были электронно-лучевые трубки (ЭЛТ). Изначально они были одноцветными, но потом появились цветные варианты. До конца XX века видеозаписи хранились и передавались на аналоговых носителях, но затем медленно начало распространяться цифровое видео.

Тогда ЭЛТ все еще были самым распространенным типом дисплеев, а компьютеры для обработки видеофайлов были относительно слабыми. Из-за этого у изображений было низкое разрешение, стандартный вид динамического диапазона (SDR), цветовая глубина в 8 бит, распространяющаяся на три цвета RGB, и они ориентировались на яркость в сто нит. Однако с появлением более мощных компьютеров и развитием технологий дисплеев стало возможным улучшить эти показатели и создать изображение с более высоким динамическим диапазоном.

С появлением ЖК-панелей, подсвечивающихся флуоресцентным освещением, яркость увеличилась до 200-350 нит, а разрешение стало выше. Примерно 15 лет назад появились LED-экраны на жидких кристаллах, которые, во-первых, улучшили контрастность и насыщенность цвета, а во-вторых, начали отображать все более глубокие оттенки. Также постепенно начала распространяться технология OLED, дающая неограниченный контраст цветов.

На этих новых дисплеях даже старые SDR-видео выглядели лучше, но все еще была заметно, что формат ограничен. К 2014 г. появилась возможность значительно увеличить такие показатели, как пиковая яркость, контрастность и цветовая глубина, а также значительно увеличились мощность компьютеров и динамический диапазон камер для съемок. В это время появляется первый тип видео с расширенным диапазоном — Dolby Vision.

Особенности HDR-видео

Главная особенность HDR-видео заключается в сохранении большего объема исходной информации при съемке. Динамический диапазон сжимается в разы меньше по сравнению с форматом SDR. Однако для корректного воспроизведения такого контента требуется экран, поддерживающий HDR.

Совмещение HDR-контента с HDR-экраном дает возможность передавать более насыщенные цвета и значительно большее количество деталей как в ярких, так и в темных изображениях. Это делает картинку более приближенной к тому, какой ее воспринимает человеческий глаз в реальном времени.

В настоящее время можно выделить ряд вариантов реализации HDR-видео, которые были разработаны и применяются разными компаниями. Среди них:

HDR10

HDR10 считается стандартом, представленным в 2015 году. Его режимом цветопередачи является Perceptual Quantizer, который заменяет привычную гамму SDR. HDR10 способен отображать цветовую глубину в 10 бит и пиковую яркость в 4 тыс. нит.

Основным недостатком HDR10 является применение статических метаданных, позволяющих настроить параметры цвета во время мастеринга видео, но не дающих сделать это уже на месте, с учетом характеристик экрана. В результате фактическая глубина и детали картинки часто уступают иным форматам HDR.

Тем не менее HDR10 очень широко распространен. Этот формат является бесплатным, поэтому компании-производители телевизоров часто его используют. Не удивительно, что многие устройства поддерживают HDR10. Также почти все HDR-видеофайлы на стриминговых сервисах доступны в формате HDR10. Игровые консоли, как прошлых поколений, так и современные модели от Sony и Microsoft, также по умолчанию выводят изображение в этом формате.

HDR10+

Это формат был представленный компаниями Samsung, Amazon Video и Panasonic в 2017 году. По своей сути он похож на HDR10, но имеет дополнительные преимущества благодаря поддержке динамических метаданных. Они предоставляют возможность настраивать параметры яркости и передачу цвета отдельно для каждого кадра, что обеспечивает более высокое качество передачи контента по сравнению с предыдущим аналогом.

Хотя стандарт HDR10+ является открытым, производители вынуждены оплачивать присоединение к альянсу. В связи с этим производители LG и Sony предпочитают не пользоваться разработками своего основного конкурента. В результате HDR10+, как правило, используется в ТВ от Samsung и Panasonic. Несмотря на то что формат HDR10+ предоставляет большие возможности, чем HDR10, контента в нем мало. Несмотря на то, что HDR10+ является более продвинутым форматом, чем HDR10, его нельзя назвать таким же распространенным, так как требует лицензионных отчислений и не поддерживается некоторыми производителями телевизоров и поставщиками контента.

Dolby Vision

Этот первопроходец в области форматов HDR-видео, был создан Dolby Laboratories в 2014 году. Этот формат отображает глубину цвета в 10 и 12 бит, достигает пиковой яркости до 10 тыс. нит и работает с динамическими метаданными. В основном Dolby Vision предпочитают применять высокобюджетные фильмы. Этот контент доступен на таких платформах, как Netflix, Amazon Prime Video, Apple TV+, а также на дисках Ultra HD Blu-ray.

На первый взгляд, это лучший из доступных форматов. Однако производители телевизоров обязаны оплачивать лицензионные сборы Dolby Laboratories за каждое устройство. Кроме того, для полной реализации потенциала Dolby Vision необходимы более технологичные по своим параметрам экраны, в связи с чем его поддержка доступна лишь в моделях из дорогого сегмента. Известный лидер рынка телевизоров, компания Samsung, и вовсе не применяет этот формат.

HLG

HLG представляет собой стандарт, созданный в 2015 г. двумя компаниями — BBC и NHK. Этот формат применяет глубину цвета в 10 бит и поддерживает яркость до 4 тыс. нит. Отличительной особенностью HLG является отсутствие поддержки метаданных, что делает невозможным настройку параметров сцены при его использовании.

HLG способен изменить гамму для обратной совместимости с SDR-экранами. Это позволяет видео в формате HLG корректно отображаться даже на обычных телевизорах, хотя динамический диапазон и яркость изображения в этом случае могут быть ниже.

HLG был разработан прежде всего для телевещания, однако на постсоветском пространстве для этого он все еще не используется. Видео в формате HLG доступно на YouTube. Благодаря совместимости HLG с многими нынешними моделями телевизоров, он довольно популярен. Кроме того, он является единственным форматом HDR, который поддерживает обратную совместимость с SDR-экранами.

Advanced HDR

Advanced HDR представляет собой серию форматов, созданных компанией Technicolor.

• Один из вариантов, SL-HDR1, имеет сходство с HLG и обеспечивает правильное отображение видеофайлов на SDR-экранах.
• SL-HDR2, в свою очередь, не обладает этой функцией, но применяет динамические метаданные, что делает его аналогичным HDR10+.
• SL-HDR3 объединяет преимущества SL-HDR1 и SL-HDR2.

Форматы Advanced HDR спроектированы для использования в телевещании, но на данный момент они мало распространены. ТВ с поддержкой Advanced HDR тоже пока еще являются редкостью.

HDR Vivid

HDR Vivid — это новейшая технология HDR, которую разработала целая группа компаний CUVA в 2020 г. Она работает с 10-битным цветом, динамическими метаданными, а поддержка пиковой яркости возможна до 4 тыс. нит, что очень напоминает HDR10+.

У этого стандарта большой потенциал, однако вероятность того, что контент, основанный на нем, станет популярным за пределами Китая, крайне мала. HDR Vivid можно увидеть в телевизорах от Huawei.

Как HDR реализуется в телевизорах

Не все телевизоры, на которых указано «HDR», на самом деле поддерживают эту технологию. Иногда производители используют имитацию HDR из SDR путем искусственного увеличения цветовой насыщенности и изменения цветовой гаммы.

Для уверенности в реальной поддержке HDR следует обращать внимание на поддержку одного из упомянутых выше стандартов. Чаще это бывает HDR10, поскольку телевизоры, которые поддерживают этот формат, наиболее популярны. Некоторые продвинутые модели способны поддерживать несколько форматов HDR.

Однако важно понимать, что даже при наличии одинакового формата на двух устройствах нельзя гарантировать одинаковое отображение контента. Это зависит от настроек и параметров конкретной модели, пиковой яркости дисплея и контрастности, а соответственно и от типа подсветки. Чем лучше эти показатели, тем точнее передаются цвета и живее изображение. Поэтому HDR в телевизорах из недорогого и премиального сегментов часто имеют разные характеристики, даже если они поддерживают единый формат видео.

Важно обратить внимание на то, что не все форматы HDR поддерживаются всеми телевизорами. Например, Dolby Vision поддерживается не всеми телевизорами, а HDR10+ поддерживается только телевизорами Samsung и Panasonic. Поэтому при выборе телевизора необходимо убедиться, что он поддерживает тот формат HDR, который вам нужен.

Чтобы корректно отображать контента HDR, дисплей должен иметь следующие параметры:

• Пиковая яркость не менее 400 нит. Желательно, чтобы она составляла не менее 1 тыс. нит. Чем выше значение, тем выше качество изображения.
• Глубина цвета 10 бит. Ее можно достичь как с использованием истинных 10-битных матриц, так и с помощью 8-битных матриц, использующих принцип FRC. Некоторые премиальные модели могут даже обладать 12-битной глубиной цвета (либо истинной, либо с помощью 10 бит + FRC), однако они встречаются крайне редко.
• Для дисплеев типа IPS, ADS или VA необходимо наличие подсветки с локальным затенением. Так матрица подсвечивается за счет светодиодов, размещенных за экраном, что позволяет выключать их в разных местах независимо друг от друга. Это необходимое условие для того, чтобы создать требуемое различие в яркости между разными областями в кадре. Чем больше число независимых областей подсветки, тем качественнее изображение.
• Идеальным вариантом для воспроизведения HDR являются модели с OLED-экранами. В них отсутствует задняя подсветка, так как каждая точка матрицы светится сама по себе. Благодаря этому можно регулировать яркость каждой точки отдельно, что позволяет передавать максимальной различие в яркости между разными областями кадра.

Недостатки технологии

HDR часто показываются в яркой рекламе, в которой любой формат HDR показывается лучшим, чем SDR. Зрителю показывают яркие и насыщенные изображения рядом с тусклыми, чтобы показать, насколько HDR улучшает изображение

На самом же деле эффект от HDR в значительной степени зависит от параметров исходного видеоматериала, который необходимо правильно обработать, и от характеристик самого телевизора.

HDR особенно впечатляет в каких-нибудь специальных трейлерах или на передачах о природе и поездках. Однако в фильмах и играх преимущества HDR не всегда очевидны. Особенно это касается кадров с сильным контрастом — телевизор может либо выдавать чересчур темные картинки, либо начинать «замыливать» яркие участки. Кроме того, возникает риск излишней насыщенности цветов.

Помимо этого, разные модели телевизоров имеют значительные различия в яркости и контрастности. Поэтому адаптировать HDR-контент под каждую модель практически невозможно: он может хорошо выглядеть на одних устройствах и плохо на других.

Отчасти решить эту проблему можно за счет большого числа настраиваемых параметров отображения HDR, доступных на некоторых моделях телевизоров. Эти настройки позволяют подобрать оптимальную конфигурацию для конкретного видеофайла. Но вот насколько удобно каждый раз регулировать настройки для того или иного видео — вопрос очень спорный.

Заключение

HDR позволяет передавать более широкий диапазон цветов и оттенков, создавая реалистичную и захватывающую картинку. Однако, как и любая другая технология, HDR имеет свои нюансы и недостатки. При правильном использовании HDR способна значительно улучшить впечатления от просмотра. Главное — чтобы фильмы или игры соответствовали экрану, на котором они будут воспроизводиться. Поэтому при выборе телевизора или монитора исходите из своих потребностей и предпочтений.

Подборка бюджетных телевизоров

Если вы ищете бюджетный телевизор, то советую посмотреть — Выбираем бюджетный телевизор: 10 смарт-моделей на базе Android TV в 2024 году. Кстати, у которых как заявляют производители — разные HDR. Например, у модели KIVI 32H740NB есть поддержка HDR10. Но как мы уже поняли, при выборе телевизора нужно смотреть не только на наличие поддержки HDR, но и на другие параметры, такие как пиковая яркость, контрастность, тип подсветки и т. д.