Καθώς εξελίχθηκε το ψηφιακό βίντεο, αυξήθηκαν η ανάλυση και ο ρυθμός καρέ, αλλά η ποιότητα της εικόνας παρέμεινε για μεγάλο χρονικό διάστημα περιορισμένη. Το τυπικό βίντεο (SDR, Standard Dynamic Range) έχει σχεδιαστεί για ένα περιορισμένο εύρος φωτεινότητας, με μικρή διαφορά μεταξύ των πιο σκοτεινών και των πιο φωτεινών περιοχών ενός καρέ. Συνήθως χρησιμοποιεί χρώμα 8 bit και τον χρωματικό χώρο Rec. 709, πράγμα που σημαίνει ότι οι λεπτομέρειες στις σκοτεινές περιοχές μπορεί να χαθούν ή οι φωτεινές περιοχές να εμφανίζονται υπερεκτεθειμένες. Ακόμη και οι ισχυροί επεξεργαστές και οι αλγόριθμοι επεξεργασίας εικόνας μπορούσαν να βελτιώσουν την εικόνα μόνο σε περιορισμένο βαθμό.
Για την αντιμετώπιση αυτού του προβλήματος αναπτύχθηκε το HDR (High Dynamic Range). Επεκτείνει το δυναμικό εύρος, επιτρέποντας στο βίντεο να αναπαράγει πολύ μεγαλύτερο εύρος επιπέδων φωτεινότητας και βελτιώνοντας την ποιότητα της εικόνας. Το HDR δεν είναι απλώς μια λειτουργία της ίδιας της τηλεόρασης. Το βίντεο πρέπει επίσης να έχει καταγραφεί με συγκεκριμένη μέθοδο και να περιλαμβάνει μεταδεδομένα, δηλαδή πρόσθετες πληροφορίες σχετικά με την εικόνα που προβάλλεται.
Πώς δημιουργείται μια εικόνα HDR
Ο κύριος στόχος του HDR είναι να διατηρεί τις λεπτομέρειες τόσο στις πιο σκοτεινές όσο και στις πιο φωτεινές περιοχές ενός καρέ. Υπάρχουν δύο βασικές προσεγγίσεις.
Λήψη πολλαπλών εκθέσεων. Καταγράφονται πολλά καρέ με διαφορετικά επίπεδα έκθεσης. Ένα είναι πιο φωτεινό, ώστε να καταγράφονται οι λεπτομέρειες στις σκιές, ενώ ένα άλλο είναι πιο σκοτεινό, ώστε να διατηρούνται οι λεπτομέρειες στις φωτεινές περιοχές. Στη συνέχεια, τα καρέ συνδυάζονται, χρησιμοποιώντας από το καθένα τις περιοχές με την καταλληλότερη έκθεση. Αυτό μπορεί να γίνει ταυτόχρονα με πολλές κάμερες ή με μία κάμερα που καταγράφει διαδοχικά καρέ. Η δεύτερη προσέγγιση δεν είναι κατάλληλη για δυναμικές σκηνές, επειδή τα αντικείμενα μπορεί να μετακινηθούν μεταξύ των εκθέσεων, δημιουργώντας είδωλα κίνησης και άλλα τεχνουργήματα.
Αισθητήρας με μεγάλο δυναμικό εύρος. Οι σύγχρονες κάμερες μπορούν να καταγράφουν ένα ευρύ φάσμα επιπέδων φωτεινότητας σε ένα μόνο καρέ, χωρίς να χρειάζεται να συνδυάζουν πολλαπλές εκθέσεις. Με άλλα λόγια, η κάμερα καταγράφει πολλές εικόνες, τις οποίες αναλύει ο επεξεργαστής της για να δημιουργήσει ένα τελικό καρέ.
Το αποτέλεσμα είναι μια εικόνα με καλά διατηρημένες λεπτομέρειες και ομαλές μεταβάσεις χρωμάτων.
Πώς μεταδίδεται και προβάλλεται το HDR
Η καταγραφή βίντεο HDR δεν αρκεί. Το βίντεο πρέπει επίσης να κωδικοποιηθεί και να μεταδοθεί με τρόπο που να επιτρέπει στην οθόνη να το προβάλλει σωστά. Τα μεταδεδομένα μεταδίδονται μαζί με τη ροή βίντεο. Περιέχουν τεχνικές πληροφορίες σχετικά με τη φωτεινότητα, την αντίθεση και τα χρώματα, οι οποίες υποδεικνύουν στην τηλεόραση πώς να προβάλλει την εικόνα. Επομένως, η τηλεόραση πρέπει να υποστηρίζει το αντίστοιχο πρότυπο. Διαφορετικά, η εικόνα θα προβάλλεται στην τυπική μορφή SDR.
Υπάρχουν δύο μέθοδοι μετάδοσης αυτών των πληροφοριών.
- Στατικά μεταδεδομένα ορίζονται μία φορά για ολόκληρο το βίντεο.
- Δυναμικά μεταδεδομένα αλλάζουν από σκηνή σε σκηνή ή ακόμη και από καρέ σε καρέ.
Επισκόπηση των προτύπων HDR
HDR10
Η βασική ανοικτή μορφή HDR, η οποία τυποποιήθηκε από την Consumer Technology Association (CTA) το 2015. Είναι υποχρεωτική για τους δίσκους Blu-ray 4K και αποτελεί τη βάση για το HDR10+ και πολλά προφίλ Dolby Vision. Χρησιμοποιεί χρώμα 10 bit και τον χρωματικό χώρο Rec. 2020, αν και οι πραγματικές οθόνες συνήθως καλύπτουν μόνο ένα μέρος αυτού του χρωματικού εύρους.
Τα στατικά μεταδεδομένα ορίζονται μία φορά για ολόκληρη την ταινία και περιγράφουν την οθόνη αναφοράς στην οποία έγινε η επεξεργασία της εικόνας, τη μέγιστη φωτεινότητα καρέ και τη μέση φωτεινότητα. Η ίδια η τηλεόραση καθορίζει τον τρόπο αντιστοίχισης των επιπέδων φωτεινότητας στις δυνατότητες της οθόνης της. Έτσι, η εικόνα μπορεί να φαίνεται αισθητά διαφορετική σε διαφορετικά μοντέλα τηλεοράσεων, ενώ ορισμένες λεπτομέρειες ενδέχεται να χαθούν στις σκοτεινές σκηνές. Η μορφή διατίθεται δωρεάν και υποστηρίζεται από σχεδόν όλο τον εξοπλισμό HDR.
HDR10+
Μια εξέλιξη του HDR10, η οποία ανακοινώθηκε από τη Samsung και την Amazon το 2017. Αργότερα, η μορφή τυποποιήθηκε από την κοινοπραξία HDR10+, που ιδρύθηκε από τις Samsung, Panasonic και 20th Century Fox. Το HDR10+ προσθέτει δυναμικά μεταδεδομένα, βασισμένα στο πρότυπο SMPTE ST 2094-40, στη βασική ροή HDR10. Αυτά τα μεταδεδομένα μεταδίδονται καρέ προς καρέ, επιτρέποντας στην τηλεόραση να προσαρμόζει με μεγαλύτερη ακρίβεια τη φωτεινότητα και την αντίθεση σε κάθε χρονική στιγμή του βίντεο, ανάλογα με τις δυνατότητες του πάνελ της.
Οι συσκευές που δεν υποστηρίζουν HDR10+ προβάλλουν αυτό το περιεχόμενο ως τυπικό HDR10. Το βάθος χρώματος παραμένει στα 10 bit. Το πρότυπο δεν απαιτεί δικαιώματα χρήσης, αλλά δεν υποστηρίζεται από όλο τον εξοπλισμό.
HDR10+ Adaptive
Μια πρόσθετη λειτουργία του HDR10+ που λαμβάνει υπόψη τον φωτισμό του χώρου. Η τηλεόραση μετρά το φως του περιβάλλοντος μέσω ενός ενσωματωμένου αισθητήρα και προσαρμόζει τη φωτεινότητα της εικόνας HDR, κάνοντάς την πιο φωτεινή σε έναν καλά φωτισμένο χώρο και λιγότερο φωτεινή σε ένα σκοτεινό δωμάτιο. Η Samsung παρουσίασε τη λειτουργία στις τηλεοράσεις της του 2021 και ανακοινώθηκε ταυτόχρονα ότι το περιεχόμενο HDR10 στο Prime Video θα προβαλλόταν σε λειτουργία HDR10+ Adaptive στις συμβατές τηλεοράσεις Samsung. Ο ιστότοπος HDR10+ περιγράφει αυτή τη λειτουργία ως μέρος της προδιαγραφής HDR10+ Advanced, η οποία παρουσιάστηκε το 2025.
HDR10+ Gaming
Μια έκδοση του HDR10+ για παιχνίδια, που αναπτύχθηκε από την HDR10+ Technologies. Σύμφωνα με τη Samsung, πριν από την εισαγωγή αυτής της μορφής, τα παιχνίδια και οι οθόνες δεν μπορούσαν να αναγνωρίσουν τις δυνατότητες το ένα του άλλου. Ως αποτέλεσμα, οι ρυθμίσεις HDR ήταν είτε γενικές είτε έπρεπε να επιλέγονται χειροκίνητα. Με το HDR10+ Gaming, η μηχανή του παιχνιδιού και η συσκευή προβολής ανταλλάσσουν πληροφορίες απευθείας, επιτρέποντας στο παιχνίδι να αναγνωρίζει τις δυνατότητες της οθόνης και να δημιουργεί μια εικόνα HDR βελτιστοποιημένη για αυτήν. Η αυτόματη προσαρμογή χωρίς χειροκίνητη βαθμονόμηση είναι ένα από τα διαφημιζόμενα χαρακτηριστικά. Κατά την παρουσίαση της μορφής, ήταν διαθέσιμη σε υπολογιστές με υποστηριζόμενες κάρτες γραφικών NVIDIA, καθώς και σε νεότερες τηλεοράσεις και οθόνες Samsung.
HDR10+ Advanced
Ένα νεότερο πρότυπο σχεδιασμένο για κορυφαίες τηλεοράσεις με πολύ υψηλή μέγιστη φωτεινότητα, ισχυρούς επεξεργαστές και μεγάλες οθόνες. Το Prime Video το διαθέτει στις τηλεοράσεις Samsung του 2026 από τον Αύγουστο του 2026. Τα χαρακτηριστικά που έχουν ανακοινωθεί περιλαμβάνουν τα εξής.
- Βελτιωμένη συνολική φωτεινότητα. Τα μεταδεδομένα συμβάλλουν στην καλύτερη αξιοποίηση των υψηλών δυνατοτήτων φωτεινότητας των τηλεοράσεων υψηλής κατηγορίας.
- Έξυπνη εξομάλυνση κίνησης. Το σύστημα καθορίζει αυτόματα αν χρειάζεται εξομάλυνση της κίνησης.
- Ανίχνευση είδους περιεχομένου με τεχνητή νοημοσύνη, για την επιλογή ρυθμίσεων επεξεργασίας εικόνας, μαζί με ευρύτερη γκάμα χρωμάτων βάσει μεταδεδομένων που παρέχονται από τους δημιουργούς περιεχομένου.
Dolby Vision
Ένα αδειοδοτούμενο πρότυπο που αναπτύχθηκε από την Dolby και παρουσιάστηκε το 2014. Χρησιμοποιεί δυναμικά μεταδεδομένα, τα οποία μπορούν να αλλάζουν από σκηνή σε σκηνή ή από καρέ σε καρέ. Για τη ροή βίντεο, η εικόνα είναι γενικά 10 bit, ενώ βίντεο 12 bit είναι δυνατό μόνο σε ορισμένα προφίλ, όπως αυτά που χρησιμοποιούνται στους δίσκους Blu-ray 4K. Το Dolby Vision διαθέτει πολλά προφίλ, ορισμένα σχεδιασμένα για streaming, άλλα για δίσκους και κάποια συμβατά με το HDR10 σε τηλεοράσεις που δεν υποστηρίζουν Dolby Vision.
Το 2025, η Dolby ανακοίνωσε το Dolby Vision 2. Σύμφωνα με την εταιρεία, προσθέτει βελτιστοποίηση εικόνας με βάση την τεχνητή νοημοσύνη για τις συνθήκες θέασης και έλεγχο της εξομάλυνσης κίνησης καρέ προς καρέ. Οι παλαιότερες τηλεοράσεις μπορούν να αναπαράγουν αυτό το περιεχόμενο, αλλά οι νέες λειτουργίες απαιτούν υποστήριξη Dolby Vision 2. Το πρότυπο απαιτεί καταβολή δικαιωμάτων χρήσης από τους κατασκευαστές. Η Samsung δεν υποστηρίζει το Dolby Vision στις τηλεοράσεις της και επικεντρώνεται αντ’ αυτού στο HDR10+.
HLG (Hybrid Log-Gamma)
Μια μορφή που αναπτύχθηκε από το BBC και το NHK για τηλεοπτικές μεταδόσεις και ζωντανές εκπομπές. Περιλαμβάνεται στη σύσταση ITU-R BT.2100. Το HLG δεν χρησιμοποιεί μεταδεδομένα, επειδή οι πληροφορίες φωτεινότητας κωδικοποιούνται απευθείας στη συνάρτηση μεταφοράς του. Το κατώτερο τμήμα της είναι παρόμοιο με τη συμβατική καμπύλη γάμμα SDR, ενώ το ανώτερο τμήμα είναι λογαριθμικό και διαχειρίζεται τις φωτεινές περιοχές.
Αυτό επιτρέπει την προβολή του ίδιου σήματος τόσο σε τηλεοράσεις HDR όσο και σε τηλεοράσεις SDR. Σε μια οθόνη HDR, η εικόνα επωφελείται από το διευρυμένο δυναμικό εύρος, ενώ σε μια οθόνη SDR εμφανίζεται κανονική, αν και τα χρώματα μπορεί να φαίνονται ελαφρώς πιο θαμπά σε παλαιότερα μοντέλα χωρίς υποστήριξη ευρείας χρωματικής γκάμας. Η μορφή δεν απαιτεί δικαιώματα χρήσης και συνήθως χρησιμοποιεί χρώμα 10 bit. Δεν μπορεί να προσαρμόζει κάθε σκηνή με την ίδια ακρίβεια όπως οι μορφές με δυναμικά μεταδεδομένα, αλλά είναι απλούστερη στη χρήση για τηλεοπτικές μεταδόσεις και δεν απαιτεί ξεχωριστές ροές SDR και HDR.
Σύγκριση των προτύπων HDR
| Πρότυπο | Μεταδεδομένα | Βάθος χρώματος | Άδεια χρήσης | Έτος |
|---|---|---|---|---|
| HDR10 | Στατικά | 10 bit | Ανοικτό | 2015 |
| HDR10+ | Δυναμικά, καρέ προς καρέ | 10 bit | Χωρίς δικαιώματα χρήσης | 2017 |
| HDR10+ Adaptive | Δυναμικά, HDR10+, με προσαρμογές βάσει αισθητήρα φωτισμού περιβάλλοντος | 10 bit | Δεν προσδιορίζεται | 2021 |
| HDR10+ Gaming | Εκτενέστερα από το HDR10, σύμφωνα με τη Samsung | 10 bit | Δεν προσδιορίζεται | 2022 |
| HDR10+ Advanced | Εκτεταμένα μεταδεδομένα σκηνών, σύμφωνα με τη Samsung | 10 bit | Χωρίς δικαιώματα χρήσης | 2025 |
| Dolby Vision | Δυναμικά | 10–12 bit | Απαιτείται πληρωμένη άδεια | 2014 |
| HLG | Δεν χρησιμοποιούνται | 10 bit | Ανοικτό | 2015 |
