Пока развивалось цифровое видео, росли разрешение и частота кадров, но возможности самого изображения долго оставались ограниченными. Обычное видео (SDR, Standard Dynamic Range, «стандартный динамический диапазон») рассчитано на узкий диапазон яркости: в нём закладывается ограниченное соотношение между самыми тёмными и самыми светлыми участками кадра. Как правило, используется 8-битный цвет и цветовое пространство Rec. 709. Поэтому на экране либо теряются детали в тёмных областях, либо «выгорают» светлые. Даже мощные процессоры и алгоритмы обработки лишь немного улучшали картинку. Для решения проблемы качества изображения был азработан HDR (High Dynamic Range), то есть расширенный динамический диапазон. Он позволяет передавать гораздо больше градаций яркости, это позволяет улучшить изображение. Он работает не только на телевизоре, видео должно быть снято по специальному алгоритму и спользованием метаданных, тоесть дополнительных сведений о показываемом изображении.
Как создаётся HDR-изображение
Главная задача HDR в том, чтобы сохранить детали и в самых тёмных, и в самых ярких участках кадра. Для этого есть два основных подхода:
- Брекетинг. Снимают несколько кадров с разной экспозицией. Один делают светлее, чтобы проработать тени, другой темнее, чтобы сохранить детали в светах. Затем кадры объединяют: из каждого берутся участки с оптимальными параметрами. Съёмка может идти на несколько камер одновременно или на одну камеру последовательно. Последний вариант плохо подходит для динамичных сцен, потому что объекты успевают сместиться и появляются «призраки» и артефакты.
- Широкий динамический диапазон матрицы. Современные камеры способны записать большой диапазон яркости за один кадр, без склейки, тоесть они делают несколько изображений а процессор камеры их анализирует и создает в итоге один кадр.
В результате получается изображение с глубокой проработкой деталей и плавными цветовыми переходами.
Как HDR передаётся и воспроизводится
Снять HDR-видео недостаточно: его нужно закодировать и передать так, чтобы экран показал его правильно. Вместе с видеопотоком передаются метаданные, то есть служебная информация о яркости, контрасте и цвете, которая подсказывает телевизору, как отобразить картинку. Поэтому телевизор должен поддерживать нужный стандарт. Без этого изображение будет показываться как стандартное формата SDR. Есть два метода передачи информации.
- Статические метаданные задаются один раз для всего видео.
- Динамические метаданные меняются от сцены к сцене или даже от кадра к кадру.
Описание стандартов HDR
HDR10
Базовый открытый формат HDR, который в 2015 году закрепила ассоциация потребительской электроники CTA. Он обязателен для дисков 4K Blu-ray и служит основой, на которую опираются HDR10+ и многие профили Dolby Vision, глубина цвета составляет 10 бит, используется цветовое пространство Rec. 2020, хотя реальные экраны обычно покрывают лишь часть этого охвата. Статические метаданные задаются один раз на весь фильм: они описывают мастер-монитор, максимальную яркость кадра и среднюю яркость. Как именно сжать яркость под возможности экрана, решает сам телевизор, поэтому на разных моделях картинка может заметно отличаться, а в тёмных сценах возможна потеря части деталей. Формат бесплатный и поддерживается практически всей HDR-техникой.
HDR10+
Развитие HDR10, о котором Samsung и Amazon объявили в 2017 году. Позже формат закрепил консорциум HDR10+, основателями которого стали Samsung, Panasonic и 20th Century Fox. К базовому потоку HDR10 добавлены динамические метаданные по стандарту SMPTE ST 2094-40, которые передаются покадрово, поэтому телевизор может точнее подстраивать яркость и контраст под конкретный момент видео с учётом возможностей своей матрицы. Устройства без поддержки HDR10+ показывают такой контент как обычный HDR10. Глубина цвета остаётся 10 бит. Стандарт используется без роялти, но поддерживается не всей техникой.
HDR10+ Adaptive
Дополнительная функция для HDR10+, которая учитывает освещение в комнате. Телевизор измеряет окружающий свет встроенным датчиком и корректирует яркость HDR-картинки: в светлой комнате изображение делается ярче, в тёмной меньше. Samsung представила её на телевизорах 2021 года, и тогда же сообщалось, что HDR10-контент Prime Video на совместимых телевизорах Samsung будет показываться в режиме HDR10+ Adaptive. На сайте HDR10+ функция описана как часть спецификации HDR10+ Advanced 2025 года.
HDR10+ Gaming
Вариант HDR10+ для игр, созданный организацией HDR10+ Technologies. По словам разработчиков из Samsung, раньше игра и экран не могли распознать друг друга, и параметры HDR выдавались усрелненные или надо было выбирать параметры. В HDR10+ Gaming игровой движок и устройство вывода обмениваются информацией напрямую, поэтому игра узнаёт возможности экрана и формирует под него HDR-картинку. Заявляется автоматическая настройка без ручной калибровки. При запуске формат работал на ПК с поддерживаемыми видеокартами Nvidia и новых телевизорах и мониторах Samsung.
HDR10+ Advanced
Новейший стандарт для флагманских телевизоров с очень высокой пиковой яркостью, мощным процессором и большими экранами. Prime Video запускает его с августа 2026 года на телевизорах Samsung 2026 года. Заявленные функции:
- Enhanced Overall Brightness: метаданные помогают лучше использовать высокую яркость премиальных телевизоров;
- Intelligent Motion Smoothing: система сама определяет, нужно ли сглаживание движения;
- определение жанра с помощью ИИ для подбора настроек обработки и более широкий набор цветов на основе метаданных от авторов контента.
Dolby Vision
Лицензируемый стандарт компании Dolby, появившийся в 2014 году. Он использует динамические метаданные, которые могут меняться от сцены к сцене или от кадра к кадру. В стриминге изображение, как правило, 10-битное, а 12-битная картинка возможна только в некоторых профилях, например на дисках 4K Blu-ray. Профилей несколько: одни рассчитаны на стриминг, другие на диски, а часть совместима с HDR10 на телевизорах без Dolby Vision. В 2025 году Dolby анонсировала Dolby Vision 2: по её описанию, он добавляет ИИ-оптимизацию картинки под условия просмотра и покадровое управление сглаживанием движения. Старые телевизоры по-прежнему воспроизводят такой контент, но новые функции требуют поддержки Dolby Vision 2. Для производителей стандарт платный. Samsung в своих телевизорах его не поддерживает и делает ставку на HDR10+.
HLG (Hybrid Log-Gamma)
Формат, который компании BBC и NHK разработали для телевещания и прямых трансляций и который входит в рекомендацию ITU-R BT.2100. Он не использует метаданные: информация о яркости заложена в саму кривую передачи, у которой нижняя часть близка к обычной гамме SDR, а верхняя логарифмическая и отвечает за яркие участки. Благодаря этому один и тот же сигнал можно показывать и на HDR-, и на SDR-телевизорах: на HDR-экране картинка получается расширенной, а на SDR-экране нормальной, хотя на старых моделях без поддержки широкого цветового охвата цвета могут выглядеть чуть приглушёнными. Формат используется без роялти, глубина цвета обычно 10 бит. По точности настройки под каждую сцену он уступает форматам с динамическими метаданными, зато проще для эфира и не требует отдельных SDR- и HDR-потоков.
Сравнение стандартов
| Стандарт | Метаданные | Глубина цвета | Лицензия | Год |
|---|---|---|---|---|
| HDR10 | Статические | 10 бит | Открытый | 2015 |
| HDR10+ | Динамические (покадровые) | 10 бит | Без роялти | 2017 |
| HDR10+ Adaptive | Динамические (HDR10+) и поправка по датчику освещённости | 10 бит | Не указано | 2021 |
| HDR10+ Gaming | Больше, чем в HDR10 (по данным Samsung) | 10 бит | Не указано | 2022 |
| HDR10+ Advanced | Расширенные метаданные сцен (по данным Samsung) | 10 бит | Без роялти | 2025 |
| Dolby Vision | Динамические | 10 -12 бит | Платная | 2014 |
| HLG | Не используются | 10 бит | Открытый | 2015 |
