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當我們談論HDR時,我們在談論什麼? ─淺談HDR技術
更新日期:2016/08/26
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ATOMOS新聞稿】

 

 

當我們談論HDR時,我們在談論什麼?

─淺談HDR技術

 

  

針對今年風行的HDR熱潮,澳洲知名專業影視級數位儲存記錄系統品牌ATOMOS也因應推出4K HDR儲存裝置暨影像監視器「Flame系列」,然而「HDR」所代表的「高動態範圍」究竟是什麼含意? 近年來技術變革的重點又是怎麼演進的? 讓我們趕快來一探究竟吧! 
 

在過去的兩年裡,我們經歷了4K化的浪潮,從電影攝影機廠商發佈的新品已經全面4K乃至6K化,到“4K無用論”,再到各種討論逐漸消失,技術的發展總是領先於實際應用,相信已經沒有人再會去質疑4K是否有用。然而,今年的潮流已來到眾多的「R」— VR/AR(虛擬實境/擴增實境)、HDR(高動態範圍)以及HFR(高幀率)。

 

相比於VR深受資本市場的狂熱追捧,HDR就顯得更腳踏實地,技術推進的進程也更加的快速。在電影方面,Dolby(杜比)不斷努力遊說好萊塢電影製片廠商和網路串流媒體服務商採用其Dolby Vision的HDR技術,目前在電影製片領域已獲得了華納兄弟、索尼影業、MGM和環球影業的加入,而串流媒體巨頭Netflix和Amazon也在緊鑼密鼓準備更多的HDR內容供使用者選看。 

 

目光轉向Sony這邊,HDR電視發了一款又一款,得益於在廣電影視市場的深耕,在各種技術推廣和交流活動中,都會拿出五維圖。 

從上面的五維圖中可以看出Sony在各個方向上的佈局。那麼我們今天從多個角度來探討一下,我們在談論HDR技術時,到底在談論些什麼?

 

一、從動態範圍說起

HDR是High Dynamic Range,即「高動態範圍」的縮寫。那麼什麼是動態範圍呢?所謂動態範圍,在圖像領域就是指亮度明暗的差別。動態範圍越大,圖像上同時記錄的亮部細節和暗部細節就越豐富。 

 

在當前的BT.709(Rec.709)標準,定義了亮度和色彩的顯示範圍,而BT.709(Rec.709)是在1990年代根據當時的CRT陰極射線管顯示器來定義亮度,從0.1nit(也稱cd/m2,一種亮度單位)到100nits(cd/m2)。而動態範圍僅為6.5檔。

上面提到了高清時代的視頻標準是二十多年前制定的,所以從色彩和亮度上都無法適應現在的HDR技術。

 

當畫面圖像顯示範圍超過BT.709所能定義的範圍時,就會出現高光溢出和暗部的裁切。即不能夠顯示出更多的亮度細節,表現為高光死白和暗部死黑的情況。如以下兩張圖分別顯示出的。

 

二、如何實現高動態範圍

毫無疑問,目前攝影機成像技術的發展已經超過了終端顯示技術的發展,近些年在 ARRI、RED、Sony...等眾多的攝影機廠商之間不斷競爭和努力之下,終於將攝影機感測器的動態範圍提高到了15檔以上,甚至連小型微單如A7s都宣稱達到了12檔。

 

有了這麼大的動態範圍當然最好能夠呈現出來,然而“不幸“的是監視螢幕可顯示的動態範圍卻並未隨著攝影機動態範圍的提升而大幅提升。這是為什麼呢?

 

如前文所說,動態範圍就是顯示明亮的範圍,那麼想要提高動態範圍並且能夠顯示出來,最關鍵的一點就是要能夠達到更高的亮度。

 

以這張照片為例,在真實的自然環境中,一個場景裡的亮度差別可能會非常大,如日光照耀部分的中心花瓣最亮可以達到1萬多尼特,而背景的亮度僅有100多尼特,相差了100倍。那麼想要將這相差了100倍的亮度都顯示出來,螢幕的亮度則需要達到1萬尼特以上才可以。1萬尼特是什麼概念呢?舉幾個例子,普通7吋監視螢幕亮度為100~400尼特,一般筆記型電腦螢幕的亮度上限為300尼特,iPhone 6s螢幕的亮度為500尼特,而根據《數位電影技術要求(暫行)》(GD/J 017-2007)所要求的數位影院銀幕中心亮度應達到48尼特。

 

由此可見,攝影機所能記錄的所有動態範圍並不能都顯示在監視器上面,於是便有了所謂的Log模式。

 

 

三、HDR技術如何突破灰片展示高對比

杜比公司在前幾年提出了Dolby Vision的概念,並開發出PQ(感知量化編碼)曲線,通過大幅度提升液晶面板的背光亮度,增加對比度的方式將真實環境圖像中的高反差表現出來。同時期BBC聯合NHK開發了HLG(混合曲線編碼)技術來實現高反差的動態範圍顯示。 

通過使用HDR方式即可直接將Log灰畫面顯示為高對比的畫面,而不必再套用LUT。

 

▲PQ編碼方式的電光轉換曲線

▲HLG編碼方式的光電轉換曲線以及電光轉換曲線
 


四、哪些設備支援HDR顯示

在消費級市場領域,已經有很多電視機廠商發佈了支援HDR技術的產品,如Sony、LG、TCL等等。而在專業的監視器領域HDR監視器還寥寥無幾,除了Sony發佈的BVM-X300這一款24吋監視器外,在機頭監視器領域,只有Atomos發佈了三款1500尼特亮度的7吋監視器—Shogun Inferno、Shogun Flame和Ninja Flame。

 

這三款機器均支援多個攝影機各種Log曲線,使用AtomHDR清晰明亮技術將高光與暗部細節完美呈現。Flame系列是世界首款支援HDR顯示技術的機頭監視記錄儀,具備強大的監視功能。而相較於Sony X300高高在上的價格,Atomos的產品則顯得更親和許多。

 

五、HDR工作流程

如同拍攝4K工作流程一樣,想要拍攝並交付HDR級的內容,首先需要具有高動態範圍的攝影機,同時在前期拍攝時一定要有支援HDR顯示的監視器,而在後期同樣需要具有HDR功能的監視器用作調色。以使用支援HDR顯示的Atomos機頭監視器Shogun Flame為例,其工作流程如下:

 

在拍攝階段用15檔以上的攝影機拍攝RAW,並用Log信號輸出給Shogun Flame,Shogun Flame具有一鍵HDR功能,通過選擇攝影機廠商、Log曲線模式和色域空間即可將Log畫面直接以HDR畫面展示。Shogun Flame同時還支持CinemaDNG和Apple ProRes錄製,不僅能夠錄製RAW,還能將RAW錄製為代理檔省去後期轉碼。而在後期製作中,Shogun Flame支援PQ編碼輸入輸出,因此依然可以作為小監視器使用,方便進行HDR調色。

 

六、HDR院線及展望

就在前不久,杜比影院Dolby Cinema終於前進到了中國,與萬達合作推出了杜比影院。2D放映亮度可以達到106nit(31fl),對比度達到了100萬:1,當然需要澄清的是影院放映機的亮度與螢幕背光亮度是不一樣的。

 

到目前為止,雖然有了ST 2084標準,但是並沒有一個真正統一的技術規範,但是HDR是大勢所趨。HDR的顯示帶來的視覺體驗會超越HD向4K體驗的所帶來的震撼,使觀眾更能夠感受清晰度、對比度的巨大提升。也會有越來越多的廠家發佈HDR技術的產品,引領全新的影視製作浪潮。

 

澳洲ATOMOS一向專注在設計及製造經濟實惠、方便使用之影視記錄器及轉換之專業設備,本次針對今年初推出的「Flame系列」所運用的重點技術「HDR」推出詳細剖析,希望提供給大家更深入的了解。「正成集團」身為ATOMOS台灣區總代理,將繼續秉持著服務至上精神,提供最完整及全面服務給大中華地區的影視夥伴。 

 

<更多ATOMOS Shogun Flame / Ninja Flame 4K HDR記錄監視器產品訊息請點選連結>

<更多HDR技術原廠訊息請點選連結> 

 

 

 

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