Новая война форматов: телевизионный HDR
Всем привет! Так уж вышло, что современная промышленность редко приходит к одному стандарту, а если и приходит, то некоторые компании часто дополняют простые и понятные общие технологии своими костылями. Последней крупной «войной форматов» можно назвать HD-DVD vs BluRay, в которой победил последний. Что ж, новый виток технологий выкатил новые «пушки»: один из основных трендов телевизоростроения в 2016-м году — поддержка формата HDR (расширенного динамического диапазона).
Что это, как оно работает, чем отличается от того HDR, что используется в фотографии и играх и какие форматы воюют в этот раз — в нашем сегодняшнем посте.
HDR — что это такое и зачем небходимо
HDR (High dynamic range) — это технология расширения динамического диапазона изображения. Человеческий глаз адаптируется к уровню окружающего света. При съёмке фотографии или видео параметры оптической системы (то есть чувствительность фотоматериала или сенсора, значение диафрагмы и выдержки) влияют на формирование кадра, и записанная единожны информация содержит определённый диапазон яркостей. От того, что условно считается «чёрным» (но может не быть чёрным в реальности, т.к. количесва отражённого света просто не хватило для записи другого оттенка) до того, что считается «белым» (аналогично, объект может отражать / излучать больше света, чем способен запечатлеть сенсор на текущих настройках, при этом не быть белым с объективной точки зрения).
Разница между самыми яркими и самыми тёмными оттенками и есть искомый динамический диапазон. Если сцена имеет бОльший динамический диапазон, чем способна запечатлить техника, то на картинке будет присутствовать выгорание светлых участков и/или зачернение теней, то есть потеря яркостной и цветовой информации.
Расширение динамического диапазона приводит к увеличению воспринимаемого камерой диапазона яркостей, но вместе с этим снижает контрастность изображения. Для восстановления контрастности используют различные алгоритмы повышения локальной контрастности и тонального преобразования (tone mapping).
Но если при записи контента решён вопрос преобразования расширенного динамического диапазона в обычный, то зачем нужен HDR в телевизорах и как он работает?
HDR в телевизоре
Телевизионный HDR занимается тем же: увеличивает количество допустимых яркостных значений между темнейшими тёмными оттенками и ярчайшими яркими, таким образом правильно закодированный видеопоток может отобразить большее количество различных оттенков в кадре. В целом картинка становится более детализированной, яркой и чёткой за счёт увеличения микроконтраста в «пограничных» зонах, которые на обычном видеопотоке и обычном телевизоре выглядели бы одноцветными или малоконтрастными, а в движении и вовсе терялись бы.
Обеспечить поддержку HDR необходимо сразу в нескольких местах. Телевизор должен уметь декодировать и отображать подобный сигнал — раз. Контент должен быть закодирован соответствующим образом и содержать необходимую информацию — два. Доставить контент с увеличенным битрейтом тоже необходимо, то есть иметь поддержку со стороны «транспорта» сигнала (интерфейстного кабеля). Три. А ещё контент надо как-то снимать, распространять и так далее. Обеспечить совместимость всего этого разнообразия должен (по идее) набор рекомендаций Rec. 2020. Разберём всё по порядку.
Телевизор
Нет, 30-битные матрицы в ТВ ставить никто не станет, они всё так же останутся 18- или 24-битными, а HDR контент будет приводиться к «обычному» перед отображением. Просто в новом формате записи цветового пространства специальные преобразования позволят закодировать яркостную составляющую бОльшим количеством бит. Специальный алгоритм будет преобразовывать исходный сигнал в «правильный» для телевизора, благодаря чему картинка будет одновременно и более детальной, и не потеряет в контрастности.
И вот здесь есть первая проблема. Стандартов HDR-TV два: HDR10 и DolbyVision. Samsung и Sony сделали ставку на HDR10, большинство голливудских студий и некоторые другие компаниии — на DolbyVision. Да и сам бренд Dolby куда сильнее «раскручен». Современные контент-провайдеры решили вопрос по-своему — Netflix и Amazon просто поддерживают оба формата и вы сами можете выбирать, в каком виде получать HDR-кино. LG решили не участвовать в войне форматов и просто предоставили поддержку и той и той технологий.
Контент и носители
Чтобы осуществить поддержку HDR-видео, требуется соответсвующий формат записи данных. Из «старых» форматов цветовое пространство Rec. 2020 поддерживают H.264 (c некоторыми ограничениями), из «новых» — HEVC, он же H.265. Разумеется, «дополнительная» информация требует больше места, поэтому 4k2k-HDR контент доставляется пока только онлайн. BluRay 4k и единственный (на момент написания статьи) распространённый и сравнительно легко покупаемый плеер подобных дисков производятся Samsung, а на какой формат сделал ставку этот промышленный гигант мы уже знаем. Технически, ничто не мешает реализовать поддержку DolbyVision в BluRay 4k, но на данный момент имеем то, что имеем.
Передача данных
Контент есть, телевизор есть. Осталось перенести контент в ТВ. Здесь (пока что) безраздельно царствует формат HDMI, телевизоров с поддержкой DisplayPort — кот наплакал. Теоретически HDMI 2.0 поддерживает 4k2k-видеосигнал с HDR, но с определёнными ограничениями: 24/25/30 кадров в секунду для полноцветного изображения с 12-битным семплированием и 50/60 кадров в секунду для цветовой субдискретизации 4:2:2 или 4:2:0.
На данный момент HDMI 2.0 — бутылочное горлышко в ТВ-технологиях, и о реальном прорыве в качестве картинки говорить до появления стадрата, поддерживающего «честные» 4k2k 120Hz / 8k4k 60Hz, не приходится. Проблемы HDMI находятся в области обеспечения обратной совместимости — HDMI позволяет передавать сигнал, совместимый даже с аналоговым ч/б телевизором, что накладывает определённые ограничения на развитие стандарта.
Что выбрать
Если вы покупаете телевизор в 2016 году и хотите получить от него максимум, логично было бы обратить внимание на модели с поддержкой HDR. На самих телевизорах производители почему-то стесняются писать HDR Ready, поэтому в магазине надо искать отметку UltraHD Premium. У Samsung такие телевизоры есть в серии 9000 (2016 года выпуска), у LG, например, флагманские OLED«ы, 65EG6.
Из проигрывателей дисков на рынке доступно два решения — Samsung UBD-K8500 (с поддержкой HDR10) и Panasonic DMP-UB900. Зарубежные обзорщики вовсю рекомендуют брать «панас» — у него и качество картинки лучше, и (теоретически) должен получить поддержку Dolby Vision, но пока работает только с теми дисками, которые есть (а на них записывают HDR10 формат).
На практике же все эти девайсы стоят… немало, и до популяризации HDR-видеоформатов (а также «спуска» его в 1080p-разрешения) вряд ли цены упадут / эти фичи появятся в «бюджетных» линейках телевизоров.
Чисто теоретически, HDR должен уметь (правда, без 4k-воспроизведения, только FullHD) и сравнительно бюджетный Samsung KJ-7500, но проверить это пока не удалось.
Однако буквально недавно Nvidia представила новые десктопные видеокарты семейства Pascal: GTX 1080 и 1070: они поддерживают новые HDR-форматы, так что разработчики игр смогут использовать «честный» HDR (а не его имитацию) в своих продуктах, а вы — в числе первых оценить эти нововведения.
Правда, пока неизвестно, когда данные возможности появятся в играх. Зато как только появятся — вы сможете оценить их одними из первых.
Есть вопросы? Или, быть может, вы из тех счастливчиков, что уже пользуются преимуществами HDR-телевидения? Мы ждём вас в комментариях! 
