HDR ディスプレイとは?4K HDR と SDR、HDR10 と HDR400

HDR ディスプレイとは何ですか?

ハイダイナミックレンジ (HDR) ダイナミックレンジとは、画像撮影における明暗の差のことです。ダイナミックレンジが大きいほど、画像に同時に記録される明暗の詳細の量が多くなります。

• 写真には HDR があります。
• 映画撮影には HDR が使われます。
• ビデオには HDR があります。
• ディスプレイには HDR が搭載されています。

しかし、これらの HDR はいずれも同じテクノロジーを指しているわけではありません。

携帯電話に搭載されている HDR は、実際にはマルチフレーム合成技術であり、携帯電話が 1 つのフレームで複数のフレームを同時に撮影します。その後、アルゴリズム処理を使用して、異なるフレームの明るい部分と暗い部分を結合し、ハイライトの詳細と暗い詳細の両方を同時に保存します。

 これは確かに HDR ハイダイナミックレンジの目的に沿ったものですが、手動で行われるため、効果のレベルは携帯電話によって異なります。

また、過剰補正や不自然なコントラストなどの問題が発生することもあります。そのため、厳密に言えば、このような HDR 処理された写真や動画は、依然として SDR のカテゴリに属します。

真の HDR は、技術的には、独自の光電変換メカニズム (光信号と電気信号間の変換) に従う HDR として定義されます。写真を撮ると、実際のシーンが写真のデジタル信号として保存されます。これは、光信号を電気信号に変換するプロセスです。

明らかに、携帯電話の写真のいわゆる HDR は、光電変換を伴わないソフトウェア プロセスのみであるため、技術的には「トーン マッピング」と呼ばれる実際の HDR とは見なされません。

SDRディスプレイとは何ですか?

SDR は、Standard Dynamic Range Image の略で、映画やテレビ画像の伝統的な標準でもあります。HDR 技術が普及する前は、過去の 1080P 画像のダイナミック コントラストは SDR 技術によって表現されていましたが、そのダイナミック レンジは人間の目が認識できるダイナミック レンジよりもはるかに小さいものでした。

HDRとSDRの違い

テクノロジーの違い

まず、技術的な側面として、ガンマ曲線が 2 つでは異なります。ガンマ曲線は、画像システムにおける光の輝度の非線形変化を定義します。

カテゴリー	解像度	量子化ビット深度	カラースペース	明るさの範囲
HDR	3840*2160	10/12ビット	Rec。 2020	0.0005-10,000
SDR	/	8/10ビット	Rec。 709	0.05-100

SDR と HDR は異なるガンマ曲線を使用するため、HDR ソースを見ると、より多くの輝度情報が表示されます。最終的に、HDR は色深度が高く、ダイナミック レンジが広く、色表現が強力になります。

ビット深度の比較

ビット深度とは、8 ピクセルあたりに表示できる色の数を指します。ビット深度が大きいほど、表示できる色数が多くなり、より滑らかで自然なグラデーションになります。たとえば、16.77 ビット モニターは約 10 万色を表示でき、1.07 ビット モニターは約 XNUMX 億 XNUMX 万色を表示できます。

色域深度の比較

色域のコントラストは、表示できるすべての色の範囲を指します。右のグラフは、人間の目が認識できるすべての RGB 値の範囲を示しています。三角形は色域を示しており、三角形が大きいほど、表示できる色が多くなります。

ビデオフレーム

HDR ビデオはフレームごとに明るさとコントラストが異なり、各フレームの明暗のディテールとコントラストを完璧に復元できます。SDR ビデオは比較的劣っていますが、理論的には画面の彩度とコントラストを手動で調整して HDR と同じ効果を実現できますが、それはまだ理論上のものであり、操作が非常に面倒で、調整を何度も行うと画像が簡単に歪んでしまいます。

ビデオの明暗

上の画像と比較してみましょう。山が映っている SDR 画像は暗く、明るい部分や光の部分の詳細は表示されません。 

HDR 画像からは、山の背後にある森林環境と雲の相対的な暗さがはっきりとわかりますが、明るさが異なるため、明るさの詳細が同じではないこともわかります。

ビデオの詳細

HDR 技術を使用した画像では、画面の明暗間のディテールがより鮮明に表示されます。たとえば、SDR で再生された同じ画像では、点の間隔が 1 ～ 100 の曲線になりますが、HDR では点の間隔が 1 よりはるかに狭く、1 ～ 1000 の曲線になります。その結果、HDR 技術を使用した画像では、色の彩度とグラデーションが自然に向上します。

HDR技術標準:

	ドルビービジョン	HDR10	HDR10 +	HLG
カーブを表示	PQ	PQ	PQ	HLG
ビット深度	10/12ビット	10ビット	10ビット	10ビット
輝度範囲（nits）	0.001-10,000	0.003-1,000	0.003-1,000	-1,000
カラースペース	推薦 2020/P3	Rec。 2020	Rec。 2020	Rec。 2020
	ダイナミック	静的	ダイナミック	なし
ライセンシング	手数料	Free	デバイス認証料は無料	Free
エンコード方法	独自のハードウェア	ソフトウェア	ソフトウェア	ソフトウェア
トーンマッピング法	公式アルゴリズム	独自のアルゴリズム	独自のアルゴリズム	いいえ

HDRとSDR:Wh私は より良いですか？

HDR と SDR の比較効果を通じて、HDR の方が優れていることがわかります。結局のところ、HDR 技術は、製品の登場後、画像技術が継続的に更新およびアップグレードされているためです。一方、SDR は従来の技術であるため、当然、新しく登場した技術と比較することはできません。

しかし、現在リリースされている 4K HDR ビデオの品質はまちまちで、品質の良し悪しはまちまちです。粗雑な 4K HDR では、効果は SDR と SDR の差を埋めることができず、中には SDR ほど良くないものもあります。同じ 4K 映画でも、SDR は 4K HDR ソースから生成されます。

同じ映画の場合、4K SDR の効果が HDR バージョンを上回ることは難しいですが、これは映画自体に基づいており、それぞれの機器の再生には独自のものがあります。ただし、自分のデバイスで再生する場合、独自の現実があります。自分のデバイスが映画の 4K HDR をサポートしていないか、うまく表示できない場合は、4K SDR バージョンを試してみてください。その結果に驚くかもしれません。

HDR ディスプレイを実現するには?

標準的な HDR ディスプレイを実現するには、輝度ダイナミック レンジ、グレースケール、色域、解像度、フレーム レートという、画像の 5 つの次元を強化する必要があります。

Frame rate

高速動画を再生する場合、フレーム レートが低すぎると、動画がギザギザになったり、ドラッグしたり、その他の表示異常が発生します。LED ディスプレイは、フロントエンド再生機器の画面入力の 2880 ～ 7680 フレームで 60 ～ 120 Hz のリフレッシュ レートを実現できるため、高速動画の表示異常の問題を効果的に解決できます。

グレースケール

HDR ディスプレイ規格では、10 ビットのビデオ色深度が必要です。従来の 8 ビットのビデオ色深度要件と比較すると、グレー レベルは 4 倍に拡張されます。HDR ディスプレイ効果を実現するには、ビデオ ソースと再生機器を HDR モードをサポートするように特別にカスタマイズする必要があり、LED ディスプレイは 18 ビットのグレー スケールまで対応できます。

輝度ダイナミックレンジ

HDR ディスプレイには、より高いダイナミック レンジの明るさが必要です。従来の LCD や他のディスプレイの明るさの範囲は 40 ～ 400 ニットの明るさしかありませんが、LED ディスプレイは 0.5 ～ 1200 ニットの明るさの範囲に達することができます。他のディスプレイと比較して、LED ディスプレイの明るさのダイナミック比は大きく、HDR ディスプレイの要件により適合しています。

4K解像度

HDR ビデオ ソース フォーマットは 3840*2160 4K 解像度で、LED ディスプレイは無制限の組み合わせ、自由な接合特性を備えており、4K、8K 解像度レベルのディスプレイに簡単に接合できます。

色域

従来のディスプレイの SDR モードの色域要件は RC.709 ですが、HDR 色域の BT.2020 の演色評価数は RC.709 より大幅に優れており、LED ディスプレイの色域は BT.2020 の要件に近づいており、視聴者の目の前の画面に最大限の復元度で異国情緒あふれる美しさが伝わってきます。

HDR 10とは何ですか？

HDR 10は、2015年にCEA（Consumer Electronics Association）によって公開された仕様であり、4:2:0のカラーサンプリングサポート、10bitの色深度サポート、BT.2020の色域サポート、そして最も重要な「メタデータ（後処理情報）でHDR情報（SMPTE ST 2086輝度曲線）を運ぶ機能」など、いくつかの重要なポイントが含まれています。さらに、最も重要な「画像メタデータは、最大コンテンツライトレベル（MaxCLL）が2086nitsであるHDR情報（SMPTE ST 1000輝度曲線）を運ぶことができます。」

HDR10とHDR400のどちらが良いでしょうか?

HDR10 と HDR400、HDR500、HDR600、HDR1000 など。すべて HDR の後に数字が付いており、似たような概念のように見えますが、実際の意味はまったく異なります。

HDR10 は最も一般的かつ広く使用されている HDR 形式の XNUMX つであり、グラフィック カードとモニター間で HDR コンテンツを伝送するためのプロトコルと標準を指します。これは、著作権や認証料の支払いを必要としないオープン スタンダードです。

HDR400、HDR500、HDR600、HDR1000、HDR1400 は、VESA のディスプレイ HDR 分類です。ディスプレイ HDR は、HDR10 のサポートに基づいた、モニターの HDR 効果を測定するための標準です。

モニターの明るさ、色域、色深度、調光タイプ、黒レベルなどに応じてクラスに分かれています。HDR400 では、ピーク輝度が 400nit 以上、ネイティブ 8 ビット色深度、RGB 色域が 95%、グローバル調光機能を備えたモニターのみが必要です。

* グローバルディミング（Global dimming）：画面上にバックライトのパーティションが1つしかなく、画面全体で均一に調整することしかできません。画面全体が明るくなるか、画面全体が暗くなるかのどちらかです。

* 領域調光（ローカル調光）：画面のバックライトが複数の領域に分割され、各領域で個別に明るさを調整できます。

HDR500以上では、認証要件が質的に向上しています。エリア調光、10ビットの色深度、90％DCI-P3色域などです。その中で最も重要なのはエリア調光で、コントラストとダイナミックレンジを大幅に向上させて真のHDR体験を実現できます。10ビットの色深度とP3の広い色域を同時に実現することで、より優れた色知覚ももたらします。

	最小ピーク輝度 (cd/m²)	色の範囲（色域）	一般的な調光技術	最大黒レベル輝度 (cd/m²)	最大バックライト調整遅延（ビデオフレーム数）
DisplayHDR 400	400	sRGBの	スクリーンレベル	0.4	8
DisplayHDR 500	500	ワールドカップ*	ゾーンレベル	0.1	8
DisplayHDR 600	600	ワールドカップ*	ゾーンレベル	0.1	8
DisplayHDR 1000	1000	ワールドカップ*	ゾーンレベル	0.05	8
DisplayHDR 1400	1400	ワールドカップ*	ゾーンレベル	0.02	8
DisplayHDR トゥルー ブラック 400	400	ワールドカップ*	ピクセルレベル	0.0005	2
DisplayHDR トゥルー ブラック 500	500	ワールドカップ*	ピクセルレベル	0.0005	2
DisplayHDR トゥルー ブラック 600	600	ワールドカップ*	ピクセルレベル	0.0005	2

*WCG: 広色域

よくある質問：

HDMI 2.0a は HDR データ形式の伝送をサポートしていますか?

実際の送信プロセスでは、ソース側はDDCチャネルを通じてシンク側がHDR機能をサポートしているかどうかを識別します。サポートされている場合はメタデータパケットを送信し、シンク側は取得したメタデータパケットに従って表示パラメータを調整してHDR効果を実現します。CTA-861-G仕様を参照してください。

バイト＃	7	6	5	4	3	2	1	0
1	タグコード (0x07)			次のデータブロックの長さ = n バイト
2	拡張タグコード (0x06)
3	F37 = 0	F36 = 0	ET_5	ET_4	ET_3	ET_2	ET_1	ET_0
4	SM_7	SM_6	SM_5	SM_4	SM_3	SM_2	SM_1	SM_0
5	希望コンテンツ最大輝度データ（8ビット）
6	希望コンテンツ最大フレーム平均輝度データ（8ビット）
7	希望するコンテンツの最小輝度データ（8ビット）

HDR10 と HDR400 の違いは何ですか?

HDR10 と HDR400 を比較することはできません。なぜでしょうか?

HDR10: HDR10+、HLG、HDR Vivid、DOLBY VISION などと同様の HDR の標準です。
HDR400：モニターのHDR表示効果の認証[VESA DisplayHDR認証]であり、HDR600、HDR1000などと同様に、モニターのHDR効果のレベルを示します。

したがって、HDR400 はモニターの良し悪しを測定することしかできませんが、HDR10 はそれができません。HDR10 は、モニターが HDR10 標準のデコードをサポートしていることのみを示すことができます。