sdr что это в телевизоре
Чем отличается HDR от SDR
Несмотря на все недостатки и устаревший технологический процесс, сегодня видеоконтент в формате SDR (Standard Dynamic Range) сохраняет доминирующее положение на медиарынке. HDR формат (High Dynamic Range) только начинает свою экспансию. В этой небольшой статье мы рассмотрим различия HDR и SDR.
Колориметрические параметры
SDR формат базируется на колориметрических параметрах, описанных в Rec. ITU-R BT. 709. Они охватывают всего лишь 35,9% видимого человеческим глазом спектра системы CEI 1931 (Рис. 1). В свою очередь HDR использует цветовые параметры Rec.ITU-R BT. 2020, охватывающие 75,8% спектра.
Рис.1 Цветовое пространство системы CEI 1931.
Глубина цвета SDR — 8 бит. SDR не запрещает использовать 10 бит, но на практике подавляющее большинство видеоконтента сжато с глубиной цвета 8 бит. Это означает, что у каждого из базовых цветов — красного, зеленого и синего — может быть 28 значений, равное 256 или суммарное количество 256х256х256 = 16 777 216 цветов. Это много, но человеческий глаз видит гораздо больше, поэтому на практике различает ступенчатые переходы у SDR видео (Рис. 2). Особенно это заметно на градиентных сценах фона, например неба.
Рис.2 Глубина цвета 8 и 10 бит.
У HDR минимальная глубина цвета — 10 бит: 1024 возможных значений для каждого базового цвета или суммарно 1 073 741 824 цветов, что в 64 раза больше, чем у SDR. Такое изображение гораздо ближе к действительному, однако при определенных обстоятельствах человеческий глаз все еще способен заметить ступенчатость цветовых переходов.
Яркость
Человеческий глаз устроен так, что помимо компонентов цветности различает и компонент яркости, причем яркость воспринимается гораздо острее. SDR ограничен яркостью в 100 кд/м2, в то время как теоретические возможности стандартов HDR достигают 10 000 кд/м2.
На практике дисплеи с поддержкой HDR из среднего ценового сегмента заявляют яркость 1000 кд/м2, премиальный сегмент предлагает яркость до 4000 кд/м2, но для определенных сцен и на непродолжительное время.
INFO: Что такое SDR и HDR в раздачах 4К видео?
Аббревиатура HDR знакома всем пользователям современной цифровой техники. Сегодня можно приобрести смартфон или телевизор с дисплеем HDR, а в фото и видеокамерах вы наверняка видели режим съёмки с таким же названием. Но если спросить, что означает этот термин, и какую задачу выполняет эта функция, наверняка у многих возникнут затруднения с ответом.
Что такое SDR и HDR?
SDR (Standard Dynamic Range) и HDR (High Dynamic Range) – это аббревиатуры, что часто используют для описания качества картинки, которую можно получить при помощи фото или видеотехники. Первая дословно переводится как «стандартный динамический диапазон», вторая – как «широкий динамический диапазон». Что это означает на человеческом языке, и в чем отличие между этими понятиями? Давайте разбираться!
Динамический диапазон фото (видео) камеры – это характеристика устройства, что описывает тот диапазон тонов, которые оно способно распознать и зафиксировать от абсолютно чёрного до белоснежного. Чем динамический диапазон устройства шире, тем лучше по качеству фото и видео. Это объясняется просто – чем больше тонов распознаёт устройство, тем больше деталей можно разобрать на ярко освещённых участках, и тех, что находятся в тени. Другими словами, широкий динамический диапазон позволяет получать картинку хорошего качества при любом освещении без пересветов и провалов в тенях.
Первое фото и видеооборудование не могло похвастать хорошей цветопередачей. Эта техника может воспринимать и передавать довольно ограниченный цветовой спектр – всего 20-30% от всей палитры красок, которую может уловить и различить глаз человека. Этот, немного устаревший на сегодня, стандарт динамического диапазона отображения яркости и цвета и называют SDR.
Современная техника оснащена режимом HDR – функцией, которая на порядок увеличивает передачу яркости и цвета гаджетом, существенно улучшая качество фото или видеозаписи. Благодаря этой функции, вы можете увидеть более яркую и контрастную картинку, на которой цветовая палитра расширена до 75-80%. Эта технология позволяет улучшить изображение не только при фото (видео) съемке, но и при воспроизведении записанных файлов.
Если говорить коротко, эта технология, делает темное еще темнее, а светлое – светлее. При этом она увеличивает точность передачи исходного изображения, делая его ярче и контрастнее.
Сам же принцип работы этой функции довольно прост. Устройство делает от 3 до 5 кадров с различной яркостью – от слегка засвеченного до затемнённого. Затем эти кадры совмещаются в одно изображение с улучшенными характеристиками яркости и цветопередачи. Именно эта улучшенная картинка будет отображаться на мониторе. Раньше фотографы и профессиональные видеооператоры делали эту процедуру в ручном режиме, совмещая снимки при помощи специальных программ. Сегодня фото и видеотехника умеет улучшать изображения в автоматическом режиме.
Переход от SDR к HDR: почему этого не произошло?
Если вы когда-нибудь задумывались, как возможно, что мы не увидели окончательного скачка к экранам HDR, оставив в стороне SDR, продолжайте читать, и вы обнаружите причину.
Что такое HDR и чем он отличается от SDR?
HDR является аббревиатурой для высокого динамического диапазона, он основан на увеличении количества бит на компонент RGB с 8 бит до 10 бит или даже 12 бит, но HDR основан не на увеличении цветности и, следовательно, количества цветов, а скорее их яркость, что обеспечивает более высокий диапазон яркости и контрастности для каждого цвета и лучшее их представление.
Однако, хотя 24-битные цветные мониторы быстро вытеснили мониторы с более низким разрешением цвета, то же самое не относится к мониторам на основе HDR, где мы все еще можем найти большое количество из них, которые их не поддерживают. Таким образом, переход никогда не был полностью реализован.
Цветность и яркость
Каждый пиксель, представленный на экране, предварительно сохраняется в буфере изображения, в котором хранятся значения трех компонентов RGB: красного, зеленого и синего. Но особенность этого способа хранения информации заключается в том, что сохраняется не только цветность, но и уровень яркости, который представляет собой уровень цвета или яркости этого цвета.
В старых телевизорах, в которых не было цвета, изображения были представлены значениями яркости, а когда появился цвет, оба значения были разделены. Но в случае с вычислительной техникой, хотя экраны на электронно-лучевых трубках использовались почти три десятилетия, фактически на уровне внутреннего представления в буфере изображений, оба были представлены одинаково.
В течение долгого времени максимальное представление в цвете составляло 24 бита цвета, что дает 16.7 миллиона различных комбинаций, этот тип экрана называется экранами SDR, чтобы отличать их от экранов HDR, которые поддерживают больший объем информации на пиксель, с 10 и даже до 12 бит на компонент.
HDR и рендеринг графики в реальном времени
HDR можно представить двумя способами:
Оба решения имеют смысл, когда дело доходит до воспроизведения неподвижных изображений и видеофайлов, но в случае графических процессоров, используемых для рендеринга 3D-сцен в реальном времени, это усложняется, поскольку это означает, что все графические процессоры, которые они манипулируют данными пикселей, с одной стороны, а с другой стороны, те, кто передает одни и те же данные, должны повысить свою точность.
Следовательно, возникает потребность в графических процессорах с большим количеством транзисторов, и, следовательно, это означает, что графические процессоры большего размера при той же мощности или менее мощные, если размер сохраняется. Решение, принятое производителями? Во-вторых, это приводит к тому, что производительность игр в режиме HDR ниже, чем при рендеринге в SDR.
Графические процессоры никогда не были предназначены для HDR, но для SDR
Если мы увеличим количество информационных битов на пиксель, логически при перемещении данных по рендерингу мы обнаружим, что необходимая полоса пропускания будет намного выше, что может привести к падению производительности, если между памятью, в которой хранятся данные, и устройством что обрабатывает их, они движутся недостаточно быстро.
Но. перемещение информации внутри процессора обходится дорого, особенно если мы говорим об энергопотреблении, что является одной из причин, почему ни один из графических процессоров в последние годы не был подготовлен для работы со значениями на пиксель, превышающими 8 бит на компонент. В связи с тем, что наибольшее значение при проектировании новых процессоров, самой большой предпосылкой производительности в течение длительного времени является мощность на ватт.
Если бы, как и другие технологии, графические процессоры были разработаны для HDR, то эта технология была бы полностью стандартизирована, и теперь все аппаратное и программное обеспечение ПК было бы разработано для HDR, более того, оно использовалось бы всеми.
Чем отличается HDR от SDR
Несмотря на все недостатки и устаревший технологический процесс, сегодня видеоконтент в формате SDR (Standard Dynamic Range) сохраняет доминирующее положение на медиарынке. HDR формат (High Dynamic Range) только начинает свою экспансию. В этой небольшой статье мы рассмотрим различия HDR и SDR.
SDR формат базируется на колориметрических параметрах, описанных в Rec. ITU-R BT. 709. Они охватывают всего лишь 35,9% видимого человеческим глазом спектра системы CEI 1931 (Рис. 1). В свою очередь HDR использует цветовые параметры Rec.ITU-R BT. 2020, охватывающие 75,8% спектра.
Рис.1 Цветовое пространство системы CEI 1931.
Глубина цвета SDR — 8 бит. SDR не запрещает использовать 10 бит, но на практике подавляющее большинство видеоконтента сжато с глубиной цвета 8 бит. Это означает, что у каждого из базовых цветов — красного, зеленого и синего — может быть 28 значений, равное 256 или суммарное количество 256х256х256 = 16 777 216 цветов. Это много, но человеческий глаз видит гораздо больше, поэтому на практике различает ступенчатые переходы у SDR видео (Рис. 2). Особенно это заметно на градиентных сценах фона, например неба.
Рис.2 Глубина цвета 8 и 10 бит.
У HDR минимальная глубина цвета — 10 бит: 1024 возможных значений для каждого базового цвета или суммарно 1 073 741 824 цветов, что в 64 раза больше, чем у SDR. Такое изображение гораздо ближе к действительному, однако при определенных обстоятельствах человеческий глаз все еще способен заметить ступенчатость цветовых переходов.
Человеческий глаз устроен так, что помимо компонентов цветности различает и компонент яркости, причем яркость воспринимается гораздо острее. SDR ограничен яркостью в 100 кд/м2, в то время как теоретические возможности стандартов HDR достигают 10 000 кд/м2.
На практике дисплеи с поддержкой HDR из среднего ценового сегмента заявляют яркость 1000 кд/м2, премиальный сегмент предлагает яркость до 4000 кд/м2, но для определенных сцен и на непродолжительное время.
Подробнее об основных HDR стандартах, их идентификации и валидации для H.264/AVC, H.265/HEVC, VP9 и AV1 читайте в нашей статье «Всё об HDR».
Технология HDR: обзор основных стандартов
Несмотря на все недостатки и устаревший технологический процесс, сегодня видеоконтент в формате SDR (Standard Dynamic Range) сохраняет доминирующее положение на медиарынке. HDR формат (High Dynamic Range) только начинает экспансию.
В этой статье рассмотрим основные HDR стандарты, их идентификацию и валидацию для H.264/AVC, H.265/HEVC, VP9 и AV1. Материал будет полезен QA-инженерам, разработчикам приложений, OEM-производителям и SOC дизайнерам, которые хотят внедрить или идентифицировать HDR контент.
Чем отличается HDR от SDR
Колориметрические параметры
Рис.1 Цветовое пространство системы CEI 1931.
Глубина цвета
Глубина цвета SDR — 8 бит. SDR не запрещает использовать 10 бит. Но на практике подавляющее большинство видеоконтента сжато с глубиной цвета 8 бит. Это означает, что у каждого из базовых цветов — красного, зелёного и синего — может быть 28 значений, равное 256 или суммарное количество 256х256х256 = 16 777 216 цветов. Это много, но человеческий глаз видит гораздо больше. Поэтому на практике различает ступенчатые переходы у SDR видео (Рис. 2). Особенно это заметно на градиентных сценах фона, например неба.
Рис.2 Глубина цвета 8 и 10 бит.
У HDR минимальная глубина цвета — 10 бит. 1024 возможных значений для каждого базового цвета или суммарно 1 073 741 824 цветов, что в 64 раза больше, чем у SDR. Такое изображение гораздо ближе к действительному, однако при определённых обстоятельствах человеческий глаз всё ещё способен заметить ступенчатость цветовых переходов.
Яркость
Человеческий глаз устроен так, что помимо компонентов цветности различает и компонент яркости. Причём яркость воспринимается гораздо острее. SDR ограничен яркостью в 100 кд/м2, в то время как теоретические возможности стандартов HDR достигают 10 000 кд/м2.
На практике дисплеи с поддержкой HDR из среднего ценового сегмента заявляют яркость 1000 кд/м2, премиальный сегмент предлагает яркость до 4000 кд/м2. Но для определённых сцен и на непродолжительное время.
Стандарты HDR
Стоит отменить, что термин HDR носит собирательный характер, поскольку на рынке представлено несколько стандартов реализации HDR от разных вендоров. Наибольшее распространение получили четыре стандарта HDR: HDR10, HLG, HDR10+ и Dolby Vision. На рисунках 3.1 и 3.2 представлены бренды производителей телевизоров с поддержкой HDR. А на рисунке 4 вы можете ознакомиться с поддержкой HDR у стриминговых сервисов.
Рис.3.1 Бренды ТВ с поддержкой HDR в США
Рис.3.2 Бренды ТВ с поддержкой HDR в Европе.
Рис. 4 Стриминговые сервисы с поддержкой HDR.
Чтобы воспроизвести HDR-контент, необходимы правильно подготовленный контент, соответствующий стандарту, а также декодер и дисплей, поддерживающие HDR-стандарт.
HDR10
Этот стандарт был принят в 2014 году. HDR10 получил широкое распространение благодаря простоте в эксплуатации и отсутствию лицензионных отчислений. Стандарт описывает видеоконтент, соответствующий рекомендациям UHDTV Rec. ITU-R BT. 2020: 
HDR10 базируется на PQ EOTF функции передачи, из-за чего такой видеоконтент не совместим с SDR дисплеями. Также HDR10 имеет один единственный слой видеоконтента.
Стандарт задействует статические метаданные, которые применяются ко всей видеопоследовательности. С одной стороны, статическая реализация упрощает эксплуатацию. В то же время она не учитывает необходимость разных тонов для статических и динамических, ярких и тёмных сцен, поэтому требуется применение глобальных компенсаций. Таким образом, HDR10 не способен полностью передать задумку и видение автора.
Метаданные HDR10 включают в себя mastering display colour volume и content light level information.
Mastering display colour volume — параметры дисплея, которые использовались для создания видеоконтента и считаются эталонными. При воспроизведении видеоконтента дисплей будет перенастроен относительно эталона.
Mastering display colour volume описывает:
Content light level information — значение верхней границы номинального целевого уровня яркости изображений. Оно включает в себя:
У H.264/AVC и H.265/HEVC видеоформатов метаданные HDR10 могут быть указаны на двух уровнях.
Рис.5 SEI сообщения: Content light level и Mastering display colour volume.
У VP9 данные располагаются на уровне медиаконтейнера:
Рис.6 Mastering Metadata для видеопоследовательности VP9.
У AV1 метаданные располагаются:
Стандарт HLG появился в 2015 году и также получил широкое распространение. Стандарт описывает видеоконтент, соответствующий спецификации BT 2020. 
HLG, как и HDR10, имеет один слой видеоконтента. В отличие от HDR10, HLG не имеет метаданных, поскольку задействует гибридную логарифмическую функцию HLG EOTF, частично повторяющую кривую функции SDR, частично HDR (рис. 7). Такая реализация теоретически позволяет воспроизводить HLG как на дисплеях, поддерживающих PQ EOTF (HDR10, HDR10+, Dolby Vision), так и на SDR дисплеях с колориметрическими параметрами, соответствующими BT. 2020.
Что касается степени реалистичности, HLG, как и HDR10, не способен полностью передать задумку и видение автора. А из-за особенностей функции HLG EOTF изменения оттенков могут быть заметны на дисплее SDR, если изображения содержат яркие области насыщенного цвета. Как правило, искажения наблюдают в сценах с зеркальными бликами.
Рис.7. Кривая HLG относительно SDR и PQ HDR.
Идентифицировать видеопоток HLG можно по параметру Transfer_characteristics, который будет иметь значение 14 или 18.
Для H.264/AVC и H.265/HEVC параметр может быть указан:
Для VP9 параметр может быть указан на уровне медиаконтейнера:
Для AV1 параметр может быть указан:
Рис. 8. Часть SPS → VUI параметров из AvcС и colr боксов MP4 медиаконтейнера.
HDR10+
Стандарт также описывает видеоконтент, соответствующий рекомендациям UHDTV BT.2020. 
HDR10+ задействует PQ EOTF, поэтому несовместим с SDR дисплеями.
В отличие от HDR10, HDR10+ задействует динамические метаданные. Это позволяет более эффективно редактировать каждую сцену в процессе мастеринга и полностью передавать задумку автора. Во время воспроизведения контента дисплей перестраивается от сцены к сцене таким образом, как её создал автор.
HDR10+ предлагает обратную совместимость с HDR10. В том случае, если дисплей не поддерживает HDR10+ динамические метаданные, но поддерживает статические метаданные HDR10, и в потоке или медиаконтейнере такие данные присутствуют, диcплей может воспроизвести видеопоследовательность по стандарту HDR10.
У H.264/AVC и H.265/HEVC динамические метаданные находятся на уровне элементарного потока в SEI user_data_registered_itu_t_t35 (рис. 10). У VP9 метаданные они указаны в BlockAddID (ITU-T T.35 metadata) WebM контейнера. У AV1 метаданные указаны в metadata_itut_t35() OBU синтаксисе.
Рис. 10. Динамические метаданные HDR10+, SEI сообщение.
Dolby Vision
Проприетарный и наиболее сложный HDR стандарт, разработанный и лицензируемый компанией Dolby. HDR стандарт, описывающий возможность применения сразу двух слоев в одном видеофайле: базового (Base layer, BL) и улучшенного (Enhancement layer, EL). В действительности наличие двух видео слоёв встречается редко из-за большого размера видео файлов и сложностей с подготовкой и воспроизведением такого контента.
2 Профиль 8.4 находится на этапе стандартизации.Максимальный уровень яркости — 1000 кд/м2.
BL для профилей 5,8,9 и EL для профилей 4 и 7 задействуют PQ EOTF, поэтому они не совместимы с SDR дисплеями. Такие профили используют динамические метаданные, схожие с метаданными у HDR10+. Это позволяет эффективно редактировать каждую сцену в процессе мастеринга и точно передавать задумку автора. При воспроизведении контента дисплей перестраивается от сцены к сцене, базируясь на динамических метаданных.
У H.264/AVC и H.265/HEVC видеоформатов динамические метаданные Dolby Vision находятся на уровне элементарного видео:
Что касается Dolby стандартизировали идентификацию Dolby Vision для MPEG-2 transport stream и MP4 медиаконтейнера. В MPEG-2 TS информирование осуществляется с помощью DOVI Video Stream Descriptor в PMT таблице, по содержанию которой можно определить профиль, уровень, наличие слоёв и совместимость. 
В MP4 контейнере с этой целью используются конфигурационные боксы: dvcc (для профилей ниже или равного 7), dvvc ( для профилей выше 7, но ниже 10), dvwc (для профилей равного и выше 10 — зарезервировано на будущее).
Также задействуется один из боксов:
Рис. 11. Конфигурационные боксы Dolby Vision из MP4 медиаконтейнера.
Общий обзор стандартов HDR
3 Динамические: профили 4 (EL), 5, 7, 8.1, 9. Отсутствуют в 8.4.
Воспроизведение HDR контента происходит следующим образом (рис. 12):
HLG не имеет метаданных. Если есть 2 видеослоя (BL/EL — профили 4 или 7 Dolby Vision), экстрактор их извлекает, но приложение может решить, какой слой и соответствующий декодер выбрать, в зависимости от возможностей платформы.
Рис. 12. Общий процесс воспроизведения HDR контента.
Валидацию HDR видеопотока условно можно разделить на несколько этапов.
Итак, в этой статье мы собрали наиболее значимую информацию по каждому HDR формату в одном месте. Описанные маркеры позволяют быстро погрузиться в предметную область HDR, идентифицировать, интегрировать HDR контент и решать возможные проблемы.
Источник
Александр Круглов, ведущий инженер компании Elecard. Работает в сфере видеоанализа с 2018 года. Александр отвечает за работу с крупнейшими клиентами Elecard, такими как Netflix, Cisco, Walt Disney Studios и др.