自9月去日本東京參加索尼BRAVIA電視活動後，我在心中就有一個疑問。爲何每次的技術革新都會引發不同標準間的格式之爭，比如當年的VHS與Be****x，藍光與HD DVD，再如TD-LTE與LTE-FDD。人們總是樂於創造互相無法兼容的標準，然後交給市場去檢驗，而作爲消費者的我們卻往往不會從中得到任何好處。 目前HDR共有四種標準，Dolby Vision、HDR10、HLG和SL-HDR1，其中前三個討論最爲激烈。電影和流媒體運營商大多支持Dolby Vision與HDR10，而以BBC、NHK爲代表的電視臺則選擇站在HLG這邊。有趣的是，同屬一個技術原理的Dolby Vision與HDR10也開始出現嫌隙，電視廠商的站隊更是亂作一團。有Dolby Vision、HDR10全支持的，也有僅支持HDR10而明確表示不支持Dolby Vision的，一場好戲正在上演。但這回我們消費者完全可以作壁上觀，不站任何的隊，所謂的格式戰根本不存在。我們唯一想要弄清的是究竟爲何會有如此多的HDR標準，這些HDR標準各自又有什麼特點？
如果你覺得《乾貨滿滿 索尼東京電視部門大本營內的三小時》這篇文章裏對HDR的講解還不夠全面，那麼這次就來更深入地來了解HDR吧。
首先，你真的明白什麼是HDR嗎？
HDR這個詞逐漸有濫用的趨勢。拍照有HDR，攝影也有HDR，視頻也有HDR，顯示也有HDR，那這些HDR都是指同一種技術嗎？還真不是。
手機上所配備的HDR其實是一種多幀合成技術，無論是拍照片也好、錄製視頻也好，手機在一幀內同時拍攝多張畫面，然後利用算法處理將不同畫面的明暗部分合成在一起，以達到同時保留高光細節與暗部細節的目的。這確實符合HDR高動態範圍的宗旨，但由於是人工參與，不同手機間的效果層次不齊。而且有時存在矯正過度，對比度不自然的問題。因此嚴格來說，這種經過HDR處理的照片或視頻依然屬於SDR的範疇。
基於多幀合成的HDR照片，其實叫“色調映射” 那麼真正的HDR究竟是什麼呢？以技術定義而言，HDR遵循自己獨有的一套光電轉換機制，即光信號與電信號之間的轉換。我們拍照時，將真實的場景以數字信號保存爲照片，這就是光信號轉換爲電信號的一個過程。顯然，手機拍照的所謂HDR只是一種軟件處理，不涉及光電的轉換，因此它們並不能算是真正的HDR，技術上這叫“色調映射”。
HDR可以帶來更寬廣的動態範圍 那麼HDR與SDR的不同之處在哪裏？首先還是技術方面，兩者的伽馬曲線不同。伽馬曲線定義了影像系統中光線輝度的一種非線性變化。SDR與HDR使用了不同的伽瑪曲線，這決定了我們在看HDR片源，能夠看到更多的亮度信息。那麼最終表現在實際效果上時，HDR就擁有更高的色深、更廣的動態範圍和更強的色彩表現力。但因爲HDR與SDR兩個不同的伽瑪曲線，所以也造成了兩者在相互兼容性上的問題存在。 對CRT時代的徹底告別
你或許會感到驚訝，我們現在所沿用的很多標準依然是CRT時代制定下來的。比如BT.709、sRGB色域、100nits最高亮度等，包括SDR也是。基於CRT的一些特性，當時的人們爲其量身定製了一套標準，隨後內容製作者們均按照這一標準來製作內容。這一套標準被沿用至今，比如藍光所採用的色域依然是BT.709，最高亮度100nits，8bit的色深，而SDR則提供6檔的動態範圍。但液晶電視的能力早已超過了這一水平，業界迫切需要訂立一套符合現代的新標準。 在這一段等待期內，由於新標準尚未確立，內容依然還是以舊標準制作。於是電視廠商爲了彌補畫面表現上的不足，開發了各種畫質增強技術，比如廣色域顯示技術、新廣色域標準（例如x.v.Color）以及動態背光調節。其中值得一說的是動態背光調節，廠商做出了“遇到黑色就關閉背光燈，遇到高光就加強背光燈”這一取巧的方式來提升畫面的動態範圍，這可以被稱爲是“模擬HDR”，比如索尼的精銳光控技術和夏普的煌彩技術，都是這一原理。
通過調節背光亮度來加強SDR畫面的動態範圍，這可以被視爲“模擬HDR” 真正的HDR要等到2015年8月27日纔算誕生，那一天美國消費者技術協會（Consumer Technology Association）公佈了HDR10標準，提供17.6檔的動態範圍。今天，所有的HDR電視均支持這一標準。長久以來，電視技術大幅超前於內容標準的怪象終於得以改善，也意味着對CRT時代的徹底告別。
PQ陣營的“分裂”
雖然HDR10是第一個達到普世目的的HDR標準，但它卻不是第一個HDR標準，Dolby Vision纔是。有趣的是，Dolby Vision與HDR10基於同一套HDR機制，結果卻“分道揚鑣”走了完全不同的兩條路。
Perceptual Quantizer感知量化，是由杜比設立的HDR轉換方式。其本質是將亮度等級以絕對的數值進行記錄，用杜比實驗室多屏視頻副總裁Roland Vlaicu的話來說“這能體現內容創作者的創作意圖”。與Perceptual Quantizer相對應的是HLG，我待會會說。
使用PQ系統製作的HDR畫面（HDR10）
SDR畫面，HDR展現了壓倒性的高亮度 我們都知道HDR10相當於Dolby Vision的低配版，但很多人並不知道爲什麼會存在高配版與低配版這樣的“分裂”。Roland Vlaicu告訴愛活，Perceptual Quantizer（也叫SMTPE ST2084）是由杜比開發的，包括隨後的HDR標準也由杜比參與制定。但最後我們看到的HDR10標準在規格上低於Dolby Vision，這有兩點好處：
1。更高規格的標準意味着消費者可以體驗到更高的品質；
2。若有需要，Dolby Vision所提供的調色母版可以很輕易地生成包括HDR10在內的其他格式。 言下之意，Dolby Vision與HDR10之間更像是標準版與低配版的關係。從HDR10版本中無法生成Dolby Vision版本，反過來卻可以。HDR10顯然是標準制定者們爲了滿足大部分設備的平均性能而做出的妥協產物，它是免費的，但卻是最低限度的免費。而代價是HDR10不兼容SDR，色深僅有10bit；使用靜態元數據，對不同設備性能間的映射能力不足。在捨棄了這些後，HDR10於是便成爲免費授權的通用HDR標準。 但這個通用HDR標準是存在明顯短板的，無法兼容SDR使得HDR10內容無法在非HDR電視上播放。雖然4K藍光播放機會提供HDR轉SDR的功能，但這顯然有損於畫質，且最終效果視廠商的調教能力而有所不同。原因很簡單，PQ屬於“絕對”的轉換系統，它的每一份信息都有一個對應的、絕對的值，因此會產生與SDR電視在信號匹配上的問題。Dolby Vision爲了解決這一問題，因此採用了雙層編碼技術，即我不需要各自準備一份HDR內容和一份SDR內容，而是在SDR內容的基本層上再增加支持HDR的增強層，從而達到兼容SDR的目的。
Dolby Vision使用基本層+增強層來實現向下的兼容性 同時爲了確保HDR內容能夠在不同的顯示設備上都有着一致的畫面精度，Dolby Vision使用動態元數據來描述所有的場景。一方面，這確保Dolby Vision內容回放在任何支持Dolby Vision的設備上都能有着最佳的畫面準確度，而不會因爲廠商的不同調教出現巨大的畫面差異。另一方面，正如上面所說的，Dolby Vision可以很輕易地輸出其他標準的畫面，比如HDR10、SDR或是Rec.709色域的內容，簡化對多格式內容製作的流程。 我們可以這樣認爲，HDR10是Dolby Vision的一個子集，後者在前者的基礎上提供了更多的功能，因此Dolby Vision是付費授權的。目前已經有包括Vizio、LG、TCL、創維等在內的一些電視廠商表示支持Dolby Vision，而像三星、索尼這樣的大廠則依然堅持HDR10。儘管很多媒體都添油加醋，稱這是一場HDR的格式大戰，但我認爲這純粹是聽風就是雨。杜比已明確表示，所有支持Dolby Vision的設備均同時支持HDR10，不存在多HDR格式之間的兼容性問題，格式戰的言論可以休矣。
Dolby Vision實拍畫面 對於我們消費者來說，需要考慮的就只有“你是否願意爲HDR買單”這一個問題而已。無論Dolby Vision，還是HDR10，都是時代發展的產物，它們均肩負起了未來HDR內容的推廣責任。目前Dolby Vision的內容主要流通於電影和流媒體領域，杜比聲稱搭載Dolby Vision內容的4K藍光盤有望在2017年上市。在此我不想主觀評價Dolby Vision與HDR10的優劣，就目前而言也不具備太大的意義。
BBC的疑慮
“他們展示了非常震撼的畫面……但這（指Dolby Vision）需要爲SDR和HDR製作兩套複雜的編碼系統以及兩種單獨的色彩等級。我們不明白該如何向我們的觀衆提供這種技術，電視臺的預算有限，而且無法在同一信號上提供兩種色彩等級。”
（原話：“They showed spectacular TV pictures…but it would have required a complicated encoding system to deliver to both standard dynamic range [today’s TVs] as well as HDR displays。 And it would have needed two separate color grades [for each version]。 We just couldn’t see how we could deliver that type of experience to our audiences。 TV is run on a shoestring budget and can’t afford two color grades。”）
當BBC的R&D廣播和連接系統部首席技術專家Andrew Cotton在2013年觀看了Dolby Vision的技術演示後，他發表了上述的言論。
HLG伽馬曲線中，亮度與信號關係的示意圖 衆所周知，不同於PQ系統，BBC與NHK合作開發了另一項HDR技術HLG（Hybrid Log-Gamma），並認爲這是針對電視廣播信號的最佳HDR技術。HLG的推出基於一個非常簡單的目的，就是簡化HDR的製作流程。它與PQ系統的不同之處在於，HLG可以在攝像機內直接完成HDR的編碼，這被稱爲“場景參考”；而PQ需要在之後對信號進行處理，以適配監視器的亮度等級，這叫“顯示參考”。通常，場景參考不包含創作意圖，顯示參考則包含創作意圖。這也很容易理解，在HLG系統中攝像機基於傳感器的響應曲線對不同的曝光環境進行信息採集，那麼最終呈現出來的畫面亮度變化是取決於曝光水平，而非製作者的想法。但在PQ系統中製作者直接參與內容的處理，以監視器的亮度等級作爲參考來對內容進行編碼與調色，最終反映出來的就是製作者所想表達的創作意圖，最簡單的例子就是電影拍攝後的後期處理。
但正如Andrew所說，電視臺的預算與精力有限，無法像電影公司那樣投入大量的人力進行內容再製作。而且電視臺的節目信號都是24小時播放的，也不可能花費大量的時間去進行HDR的編碼。
“並且我也看不到PQ系統在電視節目製作流程上的實際應用性，我們必須保持不間斷的信號播出。”
（原話：“Also I can not see how you can realistically use PQ for TV workflows where you have to have a continuous output。”）
Andrew明確表示他的態度。但更重要的，可能還不止這些。
“杜比雖然展示了他們的技術，但他們並不能代表電視行業，這裏所面臨的挑戰十分複雜。”
（原話：“Dolby has shown demos of PQ … but they don’t fully represent the complexity of TV’s challenges。”）
這句話的隱藏含義是，電視廣播領域所需解決的問題遠比杜比想象得要多。畢竟電視臺面向全球所有的電視用戶，而用戶家裏的電視更是五花八門，甚至還有人在使用等離子或是更老的CRT電視。要想讓HDR信號同時適配成千上萬不同的電視，杜比的方案顯然是難以滿足的。
舉一個大多數人都不知道的例子，我們的電視所接受的圖像信號其實並不是RGB三色編碼，而是YUV編碼。其中Y是指明度，U和V是指彩度，三個信號圖像疊加後就看到了彩色畫面。之所以不使用RGB編碼是因爲YUV信號所需的帶寬較少，另外更重要的是YUV能夠完美兼容黑白電視。因爲黑白電視的圖像只能顯示明度，那麼只需要顯示Y部分的信號就可以了，而RGB編碼就不能兼容黑白電視。
HLG技術演示 道理是相通的，Dolby Vision的內容只能在支持Dolby Vision的設備上播放，它依然沒有解決如何爲全球絕大多數電視實現廣泛兼容性的問題。而HLG則不同，除了可以在拍攝階段直接完成HDR的編碼，它所採用的“相對”亮度等級可以適配所有不同性能的電視。HLG並不像PQ系統那樣有明確標識的亮度範圍，而是採用彈性的百分比，它所提供的動態範圍爲1200%。正因爲是具有彈性的動態範圍，所以它可以在任何電視的動態範圍內實現這一彈性，這使其無論在舊電視還是新電視，SDR電視還是HDR電視，都有着絕佳的兼容性。可以說，兼容性是HLG的一大利器。相比之下，HDR10不兼容SDR，而Dolby Vision兼容SDR，卻要求專用的芯片支持。HLG是完全免費授權的，可以通過固件升級的方式加以支持。 不同於Dolby Vision與HDR10，HLG並不是4K藍光標準的一部分，未來它可能只會使用在電視廣播信號上，而不是電影、電視劇或是流媒體領域。另外，HLG雖然能兼容所有電視，但是否都能擁有高質量的畫面效果也尚未可知，畢竟亮度信號的拉昇也可能造成渲染質量的下降。但作爲標準的制定者，NHK已經在測試8K HLG信號廣播的實用化，一些電視廠商也表態將來會支持HLG技術。未來HLG被納入4K藍光標準，也只是時間問題吧。
不存在的HDR格式戰
看到這裏相信你能明白，爲什麼說不存在所謂的HDR格式戰了，Dolby Vision、HDR10、HLG都有各自的使命。HDR10是目前流通最廣的HDR標準，Dolby Vision則在電影、電視劇領域大放異彩，使用Dolby Vision技術的Dolby Cinema更是向IMAX發起挑戰。HLG相信會成爲未來HDR電視廣播信號的主流格式，在直播、UCG領域得到廣泛採用。因此，你能評價哪種HDR格式更好嗎？不能，因爲它們都有各自擅長的領域。依不同的使用場景，有各自的優點。我也很期待由意法半導體、飛利浦主導的SL-HDR1，目前這個市場不存在敵人，大家都只是用不同的方式來實現不同的目的而已。願那你死我活的格式戰，再也不會發生。好拉，HDR到底是什麼？HDR的四種標準，Dolby Vision、HDR10、HLG和SL-HDR1文章分享完畢，謝謝咯。