معرفی فناوری تصویر HDR

یکی از محبوب‌ترین عبارات امروزی دنیای فناوری، HDR است. به هر کجا که بروید، تلویزیون ها، سرویس‌های پخش ویدئو، کنسول‌های بازی و حتی تلفن‌های هوشمند را مشاهده می کنید که سازگار با HDR هستند. اما واقعا HDR چیست؟

HDR در گذشته‌های نه‌چندان دور فقط برای دوربین‌ها و عکاسی استفاده می‌شد، اما امروزه برای گستره‌ی وسیعی از ابزارها شامل گوشی‌های هوشمند، نمایشگرها و تلویزیون‌ها کاربرد دارد و اطلاع از چگونگی کارکرد آن برای انتخاب درست و تشخیصِ تمایز بین محصولاتِ مختلف امری الزامی محسوب می‌شود. از سوی دیگر نرم‌افزارهای کاربردی و ابزارِ ویرایش و تولید محتوا نیز به این قابلیت مجهز شده‌اند و خروجیِ پردازش شده با این قابلیت را تولید می‌کنند.

معرفی HDR

HDR مخفف High Dynamic Range است که به معنای محدوده دینامیکی بالا شناخته می‌شود و از جمله مهمترین استاندارد‌های ویدیویی بعد از معرفی کیفیت تصویر HD در دنیا محسوب می‌شود. HDR یک اصطلاح نسبتا جدید در دنیای فناوری صفحه نمایش و به‌طورکلی تصویر است که باعث ایجاد جهشی فوق العاده‌ در کیفیت تصویر شده‌ است.

فناوری HDR کنتراست میان رنگ‌های سیاه و سفید و محدوده دینامیکی را افزایش می‌دهد. این افزایش بدان معناست که رنگ‌های سفید، روشن‌تر و رنگ‌های سیاه، تیره‌تر به نمایش در‌می‌آیند و رنگ‌های دیگر نیز با غنای بیشتری مشاهده می‌شوند. 

کاربرد HDR در دوربین‌ها و عکاسی

فناوری HDR در گذشته‌های نه‌چندان دور فقط برای دوربین‌ها و عکاسی استفاده می‌شد. این فناوری سال‌ها است که در زمینه عکاسی بر سر زبان‌ها افتاده است و عکاسان حرفه‌ای از دوربین‌های مبتنی بر فناوری HDR استفاده می‌کنند. دوربین‌های HDR به منظور نمایش بهتر روشنایی و تاریکی یک صحنه، چندین عکس با نوردهی متفاوت تهیه می‌کنند. سپس این تصاویر ترکیب شده و تصویر واحدی ایجاد می‌شود که نسبت به تصاویر عادی، دامنه‌ی شدت‌های نوری را دقیق‌تر به نمایش می‌گذارند.

کاربرد HDR در نمایشگر‌ها

کمپانی‌های تولید نمایشگر‌ چند سالی است که به سمت فناوری HDR رفته و در تولیدات خود آن را نیز لحاظ کرده‌اند. دارا بودن قابلیت HDR باعث می‌شود پنل صفحه نمایش ما از وسعت رنگ بالاتری برخوردار بوده و تعداد رنگ‌های تولید شده بیشتر باشد که این امر سبب می‌شود طیف رنگی قابل استفاده هنگام نمایش تصاویر وسیع‌تر بوده و رنگ‌ها جذاب‌تر به نظر برسند همچنین سایه‌روشن‌ها در این تصاویر قابل تفکیک از هم نخواهند بود و یکپارچگی بیشتری خواهند داشت.

فناوری HDR در تلویزیون‌ها، مانیتورها و گوشی‌های موبایل هدفِ نمایش واقعی‌تر رنگ‌ها را دنبال می‌کند، اما به جای استفاده از پروسه‌ی ترکیب چندین تصویر با یکدیگر، سازند‌گان از پنل‌هایی استفاده می‌کنند که گاموت وسیع‌تری را نسبت به تلویزیون‌های قدیمیِ RGB ارائه می‌دهند (گاموت رنگی یا محدوده رنگی در واقع به تمام رنگ هایی گفته می شود که نمایشگر مورد نظر قادر به بازتولید آنهاست)، کمپانی انویدیا پیش از این اعلام کرده بود که فناوری HDR گاموت را با ضریب دو گسترش می‌دهد، این بدان معنا است که نمایشگر‌های مبتنی بر این فناوری قادر به نمایش در حدود ۷۵ درصد از طیف مرئی هستند.

ملزومات HDR

علاوه بر یک یک نمایشگر یا تلویزیونِ HDR، برای استفاده از این فناوری به یک پخش‌کننده‌ی بهره‌مند از این فناوری، کابل HDMI 2.0 یا HDMI 2.1 و محتواهایی که به وسیله دوربین‌های مبتنی بر HDR تصویر‌برداری شده‌اند نیاز دارید. کیفیت بالاترِ کابل در استانداردهای جدید ضرورت دارد، چرا که در فرمت HDR اطلاعات بسیار بیشتری به نمایشگر ارسال می‌شود و اطلاعاتِ روشنایی و رنگ را در محدوده بسیار وسیع‌تری ارائه می‌دهد. نمایشگرهای با قابلیت HDR می‌توانند این اطلاعات را بخوانند و تصویری که از طیف وسیع‌تری از رنگ و روشنایی ساخته شده است را نشان دهند. علاوه بر گستره‌ی وسیع‌تر، ویدیوی HDR به سادگی حاوی داده‌های بیشتری است تا تمایز واضح‌تری را در میان بازه‌های هر دو انتهای طیف توصیف کند. این بدان معناست که اگر نمایشگر از HDR پشتیبانی کند، اشیاء بسیار روشن و اشیاء بسیار تیره روی یک صفحه نمایش را می‌توان بسیار روشن و بسیار تاریک نشان داد.

در بخش گیمینگ به کنسول یا پردازنده گرافیکی نیاز دارید که توانایی ایجاد تصاویر HDR را داشته باشد. امروزه در بخش کارت‌های گرافیک پی‌سی این قابلیت مدت‌هاست که پشتیبانی می‌شود. همچنین کمپانی مایکروسافت از زمانِ عرضه‌ی ایکس‌باکس وان اس این امکان را در اختیار بازیکنان قرار داد و در طرف مقابل کمپانی سونی نیز با انتشار یک بروزرسانی این فناوری را به کنسول نسل هشتم خود اضافه کرده بود. کنسول‌های نسل نهم نیز این قابلیت را به صورت ذاتی پشتیبانی می‌کنند و مایکروسافت هم قابلیتی به نام Auto HDR در ایکس باکس و ویندوز 11 دارد که برخی بازی‌های قدیمی را به این قابلیت مجهز می‌کند.

انواع HDR

HDR در حال حاضر چندین فرمت مختلف از شرکت‌های مختلف دارد، اما 3 مورد وجود دارد که بیشترین استقبال را از آن خود کرده اند:

• HDR10: استاندارد باز از HDR با متادیتای استاتیک
• +HDR10: استاندارد بدون حق امتیاز از HDR با متادیتای داینامیک
• Dolby Vision: استاندارد اختصاصی ساخته شده توسط Dolby برای HDR با متادیتای داینامیک

یکی از مواردی که بین انواع فرمت‌های HDR تفاوت دارد نوع متادیتا می‌باشد. در متادیتا یا فراداده ایستا، میزان روشنایی یا دیگر موارد تنها یک بار و آن هم در ابتدای شروع محتوا تنظیم می‌گردند، این در حالی است که در متادیتا داینامیک یا پویا، صحنه به صحنه یا حتی فریم به فریم نمایشگر را از وضعیت و کیفیت حال حاضر مطلع می‌سازند. بدین شکل، احتمال افت کیفیت یا دقت به حداکثر خواهد رسید.

از دیگر فرمت‌های دنیای HDR می‌توانیم به HLG یا Hybrid Log-Gamma اشاره کنیم که توسط دو شرکت BBC و NHK توسعه پیدا کرده‌اند. HLG از HDR استاتیک استفاده می‌کند و با HDR10 و دالبی ویژن هم سازگاری دارد. در ادامه به معرفی و بررسی هر سه فرمت رایج فناوری HDR می‌پردازیم.

HDR10

این استاندارد اولین بار توسط Consumer Technology Association در ایالات متحده معرفی شد. در این استاندارد metadata یا فراداده به صورت ثابت به استریم ویدئویی ارسال می‌شود که شامل اطلاعات رمزگذاری شده از تنظیمات کالیبراسیونِ رنگ مورد نیاز برای واقعی جلوه دادن تصویر است. این استاندارد از فرمتِ رنگ ۱۰ بیتی پشتیبانی می‌کند. به‌علاوه، حداکثر روشنایی تا سطح ۱۰۰۰ نیت در HDR10 پشتیبانی می‌شود.

+HDR10

این استاندارد توسط شرکت‌های سامسونگ و Amazon Video یا همان Prime Video معرفی و پشتیبانی شد و تفاوت آن با HDR10 این است که علاوه بر پشتیبانی از فرمت رنگ ۱۰ بیتی، از فراداده‌های پویا برای نمایش استفاده می‌کند که به نمایشگر اجازه می‌دهد سطحِ روشنایی و رنگ را فریم به فریم کنترل کند تا تصاویر واقعی‌تری بدست آید. این استاندارد حداکثر روشنایی تا سطح ۴۰۰۰ نیت را پشتیبانی می‌کند.

Dolby Vision

استاندارد اختصاصی Dolby برای HDR هم دالبی ویژن نامگذاری شده که مانندِ +HDR10 از فراداده‌های پویا (Dynamic metadata) برای نمایش تصاویر بهره می‌گیرد. اما دالبی از عمق رنگِ بالاتر ۱۲ بیتی برای نمایش پشتیبانی می‌کند. این قابلیت نشان می‌دهد که نمایشگرهای دارای Dolby Vision می توانند ۱۰ برابر بیشتر از HDR10 نور تولید کنند. اگر چه تعداد کمی از تلویزیون‌ها وجود دارند که از ۱۰۰۰۰ نیت پشتیبانی می‌کنند. Dolby Vision یک فناوری سینمایی قدرتمند است که در تلویزیون‌های سطح بالا تعبیه می‌شود.

در جدول زیر ویژگی‌های این 3 فرمت رایج HDR به مختصر با یکدیگر مقایسه شده است:

گواهی DisplayHDR

بسیاری از پنل‌های تصویری بکار گرفته شده در نمایشگرهای امروزی از روشنایی لازم برای نمایش تصاویر HDR بهره‌مند نیستند حتی اگر نشان HDR هم توسط سازنده بر روی محصول نصب شده باشد. سازمانی به نام VESA (مخففِ Video Electronics Standards Association و زیرمجموعه‌ای از Allion Labs) با اعلام الزاماتی برای فناوری HDR و نیز انجام آزمایش‌های مخصوص روی محصولات در میزان روشنایی‌های مختلف، تاییدیه‌ DisplayHDR را در سطوح روشنایی ۴۰۰ تا ۱۴۰۰ نیت به آنها اعطا می‌کند تا مصرف‌کننده از کیفیت نمایش HDR در نمایشگری که قصد خریدش را دارد مطمئن باشد. همچنین نشان‌های شامل True Black هم برای نمایشگرهای OLED در نظر گرفته شده‌اند که عموما سطح روشنایی پایین‌تری نسبت به پنل‌های LCD با نور پس زمینه‌ی LED دارند.

عموما مانیتورهای ارزان قیمتی که نشان HDR 400 دریافت کرده‌اند کیفیت مناسبی در حالت HDR ندارند و بعضا تصاویر HDR را با روشنایی یا رنگ‌های نامناسب نمایش می‌دهند. بنابراین هر محصولی که نشان HDR داشته باشد لزوما از توانایی نمایش مناسب صحنه‌های HDR برخوردار نیست و کیفیت نمایش HDR هم در نمایشگرها یا تلویزیون‌های ارزانتر به خوبی نمایش HDR در پنل‌های گران‌قیمت‌تر و رده بالا نخواهد بود و این محصولات باید توسط کارشناسان بررسی و رده‌بندی شوند. کیفیت مناسب در حالت HDR عموما با پنل‌هایی که توانایی ارائه روشنایی ۱۰۰۰ نیت یا بالاتر را دارند در نمایشگرهای LED محقق می‌شود.

کدام استاندارد HDR بهتر است؟

تمام نمایشگرهایی که قابلیت HDR دارند باید دست‌کم ملزومات رسمی استاندارد HDR10 را رعایت کرده باشند. نمایشگرهایی که گواهی +HDR10 را دریافت کنند از قابلیت نمایش واقعی‌تر و کیفیت بالاتر صحنه‌ها در حالت HDR برخوردار خواهند بود، چرا که طیف رنگیِ گسترده‌تری نسبت به HDR10 دارند و حداکثر روشنایی بالاتری را هم پشتیبانی می‌کنند. اما تجملی‌ترین استاندارد HDR و با کیفیت‌ترینِ آنها هم دالبی ویژن است که تنها در محصولات گران‌تر و رده حرفه‌ای مشاهده خواهد شد. در واقع +HDR10 و Dolby Vision از نظر ارائه‌ی کیفیتِ بالای HDR به نوعی رقیب یکدیگر محسوب می‌شوند و HDR10 استاندارد پایه‌ای و حداقلی برای تمام نمایشگرهای HDR است. استاندارد Dolby Cinema هم در واقع ترکیبی از Dolby Vision و Dolby Atmos برای تلویزیون‌های رده بالای امروزی ارائه می‌کند و فقط منحصر به کیفیت نمایش HDR نیست.