S vývojom digitálneho videa sa zvýšilo rozlíšenie a snímková frekvencia, ale kvalita obrazu zostala dlho obmedzená. Štandardné video (SDR, Standard Dynamic Range) je navrhnuté pre úzky rozsah jasu s obmedzeným pomerom medzi najtmavšími a najsvetlejšími oblasťami snímky. Zvyčajne používa 8-bitovú farebnú hĺbku a farebný priestor Rec. 709, čo znamená, že detaily v tmavých oblastiach sa môžu stratiť alebo svetlé oblasti môžu byť preexponované. Dokonca aj výkonné procesory a algoritmy na spracovanie obrazu dokázali zlepšiť obraz len do obmedzenej miery.
Na vyriešenie tohto problému bol vyvinutý HDR (High Dynamic Range). Rozširuje dynamický rozsah, čo umožňuje videu reprodukovať oveľa širší rozsah úrovní jasu a zlepšuje kvalitu obrazu. HDR nie je len funkciou samotného televízora. Video musí byť tiež zaznamenané pomocou určitej metódy a musí obsahovať metadáta, čo sú dodatočné informácie o zobrazovanom obraze.
Ako sa vytvára obraz HDR
Hlavným cieľom HDR je zachovať detaily v najtmavších aj najsvetlejších oblastiach snímky. Existujú dva hlavné prístupy.
Snímanie s rôznymi expozíciami. Zaznamená sa niekoľko snímok s rôznymi úrovňami expozície. Jedna je svetlejšia, aby zachytila detaily v tieňoch, zatiaľ čo druhá je tmavšia, aby zachovala svetlé oblasti. Snímky sa potom spoja, pričom sa z každej použijú oblasti s najvhodnejšou expozíciou. To možno vykonať súčasne pomocou viacerých kamier alebo pomocou jednej kamery, ktorá zaznamenáva snímky postupne. Druhý prístup nie je vhodný pre dynamické scény, pretože objekty sa môžu medzi expozíciami pohybovať, čo spôsobuje duchovité obrazy a ďalšie artefakty.
Snímač so širokým dynamickým rozsahom. Moderné kamery dokážu zachytiť široký rozsah úrovní jasu v jednej snímke bez kombinovania viacerých expozícií. Inými slovami, kamera zaznamená niekoľko obrazov, ktoré jej procesor analyzuje, aby vytvoril jednu výslednú snímku.
Výsledkom je obraz so zachovanými detailmi a plynulými farebnými prechodmi.
Ako sa HDR prenáša a zobrazuje
Samotné zachytenie HDR videa nestačí. Musí sa tiež zakódovať a preniesť tak, aby ho obrazovka mohla správne zobraziť. Metadáta sa prenášajú spolu s videosignálom. Obsahujú technické informácie o jase, kontraste a farbách, ktoré televízoru hovoria, ako má obraz zobraziť. Televízor preto musí podporovať príslušný štandard. V opačnom prípade sa obraz zobrazí v štandardnom formáte SDR.
Existujú dva spôsoby prenosu týchto informácií.
- Statické metadáta sa definujú raz pre celé video.
- Dynamické metadáta sa menia od scény k scéne alebo dokonca od snímky k snímke.
Prehľad štandardov HDR
HDR10
Základný otvorený formát HDR, ktorý v roku 2015 štandardizovala organizácia Consumer Technology Association (CTA). Je povinný pre disky 4K Blu-ray a slúži ako základ pre HDR10+ a mnohé profily Dolby Vision. Používa 10-bitovú farebnú hĺbku a farebný priestor Rec. 2020, hoci skutočné displeje zvyčajne pokrývajú iba časť tohto farebného rozsahu.
Statické metadáta sa definujú raz pre celý film a opisujú monitor používaný pri masteringu, maximálny jas snímok a priemerný jas. Samotný televízor určuje, ako prispôsobiť úrovne jasu možnostiam svojho displeja, takže obraz môže na rôznych modeloch televízorov vyzerať výrazne odlišne a niektoré detaily sa môžu v tmavých scénach stratiť. Formát je bezplatný a podporuje ho prakticky všetko zariadenie HDR.
HDR10+
Vylepšenie HDR10, ktoré spoločnosti Samsung a Amazon oznámili v roku 2017. Formát neskôr štandardizovalo konzorcium HDR10+, ktoré založili spoločnosti Samsung, Panasonic a 20th Century Fox. HDR10+ pridáva k základnému toku HDR10 dynamické metadáta založené na štandarde SMPTE ST 2094-40. Tieto metadáta sa prenášajú pre každú snímku, čo umožňuje televízoru presnejšie upravovať jas a kontrast v každom okamihu videa podľa možností jeho zobrazovacieho panela.
Zariadenia, ktoré nepodporujú HDR10+, zobrazujú tento obsah ako štandardné HDR10. Farebná hĺbka zostáva 10 bitov. Štandard je bez licenčných poplatkov, ale nepodporujú ho všetky zariadenia.
HDR10+ Adaptive
Dodatočná funkcia HDR10+, ktorá zohľadňuje osvetlenie miestnosti. Televízor meria okolité svetlo pomocou vstavaného snímača a upravuje jas obrazu HDR, pričom ho zosvetľuje v dobre osvetlenej miestnosti a znižuje jeho jas v tmavej miestnosti. Spoločnosť Samsung túto funkciu predstavila vo svojich televízoroch v roku 2021 a zároveň oznámila, že obsah HDR10 na Prime Video sa bude na kompatibilných televízoroch Samsung zobrazovať v režime HDR10+ Adaptive. Webová stránka HDR10+ opisuje túto funkciu ako súčasť špecifikácie HDR10+ Advanced, ktorá bola predstavená v roku 2025.
HDR10+ Gaming
Herná verzia HDR10+, ktorú vyvinula spoločnosť HDR10+ Technologies. Podľa spoločnosti Samsung pred zavedením tohto formátu hry a displeje nedokázali identifikovať vzájomné možnosti, takže nastavenia HDR boli buď všeobecné, alebo sa museli vyberať manuálne. Pri HDR10+ Gaming si herný engine a zobrazovacie zariadenie vymieňajú informácie priamo, čo umožňuje hre identifikovať možnosti displeja a vytvoriť obraz HDR optimalizovaný pre danú obrazovku. Automatické nastavenie bez manuálnej kalibrácie je jednou z propagovaných funkcií. Pri uvedení formátu bol dostupný na počítačoch s podporovanými grafickými kartami NVIDIA a na novších televízoroch a monitoroch Samsung.
HDR10+ Advanced
Novší štandard navrhnutý pre špičkové televízory s veľmi vysokým maximálnym jasom, výkonnými procesormi a veľkými obrazovkami. Prime Video ho zavádza v televízoroch Samsung z roku 2026 od augusta 2026. Medzi jeho oznámené funkcie patria nasledujúce.
- Vylepšený celkový jas. Metadáta pomáhajú lepšie využívať možnosti vysokého jasu prémiových televízorov.
- Inteligentné vyhladzovanie pohybu. Systém automaticky určuje, či je vyhladzovanie pohybu potrebné.
- Rozpoznávanie žánru pomocou umelej inteligencie na výber nastavení spracovania obrazu spolu so širším rozsahom farieb založeným na metadátach dodaných tvorcami obsahu.
Dolby Vision
Licencovaný štandard vyvinutý spoločnosťou Dolby a predstavený v roku 2014. Používa dynamické metadáta, ktoré sa môžu meniť od scény k scéne alebo od snímky k snímke. Pri streamovaní má obraz zvyčajne 10-bitovú farebnú hĺbku, zatiaľ čo 12-bitové video je možné len pri určitých profiloch, napríklad pri profiloch používaných na diskoch 4K Blu-ray. Dolby Vision má niekoľko profilov, pričom niektoré sú určené na streamovanie, iné na disky a niektoré sú kompatibilné s HDR10 na televízoroch, ktoré nepodporujú Dolby Vision.
V roku 2025 spoločnosť Dolby oznámila Dolby Vision 2. Podľa spoločnosti pridáva optimalizáciu obrazu pomocou umelej inteligencie pre podmienky sledovania a ovládanie vyhladzovania pohybu pre každú snímku. Staršie televízory môžu tento obsah naďalej prehrávať, ale nové funkcie vyžadujú podporu Dolby Vision 2. Tento štandard vyžaduje od výrobcov platenú licenciu. Samsung vo svojich televízoroch nepodporuje Dolby Vision a namiesto toho sa zameriava na HDR10+.
HLG (Hybrid Log-Gamma)
Formát vyvinutý organizáciami BBC a NHK pre televízne vysielanie a živé prenosy. Je súčasťou odporúčania ITU-R BT.2100. HLG nepoužíva metadáta, pretože informácie o jase sú zakódované priamo do jeho prenosovej funkcie, ktorej spodná časť sa podobá tradičnej gama krivke SDR, zatiaľ čo horná časť je logaritmická a spracúva svetlé oblasti.
To umožňuje zobrazovať rovnaký signál na televízoroch HDR aj SDR. Na obrazovke HDR obraz využíva rozšírený dynamický rozsah, zatiaľ čo na obrazovke SDR vyzerá normálne, hoci na starších modeloch bez podpory širokého farebného rozsahu môžu farby pôsobiť mierne nevýrazne. Formát je bez licenčných poplatkov a zvyčajne používa 10-bitovú farebnú hĺbku. Nedokáže upravovať každú scénu tak presne ako formáty s dynamickými metadátami, ale jednoduchšie sa používa pri vysielaní a nevyžaduje samostatné streamy SDR a HDR.
Porovnanie štandardov HDR
| Štandard | Metadáta | Farebná hĺbka | Licencia | Rok |
|---|---|---|---|---|
| HDR10 | Statické | 10 bitov | Otvorený | 2015 |
| HDR10+ | Dynamické, pre každú snímku | 10 bitov | Bez licenčných poplatkov | 2017 |
| HDR10+ Adaptive | Dynamické metadáta HDR10+ s úpravami podľa snímača okolitého svetla | 10 bitov | Neuvedené | 2021 |
| HDR10+ Gaming | Podľa spoločnosti Samsung rozsiahlejšie než HDR10 | 10 bitov | Neuvedené | 2022 |
| HDR10+ Advanced | Podľa spoločnosti Samsung rozšírené metadáta scén | 10 bitov | Bez licenčných poplatkov | 2025 |
| Dolby Vision | Dynamické | 10–12 bitov | Platená licencia | 2014 |
| HLG | Nepoužívajú sa | 10 bitov | Otvorený | 2015 |
