HDR 是什么？

一、HDR 是什么？🤔

  • HDR（High Dynamic Range，高动态范围）：能表示更亮的高光、更深的阴影，同时保住细节与层次；常与更广色域（WCG）、更高位深（10/12-bit）搭配。视频里用 PQ 可覆盖到10,000 nits量级；传统 SDR 参考亮度约 100 nits。

  • 两张地图（别混）：

    • 动态范围 =「明暗对比范围」💡
    • 色域 =「颜色范围」（如 sRGB / DCI-P3 / Rec.2020）🎨
      HDR 常和 WCG 一起出现，但它们不是一回事。

二、采集与合成（拍摄端/生成侧）

2.1 多帧合成：手机/相机常用流程 📸 [静图为主｜通用]

  • 采集：连拍/包围曝光
  • 对齐：抵消手抖与轻微运动
  • 合并：去噪、保细节、抑制重影 (deghost)
  • 局部映射：兼顾高光与阴影的本地对比
  • 输出：得到更干净且更高动态的“底片”
    代表：Google HDR+（同曝光连拍堆栈降噪提动态，学术发表于 2016）。

说明：多帧合成在视频也有实践（如逐帧/时域多曝光融合），但工程复杂度高、算力与稳定性要求更严，所以主阵地仍在静态照片。

三、显示端硬件：什么样的屏叫“真 HDR”？🖥️ [通用]

要把 HDR 内容“像样”地显示出来，设备通常需要：

  • 高峰值亮度与低黑位（高对比度）
  • 局部调光（Mini-LED 分区、OLED 像素级自发光）
  • 宽色域（常见覆盖 DCI-P3，目标逼近 Rec.2020）
  • 10-bit 信号处理（或 8-bit+FRC 起步）

行业参考：VESA DisplayHDR 分级（400/600/1000/1400…；新版 1.2 收紧低端要求）。
面板差异：

  • OLED：黑位极低、对比强（像素级关灯）。
  • QLED/Mini-LED：更容易把峰值拉高、色域做宽。

这些指标对视频回放和看图/修图都重要，唯一差别是：视频更看重动态亮度控制与APL表现，静图/修图更在意色准与色域覆盖一致性。

硬件级 HDR vs 传统 SDR：到底差在哪？🖥️💥

标签：[通用 → 视频略偏，静图同样受益]

3.1 一眼能感到的差异（把抽象变成画面）

  • 高光“发光感”：霓虹、金属反光、阳光打在水面、车灯、烟花的瞬时亮点，在 HDR 屏上会刺点更亮、但不“糊”；SDR 往往直接“抹平”为一片白。
  • 暗部“有空气”：HDR 屏的黑位更低、暗部层次更细，夜景里能同时看到远处路灯的轮廓和阴影里的纹理；SDR 要么黑成一团，要么抬亮后发灰、噪点多。
  • 颜色“有体积”：HDR 不只更亮，还能在高亮处保持饱和度与细节（所谓“色彩体积”）；SDR 在高亮区颜色容易被冲淡。
  • 过渡“细腻无带状”：10/12-bit 让天空、夕阳、雾气的渐变不易出现条带；SDR 的 8-bit 更容易“断层”。

3.2 指标层面对比（速查表）🧪

维度 传统 SDR 硬件级 HDR（PQ/HLG 时代）
参考峰值亮度 ≈100 nits（显示白） 目标上限 1000–4000 nits（PQ 规范到 10,000 nits；实际面板 600–3000+）
黑位 高（灰） 低（OLED 近 0；Mini-LED 依分区）
对比度 通常 1000:1 左右（无分区背光） 有效对比度可达数万：1 甚至趋近“无穷”（OLED）
局部调光 基本无 有（Mini-LED 分区、OLED 像素级）→ 亮的亮、暗的暗
位深 8-bit 10-bit / 12-bit 容器 → 少带状
色域 Rec.709 / sRGB 容器 Rec.2020（制作多为 P3 in 2020）→ WCG
传递函数 Gamma（BT.1886） PQ（ST 2084）/ HLG（Rec.2100）
元数据 无 静态（HDR10）/ 动态（HDR10+ / Dolby Vision）
亮度与色彩体积 受限 高亮仍保色与纹理，体积更大
观感稳定性 依赖整体亮度拉升 依赖色调映射和局部调光的智能分配

小结：HDR 的“惊艳”来自亮度上限 + 更低黑位 + 更高位深 + 更宽色域 + 智能映射的组合拳，不是“把照片/视频通通拉亮”。

3.3 为什么有人没感到“惊艳”？🤔

  • 面板硬实力不够：如“HDR400”无有效分区背光，峰值低、黑位高，动态范围有限。
  • 系统/APP链路没打通：系统未开启 HDR、播放器不识别 PQ/元数据、浏览器不支持、线材/带宽不足（HDMI 版本/模式）。
  • 内容不是真 HDR：SDR 伪标、或 PQ 片源被当 SDR 播放。
  • 观看环境不对：强环境光会压低暗部可见度；HDR 需要较控光的环境更显优势。
  • 显示策略差异：不同电视/显示器的**色调映射（Tone Mapping）**策略不同，有的偏“亮场冲击”，有的保“暗部层次”。

3.4 视频 vs 静图：同样的 HDR，体验侧重点略不同

  • 视频：更依赖动态元数据（HDR10+ / Dolby Vision）与局部调光响应速度；高 APL（整场面很亮）下的稳定亮度也很关键。
  • 静图（含 Gain Map 照片）：一张图可在 SDR 屏显示基准效果，在 HDR 屏自动“加料”到更高动态与色彩体积（Ultra HDR / Apple HDR gain map）；修图时更看重色准与一致性。

四、关键信号与标准（视频制播体系）🎛️ [视频]

4.1 Rec. ITU-R BT.2100（HDR 电视总体规范）

  • 定义两种传递函数：

    • PQ（SMPTE ST 2084）：显示参考（display-referred），0–1 对应 0–10,000 nits；电影/点播制作主流。
    • HLG（Hybrid Log-Gamma）：场景参考（scene-referred），无需元数据，对传统播出链路友好，适合广播。

  • 配套：Rec.2020 色域、10/12-bit、系统参数等。

4.2 HDR10（最普及）

  • EOTF：PQ（ST 2084）；位深：10-bit；色域：Rec.2020
  • 静态元数据：ST 2086（母版显示色容积）、MaxCLL/MaxFALL（全片一份）
  • 适用：UHD 蓝光、流媒体、游戏主机等

4.3 HDR10+（动态元数据的 HDR10）

  • 在 HDR10 基础上加入逐场/逐帧动态元数据（SMPTE ST 2094-40）
  • 优点：更贴近创作意图，显示端逐镜头动态映射；开源、免版税

4.4 Dolby Vision（杜比视界）

  • 基于 PQ，使用动态元数据
  • 支持单层/双层封装、最高 12-bit 容器、多种Profile
  • 生态覆盖拍摄、制片、发行与终端播放，端到端一致性强

4.5 HLG（广播友好）

  • 由 BBC/NHK 提出；下半段伽马、上半段对数
  • 无元数据；在 SDR 链路“可用但不精准”，在支持 HLG 的设备上可呈现更宽动态
  • 适合直播/电视台分发

五、静态图片相关格式与工作流 🧩 [静图]

5.1 JPEG XR（JXR）

  • 源自 Microsoft HD Photo 标准化（ISO/IEC 29199-2 / ITU-T T.832）
  • 支持高位深、有损/无损、HDR 表达（含浮点/半精度等）
  • Windows 系统级支持，仍见于摄影/存档等场景

5.2 Gain Map（增益图）：一张图兼容 SDR ↔ HDR 的“桥”

核心思路：文件内同时存一张基准图（多为 SDR）+ 一张增益图（Gain Map）。
显示端按屏幕能力，用增益图把基图“放大/还原”为 HDR（或中间任意强度），因此同一个文件在 SDR 屏也好看、在 HDR 屏更出彩。Adobe 在 LR/ACR 中已全面支持创建与导出。

5.2.1 三个主流 Gain Map 协议/实现

  • Ultra HDR（Google，Android 14+）

    • 把“对数域增益图”封装进 JPEG（俗称 JPEG_R）
    • 向后兼容：旧解码器能看 SDR 基图；支持的设备可渲染 HDR 效果

  • Apple HDR Gain Map（iOS / macOS）

    • 使用8-bit 单通道亮度增益图，与 HEIC/JPEG 等容器配合
    • 提供系统级读写/编辑 API

  • ISO 21496-1:2025（国际标准）

    • 规范HDR 数码摄影的增益图元数据与应用方法
    • 目标是跨平台一致的 SDR↔HDR 动态范围转换；Android 与 Apple 正逐步对齐该基础

实操：现在一张带 gain map 的 JPEG就能在不支持 HDR 的设备上当普通 JPEG 看，在支持 HDR 的设备/浏览器里显示真正的 HDR 观感；Lightroom/ACR、Chrome/Edge、安卓相册等已广泛落地。

六、速查表（分区版）🗂️

6.1 视频标准速查 [视频]

名称 传递函数 元数据 色域/位深（常见） 兼容性/场景
HDR10 PQ（ST 2084） 静态（ST 2086、MaxCLL/FALL） Rec.2020，10-bit UHD 蓝光/流媒体/游戏
HDR10+ PQ 动态（ST 2094-40） Rec.2020，10-bit 逐场优化、免版税
Dolby Vision PQ 动态（多 Profile） Rec.2020，最高 12-bit 容器 生态完善，端到端一致
HLG HLG 无 Rec.2020，10-bit 广播/直播友好
Rec.2100 PQ / HLG — 体系标准（含分辨率/位深/色域） HDR-TV 总规范

6.2 静态图片格式速查 [静图]

名称 核心机制 位深/HDR 容器/兼容性 适用
JPEG XR（JXR） 基于 HD Photo 的编码 支持高位深/HDR，含无损 Windows/部分软件原生 摄影、存档
Ultra HDR（JPEG_R） Gain Map（对数域）+ JPEG 基图 在支持端显示 HDR 向后兼容旧 JPEG 解码器 移动端拍摄/分享
Apple HDR Gain Map 8-bit 增益图 + JPEG/HEIC 支持系统级读写 iOS/macOS/Adobe 等 iPhone 拍摄/编辑
ISO 21496-1:2025 标准化 gain map 元数据 跨平台一致性 与 JPEG/HEIC 等结合 通用基础标准

6.3 显示硬件速查 [通用]

指标 要点
峰值亮度 & 黑位 决定对比度与高光/暗部表现
局部调光 Mini-LED 分区、OLED 像素级
宽色域 ≥DCI-P3 优先，目标逼近 Rec.2020
位深/处理链 真 10-bit 更佳（或 8+FRC）
认证 **DisplayHDR 600/1000+**更有保障

七、实用认知与常见误区 ✅/❌（按适用面标注）

  • ✅ HDR ≠ 只是更亮 [通用]
    PQ 的目标是更宽亮度范围与更细腻的分配，不是把整体亮度简单抬高。
  • ✅ HDR + WCG 更“通透” [通用]
    没有宽色域，HDR 画面也会“寡”；尽量覆盖 P3→逼近 Rec.2020。
  • ✅ 硬件很关键 [通用]
    峰值亮度、黑位、局部调光、10-bit 处理，缺一可能“像样不起来”；可参考 VESA DisplayHDR。
  • ❌ “只要 PQ 就通吃” [视频]
    PQ 与 HLG 面向不同生产/播出链路，互转要遵循 ITU/SMPTE/厂商建议。

八、上手路径（按场景）🔧

8.1 拍摄/后期 [静图]

  • 手机打开 HDR/智能 HDR；
  • RAW→HDR 合成注意“去重影”；
  • 导出/分享优先 JPEG + Gain Map（Ultra HDR / Apple HDR gain map），一图兼容 SDR/HDR。

8.2 制作/分发 [视频]

  • 选定工作流：HDR10 / HDR10+ / Dolby Vision / HLG；
  • 留意母版亮度、色域、位深与元数据一致性；
  • 针对不同终端（电视/移动/网页）配置**色调映射（Tone Mapping）**策略。

8.3 展示/观看 [通用]

  • 网页/App 若支持 Gain Map，同一张图在 SDR/HDR 屏都“对味”；
  • 视频播放端（电视/盒子/浏览器）需正确识别标准与元数据。

8.4 选屏/选电视 [通用 → 视频略偏]

  • 优先 DisplayHDR 600/1000+、良好局部调光或 OLED；
  • ≥95% DCI-P3（越接近 Rec.2020 越好）；
  • 若看电影/剧集多，留意对 Dolby Vision / HDR10+ 的支持。

九、关键词索引（带标签）🧭

  • PQ / ST 2084（0–10,000 nits 感知均匀曲线）——[视频/通用]
  • ST 2086 / MaxCLL / MaxFALL（HDR10 静态元数据）——[视频]
  • Rec.2100（HDR-TV 系统标准：PQ/HLG、位深、色域…）——[视频]
  • HDR10+ / ST 2094-40（动态元数据）——[视频]
  • Dolby Vision Profile（封装/工作流配置）——[视频]
  • Gain Map（增益图：SDR↔HDR 互通）——[静图]
  • Ultra HDR（JPEG_R） / Apple HDR gain map / ISO 21496-1:2025——[静图]
  • JPEG XR（JXR）（高位深/HDR 静图标准）——[静图]
  • DisplayHDR（VESA 认证分级）——[通用]
  • HDR+（Google 多帧堆栈算法）/ deghost（去重影）——[静图为主｜通用]