關於HDR的常見誤解

「HDR」功能現在應該是各家顯示器廠商,無論是電腦螢幕或是家用電視,都極力宣傳的重要功能(有時算是噱頭?)。距離CTA提出HDR10,也是目前最常見廣泛使用的HDR規格至今也七八年了,但對於顯示設備廠商、消費者甚至部分影像媒體工作者來說,對於HDR的認是上還是有很多誤會或不清楚的地方,今天這篇就分享一些關於「HDR」常討論卻其實是誤解的內容。

1. 所謂「支援HDR」的顯示器,理論上並沒有亮度的規定,只靠亮度判斷"真""假"HDR並不公允

所謂的“支援"僅表示「能用正確的方式讀取HDR影像」(能使用PQ/HLG作為EOTF解釋影像)。
至於讀取後如何顯示,螢幕最高亮度是多少,都是另外一回事;實際HDR效果好壞,要看螢幕最高峰值亮度與螢幕本身色調映射演算法的優劣。但單就「支援HDR」來說,只要能讀取並正確顯示PQ/HLG影像就符合規格、廣告宣傳了。

如果回歸原本HDR的設計初衷,的確螢幕應該是要能提供比過往標準顯示器性能(SDR顯示器通常提供的亮度規格大約100到3、400nits亮度)更好的動態範圍(亮得更亮、暗得更暗)才應該被認為是HDR效果,不過,這並沒有一個業界通用的標準或認知。

個人購買或商業應用上如有有需要標準,可以參考美國視訊電子標準協會VESA推出的DisplayHDR認證標準。 https://displayhdr.org/

經過VESA認證的顯示器,會根據不同的性能規格給予不同的VESA DisplayHDR 或DisplayHDR True Black認證LOGO
可以到以下網址查詢經過認證的產品
https://displayhdr.org/certified-products/


2. HDR顯示器並沒有要求要達到1,000 cd/m2 以上亮度才算是符合標準HDR

所謂「1,000nits亮度標準」,源自於ITU國際電信聯盟針對HDR影像發布的白皮書Rec. ITU-R BT.2100裡,關於評價HDR影像的參考環境建議,顯示器最高峰質亮度,必須要≥ 1,000 cd/m2

Reference viewing environment for critical viewing of HDR programme material
https://www.itu.int/rec/R-REC-BT.2100-2-201807-I/en

首先文件有註明,並不要求full screen white全螢幕白都要達到1,000nits,再者,這是一份提供「HDR影像製作與國際交換」的文件,不是拿來規範消費端顯示設備的規格。實際消費端目前最低的亮度參考VESA HDR認證有提供400cd/m2的認證規格,而Dolby Vision建議製作影片調光時,確認CMU映射效果要做600 cd/m2的畫面確認,600 cd/m2也算是目前消費型電視HDR的基礎亮度規格。無論如何,都沒有必須要達到1,000nits亮度才算HDR的理由。

3. 無論是HDR10或是Dolby Vision,理論上都能支援最高 10,000cd/m2 的亮度

兩者影像皆使用Perceptual quantizationPQ曲線作為EOTF,PQ在Dolby實驗室開發的時候目標便是能編碼最高亮度10,000 cd/m2

The perceptual quantizer (PQ), published by SMPTE as SMPTE ST 2084, is a transfer function that allows for HDR display by replacing the gamma curve used in SDR.It is capable of representing luminance level up to 10000 cd/m2 (nits) and down to 0.0001 nits. It has been developed by Dolby and standardized in 2014 by SMPTE and also in 2016 by ITU in Rec. 2100.

https://en.wikipedia.org/wiki/Perceptual_quantizer

無論是HDR10或Dolby Vision ,目前影片製作時,常用的編碼最高亮度在1,000至4,000 cd/m2之間,但事實上媒體儲存數值都可以到達 10,000 cd/m2 。網路流傳HDR10只有1,000nits,Dolby Vision才能到4,000甚至10,000nits的說法並非事實。

4.峰值亮度1000nits依然是一個重要的參考指標

有BT.2100的標準,勢必對影像製作影響。目前1000nits的確是約定成俗的一個HDR「起點標準」。製作影片時,會因為受限於「參考監視器」的性能,限制了製作者對於影像調整的幅度。多數時候,製作人員會希望"整體畫面"能不被壓縮亮度動態,在可以操控的範圍內原汁原味呈現在監視器上。意味著大多數影片,通常畫面亮度範圍將控制在1,000nits (或4,000nits)以內。這兩個數據也剛好能對應兩款早期開發的HDR reference monitor參考級監視器,分別是SONY PVM-X300 (1,000nits)與Dolby Pulsar(4,000nits)。當然現在有更多符合1,000nits亮度的監視器可以挑選。
現今影片製作,依舊常用這兩個數值作為製作時的最高亮度標準;1,000nits常用於HDR10,Dolby Vision在製作端選用1,000或4,000nits。

5.消費端HDR顯示器至今(2021年)多半還無法達到1,000nits標準。

超過顯示器最高亮度的影像,將會透過撥放器或是顯示器做亮度上的重新映射調整Tone Mapping。相反的,如果顯示設備能夠達到1,000nits甚至更亮的的水準,那影片中的整體影像,將能更真實無修改的呈現,因此高亮度依舊是選擇HDR顯示設備重要的一環,越能還原影片製作時,製作端想呈現的樣貌。

6.目前支援HDR的顯示設備(螢幕與投影機),在底層顯示面板層次,都是先做傳統大約2.2 gamma/EOTF的校正,爾後再進行HDR PQ或HLG曲線的映射。

對於一些最高亮度只有3、400nits以下的顯示設備,如果影像同時有SDR或HDR兩種選擇,那開啟HDR效果經常還不如直接觀看SDR模式。或是說,即便HDR模式下的亮度映射做的不錯,那觀看效果也可能會與SDR觀感非常相似。部分投影機廠商主打的就是優異的HDR映射算法。


對於有想要製作HDR影片的朋友,如果有一台符合BT.2100的標準1000nits亮度的監視器是非常不錯的,除非,你只製作最高亮度受限於你監視器最高亮度的HDR影片。不然超過亮度部分,只有失去細節(clip)或是整體亮度失準(tone mapping)兩種選擇,在製作上兩者都是非常困擾的狀況。
而這篇沒有討論到的color gamut色域問題也是很重要,可以參考之前討論的文章,盡量選擇覆蓋完整P3色域的監視器。

發表者:Miles 林

色彩管理顧問 之前任職影像後期/DIT 剪輯 調光 美國 ISF影像標準協會 認證校正員 通過 經濟部IPAS色彩計畫/色彩工程鑑定 印刷色管顧問 T-Lab 東煦色研所 合作夥伴

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