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关于4K UHD和HDR广色域的知识!别被伪HDR给骗了

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来源:4K技术交流 2017-7-10 13:51:27 |阅读模式
关于4K UHD和HDR广色域的知识!别被伪HDR给骗了


1.4K UHD 分辨率


4K 标准可能比你想象的多的多……从拍摄、广播、编码、播放各个环节,其实都各有 4K 标准。我们一般所谈的 4K 其实是由美国消费电子协会(CEA)提出的 4K Ultra HD,即分辨率为3840×2160像素(2160P),四倍于1080P的分辨率,同屏830万像素点。物理分辨率能达到这个标准的显示设备已经很多了,尤其是 PC 显示器,但不要天真地以为那可以和电视比肩。


橙色为4K分辨率



2.HDR与广色域

HDR 指的是「高动态范围」,简单说就是让画面「黑的更黑,亮的更亮」;相对的目前不含 HDR 效果的视频内容,都叫 SDR(一般动态范围)。这个词和 4K 一起成了当下中高端电视标榜得最多的词,但也存在着极大的误解。我注意到国内某些3、4千元左右的低端 4K 液晶电视也在宣传中号称自己是「HDR」,实际上这些「野生 HDR」根本达不到行业标准,最多只是一种对画面的后期处理。



(图自杜比实验室)

先来讲一下 HDR 的原理。衡量直射可见光的亮度单位是 cd/m2,又叫「尼特」(nit)。伸手不见五指的黑即0尼特,星光是0.0001尼特,月光在0.01 - 1尼特之间,普通室内照明在100尼特,手机屏幕在300-500尼特左右,阳光明媚的白天则在10000 – 1百万尼特。人眼可感知的亮度范围是比较广的,传统标准亮度范围(SDR)可显示的亮度范围在0.01 – 100尼特之间,传统1080P蓝光碟最高亮度也就只有100尼特。而新一代的 4K HDR 电视则可以显示更广阔的亮度范围,从而大幅提升对比度。



上图就是 SDR 和 HDR 可显示范围的对比。HDR 必须涵盖从拍摄、后期制作、调色、发行、显示还原各个环节,才能确保最终呈现出「真HDR」效果,缺一不可。

在 HDR 效果的实现上,液晶电视和 OLED 电视的特点也是不同的。上文提到过 OLED 的显示原理,黑位更深,因此在暗部细节上的表现更为优秀,轻松就能覆盖更广阔的对比度;而液晶因为天然缺陷,黑位很难往下压(三星的「量子点」和索尼 Z9D 的「局部光控」技术都是对背光进行更细腻的控制),只能靠不断提升峰值亮度来提升对比度。



从上图可以看到,OLED 最擅长表现的场面莫过于「午夜星空」,黑夜尽管黑得纯粹,而繁星点点照样闪亮,甚至是月光下的山脉、河流都可以看到;而液晶受制于背光,暗部细节损失的较多。在高曝光部分,液晶也容易损失亮部的细节,一个典型场面就是好莱坞大片中的爆炸,处理不好爆炸光球在 SDR/普通液晶屏上会看到一块块白色亮斑;而 OLED 最高亮度虽然才300-400尼特,却可以表现出更多亮部的细节。可以说 OLED 相较于液晶的最大优势,就体现在 HDR 效果更为自然、逼真。

这里要澄清一个常见的误区,就是「最高亮度越高,HDR 效果越好」。这在液晶电视上是对的,但不适用于技术完全不同的 OLED 屏幕。我们以 Ultra HD Premium 认证中提到的参数举例:

  • 亮度1000尼特以上/黑位低于0.05尼特(主要针对LCD显示器)
  • 亮度540尼特以上/黑位低于0.0005尼特(主要针对OLED显示器)

只要显示设备的峰值亮度与黑位达到其中一项,即可满足 HDR 的要求。可以看到,OLED 的优势在于黑位远远低于 LCD,而不是峰值亮度。遗憾的是,在现有的「屏摄」等再现手段中,用户很难体会OLED「更暗但更美」的视觉感受。



不幸的是,尽管分辨率已确定,但和 4K 相生相伴的 HDR 标准却仍处于「格式大战」状态。目前最主流的两大标准是:HDR10 和 Dolby Vision(杜比视界)。



HDR10 是一个免费的标准,目前覆盖面最广。PS4 Pro 和 XBOX One S 两大高清游戏主机和绝大多数 4K 蓝光碟都以此为标准。此次索尼的 A1 也支持这一标准。杜比实验室推出的 Dolby Vision 规格更高、更超前,不要说 4K,应对2020年以后的 8K 都绰绰有余。由于需要内置专用芯片,目前支持的设备还很少。

由于色彩也有亮度/灰度属性,所以 HDR 必然还会带来色彩表现力的提升。这也是为什么许多影片的1080P全高清版本和 4K HDR 版本对比起来,不仅提升了分辨率和对比度,连色调看起来都不同。



色彩表现力可以从两个维度去数值化:色彩深度(最多可显示多少种色彩)和色域(覆盖了哪些色彩范围)。



不同的 HDR 标准对应不同的色彩范围,三角形越大,色彩越丰富。从上图我们可以看到:

  • 1080P全高清对应的 Rec. 709 色域就是俗称的「sRGB」色域。大多数互联网图片、数码相机、电脑和手机都在使用这一色域;
  • HDR10 标准是10bit色深,对应 DCI-P3 以上宽色域,比 sRGB 大了26%,包含10.7亿种色彩。目前最常见的100%覆盖 DCI-P3 色域的数码设备就是苹果 iPhone 7/7+ 和 iPad Pro 了;
  • Dolby Vision 采用最新的 Rec. 2020 宽色域标准,这一色域比 sRGB 大了整整70%,还有对应 8K 的12bit色深。目前地球上还没有一台民用电视/显示器/激光投影仪能完整覆盖这一色域。

至于有些显示器和电视还在宣传自己覆盖了多少「NTSC色域」我只能说「非蠢即坏」。NTSC 色域是1953年提出的标准,几乎没有多少内容和设备真正支持它。国内某些手机和显示器厂商在宣传时又提起这一标准,有故意误导之嫌。大家只要记得 sRGB、Adobe RGB、DCI-P3、Rec.2020 即可。

不过我们实际在电视上能看到多少色彩,还要看 HDMI和色彩格式的脸色。


看完上文 HDR 与色域空间相关联的解释,我们就能明白为什么把 PS4 Pro 的 HDR 设置为「自动」后,「深层色彩输出」这一项也会锁定关联设为「自动」。PS4 Pro 会根据你的显示设备自动调节输出的 HDR 效果和色彩模式。最后得到的结果如下图。


这里最后一项 HDCP 2.2 又意味着什么呢?别着急,往下读。


3.HDMI 与 HDCP(传输必备)

不要小看HDMI线,它也影响着「真4K HDR」的质量。



和大家熟悉的 USB 接口一样,HDMI 不只一种「咸菜」(线材)的名字,更是一种接口和传输标准。HDMI 的优点是一个接口就可以同时传输纯数字、无损耗的视频和音频信号,是目前应用最广泛的高清影音接口。

HDMI 经历了多个版本。最新的版本是今年提出的2.1,支持 8K 分辨率等一系列超前特性,目前还没有实际设备使用。包括我们今天体验的索尼 A1 在内,目前(2017年中旬)的市售 4K HDR 电视主要采用 HDMI 2.0接口。



请注意:尽管 HDMI 1.4 就能支持4K分辨率,但直到2013年提出HDMI 2.0之后,接口才支持 4K@50/60 Hz。「60赫兹」的意思是,每秒钟屏幕刷新60次——如果你追求的是60帧/每秒的游戏,那么就应该对应60 Hz 以上刷新率。很多国内的低端 4K 电视,HDMI 接口还是几年前的1.4版本,只能达到 4K@30/24Hz(这也是他们便宜的原因)。

此外 HDMI 2.0 还将传输带宽提升到了18 Gbps,HDMI 2.0a 开始支持 HDR10 和 Dolby Vision;HDMI 2.0b 开始支持另一个 HDR 标准 HLG。通过色彩格式采用高压缩比的 YUV420,可以让出带宽传输 HDR 信号,让画面仍维持在 4K@50/60Hz。以上功能 HDMI 1.4 接口就无法做到了。所以选购游戏用显示设备时,请务必确认设备的接口是 HDMI 2.0 版本。

CEC 指的是用一个遥控器就可以控制用这条 HDMI 线连接的多个影音设备。索尼的电视遥控器可以控制自家的 PlayStation (Bravia Link)就是通过 CEC 通道实现的。

再谈一下「该用什么线」。HDMI 线并不和接口版本严格对应,也就是你几年前的老线,在新接口上一样可以使用。如前所述,HDMI 2.0 将传输带宽提升到了18 Gbps 来承载4K @ 60Hz 和 HDR 信号,因此要确保信号的稳定传输不会带宽不足,优先推荐大家使用 PS4 Pro 和 Xbox One S 随机附赠的 HDMI 线。

如果一定要自己另外购买,最好选择正规渠道,购买有「High Speed」或「Premium High Speed」认证的HDMI线材。如果你玩过发烧耳机,就知道「咸菜」市场水深,鱼龙混杂。按我个人经验,50-100人民币就能买到合格的线材。



索尼 A1 的四个 HDMI 2.0 输入端口中,有一个支持 ARC(音频回传),也就是通过这个端口把音频信号回传给连接的功放处理。这是为了超清数字功放机所准备的。值得注意的是,这四个接口中,只有接口2、3支持 4K@ 60Hz,另外两个只支持 4K @ 24/30 Hz。玩游戏要选择 60Hz 接口,24Hz 接口留着看电影就好了。



HDCP(高清数字内容保护)是英特尔发明的一种版权保护机制,目的是为了高清影片内容通过 HDMI 或 DVI 接口传输时,不被盗版,最新版本为 HDCP 2.2。这个收授权费的机制已经成为事实上的高清内容加密标准,蓝光碟、正版在线流媒体,甚至欧美的高清卫星电视,都采用 HDCP 加密(当然道高一尺魔高一丈,网上这么多「BD-rip」电影资源你懂的)。很多 PC 用户就算买了蓝光光驱和正版蓝光碟,也未必能播放——因为你的显卡和显示器都必须支持 HDCP 才可以。不过游戏内容不受 HDCP 影响。

上面的 PS4 Pro 截图显示 HDCP 2.2 意思是连接的这台电视可以播放正版高清内容。PS4、PS4 Pro 和 Xbox One 等都是支持 HDCP,所以一般情况下打开就好。如果你的显示设备不支持 HDCP,你就不能播放正版蓝光影碟,只能玩 4K 游戏了。

另外一个问题是索尼 A1 是否能以 120Hz 模式显示。我们看到这款电视的官网产品参数有提及 120Hz,但是在实际显示模式中,并没有这样的选项。市面上各大品牌的高端电视产品都有五花八门的「超频模式」,号称能达到 240Hz 甚至更高的刷新率。这方面有权威评测机构做了测试,实际上绝大多数产品最高只能达到 120Hz。更何况,几乎没有什么内容是以 120fps 以上的帧率输出的,因此完全不同担心「60Hz不够用」的问题。


总结

绝大多数 4K HDR 蓝光碟背后都有这么一个温馨提示:



这个图示形象地告诉你,想体验完整的「真4K HDR」你需要: 一台支持 4K HDR 的电视+一台 UHD 蓝光播放器(游戏机)+一条高速 HDMI 线。

而在实践中,想享受不妥协的「真4K HDR」游戏,上述粗略的设备描述是不够的,你要确保整套设备达到以下标准:
  • 高清游戏主机设备:PS4 Pro / Xbox One X
  • 显示设备:HDMI 2.0接口,支持4K 2160P分辨率,支持 HDR10 或 Dolby Vision
  • 连接线:高速 HDMI 线(随机附赠)
  • 音响设备:支持 Dolby Atoms

将游戏机与电视连接,确认以下列模式显示:
  • 4K+HDR游戏:4K 2160P@60Hz,有HDR(10bit DCI-P3色域),色彩格式 YUV420
  • 4K游戏:4K 2160P@60Hz,无HDR(8bit sRGB色域),色彩格式 RGB
  • 播放 4K UHD 蓝光碟:开启 HDCP 2.2

如果你的预算偏低又想体验「乞丐版」4K 游戏,那么至少也要达到:
  • 显示设备:HDMI 1.4接口
  • 4K 2160P@60Hz,无HDR(sRGB),YUV420

记住,你不只是在挑电视,更是在挑一个符合国际标准的 4K+HDR 画质解决方案。

完整文章(以上为章节)https://www.4k123.com/thread-62630-1-1.html


2017-7-10 13:59:25
最近的三色四色貌似有点坑
2017-7-10 16:20:13
前来学习4K知识!
2017-7-12 19:17:13
用索尼电视的露个脸
2017-7-13 10:25:18
谢谢分享吧
2017-7-14 05:39:45
下半年各种网络机顶盒新品开始多起来了
2017-7-18 21:13:08
用三星电视的路过
2017-7-19 08:05:45
HDR电影找到合适的播放器效果很赞
2017-7-19 12:11:37
又是涨姿势了
2017-7-19 16:42:15
用三星电视的路过
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