У міру розвитку цифрового відео зростали роздільна здатність і частота кадрів, але якість зображення тривалий час залишалася обмеженою. Стандартне відео SDR (Standard Dynamic Range) розроблене для вузького діапазону яскравості з обмеженим співвідношенням між найтемнішими та найсвітлішими ділянками кадру. Зазвичай воно використовує 8-бітну глибину кольору та колірний простір Rec. 709. Це означає, що деталі в темних ділянках можуть втрачатися, а світлі ділянки можуть бути переекспонованими. Навіть потужні процесори й алгоритми обробки зображення могли лише обмежено покращувати картинку.
Для розв’язання цієї проблеми було розроблено HDR (High Dynamic Range). Він розширює динамічний діапазон, даючи змогу відео відтворювати значно ширший спектр рівнів яскравості та покращуючи якість зображення. HDR — це не лише функція самого телевізора. Відео також потрібно записати за допомогою певного методу й доповнити метаданими, тобто додатковою інформацією про зображення, яке відображається.
Як створюється HDR-зображення
Основна мета HDR — зберегти деталі як у найтемніших, так і в найсвітліших ділянках кадру. Існує два основні підходи.
Брекетинг експозиції. Кілька кадрів знімають із різними рівнями експозиції. Один роблять світлішим, щоб зафіксувати деталі в тінях, а інший — темнішим, щоб зберегти деталі у світлих ділянках. Потім кадри об’єднують, використовуючи з кожного з них ділянки з найбільш відповідною експозицією. Це можна зробити за допомогою кількох камер одночасно або однієї камери, яка послідовно знімає кадри. Другий підхід погано підходить для динамічних сцен, оскільки об’єкти можуть переміщатися між експозиціями, створюючи примарні зображення та інші артефакти.
Сенсор із широким динамічним діапазоном. Сучасні камери можуть фіксувати широкий спектр рівнів яскравості в одному кадрі без об’єднання кількох експозицій. Іншими словами, камера захоплює кілька зображень, які її процесор аналізує для створення одного остаточного кадру.
У результаті виходить зображення зі збереженими деталями та плавними переходами кольорів.
Як HDR передається та відображається
Недостатньо просто записати HDR-відео. Його також потрібно закодувати й передати так, щоб екран міг правильно його відобразити. Метадані передаються разом із відеопотоком. Вони містять технічну інформацію про яскравість, контрастність і кольори, яка вказує телевізору, як відображати зображення. Тому телевізор повинен підтримувати відповідний стандарт. Інакше зображення відображатиметься у стандартному форматі SDR.
Існує два способи передавання цієї інформації.
- Статичні метадані визначаються один раз для всього відео.
- Динамічні метадані змінюються від сцени до сцени або навіть від кадру до кадру.
Огляд стандартів HDR
HDR10
Базовий відкритий формат HDR, стандартизований Consumer Technology Association (CTA) у 2015 році. Він є обов’язковим для дисків 4K Blu-ray і слугує основою для HDR10+ та багатьох профілів Dolby Vision. Формат використовує 10-бітну глибину кольору та колірний простір Rec. 2020, хоча реальні дисплеї зазвичай охоплюють лише частину цього колірного діапазону.
Статичні метадані визначаються один раз для всього фільму й описують монітор, який використовувався під час мастерингу, максимальну яскравість кадру та середню яскравість. Сам телевізор визначає, як адаптувати рівні яскравості до можливостей свого дисплея. Тому зображення може помітно відрізнятися на різних моделях телевізорів, а в темних сценах деякі деталі можуть втрачатися. Формат можна використовувати безкоштовно, і його підтримує практично все HDR-обладнання.
HDR10+
Розвиток HDR10, представлений Samsung і Amazon у 2017 році. Згодом формат був стандартизований консорціумом HDR10+, заснованим Samsung, Panasonic і 20th Century Fox. HDR10+ додає до базового потоку HDR10 динамічні метадані на основі стандарту SMPTE ST 2094-40. Ці метадані передаються кадр за кадром, що дає змогу телевізору точніше регулювати яскравість і контрастність для кожного моменту відео відповідно до можливостей його дисплейної панелі.
Пристрої, які не підтримують HDR10+, відображають цей контент у стандартному форматі HDR10. Глибина кольору залишається 10-бітною. Стандарт не передбачає роялті, але підтримується не всім обладнанням.
HDR10+ Adaptive
Додаткова функція HDR10+, яка враховує освітлення в приміщенні. Телевізор вимірює навколишнє освітлення за допомогою вбудованого датчика та регулює яскравість HDR-зображення. У добре освітленій кімнаті зображення стає яскравішим, а в темній — менш яскравим. Samsung представила цю функцію у своїх телевізорах 2021 року. Тоді ж було оголошено, що HDR-контент на Prime Video відображатиметься в режимі HDR10+ Adaptive на сумісних телевізорах Samsung. На вебсайті HDR10+ цю функцію описано як частину специфікації HDR10+ Advanced, представленої у 2025 році.
HDR10+ Gaming
Ігрова версія HDR10+, розроблена HDR10+ Technologies. За словами Samsung, до появи цього формату ігри та дисплеї не могли визначати можливості одне одного, тому параметри HDR були або узагальненими, або їх потрібно було вибирати вручну. У HDR10+ Gaming ігровий рушій і пристрій відображення безпосередньо обмінюються інформацією. Це дає змогу грі визначати можливості дисплея та створювати HDR-зображення, оптимізоване для конкретного екрана. Автоматичне налаштування без ручного калібрування є однією з рекламованих функцій. На момент представлення формат був доступний на ПК із підтримуваними відеокартами NVIDIA, а також на новіших телевізорах і моніторах Samsung.
HDR10+ Advanced
Новіший стандарт, розроблений для флагманських телевізорів із дуже високою піковою яскравістю, потужними процесорами та великими екранами. Prime Video запускає його на телевізорах Samsung 2026 року, починаючи із серпня 2026 року. Серед оголошених функцій є такі.
- Покращення загальної яскравості. Метадані допомагають ефективніше використовувати можливості преміальних телевізорів із високою яскравістю.
- Інтелектуальне згладжування руху. Система автоматично визначає, чи потрібне згладжування руху.
- Визначення жанру за допомогою ШІ для вибору параметрів обробки зображення, а також розширений діапазон кольорів на основі метаданих, наданих творцями контенту.
Dolby Vision
Ліцензований стандарт, розроблений Dolby та представлений у 2014 році. Він використовує динамічні метадані, які можуть змінюватися від сцени до сцени або від кадру до кадру. Під час потокового передавання зображення зазвичай має 10-бітну глибину кольору, тоді як 12-бітне відео можливе лише в окремих профілях, наприклад тих, що використовуються на дисках 4K Blu-ray. Dolby Vision має кілька профілів, деякі призначені для потокового передавання, інші — для дисків, а деякі сумісні з HDR10 на телевізорах, які не підтримують Dolby Vision.
У 2025 році Dolby оголосила про Dolby Vision 2. За словами компанії, ця версія додає оптимізацію зображення на основі ШІ з урахуванням умов перегляду та керування згладжуванням руху для кожного кадру. Старіші телевізори все ще можуть відтворювати цей контент, але для використання нових функцій потрібна підтримка Dolby Vision 2. Виробники повинні отримувати платну ліцензію на цей стандарт. Samsung не підтримує Dolby Vision у своїх телевізорах і натомість зосереджується на HDR10+.
HLG (Hybrid Log-Gamma)
Формат, розроблений BBC і NHK для телевізійного мовлення та прямих трансляцій. Він включений до рекомендації ITU-R BT.2100. HLG не використовує метадані, оскільки інформація про яскравість кодується безпосередньо у передавальній функції. Її нижня частина подібна до традиційної гамма-кривої SDR, тоді як верхня частина є логарифмічною та обробляє світлі ділянки.
Це дає змогу відображати той самий сигнал як на HDR-, так і на SDR-телевізорах. На HDR-екрані зображення використовує переваги розширеного динамічного діапазону, а на SDR-екрані виглядає нормально. Однак на старіших моделях без підтримки широкого колірного діапазону кольори можуть здаватися трохи приглушеними. Формат не передбачає роялті й зазвичай використовує 10-бітну глибину кольору. Він не може так само точно регулювати кожну сцену, як формати з динамічними метаданими, але є простішим для використання в мовленні та не потребує окремих потоків SDR і HDR.
Порівняння стандартів HDR
| Стандарт | Метадані | Глибина кольору | Ліцензія | Рік |
|---|---|---|---|---|
| HDR10 | Статичні | 10 біт | Відкритий | 2015 |
| HDR10+ | Динамічні, кадр за кадром | 10 біт | Без роялті | 2017 |
| HDR10+ Adaptive | Динамічні (HDR10+) із коригуванням за допомогою датчика навколишнього освітлення | 10 біт | Не зазначено | 2021 |
| HDR10+ Gaming | За словами Samsung, ширші можливості порівняно з HDR10 | 10 біт | Не зазначено | 2022 |
| HDR10+ Advanced | Розширені метадані сцен, за словами Samsung | 10 біт | Без роялті | 2025 |
| Dolby Vision | Динамічні | 10–12 біт | Платна ліцензія | 2014 |
| HLG | Не використовуються | 10 біт | Відкритий | 2015 |
