HDR چیست و چه اهمیتی دارد؟

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. در این مقاله ابتدا به مفهوم HDR و کارکردِ آن خواهیم پرداخت و سپس استانداردهای رایج HDR را معرفی خواهیم کرد.

HDR مخفف High Dynamic Range به معنای دامنه دینامیکی بالا است. این فناوری سال‌ها است که در زمینه عکاسی بر سر زبان‌ها افتاده است و عکاسان حرفه‌ای از دوربین‌های مبتنی بر فناوری HDR استفاده می‌کنند. با این حال کمپانی‌های تولید نمایشگر‌ چند سالی است که به سمت این فناوری رفته و در تولیدات خود آن را نیز لحاظ کرده‌اند. 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.

در مقابل 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. 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. به منظور مقایسه طیف رنگ‌های HDR (مثلث سیاه) و sRGB (مثلث زرد) می‌توانید چارت CIE زیر را مشاهده می‌کنید.

همچنین می‌توانید تبلیغ تلویزیون‌های HDR سامسونگ و نقاط قوت آن‌ها را مشاهده کنید.

دانلود از آپارات

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. برای مثال آتش به نمایش در‌آمده در تصویر زیر «گرم‌تر» و «طبیعی‌تر» به نظر می‌رسد. تفاوت‌های میان تلویزیون‌های عادی و مبتنی بر HDR در زمان ارتقا از رزولوشن 1080p به 4K بیش از پیش به چشم می‌آیند.

با دارا بودن قابلیت HDR، پنل صفحه نمایش ما از وسعت رنگ بالاتری برخوردار خواهد بود که به آن Wide Color Gamut (به اختصار WCG) هم گفته می‌شود. تعداد رنگ‌های تولید شده بیشتر و طیف رنگی قابل استفاده هنگام نمایش آنها وسیع‌تر خواهد بود و رنگ‌ها جذاب‌تر به نظر خواهند رسید. همچنین سایه‌روشن‌ها در این تصاویر قابل تفکیک از هم نخواهند بود و یکپارچگی بیشتری خواهند داشت.

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.

اتحادیه HDR به منظور ایجاد استاندارد‌هایی برای تلویزیون‌های HDR تاسیس شد. یکی از استاندار‌های وضع‌شده توانایی پخش حد خاصی از روشنایی در مقیاس nit است. دیگر استاندارد مطرح‌شده که در تلویزیون‌های OLED شناخته‌شده‌تر است، رسیدن پنل استفاده‌شده به حد خاصی از نسبت کنتراست بین رنگ‌های سفید و سیاه است. اگر قصد خرید تلویزیون HDR با دقت 4K را دارید، احتمالا نشان زیر را روی جعبه‌ی محصول خواهید یافت.

این نشان تضمین می‌کند که نمایشگرِ شما حداقل از روشنایی ۱۰۰۰ نیت برخوردار است و ۹۰ درصد از استاندارد DCI P3 را برای طیف رنگی پوشش می‌دهد. برای HDR هم حداقل باید یکی از استانداردهای HDR10 یا Dolby Vision را پشتیبانی کرده باشد.

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.

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.

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.

این استاندارد در مشارکت رسانه‌های BBC و NHK در ژاپن خلق شد تا ضمن سازگاری با فرمت قدیمیِ SDR بتواند پخش تلویزیونی و ارسال تصاویر را راحتتر کند تا با یک سیگنال داده‌ای مشترک، قابل نمایش روی صفحات SDR و HDR باشد. البته کیفیت این استاندارد به +HDR10 نمی‌رسد، ولی بیشترِ سازنده‌های بزرگ مثل سامسونگ، ال‌جی و سونی از سال ۲۰۱۸ میلادی آن را در تلویزیون‌های خود پشتیبانی کرده‌اند.

برای دریافت این تاییدیه در میزان روشنایی‌های مختلف، محصولاتِ مربوطه باید با ملزومات اعلامی از سوی VESA ( مخففِ Video Electronics Standards Association و زیرمجموعه‌ای از Allion Labs) منطبق بوده و آزمایش شوند. نمایشگرهای دارای قابلیت HDR با سطوح روشنایی ۴۰۰ تا ۱۴۰۰ نیت می‌توانند گواهیِ دریافت شده را روی محصولات خود درج کنند 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.

لزوما این دسته از تلویزیون‌ها یکسان نیستند. تلویزیون‌های OLED سطح تیره‌گی عمیقی را به دلیل عملکرد هر‌ یک از پیکسل‌ها به عنوان منبع نور ارائه می‌کنند که این امر مشابه‌ی تلویزیون‌های HDR است. اما به این دلیل که تلویزیون‌های OLED به مانند تلویزیون‌های LED از نور پس‌زمینه بهره نمی‌برند، قادر به نمایش همان سطح از روشنایی همانند تلویزیون‌های HDR نیستند. به عبارت دیگر تلویزیون‌های OLED یک هزار nit روشنایی که لازمه فناوری HDR 1000 است را در اختیار ندارند. تنها تلویزیون‌هایی از دسته OLED قادر به ارائه تصاویری مشابه با تلویزیون‌های HDR هستند که بیش از ۵۴۰ nit روشنایی و کمتر از ۰٫۰۰۰۵ nit تیرگی داشته باشند.