超能課堂(206):HDR標準眼花繚亂,什麼是真HDR顯示器?

HDR!如今打開各大電商平台,搜索電腦顯示器,你會發現它們大部分的標題上除了傳統的分辨率、刷新率和色域外,還會有一個叫HDR的東東。在寫法方面也有不同,「HDR」、「HDR技術」、「HDR 10」、「HDR 400」,一時間看得讓人眼花暸亂。那這個HDR到底是甚麼呢?

其實HDR的應該範圍非常應泛,只要是有屏幕的地方几乎都有它的身影。在電視市埸上,HDR技術已經存在了好多年,但一直都沒有一套統一的標準。而在2016年4月,由各家電視廠商及影視公司組成的UHD聯盟就推出了第一個統一的標準「Ultra HD Premium」。不過今天,我們主要集中討論顯示器的HDR。

簡介

HDR全稱是High Dynamic Range,翻譯過來就是高動態範圍圖像,意即展示更多不同層次的光亮和黑暗部分,提供更多的細節,最終使整個畫面更加真實及生動。


實際效果會有出入,圖片僅供參考
圖片來源: Trusted Review

要知道這個世界上顏色有很多種,光暗也有不同的程度。當顯示器在使用SDR(標準動態範圍)制式,或本身對比度不高的時,那些「稍為比黑要光一點,但還沒到灰」、「比黑色更黑一點的黑」(五、五彩斑斕的黑??)或者「比白色要暗一點點但也不是灰」的部分,就會變成一片黑色或者白色,沒有層次,導致其中的細節因此而丟失。

圖片來源: RTings

最普遍的例子就是,在一個普通的SDR顯示器上調亮量,不管是白色還是黑色都會一起調亮,不會看到裏面的各種層次。

HDR顯示器就透過提升屏幕對比度以及使用更多比特率(bit)的色彩(8-bit至10-bit)來實現更多層次的光暗和色彩表現,從而使畫面呈現更加多樣化的細節。


比較真實的視頻HDR效果,圖片僅供參考
圖片來源: WDDF Tech

而局部控光和提高峯值亮度則是顯示器用來提高對比度度的技術。因此同樣是調光亮度,HDR顯示器比起SDR顯示器,即便把全局光亮度調高了,由於有局部控光,細節依然會比較清晰可見。

局部控光

説到局部控光,其依靠的是屏幕背光技術,而目前的屏幕背光技術主要有兩種:側入式背光和直入式。而對應衍生出的局部控光技術就是側入式局部控光和全陣列局部控光(FALD)。首先要説明一點:背光分區愈多,局部亮度就調整得愈好,畫面的對比度提升得愈明顯。


從左至右:全陣列局部控光,側入式局部控光,直入式局部控光
圖片來源: Mighty Gadget

側入式局部控光是把背光燈設置在兩側或者底部,把導光板鋪到屏幕上,然後透過對燈光分區來實現局部控光。一般來説這種背光會有4-16個分區左右,愈多的分區,畫面局部光亮度就可以調整得愈好。這種也是最便宜和容易實現的背光方式。

至於全陣列局部控光則是把一個個細小的LED燈平均佈置到屏幕裏,藉此來達到背光效果。雖然有數量眾多的LED小燈,但並不代表每一個LED燈都可以獨立控制。它們都被劃分成不同區域,當有需要時,對應區域的LED燈會全部亮起或關掉。同時也因為LDE的數量多,所以相比起側入式背光,全陣列局部控光的背光區域可以多很多,理論上來説上千個都可以有。

不過,全陣列局部控光的成本較高,一般用此種背光技術的顯示器也會比較貴,而且也並不能夠做到完美的背光控制。

HDR格式

即便顯示器支持HDR也是不夠的,需要輸入的訊號也包含HDR格式才行。換言之,如果你看的視頻和玩的遊戲是不支持HDR的話,那你顯示器仍然會是以SDR來顯示這些內容的。

説到這裏筆者順便説説HDR格式。還記得文首提到過的「HDR 10」嗎?它其實就是HDR格式裏最低級最基本的一種,同時也是目前在應用得最為廣泛的HDR格式,市面上絕大部分的顯示器支持的HDR格式也是HDR 10。因此,當看到一個顯示器的標題寫着「HDR 10」,那就代表它是支持HDR顯示的。

而除了HDR 10之外,還有HDR 10+,Dolby Vision(杜比視界)和HLG這幾種格式。其中杜比視界和HLG都是偏向於電視廣播方向的,而杜比視界那12-bit色彩的要求使得目前基本上只有極少數電腦顯示器可以支持,電視倒是有不少可以滿足這個要求。值得一提的是,Youtube也支持播放杜比視界的視頻。

要知道目前主流顯示器還是靠8-bit + FRC抖動達成的10-bit色彩,真10-bit都比較少,更何況12-bit。至於HDR 10+,這個格式還是去年才新推出的。因此,要求10-bit色彩的HDR 10是目前電腦顯示器裏最廣泛支持的HDR格式。

下面這張圖詮釋了從視頻和拍攝的角度上來講,HDR和SDR從採集、處理到最終顯示出來的不同。可以看到,以SDR格式製作的影像,無論是色彩和對比度都比原片有非常大的出入,到了顯示器那關還要再被削掉一點。


圖片僅供參考
圖片來源: TFT Central

而在HDR之下,雖然採集影像還是會有部分損失,但一來比SDR好很多,而且用上HDR顯示器後,在最理想之下,色彩及對比度也不會削得像SDR顯示器那麼多。

小結

相信到這裏,大家都應該對於HDR是甚麼東東有個大概的瞭解。小結一下就是:HDR是讓顯示器畫面更加生動和真實的技術,能讓畫面的色彩與光暗更加有層次。具體做法就是以提高峯值亮度、局部控光來提升屏幕對比度,以及使用8-bit至10-bit的色彩來展示更多的顏色。

顯示器DisplayHDR標準

好了,現在知道了HDR是甚麼,那麼……你去哪?別走!你去哪?甚麼?你説你這就去買顯示器?急甚麼,你知道顯示器HDR的標準有哪些嗎?回來坐下!

説完了顯示器標題的「HDR」、「HDR技術」、「HDR 10」代表的是甚麼,接下來就説説「HDR 400」是甚麼東東。「HDR 400」其實是DisplayHDR標準中的其中一個等級,而這個DisplayHDR是由VESA(視頻電子標準協會)為顯示器及電視制定的一個HDR認證制度。

這個認證制度共有7個級別,規格符合相應級別的顯示器在通過VESA制定的測試後,就會獲發VESA認證,證明這個顯示器的確符合相應的級別。

不過,如果你看上的顯示器沒有經過VESA認證而又寫有例如「HDR 400」這樣的字眼的話,這代表這個顯示器的硬件規格的確是符合DisplayHDR的相應級別,但是沒有獲得其認證,HDR的功能還是能用的,不過廠家並不能保證它的效果。

至於沒有獲得認證的原因也不一定是測試不通過,其實也有可能是廠家急着要推出這款顯示器,所以沒有等到DisplayHDR認證下來就率先開售了,這種情況的話一般過幾個批次的顯示器就會有DisplayHDR認證了。

下面的表格就是DisplayHDR的各個級別。其中,顯示器最常見的是DisplayHDR 400至Display 1000這4個級別。

而下面這兩個級別則是為OLED顯示器而設的。它們更多關注的,是OLED顯示器展示純黑的能力。順帶一提,OLED顯示器的背光可以精細到像素級別,提供非常好的局部控光。

DisplayHDR 400 – 稱不上HDR的級別

在上文小結部分筆者提及過,局部控光來提升屏幕對比度是顯示器用來實現HDR的其中一個要素。

然而如果大家細心一點看的話,就會發現,在DisplayHDR 400的規格要求內,並沒有要求顯示器要做到局部控光。也就是説,獲得DisplayHDR 400認證的顯示器,雖然是掛着HDR的旗號,但是並不能做到提高對比度度這一要求。這意味着,在看顯示HDR內容時,顯示器是會讓屏幕的所有背光同時調亮或者變暗,因此不能表現出黑的地方更黑白的地方更白。下面左圖是開了HDR,右圖是沒開。

這個聽着是不是很熟?其實這跟很久之前的動態對比度基本上是同一回事,兩者都是透過調整全局亮度來提高對比度度。也就是説,DisplayHDR 400對於對比度的要求,還停留在好些年前。在這種情況下,HDR的核心要求高對比度怎麼可能實現?

另外一點DisplayHDR 400不好的地方,就是它要求的峯值亮度只是400 nit。在如今典型亮度300至350 nit峯值亮度顯示器滿天飛的情況下,400 nit峯值亮度所帶來的亮度變化是真的微乎其微。在亮度變化如此不顯著下,對比度想必也是上不去的,對比度上不去,談何HDR呢?


440 cd/m 2 亮度及350 cd/m 2 亮度對比

並且,DisplayHDR 400對於色彩只要求真8-bit(即不能夠6-bit+FRC抖動),而目前市埸上大部分主流27吋以上的顯示器都已經用上了8-bit色彩,甚至8bit+FRC抖動的10-bit或者真10-bit的顯示也不少。要知道8-bit的色彩對比10-bit在顯示顏色上來是差了很多的,既然差了那麼多,那麼HDR裏的各種色彩以8-bit來顯示的話,肯定是少很多的。


圖片來源: AVS Forum

其他DisplayHDR級別

好了,既然DisplayHDR 400不是真HDR,那怎樣才算是呢?其實從DisplayHDR 500開始,就已經能夠開始體驗到真正的HDR。因為從這個級別開始,一直到DisplayHDR 1400,都要求顯示器必須支持局部控光,哪怕是隻有少數區域調光也好。支持了局部控光,那麼對比度就會更高,細節也會更好。而更高的峯值亮度也對於提高對比度度有幫助。

除了要求局部控光,DisplayHDR 500以上還要求10-bit色彩,至少要有8-bit+FRC抖動。加上99% sRGB及 90% DCI-P3的色域要求,這兩項要素都會讓HDR內容裏的大部分顏色得以展示出來,相近顏色之間的過渡也會更加順滑。

不過目前DisplayHDR 500認證的顯示器數量比較少,DisplayHDR 600的比較多。這點是筆者比較疑惑的,可能是因為廠家覺得高不成低不就,成本又跟DisplayHDR 600差不多的關係吧。


在京東上基本搜不到HDR 500的顯示器,而HDR 600的則有不少

而到了DisplayHDR 1000甚至1400這個級別的顯示器,基本上就可以説是電腦顯示器市埸上最好的HDR體驗了。這種動輒上萬甚至幾萬元的顯示器,用的基本上都是全陣列局部控光,而且背光區域通常都是600起跳,最高端的甚至達到了1000+的分區。這麼多的分區對比起最基本的側入式局部控光,在對比度上的提升無疑是超級巨大的,對於觀看體驗來説非常不錯。

但是,是不是用了DisplayHDR 500以上的顯示器就代表打遊戲時開HDR就完全沒問題呢?筆者在做功課時,在網上看到有很多網友都説買了HDR顯示器,但在遊戲內開了HDR功能後整個畫面除了灰了點和沒那麼鮮豔外就沒其他分別,感覺不開還好點。




圖片來源: HardwareCanucks

無可否認,這的確是目前HDR遊戲普遍存在的情況,甚至在HDR 1000的顯示器上也會出現此問題。因此DisplayHDR 500以上的認證並不是靈丹妙藥,它們只能確保在觀看HDR視頻時獲較好的體驗,但遊戲方面就仍有待改善了。

總結

HDR是一種以提高對比度來提供更生動畫面的技術。目前有不同的局部控光技術可以達到提高對比度度的效果,有的效果好點但貴點。HDR的格式也有分好幾種,但目前主流顯示器支持的是HDR 10。

對比起電視市埸,顯示器市埸引入HDR功能只是近年來的事。從顯示器的角度來説,目前HDR的水還是有點深。有的顯示器支持HDR10的訊號就説自己是支持HDR,但實際上它們連最基本的典型亮度400 nit都達不到,又沒有局部控光,色域又窄。

VESA發佈的DisplayHDR標準是顯示器市埸上首個比較統一的HDR標準。儘管如此,其中有的級別仍然達不到HDR的要求,只是為廠商湊貼紙而生。因此在選購標榜HDR的顯示器時,記得要多留個心眼,問清楚參數才買。

如果真的要買HDR顯示器的話,直接無視DisplayHDR 400的,買DisplayHDR 600或者以上的就好。它的規格包括以下幾點:600 cd/m 2 (或者nit)以上亮度、擁有99% sRGB及90% DCI-P3色域,屏幕達到10-bit色彩。做到這幾點的顯示器至少可以給到用户一個入門級別的HDR體驗。

另外最好是買有Display HDR認證的顯示器,因為它能確保在HDR 600以上的級別一定會有局部控光,而這對於顯示器HDR來説是很重要的。