HDR چگونه عمل می کند؟

محدوده دینامیک بالا (High dynamic range imaging) یا (HDR) در پردازش تصویر، ویژگی است که با پردازش  داده های دینامیکی، روشنایی بیشتری بین نقاط تاریک و روشن را فراهم می‌کند. بزرگترین کاربرد این ویژگی که امروزه در تلویزیون ها موجود می باشد نمایش شدت نور موجود در صحنه های تصویر است. رنگ هایی که در تصاویر غیر HDR نمی توان آنها را مشاهده کرد ویژگی HDR به دلیل اعمال تمایز بین آنها، رنگ های با دامنه طول موجی بیشتری را امکان پذیر می سازد بنابراین می توان گفت که تصاویر را ارتقا می دهد. شما در تصویر زیر می توانید تلویزیون هایی را که این فرمت ها را پشتیبانی می کنند را مشاهده بفرمایید:

کدام یک بهتر است؟

در حال حاضر ۳ فرمت HDR  که از یوژگی های کیفیت تصویر است وجود دارد. HDR10 وHDR10+ و Dolby Vision،  هرکدام از آن ها ویژگی ها و مزیت های متفاوتی  دارند. زمانی که قصد خرید یک تلویزیون را دارید، نباید نگرانی قبلیت پشتیبانی از فرمت های HDR را  توسط صفحه نمایش را داشته باشید، چرا که هرکدام از آنها کیفیت تصویر و روشنایی عالی را ارائه می دهند. شما در زیر خصوصیات این فرمت ها را می توانید مشاهده فرمایید:

عمق رنگ(Bit Depth)

عمق رنگ، مقدار رنگ فارغ شده در تصویر را بیان می کند. عمق رنگ محتوای  SDR تعداد ۸  بیت است که دارای ۱۶٫۷ میلیون رنگ ومحتوای HDR  عمق رنگ ۱۰ بیت را دارند که دارای ۱٫۰۷ میلیارد رنگ قابل نمایش بر روی صفحه نمایش هستند.  هرچه مقدار رنگ ها در هنگام نمایش تصویر بیشتر باشد، نمایش جزئیات بیشتر بوده و تصویری واقعی تر ارائه می شود و تمایز بین رنگ های مشابه  با طول موج های نزدیک به هم بیشتر می شود. محتوای دالبی ویژن تا ۱۲ بیت عمق رنگ را دارند و این در حالی است که محتوای HDR10 و HDR10+ در حدود ۱۰ بیت عمق رنگ دارند. میزان رنگ ها  قابل نمایش  برای عمق رنگ ۱۰ بیت در حدود ۱٫۰۷ میلیارد رنگ، در حالی که تعداد رنگ های  نمایش داده شده برای عمق رنگ ۱۲ بیت در حدود ۶۸٫۷ میلیارد رنگ است که نتیجه این  محدوه رنگ ، نمایش تصاویر بسیار واقعی است. در زمینه ارائه  رنگ و نمایش تصاویر درخشان تر و واقعی تر دالبی ویژن بر HDR10 و HDR10+ برتری دارد. ما حداکثر عمق رنگ را برای فرمت های مورد بحث آورده ایم:

روشنایی فوق العاده(Peak Brightness)

روشنایی در تلویزیون با واحد CD/M2 یا Candela per Square Metre (کندلا بر متر مربع) بیان می شود. هرچه میزان روشنایی صفحه نمایش بیشتر باشد تصویر جذاب تر شده و چشم بیننده بهتر آن را می تواند ببیند. بیشتر محتوای دالبی ویژن با روشنایی فوق العاده  تا ۴۰۰۰Cd/M2 و محتوای HDR10 و HDR10+ با محدوده روشنایی ۱۰۰۰ تا ۴۰۰۰  تولید می شوند. دالبی ویژن تا روشنایی فوق العاده  ۱۰۰۰۰ را پشتیبانی می کنند ولی در حال حاضر هیچ تلویزیونی به این حد نرسیده است . در حال حاضر تلویزیون با قابلیت ارائه روشنایی فوق العاده بالاتر از ۱۰۰۰ وجود ندارد. بنابراین جدا از تفاوت هایی که با هم دارند و دالبی ویژن برتری دارد اما از لحاظ در دسترس بودن  مهم نیستند. روشنایی فوق العاده فرمت های HDR در زیر آورده شده است:

بازیابی تصویر یا tone mapping چیست.؟

تصاویر در صفحه نمایش با فریم ها پشت سر هم با فاصله ی زمانی خیلی کم نمایش داده می شوند. شما یک پیکسل ثابت را در صفحه نمایش در نظر بگیرید، این پیکسل در هر لحظه بسیار کم، رنگ های انتشار  داده شده از آن تغییر می کند. رنگ های  قزمز، سبز و آبی (lRed.Green.Blue) ، رنگ های اصلی در صفحه نمایش هستند که این رنگ ها با هم ترکیب شده وطیف وسیعی از رنگ ها را می سازند. در نمایش یک تصیر رنگ یک پیکسل تغییر فراوانی می کند و ویژگی که این تغییرات را اعمال می کند و آرایه جدید را ارائه می دهد tone Maping نام دارد.

 تلویزیون  که دارای حداکثر توان روشنایی ۱۴۰۰ است چگونه یک فریم تصویر که درآن  مقدار روشنایی تا ۴۰۰۰ است را  پشتیبانی می کند. این  نکته بسیار مهم است  که فیلم های با روشنایی بسیار بالا چگونه بر روی تلویزیون های  با قبلیت ارائه روشنایی کمتر نمایش داده می شود. راحترین کار حذف کردن است. برای مثال در تلویزیون ۱۴۰۰ همه جزئیات از ۱۴۰۰ تا ۴۰۰۰ حذف می شود. این بدان معنی است که در یک تصویر با روشنایی زیادتر از تلویزیون عملا مقدار بالاتر از ۱۴۰۰ برش داده می شود و شما هیچ گونه جزئیاتی و رنگ واضحی  در آن محدوده روشنایی نمی بینید.  خوشبختانه امروزه تلویزیون ها از این ویژگی استفاده نمی کنند.

در این صورت از tone Mapping  به جای حذف استفاده می شود، در این شرایط روشنایی رنگ بالاتر از ۱۴۰۰ به پایین تر از ۱۴۰۰ و بالاتر از ۱۰۰۰ شیفت داده می شود در این حالت رنگ و دامنه ی طول موجی آن حذف نشده بلکه یه مقداری تاریک تر نمایش داده می شود. در این حالت جزئیات حذف نشده و نمایش طول موج های بیشتری نسبت به حذف رنگ های بسیار روشن ارائه می شود. برای  ویژگی دالبی ویژن در داخل تلویزیون از چیپست هایی استفاده می شود که برای خرید تلویزیون باید به مشخصات و مدل آن توجه کرد.  انتخاب این فرمت های استاندارد تصویر توسط سازنده انجام می شود مثلا شرکت سونی از نرم افزار هایی برای  قابلیت دالبی ویژن استفاده می کند.

پشتیبانی از محتوا metadata

پشتیبانی از داده ها را می توان به عنوان یک کتابچه راهنمای تلویزیون در نظر گرفت. این داده ها و محتوا در درون این کتابچه Metadata قرار گرفته و تلویزیون هنگام نمایش تصویر به آنها مراجعه کرده و از آن ها استفاده می کند. تفاوت این سه فرمت استاندارد در روش استفاده از پشتیبانی داده است. HDR10  داده های استاتیکی را پردازش می کند که در داده ها ی استاتیکی روشنایی  برای کل فیلم یا تصویر یک بار نمایش داده می شود. دالبی ویژن از داده های دینامیکی Meta data   استفاده می کند که صحنه به صحنه فیلم را بازسازی کرده و روشنایی لازم با tone mapping اتخاذ می کند. از آنجا که روشنایی های متفاوت را اعمال می کنند دالبی ویژن و HDR10+ بهترند.

موجود بودن محتوا

فرمت های HDR  د سال های اخیر وارد بازار شده اند. دالبی ویژن و HDR10  در UHD Blu-rays و بسیاری از وسایل پخش کننده موجود می باشند، اگرچه فیلم های کمی هستند که دارای محتوای دالبی ویژن باشند. HDR10+ هم وارد بازار شده است و در بسیاری از وسایل تصویری مانند ویدیو و غیره موجود است اما محتوای آن هم بسیار کم است. شما در زیر می توانید محتوای موجود برای نمایش را مشاهده فرمایید:

تلویزیون های پشتیبانی شونده

 اکثر تلویزیون های موجود در بازار از HDR پشتیبانی می کنند و هر تلویزیون از یک یا چند تا فرمت پشتیبانی می کند در حال حاضر در تلویزیون هایی که در بازار آمریکا موجود است. هیچ تلویزیونی از سه فرمت همزمان پشتیبانی نمی کند.  تلویزیون های ال جی ، ویزیو، سونی و هایسنس از دالبی و HDR پشتیبانی می کنند در حالی که تلویزیون های سامسونگ از HDR10+ پشتیبانی می کنند. در خارج از آمریکا تلویزیون های پاناسونیک هستند که از هر سه فرمت HDR پشتیبانی می کنند. شما نباید انتظار داشته باشید با خرید یک تلویزیون ارزان که فرمت HDR را پشتیبانی می کند تمام فرمت های موجود در بازار را ارائه دهد بنابراین همیشه به دنبال جدید ترین تلویزیون تولید شده توسط شرکت ها باشید تا از قابلیت های کیفیت تصویر بهره مند شوید.

فرمت های HDR  بر روی موبایل

اگر چه فناوری HDR کمتر وارد تلفن های هوشمند شده است اما مدل های جدید، دارای قابلیت پشتیبانی از HDR هستند.  مثلا تلفن های هوشمند سامسونگ مانند S10 ، S10e و S10+ دارای HDR10+ هستند. تلفن های هوشمند آیفون ۸، از دالبی ویژن پشتیبانی می کند در حالی که آیفون X  و XS و XS Max درای قابلیت پشتیبانی از HDR هستند. از آنجا که پخش کننده خارجی برای تلفن های هوشمند موجود نمی باشد و  محدود به سرویس های ارائه هستند تنها HDR10 قابلیتی کاربردی در تلفن های هوشمند محسوب می شود. تلفن های هوشمندی که فرمت های HDR را پشتیبانی می کنند در جدول زیر می توانید مشاهد کنید:

بازی ها

اگرچه HDR  در اصل برای فیلم ها کاربرد دارد اما کاربرد و مزیت آن برای بازی ها فوق العاده است. بسیاری از کنسول های بازی مانند پلیستیشن ۴ و پلیستیشن ۴ پرو، ایکس باکس ۱ جدید، HDR10 را پشتیبانی می کنند. ایکس باکس ۱ دالبی ویژن را هم پشتیبانی می کند، اگر چه اکثر تلویزیون ها قابلیت پشتیبانی از دالبی ویژن را ندارند. محتوای بازی ها با محتوای فیلم ها فرق می کند چرا که در بازی ها روز به روز آپدیت هایی در ورژن و دیگر خصوصیت تولید شده انجام می شود. نمونه ای از کنسول های بازی که این فرمت ها را پشتیبانی می کنند در جدول زیر آورده شده است:

HLG

امروزه در بسیاری از تلویزیون ها از HLG استفاده می شود در واقع HLG سیگنال های HDR و SDR را با هم ترکیب می کند. این برای شبکه های تلویزیونی  خوب است از آنجایی که هرکدام از یک منبع ارائه می شوند. محتوای HLG نیز مانند محتوای دیگر فرمت های HDR بسیار کم است بنابراین می توان گفت این فرمت های HDR ویژگی هایی هستند که هنوز به مرحله کاربری نرسیده و بسیار جلوتر از محتوای مجود در بازار هستند.

جمع بندی

تلویزیون های موجود در بازار هر کدام قبلیت پشتیبانی از فرمت های متفاوتی دارند و تعدا تلویزیون هایی که از هر سه فرمت پشتیبانی کنند محدود است. این فرمت ها هر کدام قابلیت ها و مزیت هایی دارند، دالبی ویژن یک تکنولوژی جدید است که میزان کارایی و عملکرد آن در نمایش تصویر بیشتر است از طرفی HDR10+ شبیه دالبی ویژن عمل می کند و بیشتر شرکت سامسونگ از آن استفاده می کند. اغلب تلویزیون ها از HDR10 و دالبی ویژن در تلویزیون ها به صورت همزمان استفاده می کنند، که در تلویزیون های  پاناسونیک می توان قابلیت پشتیبانی از هر سه فرمت را یافت.