Czym jest technologia HDR i jak działa

Technologia HDR (z ang. High Dynamic Range) pozwala wyświetlić obraz o dużej rozpiętości tonalnej - ukazujący detale zarówno w bardzo jasnych, jak i ciemnych obszarach. Ujęcie robione w technologii HDR poddawane jest "spłaszczeniu", tak by mogło zostać oddane poprawnie na ekranie SDR (o standardowym zakresie dynamiki). Uzyskujemy zatem obraz o większej ilości szczegółów, jednak nadal daleki od tego co widzimy w rzeczywistości. Wyświetlacze obsługujące technologię HDR pozwalają natomiast oddać te wyższe stopnie światła, zawarte w jasnych partiach obrazu bez "spłaszczania". Innymi słowy, oddać lepiej to co było widziane przed kamerą.

Dotychczasowe wyświetlacze SDR miały ograniczoną jasność do ok. 100c d/m2, ponieważ ograniczenia techniczne ekranu nie pozwalały na uzyskanie lepszego wyniku. Wprawdzie współczesne telewizory potrafią pokazać jaśniejszy obraz, jednak w studiach filmowych i graficznych nie stosowano do tej pory takich ustawień, toteż rozjaśnienie wyświetlacza nadmiernie rozjaśniało obraz jako całość. Technologia HDR zmienia to podejście i ustala maksymalną jasność znacznie, znacznie wyżej – nawet do 10 000 cd/m2. To ponad 100-krotny wzrost. Dzięki wprowadzeniu takich zmian na poziomie norm, treść, która trafi na nasz ekran nie będzie nadmiernie jaskrawa i męcząca dla zmysłu wzroku. Jedynie detale, zakodowane jako najjaśniejsze, zyskają na intensywności. Dzięki temu obraz ma być bliższy temu rzeczywistemu.

Obecne standardy pozwalają zapisać obraz o jasności do 10 000 cd/m2. Konsorcjum UHD Alliance nadaje swój certyfikat Ultra HD Premium wyświetlaczom mającym potencjał 1 000 cd/m2. To dziesięciokrotnie mniej niż maksimum, ale także dziesięciokrotnie więcej niż to, co przez lata oferowali producenci telewizyjni. Większość z nich wciąż oferuje treści w standardowym zakresie tonalnym, co oznacza, że podczas procesów związanych z postprodukcją, dystrybucją oraz wyświetlaniem, następuje częściowa utrata informacji o oryginalnym obrazie.

Zastosowanie technologii poszerzonego zakresu tonalnego (HDR) pozwala na zachowanie kontrastu oraz kolorów oryginalnej produkcji w dużo większym stopniu. Wyświetlacz zgodny z HDR jest w stanie odebrać większą ilość informacji o kolorach i kontraście, a następnie przetworzyć je na obraz lepszej jakości - dzięki poszerzonemu zakresowi tonalnemu jest on o wiele bardziej zbliżony do rzeczywistości widzianej przez ludzkie oko.

Najpopularniejsze dostępne na rynku standardy HDR to HDR10 oraz HDR Dolby Vision. Z perspektywy jakości obrazu, HDR Dolby Vision ma pewne przewagi. HDR10 współpracuje ze statycznymi metadanymi - są to niezbędne dla wyświetlacza informacje, takie jak ustawienia jasności sprzętu, z którym pracował reżyser. Dolby Vision posiada dodatkowo dynamiczne metadane przypisane do poszczególnych scen i klatek filmów. Znając takie parametry, telewizor jest w stanie oddać obraz tak, jak przewidział to autor obrazu.

Różnica pomiędzy dwoma standardami HDR sprowadza się do tego, że HDR10 narzuca jedną wartość jasności reżyserskiej dla całego filmu, a bogatszy Dolby Vision precyzuje ją niezależnie dla każdej klatki. W praktyce oznacza to, że jeśli reżyser pracował na wyświetlaczu o naprawdę dużym potencjale, to nasz telewizor będzie stale wyświetlał znaczną część obrazu ze skompresowanymi i przyciemnionymi przejściami tonalnymi (by potencjalnie nie zlały się w jednolitą plamę). Problem w tym, że w filmie może być wiele scen, które wcale nie wykraczałyby ponad możliwości konkretnego telewizora, ale pojedyncza wartość jasności monitora reżyserskiego nie pozwoli tego stwierdzić.

W całkowicie innej sytuacji znajdujemy się w przypadku Dolby Vision. Tu precyzyjnie określona wartość szczytowej jasności, przypisana do każdej, pojedynczej klatki obrazu, pozwoli wykorzystać maksymalny potencjał w każdej scenie. Ewentualna kompresja tonów i przyciemnienie nastąpi wyłącznie tam gdzie to konieczne, zachowując możliwie dużą ilość szczegółów.

Druga przewaga technologii HDR Dolby Vision to rozwiązane nazwane Display Mapper (Inteligent Mapping Engine). Każdy piksel obrazu HDR Dolby Vision posiada dokładnie określoną jasność, pakiet dynamicznych metadanych oraz informacje o używanym ekranie. Inteligent Mapping Engine używając specjalnych algorytmów dostosowuje wyświetlany obraz do danego telewizora, po to by zaprezentować treści zgodnie z intencjami twórców i wykorzystać cały potencjał urządzenia.

Duża jasność ekranu nie zawsze przekłada się na wyższą jakość obrazu. Chociaż matryca LCD ma tutaj nieco większe możliwości niż OLED, nie pozwala na pełne odwzorowanie obrazu HDR, ponieważ wymaga stosowania modułów podświetlenia, których nie da się całkowicie wyłączyć. Innymi słowy, telewizory LCD mają ograniczoną zdolność do odwzorowywania ciemnych obiektów, ponieważ ich ekran nie może być idealnie czarny.

Diody organiczne, które stanowią samodzielne źródło światła, pozwalają precyzyjne odwzorować bardzo małe wartości luminancji, w tym idealną czerń. Dzięki temu matryce OLED posiadają najwyższy współczynnik kontrastu na rynku oraz szerszy niż w wyświetlaczach LCD zakres tonalny, dzięki czemu mogą wyraźne odwzorować żywe szczegóły nawet w najciemniejszych obszarach obrazu.