HDR در دوربین‌ها و نمایشگرها به چه معناست؟

ممکن است بارها با این واژه روبرو شده باشید، حتی امروز. بنظر می‌رسد که همه و همه جا در حال صحبت در باره این واژه هستند. اما HDR چیست؟ HDR در تلویزیونتان، درگوشی هوشمندتان و حتی شاید در  دوربین شما وجود دارد، اما آیا هر سه مورد یکسان هستند؟ و یا وسعت رنگ چیست؟ هنگامی که شخصی میگوید سفید سفیدتر است و یا سیاه سیاه‌تر است به چه معناست؟ در ادامه با ترنجی همراه باشید تا متوجه شوید.

دامنه‌ دینامیک

برای فهمیدن HDR  و یا دامنه دینامیک بالا، در ابتدا باید دامنه دینامیک را بفهمیم.

دامنه دینامیک هر چیزی، تفاوت بین بالاترین و پایین‌ترین مقدار آن چیز است. درحالی که این واژه درباره موارد بسیاری استفاده می‌شود، صحبت ما به نور اختصاص دارد.

دامنه دینامیک یک سیستم نوری تفاوت بین بالاترین و کمترین مقدار نوری است که می‌تواند تشخیص دهد. هرچه این دامنه  گسترده‌تر باشد سیستم قادر به ثبت جزییات بیش‌تر است. سیستمی با دامنه دینامیک در سطحی مشخص را سیستم HDR می‌نامند.

چشم انسان دامنه دینامیک قابل توجهی دارد. با چشمانمان می‌توانیم به یک صحنه نگاه کنیم و جزییات موجود در قسمت‌های روشن و تاریک را به سادگی مشاهده کنیم. تنها زمانی که دامنه دینامیک چشم ما قادر به دیدن جزییات نیست زمانی است که به یک منبع یا شی با نور بسیار زیاد نگاه کنیم در این زمان مردمک چشم کوچک شده و  تنها قسمت روشن شی مد نظر دیده می‌شود و بقیه موارد تاریک و تار هستند. اگر چشم انسان دامنه دینامیک وسیع‌تری داشت نیازی نبود برای دیدن اجسام روشن به خودمان زحمت دهیم، مشابه همین موضوع برای موارد تاریک نیز وجود دارد و در صورت داشتن دامنه دینامیک وسیع‌تر دیدن اجسام تاریک و کم‌نور نیز به سادگی صورت می‌گرفت.

حال بیاید منطق گفته شده را برای سیستم‌های یک دوربین در نظر بگیریم. درست همانند چشم یک انسان، دامنه دینامیک یک دوربین شامل بیش‌ترین و کم‌ترین مقدار نوری است که این سیستم قادر به ثبت در هر لحظه است. دوربین‌های دارای دامنه دینامیک بالا بسیار بهتر هستند اما این بهتر بودن به گرانتر شدن آن‌ها می‌انجامد. مشخص است که دوربین‌های ارزانتر  و کوچک‌تر مانند دوربین گوشی‌های هوشمند دامنه دینامیک ضعیف‌تری دارند.

در دوربین‌ها دامنه دینامیک اهمیت بیشتری نسبت به چشمان یک انسان دارد، با چشم یک انسان می‌توان تنها به یک سوژه نگاه کرد و بر روی آن فوکوس کرد. حتی اگر تمام یک صنحه را ببینیم، چشمان ما تنها بر روی یک نقطه در مرکز صحنه متمرکز می‌شوند، پس اگر چیزی در کناره‌های صحنه وجود داشته باشد اهمیت ندارد زیرا  زمانی که نگاهمان را به سمت آن می‌بریم چشم‌هایمان نیز دوباره فوکوس می‌کنند. اما در یک تصویر ثبت شده تمامی موارد یک صحنه قابل مشاهده هستند و این ما هستیم که انتخاب می‌کنیم کدام بخش را ببینیم و نگاه کردن ما به هر بخشی تاثیری بر تصویر ثبت شده در آن زمان خاص ندارد.

بنا به دلیل گفته شده، دامنه دینامیکی گسترده ویژگی بسیار مهمی در یک  دوربین است. یک دوربین با کیفیت باید توانایی تنظیم شدن برای ثبت قسمت‌های تاریک و روشن یک صحنه به صورت همزمان را داشته باشد. سنسور موجود در یک دوربین خوب می‌تواند جزییات کافی در هر دو قسمت را ثبت کند. معمولا تمامی اطلاعات مورد بحث در یک فایل به فرمت RAW ذخیره می‌شوند تا بتوان از آن استفاده کرد تا بهترین جزییات  در موارد روشن و سایه با کم کردن روشنایی و زیاد کردن سایه‌ها بدست آورد.

اما برای این روش محدودیتی وجود دارد و دوربین می‌تواند جزییات بسیاری در یک لحظه ثبت کند و اینجاست که tone mapping به کار می‌آید.

HDR در دوربین گوشی‌های هوشمند

همه ما ویژگی HDR را در برنامه دوربین گوشی هوشمندمان دیده‌اییم، تقریبا اکثر گوشی‌های امروزی این قابلیت را دارا هستند و بسیاری از آن‌ها HDR  را  خودکار به صورت فعال دارند.

این ویژگی HDR در واقع نام دیگری برای تکنولوژی tone mapping است. کاری که این ویژگی انجام می‌دهد ساختن تصویری است که دارای جزییات زیاد در روشن‌ترین و تاریک‌ترین قسمت آن است. این کار با پردازش یک تصویر با کیفیت بالا و یا ثبت چندین تصویر با نوردهی‌های متفاوت و ترکیب آن‌ها صورت می‌گیرد

در این روش عکاس نوردهی دوربین را بر روی کمترین مقدار تنظیم می‌کند و عکس می‌گیرد و سپس با افزایش نوردهی چندین تصویر دیگر به صورت مرحله به مرحله ثبت می‌کند. حالا ما چندین تصویر داریم که در تصاویر با نوردهی کم نقاط پر نور جزییات بسیار خوبی دارند اما نقاط کم‌نور و تاریک‌تر کاملا سیاه هستند  و تصاویر با نوردهی زیاد دارای جزییات بسیار خوب در نقاط کم‌نور هستند و نقاط روشن کاملا سفید شده اند. احتمالا می‌توانید ادامه کار را حدس بزنید، با ترکیب تصاویر موجود ردیک برنامه ادیت، ما تصویری داریم که جزییات مناسبی در هر دو قسمت روشن و تاریک را دارا است.

گوشی‌های هوشمند تمامی مراحل گفته شده را به صورت خودکار انجام می‌دهند. آن‌ها تعدادی تصویر با نوردهی متفاوت می‌گیرند و آن ‌ها را ترکیب می‌کنند تا تصاویر HDR بوجود آورند. ممکن است برخی از آن‌ها تنها یک تصویر ثبت کنند و با انجام تنظیمات مختلف بر سایه‌ها و قسمت‌های روشن عملکردی مشابه را داشته باشند. اما هیچ‌کدام از این‌ها HDR نیستند.

حتی با اینکه این تصاویر دارای جزییات بیشتری در قسمت‌های تاریک و روشن هستند اما تمامی این موارد به صورت مصنوعی بوجود آمده‌اند. دلیل این اتفاقات این است که بسیاری از ما نمایشگری نداریم که محتوای HDR را نمایش دهد بنابراین باید این محتوا را تا دامنه دینامیک نمایشگر فعلی فشرده کنیم تا در دامنه دینامیک محدود نمایشگرهایمان جای گیرد. و به این دلیل که تصویر مورد نظر  در حقیقت HDR نیست اما همچنان جزییات مورد نظر را دارد اما حسی غیر طبیعی و بیش از حد پردازش شده را القا می‌کند.

با نمایشگرهایی که دامنه دینامیک کافی را دارند شما قادر به تماشای جزییات موجود در روشنایی و تاریکی تصاویر HDR در فرمت RAW می‌شوید اما بسیاری از ما یک نمایشگر HDR  نداریم و مجبور به انجام مصنوعی عملیات‌های گفته شده هستیم تا تصاویر را به دامنه دینامیک نمایشگر خود نزدیک کنیم.

HDR در نمایشگرها

حتما دیده‌اید که تولید کننده‌های تلویزیون ادعای پشتیبانی از HDR  در آخرین تلویزیون‌های  4K خود را می‌کنند. حتی گوشی‌های هوشمند در حال عرضه شدن با نمایشگرهای HDR هستند. اولین گوشی هوشمند دارای چنین ویژگی  گلکسی نوت 7 نگون بخت بود اما پس از آن گلکسی اس8، اکسپریا XZ Permium، و گوشی‌های دیگری با چنین قابلیتی معرفی شدند. سوالی که وجود دارد این است، یک نمایشگر HDR چیست؟

یک نمایشگر HDR دارای سه برتری بر یک نمایشگر با دامنه دینامیک استاندارد است.( گرچه به صورت رسمی برای نمایشگر استاندارد نامی وجود ندارد بیاید آن را SDR بنامیم)

• دامنه دینامیک وسیع‌تر
• حداکثر روشنایی بیشتر
• دامنه رنگی وسیع‌تر

مورد اول و دوم بسیار به یکدیگر مربوط هستند. نمایشگری قادر به نمایش جزییات بیشتر در نقاط تاریک و روشن صحنه هستند. اینجا جایی است که جمله‌ی “سفید سفیدتر و سیاه سیاه‌تر” به چشم می‌خورد.

هنگامی که به یک محتوای HDR بر روی یک نمایشگر HDR نگاه می‌کنید و آن را با یک محتوای SDR بر روی نمایشگر SDR مقایسه می‌کنید، متوجه می‌‌شوید که نقاط روشن تصویر روشن‌تر هستند، در  حالی  که جزییات بیشتری وجود دارد. برای مثال اگر تصویری از شخصی ایستاده در کنار پنجره‌ای که نور از آن به داخل می‌آید را تصور کنید، قسمت رو به نور چهره فرد در نمایشگرهای SDR بیش از حد روشن دیده و تنها سفید می‌شود  در حالی که همان نقطه در نمایشگر HDR  روشن‌تر است اما بازهم قادر به دیدن جزییات و بافت‌ پوست بدون اینکه نقاط روشن سفید شوند هستید.

این موضوع برای نقاط تاریک و در سایه نیز وجود دارد. یک تصویر سیاه بر روی نمایشگر SDR برخی قسمت ها مانند موها و یک ژاکت مشکی  کاملا سیاه نشان داده می‌شود اما در نمایشگرهای HDR شما قادر به دیدن جزییات و بافت هستید.

در واقع این موضوع بدلیل روشنایی بالا ایجاد می‌شود و  روشنایی افزایش یافته باعث دیدن جزییات بیشتر در تصویر می‌شود. شاید بپرسید که چرا روشنایی نمایشگر SDR را افزایش نمی‌دهند اما با افزایش روشانیی در این نوع نمایشگرها تنها باعث بی روح شدن رنگ‌ها می‌شود و در سطح جزییات تغییری ایجاد نمی‌شود.

ویژگی سوم دامنه رنگی بیشتر. چشم‌های انسان قادر است مقدار مشخصی از دامنه رنگ‌ها را ببیند. متاسفانه چه روی تلویزیون و چه روی اینترنت تصاویر از مقدار بسیار کمتری از دامنه رنگی چشم استفاده می‌کنند. با دامنه رنگی وسیع‌تر، دامنه‌ی رنگ‌های موجود در یک تصویر بیشتر می‌شود گرچه این مقدار حتی نزدیک به محدوده رنگ‌های چشم نیست اما حداقل بهتر از تصاویر SDR است.

این ویژگی باعث می‌شود تصاویر به طبیعی بودن نزدیکتر شوند. یک گوجه در زندگی واقعی رنگارنگ و قرمز دیده می‌شود اما بر روی نمایشگر بیمزه به نظر می‌آید، به این دلیل که نمایشگر و فرمت مورد نظر به اندازه کافی دامنه رنگ‌ها را نداشته تا تصاویر را نزدیک به واقعیت بازتولید کنند. تصاویر ما با HDR به زندگی ما نزدیک‌تر می‌شوند حتی اگر به آن نرسند.

برای سادگی، دامنه رنگی وسیع‌تر به معنای رنگ‌های اشباه شده نیست و همانند افزایش اشباه رنگ در نمایشگر نیست. افزایش اشباع رنگ تنها میزان هر رنگ را افزایش می‌دهد که به معنی نمایش رنگ‌های بیشتر نیست. دامنه رنگی وسیع‌تر به شما اجازه دیدن نوع‌های متفاوت از یک رنگ را می‌دهد، که با افزایش اشباه آن نمی‌توان چنین کاری کرد. تفاوت اشباه رنگ و HDR  در موضوع گفته شده است.

حالا قسمت نمایشگر این داستان را می‌دانیم اما قسمت محتوای HDR باقی مانده:

فرمت‌های HDR

یک نمایشگر HDR تنمها زمانی HDR است که محتوای HDR را پخش کند، در غیر اینصورت تنها یک نمایشگر SDR با کیفیت بالا است.

در حال حاضر محتوای HDR در دو فرمت اصلی HDR-10 و Dolby Vision وجود دارد. در حالی که موارد گفته شده فرمت‌های موجود هستند، کدک‌هایی مانند H.264  و یا HEVC و MP4 و MOV اطلاعات موجود را به سیستم HDR می‌رسانند. یک محتوای HDR پخش شده  در یک نمایشگر SDR بدلیل عدم توانایی سیستم برای پخش تمام دامنه رنگی  بی روح و با کنتراست پایین نشان داده می‌شود.

HDR-10 فرمتی باز است که توسط سازمان CTA تولید شده در حالی که Dolby Vision توسط Dolby ساخته شده است، برای درک ساده تر مورد اول را پورت نوع C و مورد دیگر با پورت لایتنینگ ساخته شده توسط اپل در نظر بگیرید.

فرمت HDR-10 بدلیل رایگان بودن پر استفاده ترین فرمت موجود برای HDR است. هرچه که ادعای پشتیبانی از HDR را کند از HDR-10 استفاده می‌کند اما برخی از موارد علاوه بر HDR-10 از Dolby Vision نیز پشتیبانی می‌کنند.

برای فرمت HDR-10 با اینکه می‌توان از طریق نرم‌افزار محتوا را به HDR تبدیل کرد اما بهتر است که هماننند تکنولوژی سه بعدی محتوای مد نظر را از ابتدا به صورت HDR ضبط کنیم. دوربین‌های HDR بسیاری وجود ندارند اما تمامی دوربین‌های استفاده شده توسط حرفه‌ای های این صنعت ماننند دوربین‌های RED، ARRI، و Blackmagic در حالت پیش فرض به اندازه کافی جزییات و دامنه دینامیک را ثبت می‌کنند که بتوان به سادگی محتوای مورد نظر را به HDR تبدیل کرد.

در زمان ادیت این فایل باید آن را تا حدی فشرده کرد که در دامنه دینامیکی کم یک نمایشگر SDR جای گیرد اما  در هنگام عرضه برای نمایشگر HDR دست یک هنرمند HDR برای انجام هرکاری باز است و می‌تواند جزییات و دامنه رنگی بسیار بیشتری را در ادیت خود بگنجاند. با توجه به اینکه کدام فرمت برای محتوای مد نظر انتخاب شده است می‌توان آن را به هر دوی این فرمت ها منتشر کرد.

نکته خاص  در Dolby Vision وجود کنترول بر روی تمامی موارد است، در فرمت HDR-10 با برخی از تنظیمات یک ویدیو می‌توان بازی کرد اما در فرمت Dolby تنظیمات تنها به آنچه Dolby  می‌خواهد محدود است در این فرمت تصاویر با استفاده از اطلاعات موجود برای ارائه بهترین کیفیت در هر صحنه به صورت خودکار تغییر می‌کنند همچنین فرمت گفته شده موارد مورد نیاز بالاتری نسبت به HDR-10 دارد و نیازمند رنگ‌ها و روشنایی بیشتری است.

گرچه، با چنین کنترولی برو روی تنظیمات و موارد مورد نیاز بیشتر، کیفیت فرمت Dolby Vision بیش‌تر است اما باعث وجود کم‌تر محتوا در این این فرمت می‌شود.  موارد گفته شده دلایلی برای وجود 8 گوشی هوشمند با HDR-10 و تنها یک گوشی هوشمند با پشیتبانی از فرمت Dolby Vision و وجود Dolby Vision در تلویزیون‌های گران قیمت است.

بدست آوردن محتوای HDR

دو روش اصلی برای بدست آوردن چنین محتوایی شامل دیسک‌های بلو-ری و سرویس‌های استریم ویدیو است. دیسک‌های بلو-ری مخصوصا در نسخه 4K جایی هستند که بهترین کیفیت برای محتوای HDR یافت می‌شود. دیسک‌های بلو-ری  دارای محتوای فشرده نشده صدا و تصویر برای لذت بردن به صورت تمام و کمال از فیلم‌ و برنامه‌های تلویزیونی هستند.

اما آنچه اکثریت مردم از آن استفاده می‌کنند سرویس‌های استریم است، بخصوص به این دلیل که سرویس‌های استریم تنها راه یافتن چنین محتوایی بر روی گوشی‌های هوشمند هستند. کمپانیهایی مانند نتفلیکس، آمازون و یوتیوب چنین کیفیتی را ارائه می‌دهند. نتلفیکس دارای یکی از بزرگ‌ترین مخازن محتوای HDR در اینترنت است همچنین این شرکت تنها شرکتی است که از هردو فرمت HDR-10  و  Dolby Vision پشتیبانی می‌کند.

آمازون با سرویس Hulu در جایگاه دوم قرار دارد. یوتیوب به تازگی پشتیبانی از چنین کیفیتی را آغاز کرده است و گوگل نیز چند فیلم HDR به سرویس فیلم گوگل پلی اضافه کرده است. اپل نیز به تازگی پشتیبانی از این محتوا را در آیفون 10 ، تلویزیون4K اپل و  آیتونز اعلام کرده است.

اما با وجود این سرویس‌ها، تعداد محتواهایی که با کیفیت مورد بحث تولید می‌شوند محدود است و همه موارد تولید شده دارای چنین کیفیتی نیستند. نتفلیکس برای اجازه به مخزن 4K HDR خود شما را مجبور به پرداخت مبلغی می‌کند. سپس با توجه به منطقه‌ایی که در آن زندگی می‌کنید این مخازن محدود باز هم محدود تر می‌شوند. ممکن است برخی از سرویس‌ها اصلا به منطقه شما چنین کیفیتی را ارائه ندهند.

بنابر موارد گفته شده دسترسی به محتوای HDR  اصلا کار ساده‌ایی نیست، البته با دنیای این روزها موارد موجود بر سر راه نیز در حالت کم شدن هستند و نمایشگر برای محتواهای این چنینی در دسترس‌تر می‌شوند و خود محتواها نیز بیشتر تولید می‌شوند.

راه سومی برای یافتن محتوای HDR نیز وجود دارد و آن هم  این است که پلتفرم‌های کنسولی نسل 8 و رایانه‌های شخصی از بازی‌های با کیفیت HDR پشتیبانی می‌کنند اما در حال حاضر چنین مواردی برای گوشی ‌های هوشمند وجود ندارند.

جمع بندی

به طور خلاصه HDR درباره افزایش کیفیت ویدیوها و تصاویر است. پیشرفت‌های گذشته در صنعت ویدیو به افزایش وضوح خلاصه می‌شدند اما HDR جایی است که پیشرفت به سطح پیکسل‌ها می‌رسد، به معنای اینکه پیشرفت کم‌تر درباره افزایش پیکسل است و بیشتر درباره پیکسل‌های بهتر است. هرچه تصاویر HDR روشن‌تر و دینامیک‌تر هستند نسبت به افزایش وضوح تصویر به چشم می‌آیند، که ممکن است به تیزبینی و فاصله شما تا صفحه مورد نظر بستگی داشته باشد.

البته باید اشاره کرد که کیفیت چنین محتوایی به  کیفیت پنل مورد استفاده و همچنین ادیت آن بستگی دارد. مشخص است که  هرچه تلویزیون HDR ارزانتر باشد به خوبی گرانترین پنل‌های موجود نیست، همچنین برخی از محتواهای HDR به طرز مسخره‌ایی ادیت شده‌اند که باعث بوجود آمدن کیفیت افتضاح و فاجعه بار آن‌ها می‌شود.

بدلیل نیازمندی‌های یک محتوای HDR حتی یک پنل نیمه خوب HDR بهتر از یک پنل SDR عمل می‌کند. در مورد گوشی‌های هوشمند با توجه به اینکه تنها پرچمداران به چنین قابلیتی مجهز هستند می‌توانید انتظار کیفیت نمایش خوبی به طور کلی داشته باشید و اگر تنها پرچمدار مجهز به Dolby Vision را انتخاب کرده‌اید به انتخاب خود اطمینان داشته باشید زیرا Dolby هر آنچه را که داشته است در این فرمت گذاشته است.

همچنین این نکته را فراموش کنید که کیفیت HDR و تکنولوژِ آن هیچ ربطی به دکمه تقلبی HDR در نرم‌افزار دوربین گوشی‌هوشمندتان ندارد.

امیدوارم که این مطلب به رفع ابهامات پیرامون تکنولوژی HDR کمکی کرده باشد، شخصا به تکنولوژی مورد بحث بسیار امیدوار هستم.

نظرات خود را با ترنجی در میان بگذارید.