قابلیت HDR چیست؟ چه کاربردی در تلویزیون دارد؟

قابلیت HDR چیست؟ چرا تلویزیون‌هایی که مجهز به قابلیت HDR هستند از سایر نمایشگرها قیمت بالاتری دارند؟ به احتمال زیاد اکثر شما دوستان عزیز در هنگام خرید و مطالعه ی اطلاعات دوربین گوشی های هوشمند یا انواع برند های تلویزیون به اسم اچ دی آر (HDR) برخورد کرده باشید و شاید این سوالات برای شما  پیش آمده باشد که فناوری HDR چیست؟ قابلیت HDR  چه کاربردهایی دارد؟ و انواع فرمت های HDR کدامند؟

سال تولد HDR به 2016 بر می گردد. این قابلیت در آستانه 5 ساله شدن است.  کارکردهای فناوری HDR به حدی گسترده است که می توان گفت امروزه در هر وسیله‌ی پیشرفته‌ی هوشمندی این فناوری به کار گرفته می شود. فناوری کارآمد HDR در تلویزیون ها، دیسک های بلوری و گوشی های تلفن همراه و حتی در دوربین های فیلمبرداری و عکسبرداری شما موجود است.

قابلیت HDR چیست؟تجهیزات لازم برای نمایش محتوای HDRآیا تمام تلویزیون‌های HDR قابلیت پخش محتوا با دامنه دینامیکی گسترده را دارند؟قابلیت HDR در تلویزیونمزایای قابلیت HDR در تلویزیونتفاوت قابلیت HDR و رزولوشن 4K چیست؟انواع فرمت‌های HDRفرمت HDR10فرمت دالبی ویژن Dolby Visionفرمت +HDR10فرمت HLGبرتری فرمت HDR10+نسبت به سایر فرمت‌های HDRاز کجا بفهمیم تلویزیون HDR دارد؟جمع‌بندی

قابلیت HDR چیست؟

HDR در واقع فرآیندی است که در طی آن سیگنال‌های گسترده‌تری نسبت به سیگنال‌های معمول جمع می‌شوند. در نتیجه جمع‌آوری سیگنال‌های گسترده‌تر، محدوده دینامیکی تصاویر افزایش یافته و کیفیت خروجی تصاویر بهبود می‌یابد. همچنین این فرآیند به متعادل‌سازی تصویر و صدا نیز کمک می‌کند. HDR در واقع کوتاه شده عبارت High Dynamic Range است. که به معنای محدوده دینامیکی گسترده بوده و در تصویربرداری، فیلم‌برداری و صدابرداری به کار گرفته می‌شود.

کاربرد HDR در صنعت عکاسی و فیلم‌برداری به این صورت است که با نوردهی‌های مختلف امکان ثبت فریم‌های متعدد از یک صحنه را فراهم می‌آورد. یعنی از یک صحنه، فریم‌های متعددی با نوردهی‌های مختلف گرفته می‌شود و سپس تمام این فریم‌ها که دارای میزان نور متفاوتی هستند با هم ترکیب می‌شوند. نتیجه این ترکیب و ادغام تصاویر و فریم‌ها، خلق تصاویر یا ویدیوهایی با محدوده دینامیکی بالا است. این قابلیت در صدابرداری نیز امکان ضبط دامنه گسترده‌تری از صداها را فراهم می‌آورد. در این فرایند تمام صداها به همراه جزئیات و سازها و انواع صداهای پس زمینه و… ضبط خواهد شد.

تجهیزات لازم برای نمایش محتوای HDR

تا اینجا با نحوه ثبت و ضبط محتوای HDR آشنا شدیم، اما نمایش این محتوا از ثبت آن دردسر سازتر است. چرا که برای نمایش محتوای اچ‌دی‌آر HDR باید از نمایشگری استفاده کرد که از این فرمت پخش تصویر پشتیبانی کند. یعنی برای تماشای HDR واقعی باید هم فیلم و محتوای ضبط شده با این فرمت ثبت شود و هم نمایشگری که این فیلم را پخش می‌کند از این فرمت تصویری پشتیبانی کند. اگر محتوایی در قالب HDR منتشر شده باشد، اما نمایشگری که قرار است این محتوا را پخش کند، فاقد این فرمت تصویر باشد، محتوای پخش شده با محدوده دینامیکی گسترده پخش نخواهد شد و خبری از HDR نخواهد بود. پس اگر تلویزیون، گوشی موبایل و یا هر نمایشگر دیگری از فرمت تصویر HDR پشتیبانی کند، به این معنا نیست که هر آنچه بر روی این نمایشگرها پخش می‌شود از دامنه دینامیکی گسترده‌ای برخوردار است. بلکه تنها خبر از قابلیت پخش محتوای HDR می‌دهد.

برای استفاده از فناوری HDR باید دو عامل اصلی را در کنار هم داشت. یک نمایشگر یا تلویزیون HDR و محتوایی که به وسیله دوربین HDR ثبت شده و یک پخش‌کننده با پشتیبانی از این فناوری و کابل HDMI 2.0 یا ورژن بالاتر آن از موارد لازم برای نمایش محتوای اچ دی آر است. دلیل استفاده از کابل با استاندارد و کیفیت بالا این است که فرمت HDR دارای اطلاعات زیادی در زمینه روشنایی و رنگ است و باید اطلاعات بسیار وسیعی را به نمایشگر انتقال دهد. نمایشگری که دارای قابلیت HDR باشد، از پس خواندن اطلاعات HDR دریافتی برخواهد آمد و از این رو قابلیت نمایش تصویر با طیف وسیع رنگی و دامنه دینامیکی گسترده را دارد.

آیا تمام تلویزیون‌های HDR قابلیت پخش محتوا با دامنه دینامیکی گسترده را دارند؟

اشاره به این نکته هم خالی از لطف نیست که بسیاری از نمایشگرها با قابلیت پخش HDR از محدوده دینامیکی گسترده‌ پشتیبانی نمی‌کنند، بلکه تنها محتوای HDR را پخش می‌کنند و هنگام پخش محتوای اچ دی آر پیغام خطا بر روی نمایشگر نمایش داده نمی‌شود. در این نوع نمایشگرها محتوای HDR با فرمت SDR پخش می‌شود، بدون اینکه خبری از دامنه دینامیکی گسترده و سطح روشنایی بالا و نسبت کنتراست زیاد باشد.

در مبحث HDR و سایر فرمت‌ها و استانداردهای تصویر دو مولفه اصلی وجود دارد، یکی فرمت مذکور در نمایشگر و دیگری فرمت در ثبت تصاویر. HDR نیز که یک فرمت تصویری است دارای دو نوع متفاوت است. اچ دی آر در نمایشگرهای مختلف از گوشی و دوربین گرفته تا نمایشگرهای بزرگ مثل تلویزیون و اچ دی آر در دوربین عکاسی و فیلم‌برداری. این دو نوع از HDR هر دو یک فرمت بوده و یک هدف مشترک دارند و آن هم افزایش گسترده دینامیکی تصاویر است، اما روش‌های متفاوتی برای دستیابی به این فرمت دارند.

قابلیت HDR در تلویزیون

HDR در تلویزیون را می‌توان یک ویژگی نمایشی دانست. تلویزیون HDR توانایی تشخیص و پخش محتوای HDR را داشته و این در حالی است که تلویزیون‌های معمولی چنین قابلیت و توانایی ندارند. تاثیر این قابلیت در تلویزیون‌ها، افزایش روشنایی و نسبت کنتراست تصاویر است. زمانی که اختلاف بین تاریک‌ترین و روشن‌ترین نقاط تصویر افزایش یابد یعنی نسبت کنتراست نیز افزایش یافته و در نتیجه محدوده دینامیکی افزایش یافته وتمام این موارد باعث می‌شود تا جزئیات تصویر و وضوح تصاویر در نقاط تاریک و روشن افزایش یابد.

در مقابل تلویزیون یا نمایشگر HDR تلویزیون یا نمایشگر معمولی یا SDR را داریم. تلویزیون‌ HDR دارای مزایایی مانند دامنه دینامیکی گسترده، روشنایی بالاتر، طول موج رنگی بیشتر و دامنه رنگی وسیع‌تر است. با افزایش دامنه دینامیکی و روشنایی، جزئیات بیشتری از نواحی روشن و تیره تصویر نمایان خواهد شد. در واقع حتی در اوج روشنایی و در اوج تاریکی نیز جزئیات تصویر قابل مشاهده خواهد بود. به این صورت هم در نور زیاد و هم در تاریکی جزئیات تصویر تشخیص داده می‌شود، اما در تلویزیون‌های فاقد HDR در نور زیاد قسمت‌هایی از تصویر کاملاً سفید دیده خواهد شد بدون اینکه جزئیاتی از تصویر قابل مشاهده باشد.

همچنین برای قسمت‌های تاریک تصویر نیز این داستان صادق است. در تلویزیون‌های معمولی SDR در نواحی تیره تصویر جزئیات از دست رفته و جز سیاهی چیز دیگری قابل تشخیص نیست. اما در تلویزیون HDR قسمت‌های تاریک و سیاه از یکدیگر تفکیک می‌شوند و جزئیات تصویر شناسایی می‌شود بدون اینکه سیاهی مطلق از بین رود.

مزایای قابلیت HDR در تلویزیون

تلویزیون‌های پیشرفته اچ دی آر که هم محدوده دینامیکی گسترده و هم سطح روشنایی بالایی دارند، در نمایش دادن جزئیات عملکرد فوق‌العاده‌ای دارند و تصاویری بسیار واقعی و زنده را به معرض نمایش خواهند گذاشت. یکی دیگر از مزایای این نوع تلویزیون‌ها دامنه رنگ Color Gamut وسیع است. افزایش دامنه رنگی یعنی افزایش تعداد رنگ‌ها و افزایش تعداد سایه‌های رنگی. این ویژگی باعث می‌شود تا تصاویر سرزنده و شاداب به نظر برسند و با بازی نور و رنگ، تصاویری هیجان‌انگیز و زنده بر روی نمایشگر‌ها حرکت کنند.

وسعت رنگ یک نمایشگر در حقیقت مجموعه  تمام رنگ هایی است که آن نمایشگر توانایی تولیدشان را دارد یا به عبارتی این قابلیت در آن قرار داده شده است که آن را تولید نماید. گاموت رنگ محدوده‌ای از رنگ ها است که می توان با ساب پیکسل های رنگ آبی، قرمز و سبز در دسترس ایجاد کرد. هر رنگی بین این سه رنگ اصلی را می توان تولید کرد.

نمایشگری که دارای قابلیت HDR باشد، از وسعت رنگ بالاتری نیز بهره می‌برد. دامنه رنگ وسیع Wide Color Gamut که آن را با WCG نیز می‌شناسند به تعداد رنگ‌های تولید شده و طیف رنگی اشاره دارد که در تلویزیون‌های مبتنی بر HDR تعداد رنگ‌های تولیدشده بیشتر و طیف رنگی وسیع‌تر شده است.

تفاوت قابلیت HDR و رزولوشن 4K چیست؟

کیفیت تصویر یا رزولوشن 4K به تعداد پیکسل‌هایی گفته می‌شود که بر روی صفحه نمایش می‌نشینند و تصویر را تشکیل می‌دهند. کیفیت تصویر و یا تعداد پیکسل‌ها در 4K برابر 2160×3840 پیکسل است که این مقدار 4 برابر تعداد پیکسل در تلویزیون‌ها فول اچ دی Full HD است. یعنی اینکه در یک فریم تصویر  با رزولوشن4K می‌توان چهار تصویر با رزولوشن FULL HD قرار داد و به این صورت است که هر فریم تصویر فورکی 8 مگاپیکسل رزولوشن دارد.

بنابراین متوجه شدید که هم رزولوشن 4K و هم قابلیت HDR باعث افزایش کیفیت تصویر می‌شوند، اما فرآیند و ساز و کار آن‌ها بسیار متفاوت است. این در حالی است که قابلیت HDR باعث افزایش یا کاهش تعداد پیکسل نمی‌شود، بلکه تنها باعث افزایش میزان کنتراست و دامنه رنگی تصاویر و افزایش میزان روشنایی می‌شود. قابلیت HDR تنها در تلویزیون‌های 4K تعبیه شده و هر دو با هم به نمایش طبیعی‌ترین تصاویر با کیفیت و وضح بالا می‌پردازند.می‌توان ادعا کرد که تلویزیون‌های مبتنی بر HDR نسبت به تلویزیون‌های معمولی یا SDR تفاوت بسیار چشم‌گیری دارند و این تفاوت در کیفیت پخش تصاویر بسیار بیش‌تر از تفاوت بین تلویزیون‌های فول اچ دی و تلویزیون‌های فورکی است.

انواع فرمت‌های HDR

اچ دی آر نیز دارای فرمت‌ها و استانداردهای متعددی است، که در حال حاضر دو فرمت آن بسیار رواج یافته‌اند. فرمت HDR-10 و فرمت دالبی ویژن Dolby Vision. تا به این جای مطلب فهمیدیم گستره دینامیکی بالا به انواع تلویزیون‌ها این قابلیت را می‌دهد که ویدئوها و تصاویر را با روشنایی و کنتراست بالاتر و دقت رنگ بیشتر نمایش دهند. هر تلویزیونی که از فناوری HDR پشتیبانی کند با انواع فرمت های آن از جمله فرمت دالبی ویژن (DOLBY VISION) ، فرمت HLG و همچنین فرمت HDR10 هم سازگار است.

فرمت HDR10

فرمت HDR10 حداقل استاندارد HDR است و فرمت HDR-10 یک فرمت استاتیک است. یعنی اینکه تنظیمات مربوط به کنتراست، روشنایی و رنگ را یکبار از همان ابتدای پخش برای محتوا انجام می‌دهد. این فرمت به صحنه‌ها و فریم‌های در حال نمایش توجهی ندارد و تنظیمات رنگ و کنتراست در طول مدت زمان پخش محتوا ثابت بوده و تغییر نمی‌کنند. استاندارد HDR-10 در واقع یک فرمت اپن سورس است و اکثر تلویزیون‌ها میتوانند از آن استفاده کنند چرا که رایگان بوده و بابت آن هزینه‌ای پرداخت نمی‌شود و یک فرمت عمومی است. در این فرمت متا دیتا که شامل اطلاعات رمزگذاری شده است، به‌صورت ثابت ارسال می‌شود. این اطلاعات رمزگذاری شده تنظیمات کالیبراسیون رنگ مورد نظر هستند، که برای نمایش تصاویر مورد استفاده قرار می‌گیرد. استاندارد HDR-10 از فرمت رنگ 10 بیتی و حداکثر روشنایی 1000 بیت پشتیبانی می‌کند.

فرمت دالبی ویژن Dolby Vision

فرمت دالبی ویژن برخلاف فرمت HDR-10 فرمتی اختصاصی بوده و استفاده از آن رایگان نیست. این فرمت اختصاصی بوده و متعلق به شرکت دالبی است و برای استفاده از آن باید لایسنس این فرمت را از شرکت دالبی خریداری کرد. اما تفاوت این دو فرمت در چیست؟!

فرمت دالبی ویژن داستان متفاوتی دارد. این فرمت یک فرمت داینامیک و پویا بوده و برای نمایش دادن محتوای hdr از تنظیمات پویا بهره می‎‌برد. یعنی تنظیمات مربوط به رنگ و کنتراست متناسب با صحنه و فریم در حال پخش تنظیم خواهد شد. به این صورت برای نمایش محتوا بهینه‌ترین و مناسب‌ترین حالت نمایش انتخاب می‌شود. فرمت دالبی ویژن از عمق رنگ 12 بیت پشتیبانی می‌کند. نمایشگر با فرمت دالبی ویژن توانایی تولید 10 برابر نور بیشتر نسبت به فرمت HDR10 دارند. گفتنی است که فناوری Dolby Vision تنها در تلویزیون‌های بالارده تعبیه شده و یک فرمت سینمایی محسوب می‌شود.

فرمت +HDR10

+HDR10 یکی دیگر از فرمت‌ها و استانداردهای HDR است. تفاوتی که میان این استاندارد با فرمت HDR10 وجود دارد در فرمت رنگی است. استاندارد HDR10+ علاوه بر اینکه از فرمت رنگ 10 بیتی بهره می‌برد، از متادیتای پویا و داینامیک برای نمایش تصاویر استفاده می‌کند. این فناوری به نمایشگر اجازه می‌دهد تا سطح روشنایی و رنگ را به‌صورت فریم به فریم کنترل کند. این شیوه کنترل باعث ایجاد تصاویری واقعی و زنده خواهد شد. یکی دیگر از تفاوت‌های این فرمت با فرمت HDR10 در سطح روشنایی است. سطح روشنایی این فرمت 4000 بوده و از این رو به نمایش تصاویر واقعی‌تر کمک خواهد کرد.

فرمت HLG

Hybrid Log-Gamma (HLG) از دیگر فرمت‌ها و استانداردهای HDR است. این فرمت به گونه‌ای طراحی شده که هم با فرمت قدیمی SDR سازگاری دارد و هم بر روی صفحات SDR و HDR قابل نمایش باشد. این استاندارد توسط بسیاری از شرکت‌ها مانند سامسونگ و ال جی پشتیبانی می‌شود.

برتری فرمت HDR10+نسبت به سایر فرمت‌های HDR

HDR10+ یک استاندارد باز است که بازه ی دینامیکی یعنی همان نسبت نور و تاریکی را در تصاویر افزایش داده و تصاویری با بیشترین تشابه به واقعیت را به وجود می آورد. در واقع HDR10+ نسبت به HDR10 از کیفیت تصویر بیشتری برخوردار است. HDR10 پلاس جهت ارائه بهترین کیفیت از محتوای اچ دی آر، تنظیمات سکانس به سکانس را ارائه می دهد.

استاندارد HDR10+ برای خلق کنتراست بهتر و تصاویر نزدیک به واقعیت از ابر داده‌ی پویا یا داینامیک استفاده می کند، در حالی که HDR10 دارای ابر داده‌ی ایستا یا استاتیک است. ابر داده‌ی پویا قادر خواهد بود تا تجربه‌ی دیداری بهتری را تولید کند. در نتیجه استاندارد HDR10+ با استفاده از این ابر داده‌ی دینامیک امکان تنظیم میزان روشنایی سیگنال HDR را به صورت صحنه به صحنه خواهد داشت و تصویری نزدیک به واقعیت ارائه خواهد داد.

به عبارت دیگر  متادیتای  پویا این امکان را فراهم می کند تا هر فریم از یک فیلم به صورت جدا تنظیم کیفیت شود. به این صورت اگر در حال تماشای یک فیلم بر روی تلویزیون خود باشید. در حالت معمولی فیلم ها با سرعت 30 فریم در ثانیه ضبط می‌شوند. به این ترتیب تلویزیونی که مجهز به قابلیت HDR10+ باشد تک تک این فریم ها را به صورت جداگانه آنالیز و بررسی می کند و نویزهای موجود در آن ها را به طرز شگفت انگیزی کاهش می دهد.

به این ترتیب تصویر نهایی که روی نمایشگر تلویزیون نمایش داده می شود تصویری ایده‌آل و کاملا شارپ است. یعنی نقاط ضعف و بخش هایی از تصویر که به صورت تار ضبط شده‌اند به خوبی بازسازی میشوند و به صورت شارپ نمایش داده می شود. این قابلیت به ویژه برای تماشای مسابقات ورزشی بسیار به درد بخور است. زیرا صحنه‌های مختلف را که در آن با سرعت بالایی در احال اجرا است با وضوح بالا نمایش می‌دهد و خبری از تار شدن تصویر نیست.

از کجا بفهمیم تلویزیون HDR دارد؟

در پاسخ به این سوال باید گفت که تلویزیون HDR معمولاً یک تلویزیون بالارده است ، چرا که از ظهور این قابلیت زمان زیادی نگذشته است. برای فهمیدن این موضوع می‌توانید به سایت تولیدکننده یا سایت مرجع مراجعه کنید و با جستجوی مدل نامبر تلویزیون اطلاعات کامل مربوط به آن را دریافت نمایید.

یکی دیگر از راه‌های تشخیص تلویزیون HDR این است که کابل HDMI را به تلویزیون وصل کنید. اگر این کابل توانایی پخش محتوای HDR را داشته باشد، یعنی تلویزیون از فرمت HDR پشتیبانی می‌کند. یا اینکه می‌توانید قبل از خرید کیفیت نمایش تصویر و محتوا را بر روی تلویزیون HDR با تلویزیون معمولی مقایسه کنید.

البته صفحه نمایش HDR نسبت به صفحه نمایش‌هایی با محدوده‌ی دینامیکی استاندارد، برتری هایی دارد که از جمله آن ها می‌توان به محدوده‌ی دینامیکی بزرگتر، حداکثر روشنایی بیشتر و محدوده رنگی (گاموت) گسترده‌تر اشاره کرد. ویژگی محدوده‌ی دینامیکی بزرگتر و ویژگی حداکثر روشنایی بیشتر ارتباط زیادی با یکدیگر دارند، صفحه نما‌‌یش‌هایی که این دو قابلیت را با هم دارند، قادر هستند جزئیات بیشتری را در نقاط تاریک‌تر و روشن‌تر ثبت کنند. تمامی تلویزیون‌های OLED موجود از کمپانی ال جی گرفته تا کمپانی سونی قابلیت HDR و WCG را دارا می باشند. تلویزیون های QLED کمپانی سامسونگ که از نقطه کوانتومی Quantum dots برخوردارند نیز از قابلیت HDR و WCG پشتیبانی می کنند.

جمع‌بندی

تکنولوژی HDR در واقع کوتاه شده عبارت High Dynamic Range بوده و معنی لغوی آن دامنه دینامیکی بالا و گسترده است. محدوده دینامیکی در واقع به اختلاف بین حداکثر و حداقل یک پدیده گفته می‌شود. در این قابلیت محدوده دینامیکی به اختلاف بین حداکثر و حداقل نور و روشنایی گفته می‌شود. در یک سیستم نوری تفاوت میان کمترین و بیشترین نور را محدوده دینامیکی می‌گویند. با توجه به این تعاریف به سیستمی که دارای محدوده دینامیکی بالا و گسترده باشد، HDR گفته می‌شود. چشم انسان دارای محدوده دینامیکی گسترده‌ای است به همین دلیل است که ما می‌توانیم جزئیات را در قسمت‌های تاریک و روشن ببینیم. در واقع سازندگان انواع دوربین برآنند تا دوربینی با محدوده دینامیکی مشابه چشم انسان تولید کنند، که ظاهراً تا کنون موفق نبوده‌اند.