HDR چیست؟

صحبت در مورد HDR را در طی سال های اخیر زیاد شنیده ایم. بارها پیش آمده که چه در تلوزیون ها و چه در موبایل ها یا حتی در عکس برداری و فیلم برداری، کلمه اچ دی آر را می شنویم.می خواهیم در مورد این کلمه بیشتر بدانیم و بفهمیم که معنای آن چیست و چه کاربردی دارد.
HDR مخفف کلمه High Dynamic Range است که به معنی محدوده دینامیکی گسترده می باشد. یعنی اوج طیف رنگی و کیفیت تصویری که داریم.
این تکنیک باعث می شود دامنه دینامیکی تصویر افزایش پیدا کند. اما باید بدانیم اصلا دامنه دینامیکی چیست؟ دامنه دینامیکی در واقع تفاوت بین میزان نور تاریک‌ترین و روشن‌ترین قسمت تصویر می باشد. هر چه قدر این مقدار بیشتر باشد قسمت‌های قابل تشخیص در نقاط تاریک و روشن تصویر هم بیشتر می شود.
برای درک بهتر محدوده دینامیکی در یک سیستم نوری، می توان گفت اختلاف بین کمترین و بیشترین شدت نوری است که قابل تشخیص باشد. سیستمی که محدود دینامیکی وسیعی داشته باشد، یک سیستم اچ دی آر (HDR) نامیده می‌شود.

مقایسه محدوده دینامیکی چشم انسان و دوربین

مثلا محدوده دینامیکی چشم انسان یک محدوده وسیعی است. ما می‌توانیم جزئیات موجود در نواحی روشن و نواحی تیره یک صحنه را به راحتی تشخیص دهیم. این محدوده بیشتر از محدوده دینامیکی اکثر دوربین‌های DSLR متوسط و حتی حرفه‌ای است.البته فناوری اچ دی آر چیز جدیدی نیست و چون در گوشی زیاد استفاده می شود مشهور شده است. بنابراین فناوری HDR قابلیتی برای افزایش جزئیات قسمت‌های روشن و قسمت های تاریک تصویر است.

انواع HDR

در یک تقسیم بندی کلی دو نوع HDR داریم:
1- اچ دی آر در نمایشگرها و تلویزیون‌ها
2- اچ دی آر در ثبت تصاویر توسط دوربین‌ها (اعم از دوربین عکاسی یا دوربین گوشی‌ها).
این دو نوع اچ دی آر اهداف یکسانی دارند اما از راه‌های مختلفی به آن می‌رسند.
اصطلاح عکس‌های اچ دی ار مدت هاست که در حوزه عکاسی به کار می رود اما کاربرد این کلمه در تلویزیون‌ها تقریبا جدید است. پس ابتدا می خواهیم بدانیم اصطلاح اچ دی آر در تلویزیون‌ها به چه معناست.

HDR در تلویزیون

اچ دی آر در تلویزیون به معنای توانایی تلویزیون در تشخیص محتوای اچ دی آر و نمایش آن به صورتی متفاوت با تلویزیون‌های عادی است.
در واقع می توان گفت اچ دی آر در نمایشگرها و تلویزیون‌ها باعث می شود کنتراست و روشنایی تصویر افزایش پیدا کند. این بالا رفتن کنتراست همان محدوده دینامیکی بالایی است که در ابتدای مقاله در مورد آن صحبت کردیم. این نکته را باید بدانیم که HDR در تلویزیون‌ها فقط در مورد افزایش محدوده دینامیکی آن ها نیست بلکه افزایش جزئیات در نواحی روشن و تیره تصویر را نیز شامل می شود.

تفاوت HDR و SDR

به نمایشگرهای معمولی اصطلاحا SDR می گوییم که مخفف Standard Dynamic Range است.
نمایشگرهای HDR از سه نظر نسبت به نمایشگرهای SDR برتری ویژه ای دارند:
1- محدوده دینامیکی گسترده تری دارند
2- درای روشنایی بیشتری هستند
3- دامنه رنگ وسیع‌تری دارند

محدوده دینامیکی گسترده تر و روشنایی بیشتر

دو ویژگی اول جزئیات بیشتر در نواحی روشن و تیره تصویر را به ما نشان می دهند و باعث می شود عبارت «سفیدهای سفیدتر و مشکی‌های مشکی‌تر» معنا پیدا کند.تفاوت تصویر اچ دی آر و اس دی آر این طور است که مثلا اگر فردی کنار پنجره ای با نور زیاد باشد در تصویر SDR نور زیادی از سمتی که کنار پنجره قرار گرفته به آن می خورد و در تصویر آن سمت نور زیادی دارد. اما در تصویر اچ دی آر این نور بیشتر به شکلی نشان داده می شود که جزییات صورت فرد و بافت چهره او کاملا واضح و مشخص است.این موضوع در مورد نواحی تاریک و تیره تصویر هم وجود دارد.
در واقع این قدرت تفکیک تیرگی‌ها از یکدیگر که باعث حفظ سیاهی‌های مطلق تصویر می شود یکی از ویژگی‌های بی نظیر تلویزیون‌های اچ دی آر است. می توان گفت افزایش بسیار خوب سطح جزئیات در این نمایشگرها به دلیل افزایش روشنایی یا Brightness در این تلویزیون‌ها به علاوه محدوده دینامیکی وسیع‌تر می باشد. دلیل اینکه تصاویر تلوزیون های HDR به واقعیت نزدیک تر است نیز همین موضوع است.

دامنه رنگ یا Color Gamut وسیع‌تر

این گزینه ویژگی سوم نمایشگرها و تلویزیون‌های اچ دی آر است. موضوع رنگ در نمایشگرها یک مبحث متفاوت با موضوع و قابلیت HDR است.چشم انسان قابلیت این را دارد که دامنه و سایه‌های گسترده‌ای از رنگ‌ها را تشخیص دهد و جداسازی کند اما متاسفانه به دلایلی فنی، مجموعه رنگ‌هایی که تصاویر ارسال می کند دامنه کوچک‌تری نسبت به دید انسان دارند.

این دامنه رنگ‌ها بطور قابل توجهی در نمایشگرهای اچ دی آر، وسیع‌تر شده اند. این دامنه رنگی وسیع‌تر که به نام WCG (مخفف Wide Color Gamut) شناخته می‌شود تعیین کننده شادابی و سرزندگی تصاویر است.
این موضوع را باید در نظر بگیرید که معنای افزایش دامنه رنگ‌ها این نیست که شدت رنگ ها یا Saturation افزایش پیدا کند. افزایش شدت رنگ باعث نمایش رنگ‌های بیشتر نمی‌شود اما افزایش دامنه رنگ‌ها، باعث می شود سایه‌های رنگی قابل نمایش بیشتر شوند.

استانداردها برای نمایش دامنه رنگ‌ها

برای نمایش دامنه رنگ‌ها سه استاندارد وجود دارد. دامنه رنگ Rec.709 در بیشتر تلویزیون‌ها وجود دارد. دامنه رنگ DCI-P3 مربوط به دوربین‌های دیجیتال است و دامنه وسیع تری نسبت به قبلی دارد. و در نهایت دامنه رنگ Rec.2020 که یک دامنه ایده آل است و سازندگان تلویزیون‌های اچ دی آر در تلاش هستند به این استاندارد در تلویزیون‌های خود برسند.تصویر زیر نشان دهنده ی مفهوم همین موضوع است و موقع خرید کردن تلوزیون باید به این استانداردها توجه کنید.

HDR در مقابل 4K

واژه رزولوشن 4K به معنی همان تعداد پیکسل‌های صفحه نمایش است. قابلیت HDR و رزولوشن 4K هر دو باعث می شوند کیفیت تصویر افزایش پیدا کند اما نه با یک روش. در واقع اچ دی آر و 4K استانداردهای رقیبی نیستند. برای نمایش این رزولوشن از واژه‌ی UHD یا Ultra HD نیز استفاده می‌شود. این رزولوشن 4 برابر رزولوشن تلویزون‌ها و نمایشگرهای Full HD یا همان 1080p است ومعادل 3840×2160 پیکسل است.

برای رساندن بهتر این مفهوم می توانیم بگوییم در فضای یک فریم تصویر 4K می‌توان چهار تصویر با رزولوشن Full HD قرار داد. درواقع هر فریم تصویر 4K دارای رزولوشن 8 مگاپیکسل است.در مطالب پیشین این مطلب گفتیم که اچ دی آر باعث افزایش میزان کنتراست و دامنه رنگ در تصاویر می‌شود. این ویژگی که معمولاً در تلویزیون‌های 4K وجود دارد در تلویزیون‌های Full HD نیز به کار می رود.

پس رزولوشن 4K و قابلیت HDR هرگز در مقابل یکدیگر قرار ندارند، بلکه ترکیب این دو در یک دستگاه نمایشگر یا تلویزیون باعث می شود دو پارامتر مهم در نمایش تصویر یعنی رزولوشن و دامنه نور و رنگ افزایش و بهبود پیدا کند.

تفاوت عکس و ویدیوهای HDR

برای اینکه بتوانیم تصویر اچ دی آر تماشا کنیم باید علاوه بر داشتن دستگاهی با قابلیت پخش اچ دی آر ، تصاویر و محتوای اچ دی آر هم داشته باشیم. این محتوا را از دو طریق می توانیم نمایش دهیم :
• نمایش محتوای ضبط شده: ، پخش کننده‌های معمولی بلو-ری، به دلیل محدودیت‌های فنی نمی توانند محتوای اچ دی آر را پخش کنند. برای حل این موضوع استاندارد جدیدی به نام Ultra HD Blu-ray ایجاد شد که با آن می توانیم محتوای رمزگذاری شده اچ دی آر را پخش کنیم.
• نمایش از طریق سرویس‌های آنلاین: درحال حاضر سرویس‌های آنلاینی نظیر آمازون، نتفلیکس و یوتیوب محتوای اچ دی آر را می توانند پخش کنند. البته این مستلزم این است که یک ارتباط با سرعت بالا و پهنای باند مناسب داشته باشیم تا بتوانیم این محتوای را اچ دی آر از این سرویس‌ها دریافت کنیم. مثلا، سرویس آمازون ارتباط با سرعت 15Mbps و نتفلیکس ارتباط با سرعت 25Mbps را پیشنهاد می دهد. به تازگی شرکت اپل هم سرویس اچ دی آر خود را به نام Apple TV 4K به اجرا درآورده است.

انواع فرمت HDR

استاندارد و فرمت پخش محتوای اچ دی آر به صورت شناخته شده و عمومی دارای دو فرمت است: HDR-10 و فرمت دالبی ویژن یا Dolby Vision.

فرمت HDR-10

استاندارد اچ دی آر 10 توسط انجمن فناوری مصرف‌کنندگان یا Consumer Technology Association به وجود آمد و یک استاندارد و فرمت باز است. این فرمت در اکثر تلویزیون‌های اچ دی آر به کار می‌رود چون استفاده از آن رایگان است و کارایی خوبی دارد.

فرمت Dolby Vision

برخلاف رایگان بودن فرمت HDR-10 ، فرمت دالبی ویژن یک فرمت اختصاصی و انحصاری است که به شرکت دالبی تعلق دارد. دستگاه‌هایی که از این فرمت استفاده می‌کنند باید لایسنس آن را از شرکت دالبی بخرند.

کاری که در فرمت اچ دی آر 10 انجام می شود این است که کنتراست و رنگ را بصورت استاتیک برای هر محتوا در تمام طول زمان پخش تنظیم می کند. این یعنی بدون در نظر گرفتن صحنه درحال نمایش، تنظیمات کنتراست و رنگ ثابت هستند.
در فرمت استاندارد دالبی ویژن چون از تنظیمات داینامیک برای نمایش محتوای اچ دی آر خود استفاده می‌کند، با توجه به هر صحنه یا هر فریم از فیلم، تنظیمات کنتراست و رنگ به صورت بهینه انجام می شود.این باعث می شود مناسب‌ترین حالت نمایش HDR بوجود بیاید.
فرمت دالبی ویژن علاوه بر این، از اطلاعات داینامیک متادیتای محتوا، برای تنظیمات سخت‌افزاری تلویزیون با توجه به برند و مدل سازنده طبق قراردادی که بین شرکت دالبی و تولیدکننده وجود دارد، استفاده می‌کند. پس برخلاف فرمت HDR-10 دیگر به فرایند تنظیمات نسبتاً پیچیده سخت افزاری نیازی ندارد.
می توان محتوای معمولی را به محتوایی با قابلیت HDR ویرایش کرد و تغییر داد اما اگر از ابتدا این محتوا به صورت HDR تولید شود بهتر است.اکثر دوربین‌های حرفه‌ای فیلمبرداری هم مانند ARRI، RED و Blackmagic توانایی ضبط فیلم با محدوده دینامیکی بالا را دارند و می‌توانند محتوای HDR خوبی را برای تماشا به وجود آورند.

مانیتورهای HDR

مانیتورهایی که HDR دارند غالبا از چند نوع استاندارد استفاده می کنند. اولین پایه HDR تحت عنوان HDR 8 bit است.دو نوع HDR دیگر هم به نام های HDR 10 bit و HDR 12 bit داریم که در ادامه در مورد آن ها توضیح خواهیم داد.

HDR 10 بیت

در حال حاضر رایج ترین HDR دربازار است که در واقع می تواند هم آن طیف رنگی گسترده را برای ما به ارمغان بیاورد و هم در اکثر تلوزیون ها و گوشی های مدرن وجود دارد. این ویژگی را در قسمت مشخصات فنی آن ها هم می توانیم ببینیم.
HDR 8 bit در واقع همان 16 میلیون رنگ را به ما می دهد که بسیار زیاد هم به نظر می رسد اما اگر با یک HDR 10 bit مقایسه شود می بینم که تفاوت بسیار زیادی با یکدیگر دارند و این اختلاف قابل تشخیص و واضح است.
هر شرکتی برای خود یک سری استاندارد دارد. به عنوان مثال یکی از این شرکت های معروف همان شرکت دالبی است که این اسم را در کلمه صدای دالبی حتما تاکنون شنیدیم، ولی تصویرش را خیلی نشنیده ایم. اسم این استاندارد دالبی ویژن است.

دالبی ویژن (DOLBY VISION)

این نوع از تصویر یک مقداری از HDR 10 قوی تر است و طیف رنگی بیش تری را پوشش می دهد. همچنین شرکتی که از این تکنولوژی استفاده می کند باید حق امتیاز داشتن این استاندارد را به شرکت دالبی پرداخت کند (مثل آیفون ها که هم پنل و هم دوربین آن ها می تواند با این قابلیت تصویربرداری کند و تصویر دالبی ویژن بگیرد)

کیفیت تصویر دالبی ویژن معادل +HDR 10 است. هردوی این استانداردها از یک میلیارد رنگ پشتیبانی می کنند و آنها را می شناسند و می توانند به شما نشان دهند.
تلوزیون های اولد (OLED) بهترین پخش کننده محتوای HDR هستند.به علت دارک بودن محتوای تاریکشان و همچنین پیکسل پیکسل بودن روشن شدنشان و همینطور آن کنتراستی که دارند.

روشنایی نور صفحه در نمایشگرهای اچ دی آر

یکی از فاکتورهای مهم HDR است. اگر صفحه نمایشی بالای 1000 نیت روشنایی داشته باشد می تواند یکی از استاندارد های HDR را پاس کند که برای آن شرکت سازنده ی آن پنل یا گوشی ، قرار است این استاندارد را به آن سازنده اعطا کند.
بالاتر از 1000 یا 4000 می تواند معادل +HDR 10 باشد که بسیار روشن و عالی است.
و اما دالبی ویژن تقریبا تا 8000 نیت را پشتیبانی می کند که در حقیقت نور زیادی است. همان 1000 تایی که نور اکثر موبایل ها دارد نهایت کیفیت کافی را ارایه می دهد مگر اینگه بخواهید زیر نور آفتاب محتوای HDR بگیرید.
پس به صورت خلاصه می توان گفت ما سه نوع پای HDR داریم : HDR 8 bit ، HDR 10 bit ، HDR 12 bit.
HDR 12 bit در حال حاضر هنوز جا نیفتاده است و احتمالا در آینده همه گیر خواهد شد.

HDR در دوربین گوشی

حتما تاکنون کلمه HDR را در قسمت دوربین موبایل خود دیدیم. کارکرد این گزینه همانند دوربین‌های عکاسی، باعث ایجاد یک تصویر نهایی HDR با دامنه وسیع تری از کنتراست و رنگ می شود

فرآیند ایجاد تصویر HDR در گوشی به این صورت است که چندین عکس بصورت پیاپی با نوردهی های مختلف می گیرد و سپس آنها را با یکیدیگر مخلوط می کند و در نهایت به صورت یک تصویر اچ دی آر در می آید. البته این نکته را باید مد نظر داشت که افزایش محدوده دینامیکی در گوشی های همراه به صورت مصنوعی ایجاد می شود چون حسگرهای دوربین این گوشی‌ها بطور پیش‌فرض این محدوده دینامیکی بالا را ندارند.

اچ دی آر در کنسول‌های بازی

شرکت‌های سازنده کنسول‌های Xbox سری X قابلیت پشتیبانی از بازی‌های HDR را دارند. کنسول بازی سونی PS5 نیز مثل Xbox می‌تواند بازی‌های HDR را اجرا کند. البته این موضوع قابل توجه است که در هر دو مدل این کنسول ها دارا بودن پخش کننده داخلی بلو-ری آن‌هاست که می‌تواند محتوای HDR را با رزولوشن 4K از طریق دیسک‌های بلو-ری UHD پخش کند.

سخن پایانی

قابلیت HDR در تلویزیون‌ها و نمایشگرها باعث می شود کیفیت تصویر از طریق گسترش محدوده دینامیکی و دامنه رنگ افزایش یابد. پس اگر می خواهید یک تلوزیون جدید بخرید، پیشنهاد ما این است که به سراغ انواعی بروید که دارای این قابلیت باشد. چون در آینده ای نزدیک محتواهای HDR بیشتری را خواهیم دید.
امیدواریم این مقاله مورد پسند شما خواننده گرامی قرا بگیرد.