С развитието на цифровото видео се увеличиха разделителната способност и честотата на кадрите, но качеството на изображението дълго време остана ограничено. Стандартното видео (SDR, Standard Dynamic Range) е предназначено за тесен диапазон на яркостта, с ограничено съотношение между най-тъмните и най-светлите области на кадъра. Обикновено използва 8-битова дълбочина на цвета и цветовото пространство Rec. 709, което означава, че детайлите в тъмните области могат да се загубят, а светлите области могат да бъдат преекспонирани. Дори мощните процесори и алгоритмите за обработка на изображения можеха да подобрят картината само до известна степен.
За решаването на този проблем е разработен HDR (High Dynamic Range). Той разширява динамичния диапазон, позволявайки на видеото да възпроизвежда много по-широк диапазон от нива на яркост и подобрявайки качеството на изображението. HDR не е просто функция на самия телевизор. Видеото трябва да бъде заснето по определен метод и да включва метаданни, които представляват допълнителна информация за изображението, което трябва да бъде показано.
Как се създава HDR изображение
Основната цел на HDR е да запази детайлите както в най-тъмните, така и в най-светлите области на кадъра. Съществуват два основни подхода.
Снимане с различни експозиции. Заснемат се няколко кадъра с различни нива на експозиция. Един кадър е по-светъл, за да улови детайлите в сенките, а друг е по-тъмен, за да запази детайлите в светлите области. След това кадрите се комбинират, като от всеки се използват областите с най-подходяща експозиция. Това може да се извърши едновременно с няколко камери или с една камера, която заснема кадрите последователно. Вторият подход не е подходящ за динамични сцени, защото обектите могат да се преместят между отделните експозиции, което води до призрачни изображения и други артефакти.
Сензор с широк динамичен диапазон. Съвременните камери могат да заснемат широк диапазон от нива на яркост в един кадър, без да комбинират няколко експозиции. С други думи, камерата заснема няколко изображения, които нейният процесор анализира, за да създаде един окончателен кадър.
Резултатът е изображение със запазени детайли и плавни цветови преходи.
Как се предава и показва HDR
Заснемането на HDR видео не е достатъчно. То трябва също да бъде кодирано и предадено, така че екранът да може да го показва правилно. Метаданните се предават заедно с видеопотока. Те съдържат техническа информация за яркостта, контраста и цветовете, която указва на телевизора как да показва изображението. Затова телевизорът трябва да поддържа съответния стандарт. В противен случай изображението ще бъде показано в стандартния SDR формат.
Съществуват два метода за предаване на тази информация.
- Статични метаданни се задават еднократно за цялото видео.
- Динамични метаданни се променят от сцена на сцена или дори от кадър на кадър.
Преглед на HDR стандартите
HDR10
Основният отворен HDR формат, стандартизиран от Consumer Technology Association (CTA) през 2015 г. Той е задължителен за 4K Blu-ray дисковете и служи като основа за HDR10+ и много профили на Dolby Vision. Използва 10-битова дълбочина на цвета и цветовото пространство Rec. 2020, въпреки че реалните дисплеи обикновено покриват само част от тази цветова гама.
Статичните метаданни се задават веднъж за целия филм и описват монитора, използван за мастерирането, максималната яркост на кадрите и средната яркост. Самият телевизор определя как да съпостави нивата на яркост с възможностите на своя дисплей. Затова картината може да изглежда значително различно на различните модели телевизори, а някои детайли могат да се загубят в тъмните сцени. Форматът е свободен за използване и се поддържа от почти всички HDR устройства.
HDR10+
Развитие на HDR10, обявено от Samsung и Amazon през 2017 г. По-късно форматът е стандартизиран от консорциума HDR10+, основан от Samsung, Panasonic и 20th Century Fox. HDR10+ добавя към основния HDR10 поток динамични метаданни, базирани на стандарта SMPTE ST 2094-40. Тези метаданни се предават за всеки кадър, което позволява на телевизора да регулира по-прецизно яркостта и контраста във всеки момент от видеото според възможностите на неговия дисплеен панел.
Устройствата, които не поддържат HDR10+, показват това съдържание като стандартен HDR10. Дълбочината на цвета остава 10 бита. Стандартът е без лицензионни такси, но не се поддържа от всички устройства.
HDR10+ Adaptive
Допълнителна функция на HDR10+, която отчита осветлението в помещението. Телевизорът измерва околната светлина с помощта на вграден сензор и регулира яркостта на HDR изображението, като го прави по-светло в добре осветено помещение и по-малко ярко в тъмно помещение. Samsung въведе тази функция в своите телевизори от 2021 г. и по същото време обяви, че HDR10 съдържанието в Prime Video ще се показва в режим HDR10+ Adaptive на съвместимите телевизори Samsung. Уебсайтът на HDR10+ описва тази функция като част от спецификацията HDR10+ Advanced, въведена през 2025 г.
HDR10+ Gaming
Версия на HDR10+, предназначена за игри и разработена от HDR10+ Technologies. Според Samsung преди въвеждането на този формат игрите и дисплеите не са могли да разпознават възможностите си взаимно, затова HDR настройките са били или общи, или е трябвало да се избират ръчно. При HDR10+ Gaming енджинът на играта и устройството за показване обменят информация директно. Така играта може да разпознае възможностите на дисплея и да създаде HDR изображение, оптимизирано за конкретния екран. Една от рекламираните функции е автоматичното регулиране без ръчно калибриране. При представянето на формата той беше достъпен за компютри със съвместими графични карти NVIDIA, както и за по-нови телевизори и монитори Samsung.
HDR10+ Advanced
По-нов стандарт, предназначен за телевизори от висок клас с много висока пикова яркост, мощни процесори и големи екрани. Prime Video започва да го въвежда в телевизорите Samsung от 2026 г., считано от август 2026 г. Обявените функции включват следното.
- Подобрена обща яркост. Метаданните помагат за по-доброто използване на възможностите за висока яркост на премиум телевизорите.
- Интелигентно изглаждане на движението. Системата автоматично определя дали е необходимо изглаждане на движението.
- Разпознаване на жанра с помощта на изкуствен интелект за избор на настройки за обработка на изображението, както и по-широка гама от цветове въз основа на метаданните, предоставени от създателите на съдържанието.
Dolby Vision
Лицензиран стандарт, разработен от Dolby и представен през 2014 г. Той използва динамични метаданни, които могат да се променят от сцена на сцена или от кадър на кадър. При стрийминг изображението обикновено е 10-битово, докато 12-битовото видео е възможно само при определени профили, например тези, използвани при 4K Blu-ray дисковете. Dolby Vision има няколко профила, някои от които са предназначени за стрийминг, други за дискове, а някои са съвместими с HDR10 на телевизори, които не поддържат Dolby Vision.
През 2025 г. Dolby обяви Dolby Vision 2. Според компанията той добавя оптимизация на картината с помощта на изкуствен интелект спрямо условията на гледане и управление на изглаждането на движението за всеки кадър. По-старите телевизори все още могат да възпроизвеждат това съдържание, но новите функции изискват поддръжка на Dolby Vision 2. Стандартът изисква платен лиценз за производителите. Samsung не поддържа Dolby Vision в своите телевизори и вместо това се фокусира върху HDR10+.
HLG (Hybrid Log-Gamma)
Формат, разработен от BBC и NHK за телевизионно излъчване и предавания на живо. Той е включен в препоръката ITU-R BT.2100. HLG не използва метаданни, тъй като информацията за яркостта е кодирана директно във функцията на предаване. Долната ѝ част е подобна на традиционната SDR гама крива, докато горната част е логаритмична и обработва светлите области.
Това позволява един и същ сигнал да се показва както на HDR, така и на SDR телевизори. На HDR екран изображението се възползва от разширения динамичен диапазон, докато на SDR екран изглежда нормално, въпреки че цветовете може да изглеждат малко по-бледи при по-старите модели без поддръжка на широка цветова гама. Форматът е без лицензионни такси и обикновено използва 10-битова дълбочина на цвета. Той не може да регулира всяка сцена толкова прецизно, колкото форматите с динамични метаданни, но е по-лесен за използване при телевизионно излъчване и не изисква отделни SDR и HDR потоци.
Сравнение на HDR стандартите
| Стандарт | Метаданни | Дълбочина на цвета | Лиценз | Година |
|---|---|---|---|---|
| HDR10 | Статични | 10 бита | Отворен | 2015 |
| HDR10+ | Динамични, за всеки кадър | 10 бита | Без лицензионни такси | 2017 |
| HDR10+ Adaptive | Динамични HDR10+ метаданни с корекции според сензора за околна светлина | 10 бита | Не е посочено | 2021 |
| HDR10+ Gaming | Според Samsung, по-обширни от HDR10 | 10 бита | Не е посочено | 2022 |
| HDR10+ Advanced | Според Samsung, разширени метаданни за сцените | 10 бита | Без лицензионни такси | 2025 |
| Dolby Vision | Динамични | 10–12 бита | Платен лиценз | 2014 |
| HLG | Не се използват | 10 бита | Отворен | 2015 |
