HDR چیست | چه تأثیری بر عکاسی می‌گذارد و چه زمانی باید از آن استفاده کرد؟

محدوده دینامیکی گسترده یا HDR (مخفف High Dynamic Range) به محدوده دینامیکی گسترده‌‌‌‌‌تر از معمول سیگنال‌ها گفته می‌شود که در تصویربرداری، فیلم‌‌برداری و صدابرداری کاربرد دارد. این اصطلاحی برای نشان‌دادن بهره‌مندی از فناوری‌ها یا قابلیت‌هایی است که امکان دستیابی به تصاویر، فیلم‌ها یا صدا با محدوده دینامیکی بیشتر از حد معمول را فراهم می‌کند.

HDR چیست؟

HDR در عکاسی، فیلم‌برداری و حتی صدابرداری، امکان افزایش دامنه دینامیکی عکس‌ها، ویدئوها و صداهای گرفته‌شده را فراتر از قابلیت اصلی ابزارها فراهم می‌کند. به زبان ساده، این قابلیت در عکاسی و فیلم‌برداری با نوردهی‌های مختلف فریم‌های متعددی از یک صحنه را ثبت و سپس با ترکیب آن‌ها، تصویر یا ویدئویی با محدوده دینامیکی بیشتر از فریم‌های گرفته‌شده اولیه را خلق می‌کند. در صدابرداری و مهندسی صدا نیز، با ضبط دامنه گسترده‌تری از صداها، تمام جزئیات صدا، ساز‌های به‌کار‌رفته، نت‌های نواخته‌شده و… را در محتوای ضبط‌شده ثبت و امکان شنیدن خروجی در دستگاهی مجهز به قابلیت‌ پخش متناسب را فراهم می‌کند.

برای مشاهده محتوای HDR، باید تمامی مراحل تولید این محتوا از ضبط و تولید گرفته تا تحویل و نمایش در دستگاه با فرایند HDR واقعی سروکار داشته باشند. حتی اگر محتوای نهایی در قالب HDR منتشر شود؛ اما بخواهید آن را با نمایشگری پخش کنید که از قابلیت HDR پشتیبانی نمی‌کند، آنچه خواهید دید، دیگر ویدئویی با دامنه دینامیکی گسترده نیست. بسیاری از تولیدکنندگان نمایشگر‌ها یا گوشی‌های هوشمند ادعا می‌کنند محصولاتشان از قابلیت پخش HDR پشتیبانی می‌کنند؛ اما این ادعا گاهی فقط به این معنی است که دستگاه قابلیت پخش محتوای HDR را دارد و هنگام پخش، پیغام خطایی نمایش داده نمی‌شود؛ ولی آن را در قالب محدوده دینامیکی گسترده نمایش نمی‌دهد. این یعنی محتوای HDR را با فرمت SDR تماشا می‌کنید و همچنان از وسعت گسترده و سطح روشنایی بیشتر موجود در محتوای HDR بی‌بهره خواهید بود.

همین موضوع درباره بازی‌های ویدئویی و عکس‌ها نیز صدق می‌کند. اگر محتوای بازی‌های ویدئویی و عکس‌ها با محدوده دینامیکی گسترده تولید شده‌ باشند، تنها زمانی می‌توانید از گیمینگ یا تماشای تصویر لذت ببرید که آن محتوا را در دستگاهی با پشتیبانی از HDR اجرا یا مشاهده کنید.

_{دامنه نور در دنیای واقعی (نیت)}

عکاسی HDR چیست؟

محدوده دینامیکی به تفاوت بین روشن‌ترین و تاریک‌ترین عناصر یک تصویر گفته می‌شود و HDR یا محدوده دینامیکی بالا نیز در اصطلاح عکاسی و تصویربرداری، فرایندی است که به افزایش این محدوده دینامیکی فراتر از آنچه معمولاً با لنز گوشی ثبت می‌شود، کمک می‌کند. این فرایند بخشی از عکاسی محاسباتی گوشی‌های هوشمند است که با برقراری تعادل بین مناطق روشن و تاریک عکس، کیفیت تصاویر نهایی ثبت‌شده را بهبود می‌بخشد؛ البته این تعادل را نمی‌توان با ثبت تنها یک تصویر به‌دست آورد.

همه می‌دانیم که عکاسی با دوربین‌ گوشی‌های هوشمند و ثبت تصاویری که هم نواحی روشن و هم نواحی تاریک صحنه‌ای را به‌طور کامل نشان دهند، کار دشواری است؛ زیرا اغلب بخش‌های پر‌نور بیش‌ازحد نوردهی می‌شوند و حتی ممکن است در تصویر ثبت‌شده به رنگ سفید دیده شوند و جزئیات بخش‌های تیره نیز به‌خوبی ثبت نشوند. HDR برای رفع این مشکل و خلق تصویری دقیقاً مشابه آنچه چشم انسان می‌بیند یا خلق تصاویر هنری چشمگیری ازنظر بصری به‌کمک ما می‌آید. این قابلیت را حتی می‌توان با تعریف تنظیماتی در دوربین‌های DSL نیز به‌کار گرفت.

برای مثال، اگر بخواهیم از سوژه‌ای در ناحیه سایه‌دار با پس‌زمینه روشن عکاسی کنید، روشن‌ترکردن تصویر برای بهتر دیده‌شدن سوژه، پس‌زمینه را بیش‌ازحد نورانی نشان می‌دهد. از طرف دیگر، تنظیم نوردهی ایدئال برای پس‌زمینه نیز باعث می‌شود تا نتوانیم تصویر واضح و مشخصی از سوژه ثبت کنیم. به این حالت در اصطلاح ضدنور می‌گویند.

استفاده از قابلیت HDR در این مواقع به ما کمک می‌کند تا تصویری با دامنه دینامیکی بالا ثبت کنیم که هم جزئیات تصویر را در نواحی تاریک حفظ کند و هم مناطق روشن را بیش‌ازحد نورانی نشان ندهد. اثربخشی HDR بسته به موقعیت و سوژه می‌تواند متفاوت باشد و در برخی شرایط حتی ممکن است، فعال‌کردن آن نتیجه نهایی مطلوبی نداشته باشد.

نحوه عملکرد HDR در عکاسی با گوشی

برای استفاده از HDR هنگام عکاسی با گوشی، لازم است تا ابتدا این قابلیت را در بخش تنظیمات دوربین گوشی خود فعال کنیم. پس از انجام این کار، دوربین گوشی هنگام عکاسی، چندین عکس را پشت‌سر‌هم با نوردهی‌های متفاوت ثبت و سپس نرم‌افزار دوربین با حفظ تمام جزئیات (از تاریک‌ترین قسمت‌ها گرفته تا روشن‌ترین بخش‌ها) این تصاویر را در عکسی واحد باهم ترکیب می‌کند.

• فعال یا غیر‌فعال کردن HDR در آیفون: قابلیت Smart HDR در iOS 14، به‌طور پیش‌فرض فعال است. برای غیرفعال‌کردن آن کافی است تا از تنظیمات (Setting) گوشی به بخش دوربین (Camera) بروید. در پایین‌ترین قسمت این بخش، گزینه‌ای برای فعال یا غیرفعال کردن Smart HDR مشاهده می‌کنید. اگر این گزینه غیرفعال باشد، پس از آن هر زمان که بخواهید عکسی بگیرید، در بالای صفحه و گوشه سمت راست، کلیدی برای روشن یا خاموش کردن آن نمایش داده می‌شود.
• فعال یا غیر‌فعال کردن HDR در گوشی‌های اندروید: می‌دانیم که گزینه‌ها و تنظیمات رابط کاربری اندروید در گوشی‌های مختلف متفاوت است؛ پس نمی‌توان مسیر مشخص و یکتایی برای دسترسی به گزینه فعال یا غیرفعال کردن HDR در گوشی‌های اندرویدی مجهز به این قابلیت معرفی کرد. در گوشی‌های سری گلکسی سامسونگ، قابلیت HDR‌ را می‌توان از بخش تنظیمات موجود در داخل برنامه دوربین، فعال یا غیرفعال کرد.

قبل از توسعه HDR، کاربران حرفه‌ای خودشان به‌صورت دستی چند عکس با نوردهی‌های مختلف می‌گرفتند و آن‌ها را به‌صورت دستی در برنامه‌هایی مانند فتوشاپ یا لایت‌روم ویرایش و ترکیب می‌کردند تا بهترین خروجی را از میان این تصاویر به‌دست آورند؛ البته این روش در‌حال‌حاضر برای عکاسی HDR با دوربین‌های DSLR همچنان کاربرد دارد.

خوشبختانه امروزه HDR به‌صورت پیش‌فرض در اکثر گوشی‌های هوشمند و مدرن وجود دارد و تقریباً تمام تولید‌کنندگان گوشی این قابلیت را با نرم‌افزار دوربین محصولات خود تطبیق داده‌اند. پس از فعال‌کردن HDR در بخش تنظیمات دوربین گوشی، تمام فرایند ثبت چند تصویر، ترکیب آن‌ها و برقراری تعادل سطوح نور به‌طور خودکار انجام می‌شود.

ازآنجاکه HDR برای انجام این فرایند به زمان، ثبت چند تصویر و ترکیب آن‌ها با یکدیگر نیاز دارد، بهتر است هنگام عکاسی گوشی را تاحدممکن برای مدت کوتاهی ثابت نگه داریم. برخی از گوشی‌های هوشمند جدید به قابلیتی به نام Auto HDR مجهز هستند که تصمیم‌گیری درباره زمان استفاده از قابلیت HDR را به خود گوشی واگذار می‌کند.

نحوه عملکرد HDR در عکاسی با دوربین DSLR

ساز‌و‌کار اعمال فرایند HDR برای تصاویری که با دوربین‌های DSLR‌ ثبت می‌شوند، با سازو‌کار این فرایند در گوشی‌ها متفاوت است. درواقع در عکاسی با دوربین‌های DSLR‌، فرایند HDR‌ دیگر به‌صورت خودکار اعمال نمی‌شود و عکاس خود با طی مراحلی مشابه و به‌صورت دستی این کار را انجام می‌دهد. در این روش، عکاس آزادی عمل بیشتری دارد، می‌تواند جزئیات را مطابق سلیقه شخصی‌اش ثبت کند و محصول نهایی همیشه بهتر از تصویر ثبت‌شده با فرایند HDR خودکار خواهد بود. این فرایند در دو مرحله براکت‌کردن (براکتینگ) نوردهی و ادغام تصاویر انجام می‌شود. در‌ادامه، این مراحل را توضیح می‌دهیم.

ثبت تصاویر

مراحل آماده‌سازی دوربین و عکاسی HDR با آن به‌ترتیب زیر است:

• برای عکاسی HDR با دوربین‌های DSLR، اول از همه به سه‌پایه‌‌ای برای ثابت نگه‌داشتن دوربین نیاز دارید.
• پس از انتخاب سوژه، قاب مدنظر خود را ببندید و نوردهی متناسبی را برای آن تنظیم کنید. اگر سوژه‌، فضای زیادی از کل تصویر را شامل می‌شود، تاحدممکن نوردهی متعادلی برای ثبت تصویر انتخاب کنید.
• پس از انجام دو مرحله بالا، دیگر تغییری اعمال نکنید و فقط سرعت شاتر را کم و زیاد کنید.
• اولین تصویر را بگیرید.
• سرعت شاتر را تغییر دهید تا تصویری تاریک‌تر از تصویر اول ثبت شود. این مرحله را آن‌قدر تکرار کنید که فقط روشن‌ترین نقطه تصویر به‌درستی دیده شود.
• سرعت شاتر را تغییر دهید تا تصویری روشن‌تر از تصویر اول ثبت شود و دوباره این مرحله را آن‌قدر تکرار کنید که فقط تاریک‌ترین نقطه تصویر به‌درستی دیده شود.

در عکاسی HDR با دوربین DSLR، نمی‌توان تعداد مشخصی عکس برای عکاسی تعیین کرد. این تعداد به تصویر کلی، تجهیزات، سوژه، مهارت‌های ارزیابی نور و سبک ویرایش عکاس بستگی دارد.

ترکیب تصاویر ثبت‌شده

پس از ثبت تصاویر در سطوح مختلف نور، حالا نوبت به ترکیب آن‌ها و متعادل‌کردن سطوح نور به‌کمک نرم‌افزار‌ می‌رسد. برخی از نرم‌افزار‌های محبوب موجود برای ادغام تصاویر عبارت‌اند از:

Lightroom، Photoshop، Aurora HDR ، Photomatix Pro، Luminance HDR

مراحل ترکیب تصاویر در نرم‌افزار‌های مختلف کمی متفاوت است؛ اما روال کلی به یک شکل است: پس از بازکردن تمام تصاویر در نرم‌افزار، گزینه Merge را انتخاب و سپس تصویر به‌دست‌آمده را به سلیقه خود ویرایش کنید.

چه زمانی از HDR برای عکاسی استفاده کنیم؟

تصمیم‌گیری درباره استفاده از HDR تا حد زیادی به تجربه و سلیقه عکاس بستگی دارد. ازآنجاکه این قابلیت ابزار مفیدی برای حفظ جزئیات تصویری به‌حساب می‌آید، به‌طور‌کلی استفاده از آن در عکاسی پرتره یا تصویربرداری از مناظر می‌تواند مفید واقع شود. علاوه‌براین دو مورد، HDR رنگ‌ها را غنی‌تر و درخشان‌تر ثبت می‌‌کند و حتی در شرایط مناسب، نویز احتمالی تصویر را نیز کاهش می‌دهد.

• HDR در عکاسی از مناظر و طبیعت: همه می‌دانیم که نور یکی از عوامل مهم در هنگام عکاسی است؛ اما اگر منبع نور خورشید و سوژه نیز منظره‌ای در طبیعت باشد، تفاوت زیادی در سطوح نور وجود خواهد داشت. قابلیت HDR در چنین شرایط می‌تواند اختلاف بین نقاط تاریک و روشن را کم کند و تصویر متعادلی را نمایش دهد. در دو تصویر زیر تفاوت عکاسی از مناظر با HDR فعال و غیرفعال را مشاهده می‌کنید.
• HDR در عکاسی با نور کم و عکاسی با نور در پس‌زمینه: عکاسی در شرایطی که در نور زیادی در پس‌زمینه وجود دارد یا نور کلی محیط کم است، به ثبت تصویری نسبتاً تاریک منجر خواهد شد. استفاده از HDR‌ در این شرایط می‌تواند سطح روشنایی کلی تصویر را افزایش و بخش‌های پیش‌زمینه را روشن‌تر و نور بخش‌های روشن پس‌زمینه را کاهش دهد. HDR با ترکیب مناسب‌ترین بخش‌های تصاویر ثبت‌شده تاحدممکن خروجی جذابی تحویل می‌دهد؛ اما این قابلیت هنوز مبتنی‌بر نرم‌افزار است و در نبود نور نمی‌تواند معجزه کند.

چه زمانی از HDR برای عکاسی استفاده نکنیم؟

HDR فرایندی ماشینی و خودکار است و استفاده از آن در برخی شرایط ممکن است نتیجه نهایی مطلوبی نداشته باشد. اعمال این فرایند برای عکاسی در حال حرکت یا تصویربرداری از سوژه‌ای که به این فرایند احتیاجی ندارد، خروجی نهایی محو یا مصنوعی ارائه می‌دهد.

• HDR برای عکاسی در حال حرکت: HDR برای پردازش و متعادل کردن سطوح مختلف نور حداقل سه تصویر ثبت می‌کند. اگر در این فرایند یکی از سوژه‌ها متحرک باشد، تصویر نهایی ممکن است تار به‌نظر برسد.
• HDR‌ برای عکاسی از سوژه‌هایی با کنتراست بالا: گاهی اوقات ممکن است تصویری با کنتراست قوی بین مناطق تاریک و روشن همچنان عالی به‌نظر برسند. در این شرایط از HDR استفاده نکنید؛ چراکه این قابلیت با کاهش کنتراست، از جذابیت تصویر می‌کاهد. مثال مناسب برای سوژه‌هایی با کنتراست بالا، عکاسی از آتش‌بازی یا بازی با نور است. در این شرایط، تاریک و کم‌نور بودن پس‌زمینه حتی می‌تواند به حفظ درخشش نقاط نورانی کمک و تصاویری زیباتری خلق کند.
• HDR برای عکاسی از سوژه‌هایی با رنگ‌های زنده و تند: اگر سوژه عکاسی شما رنگ‌های بسیار زنده و تندی دارد، استفاده از قابلیت HDR هنگام عکاسی باعث می‌شود تا رنگ‌ها به‌صورت اغراق‌شده‌ای در تصویر به‌نظر برسند و همین امر زیبایی تصویر نهایی را کاهش می‌دهد.

با اینکه ممکن است HDR در برخی موقعیت‌ها ناکارآمد باشد، می‌تواند برخی از کاستی‌های دوربین‌ گوشی را جبران کند و کیفیت تصاویر را بهبود بخشد. همان‌طورکه گفتیم، استفاده از این قابلیت قانون مشخصی ندارد و تا حد زیادی به تجربه و تصمیم کاربر وابسته است؛ به‌همین‌دلیل، توصیه می‌شود، برای بهره حداکثری از HDR، در قدم اول سازوکار دوربین گوشی‌ خود را بشناسید و قدم بعد با صرف وقت و روش آزمون و خطا از تصاویر مختلف در شرایط متفاوت، یک بار با HDR‌ فعال و یک‌ بار با HDR غیرفعال عکاسی کنید. این فرایند به شما کمک می‌کند تا بتوانید در لحظه بهتر تصمیم‌ بگیرید و تصاویر با کیفیت‌تری ثبت کنید.

ویدئو HDR

فناوری ویدئو با محدوده دینامیکی گسترده (HDR) دستاوردی چشمگیر برای بازتولید سکانس‌هایی است که چشم انسان در رنگ‌ها و تضاد سطوح نور تشخیص می‌دهد؛ اما در فیلم‌برداری معمولی به‌چشم نمی‌آیند. ویدئو HDR درواقع به فرایند بازسازی خروجی از تولید تا توزیع و نمایش آن اشاره می‌کند که در استاندارد‌های مختلفی ارائه می‌شود.

همان‌طورکه گفتیم، محدوده دینامیکی به‌معنای تفاوت بین روشن‌ترین ناحیه و تاریک‌ترین ناحیه یک تصویر است و محدوده دینامیکی گسترده‌تر فضای بیشتری را درمقایسه‌با محدوده دینامیکی استاندارد (SDR) پوشش می‌دهد. SDR یا محدوده دینامیکی استاندارد، استاندارد پایه نمایشگرهای ویدئویی و سینمایی است که تنها بخشی از محدوده دینامیکی موجود در HDR را نمایش می‌دهد و جزئیات را حفظ نمی‌کند.

ویدئو HDR درمقابل SDR

HDR علاوه‌بر ثبت جزئیات بیشتر درمقایسه‌با SDR، کنتراست بین تاریک‌ترین و روشن‌ترین نواحی را نیز بهتر مشخص می‌کند و ازآنجاکه درخشندگی بر رفتار رنگ‌ها تأثیر می‌گذارد، این قابلیت می‌تواند تجربه بسیار نزدیک‌تری از آنچه در دنیای واقعی می‌بینیم، برای ما فراهم کند.

برای بررسی تفاوت‌های HDR‌با SDR، ابتدا لازم است با مفاهیم استاپ و نیت بیشتر آشنا شویم:

• استاپ: ازنظر عکاسی، تفاوت میزان نور با واحدی به نام استاپ (توقف) توصیف می‌شود. محدوده دینامیکی چشم انسان حدود ۲۰ استاپ است و ازآنجاکه هر استاپ میزان نور را دو برابر افزایش می‌دهد، این ۲۰ استاپ نسبت کنتراستی برابر یک به یک‌میلیون دارد. محدوده دینامیکی استاندارد یا SDR تقریباً ۶ استاپ در هر Rec.709 و محدوده دینامیکی گسترده یا HDR نیز حداقل ۱۳ استاپ دارد.
• نیت: شدت نور در سیستم SI (استاندارد بین‌المللی) برحسب cd/m2 و در سیستم‌ غیر SI برحسب نیت (Nit)‌ اندازه‌گیری می‌شود. در این مقاله، از واحد Nit برای اندازه‌گیری شدت نور استفاده خواهیم کرد. هر محتوای HDR زمانی که با دستگاه‌های حرفه‌ای ضبط شود، می‌تواند حداکثر روشنایی تا ۱۰٬۰۰۰ نیت داشته باشد و نمایشگر‌های دارای HDR نیز می‌توانند بین ۱۰۰۰ تا ۴۰۰۰ نیت را نمایش دهند؛ درحالی‌که نمایشگر‌های SDR، تقریباً توانایی پخش ۱۰۰ نیت را دارند.

قبل از تولید نمایشگرهایی که بتوانند ویدئو HDR را پخش کنند، دستگاهی برای نمایش فرمت‌های RAW که دوربین‌های حرفه‌ای HDR ثبت می‌کردند، وجود نداشت. حالا به‌لطف پیشرفت در فناوری، نمایشگرهای HDR می‌توانند این محتوا را به همان شکل تولیدشده نمایش دهند. استانداردهای مختلفی برای تبدیل محتوای خام به HDR وجود دارد که قبل از پرداختن به جزئیات این استاندارد‌ها، ابتدا عواملی را بررسی می‌کنیم که بر کیفیت تصویر تأثیر می‌گذارند.

با‌‌‌توجه‌‌به نحوه درک ما از نور، محدوده دینامیکی و رنگ‌ها مفاهیم کاملاً مرتبطی هستند و تغییر یکی بر رفتار دیگری تأثیر می‌گذارد. بنابراین، جدا از کنتراست و تفاوت در سطوح نور، عمق بیت، حجم رنگ و برخی عوامل دیگر نیز بر کیفیت محتوای نهایی تأثیر خواهد گذاشت:

• وضوح تصویر (Resolution): برای مثال، تصویری با وضوح 1080p درواقع وضوحی برابر با ۱۹۲۰ در ۱۰۸۰ دارد؛ یعنی ۱۹۲۰ پیکسل به‌صورت افقی و ۱۰۸۰ پیکسل به‌صورت عمودی. طبق استاندارد Rec.2020، وضوح 4K UHD یا 8K UHD نیز ۳۸۴۰ در ۲۱۶۰ و ۷۶۸۰ در ۴۳۲۰ پیکسل دارند.
• نرخ فریم (Frame Rate): تعداد فریم‌های پردازش‌شده در ثانیه را نشان می‌دهد و تعداد بیشتر آن، تجربه‌ای روان‌تر را برای بیننده به‌ارمغان می‌آورد. اکثر فیلم‌ها با سرعت ۲۴ فریم‌برثانیه ارائه ضبط می‌شوند؛ درحالی‌که دوربین‌هایی مانند GoPro نرخ فریم بیشتر و تا ۱۲۰ فریم‌برثانیه را نیز پوشش می‌دهند که بیشتر برای ضبط محتوایی با حرکت‌های زیاد و سریع ایدئال است.
• عمق بیت (Bit Depth): تعداد رنگ‌ها را در محدوده‌‌ای تعریف‌شده مشخص و درنتیجه ظرافت درجه‌بندی رنگی را تعیین می‌کند. برای مثال، رنگ ۸ بیتی در ویدئو SDR برابر با ۱۶٬۷۷۷٬۲۱۶ سایه رنگ دارد (ترکیب RGB که ۲۵۶ در ۲۵۶ در ۲۵۶ حالت دارد. ۲۵۶ در این ترکیب حاصل ۲ به توان ۸ است). ۱۰ بیت ۱٬۰۷۳٬۷۴۱٬۸۲۴ رنگ دارد که ۶۴ برابر بیشتر از رنگ‌های موجود در حالت ۸ بیتی است و ۱۲ بیت نیز ۶۸٬۷۱۹٬۴۷۶٬۷۳۶ رنگ دارد.
• محدوده رنگی (Colot Gamut): محدوده رنگی نامتناهی را در مدل‌سازی محدود تعیین می‌کند. برای مثال، استاندارد Rec.709 فضایی رنگی Rec.709 را تعیین می‌کند و استانداردهای Rec.2020 و Rec.2021 فضای رنگی Rec.2020 را نشان می‌دهند. مثلث‌های زیر به‌ترتیب مرزهای فضای رنگی Rec.709 و Rec.2020 را در نمودار رنگی CIE 1931 نشان می‌دهند. فضای رنگی Rec.709 تنها حدود ۳۶ درصد از محدوده نمودار و طیف رنگی Rec.2020 تقریباً ۷۶ درصد از نمودار را پوشش می‌دهد. به‌همین‌دلیل، فضای رنگی Rec.2020 معمولاً به‌عنوان طیف رنگ گسترده (wide) شناخته می‌شود.

تفاوت‌های Rec.709 با Rec.2020 و با Rec.2100

_{محدوده رنگی Rec.2020 و Rec.709}

بخش ارتباطات رادیویی اتحادیه بین‌المللی مخابرات (ITU-R) استانداردهایی را برای ارائه محتوا در پخش‌های تلویزیونی، ویدئویی و بلوری (BluRay) تعیین می‌کند:

• Rec.709 که با نام BT.709 یا ITU 709 نیز شناخته می‌شود، استاندارد معرفی‌شده ITU-R برای نشان‌دادن محتوای HD است.
• Rec.2020 استاندارد معرفی‌شده ITU-R برای نمایش UHD و Rec.2100 نیز استانداردی برای نمایش HDR است.

استانداردهای ویدئو‌های HDR

هنگامی که نور به دوربین برخورد می‌کند، اطلاعات روی حسگر ذخیره و اطلاعات نوری به سیگنا‌ل‌های الکتریکی تبدیل می‌شوند. بعد از پردازش سیگنال‌های الکتریکی با پردازنده‌های نمایشگر، سیگنال‌های الکتریکی دوباره به اطلاعات نوری تبدیل می‌شوند که نحوه نمایش سیگنال را کنترل می‌کند. این کنترل تابعی ریاضی است که به‌عنوان تابع انتقال شناخته می‌شود تا نحوه تفسیر سیگنال را تعیین کند.

تابع انتقال علاوه‌بر اینکه در SDR و HDR عملکرد متفاوتی دارد، در بین استانداردهای مختلف HDR نیز عملکرد آن ممکن است متفاوت باشد. همچنین، استراتژی‌های مختلف بازاریابی و دستگاه‌هایی متفاوتی که برای پخش HDR‌ استفاده می‌شوند، ازجمله عواملی هستند که باعث به‌وجود‌آمدن چندین استاندارد HDR مختلف شده‌اند.

HDR10

در‌حال‌حاضر، گسترده‌ترین استاندارد HDR موجود HDR10 نام دارد که انجمن فناوری مصرف‌کنندگان آن را در سال ۲۰۱۵ معرفی کرده است. این استاندارد متادیتای استاتیک دارد؛ یعنی متادیتا به‌صورت ثابت استریم می‌شود و شامل اطلاعات رمزگذاری‌شده از تنظیمات کالیبراسیون رنگ موردنیاز برای نمایش واقعی تصاویر است.

استاندارد HDR10 با پشتیبانی از عمق رنگ ۱۰ بیتی، امکان نمایش ۱٫۰۷ میلیارد رنگ را فراهم می‌کند و حداکثر روشنایی آن نیز ۱,۰۰۰ نیت است. HDR10 با نمایشگر‌های SDR سازگار نیست و برای پخش محتوای HDR که با این استاندارد ضبط شده باشد، به نمایشگر‌های UHD Premiuim و Ultra HD نیاز خواهید داشت. استاندارد HDR برای ویرایش ویدئو و درجه‌بندی رنگ‌ها از فضای رنگی Rec.2020 استفاده می‌کند.

دالبی ویژن

فناوری صوتی دالبی در صنعت صدا به‌خوبی شناخته شده است. این فناوری در محدوده دینامیکی گسترده یا HDR ویدئو هم با نام دالبی ویژن عرضه می‌شود. استاندارد دالبی ویژن از استاندارد HDR10 یک گام فراتر می‌رود و عمق رنگ ۱۲ بیتی و حداکثر روشنایی ۱۰,۰۰۰ نیتی ارائه می‌کند. البته در‌عمل، بیشتر استودیوها از ۴,۰۰۰ نیت روشنایی استفاده می‌کنند. این استاندارد از ۸۶ میلیارد رنگ پشتیبانی می‌کند.

یکی از مزیت‌های اصلی دالبی ویژن پشتیبانی آن از tone mapping پویا است. متادیتای ایستا سطوح خاصی از روشنایی را در هر محتوایی که تماشا می‌کنید حفظ می‌کند؛ اما متادیتای پویا آن سطوح را براساس هر صحنه یا حتی هر فریم تنظیم و جزئیات بیشتری بین صحنه‌های بسیار روشن یا بسیار تاریک حفظ می‌کند. ویدئو‌های HDR‌ مجهز به این استاندارد به‌کمک متادیتای پویا، کنتراست درخشندگی را براساس صحنه‌به‌صحنه یا فریم‌به‌فریم برای نمایشگر تنظیم و تصویر را براساس قابلیت‌های دستگاه‌های مختلف بهینه‌سازی می‌کنند.

از ایراد‌های استاندارد دالبی ویژن نیز می‌توان به این موضوع اشاره کرد که تولید‌کنندگان محتوا و سازندگان دستگاه‌ها برای سازگاری محصولاتشان با این استاندارد به گواهینامه نیاز دارند. صاحبان تلویزیون‌های غیر HDR نمی‌توانند محتوای تولیدشده با استاندارد دالبی ویژن را تماشا کنند و کاربران تلویزیون HDR نیز حتی اگر دستگاهشان از استاندارد دالبی پشتیبانی نکند، ممکن است بتوانند محتوای تولید‌شده با استاندارد دالبی ویژن را در دستگاه‌های سازگار با HDR10 ببینند. نکته دیگر اینکه این استاندارد از ۶۸ میلیارد رنگ پشتیبانی می‌کند.

+HDR10

در سال ۲۰۱۷ (۱۳۹۶)، سامسونگ و Amazon Video یا Prime Video استاندارد +HDR10 را به‌عنوان نسخه بهبودیافته HDR10 و رقیبی برای دالبی ویژن معرفی و پشتیبانی کردند. تفاوت +HDR10 با HDR10 این است که علاوه‌بر پشتیبانی از فرمت رنگ ۱۰ بیتی، از متادیتای پویا برای نمایش استفاده می‌کند که سطحِ روشنایی و رنگ را فریم‌به‌فریم کنترل می‌کند و تصاویر واقعی‌تری را نمایش می‌دهد. این استاندارد از حداکثر روشنایی ۴,۰۰۰ نیتی پشتیبانی می‌کند.

روشنایی در +HDR10 به ۴,۰۰۰ نیت می‌رسد و متناسب با آن کنتراست هم افزایش پیدا می‌کند. تولیدکنندگان محتوا برای استفاده از استاندارد +HDR10 به پرداخت حق امتیازی نیاز ندارند؛ اما ازآنجاکه از این استاندارد سه شرکت فاکس قرن بیستم و پاناسونیک و سامسونگ پشتیبانی می‌کنند، تا به این لحظه سازگاری با این فرمت، تنها به تلویزیون‌های سامسونگ و پاناسونیک محدود شده است.

استاندارد +HDR10 از برخی قابلیت‌های ارائه‌شده در دالبی ویژن پشتیبانی می‌کند؛ اما در‌مقایسه‌با دالبی ویژن ارزان‌تر است. این استاندارد در Prime Video آمازون و دستگاه‌هایی که Ultra HD Blu-ray پخش می‌کنند، پشتیبانی می‌شود.

HLG

در سال ۲۰۱۸، شرکت‌های BBC و NHK ژاپن استاندارد HLG (مخفف Hybrid Log Gamma) را با هدف ارائه بهتر HDR توسعه دادند. در‌واقع، استاندارد HLG قرار بود ضمن سازگاری با فرمت قدیمی SDR بتواند پخش تلویزیونی و ارسال تصاویر را تسهیل کند تا با سیگنال داده‌ای مشترک، روی صفحات SDR و HDR نمایش‌دادنی باشد. کیفیت خروجی این استاندارد به خوبی +HDR10 نیست؛ اما سازندگان زیادی مانند سامسونگ و ال‌جی و سونی از این استاندارد در تلویزیون‌های خود پشتیبانی می‌کنند.

HLG کمی متفاوت از سایر استانداردهای HDR است و برخلاف استاندارد‌های +HDR10، HDR10 و دالبی ویژن، از متادیتا استفاده نمی‌کند. این استاندارد از ترکیبی از منحنی گامایی که تلویزیون‌ها برای محاسبه روشنایی محتوای SDR استفاده می‌کنند و منحنی لگاریتمی برای محاسبه سطوح بسیار بیشتر روشنایی که تلویزیون‌های دارای HDR می‌توانند تولید کنند، بهره می‌برد.

این یعنی در استاندارد HLG، لایه اطلاعات مربوط به HDR روی سیگنال SDR قرار داده می‌شود و اگر تلویزیونی از HDR پشتیبانی نکند، تنها تصویر SDR محتوا را نمایش می‌دهد؛ اما تلویزیون‌هایی که از HDR پشتیبانی می‌کنند، با بهره‌گیری از این فرمت می‌توانند تصاویری روشن‌تر و جذاب‌تر نمایش دهند. نکته منفی درباره HLG، ضعف این استاندارد در نمایش جزئیات سایه‌ها و صحنه‌های تاریک است.

کار با ویدئو HDR

برای کار با ویدئو HDR چندین جنبه مختلف را باید در نظر بگیرید. در ابتدا برای اینکه رنگ‌ها به‌درستی نمایش داده شود، به مانیتوری نیاز دارید که با محتوای HDR سازگار باشد و از حداکثر روشنایی مشخص‌شده HDR پشتیبانی کند. علاوه‌بر‌این، ازآنجاکه با داده‌های بسیار بزرگ‌تری در‌مقایسه‌با ویدئو‌های SDR سروکار دارید، بهتر است برای ویرایش دستگاهی را انتخاب کنید که قابلیت پردازش و محاسبه داده‌های فشرده را داشته باشد.

نرم‌افزارهای اصلی ویرایش ویدئو مانند Premiere Pro ادوبی، Final Cut Pro اپل، Vegas Pro و Avid Media Composer به‌تدریج پشتیبانی از ویرایش HDR را به پلتفرم‌های خود اضافه کرده‌اند و ازآنجاکه اپل نسخه ویژه‌ای از دالبی ویژن را برای سری آیفون ۱۲ پرو خود معرفی کرده است، پشتیبانی اضافه‌شده در iMovie برای ویدئوهای HDR ضبط‌شده با آیفون نیز وجود دارد.

ویرایش محتوای HDR ممکن است برای کاربران معمولی آن‌چنان ساده نباشد و اگر کاربری از دانش کافی برای ویرایش این محتوا برخوردار نباشد، حتی ممکن است به محتوای HDR آسیب برساند. به‌طور‌کلی، دو راه برای ویرایش محتوای HDR وجود دارد: تبدیل HDR به SDR برای ویرایش یا تنظیم پروژه با آگاهی و دانش کافی برای ویرایش محتوای HDR. در‌ادامه، مراحل ویرایش ویدئو HDR گرفته‌شده با آیفون را در محیط نرم‌افزار Final Cut Pro توضیح می‌دهیم:

• قدم اول: به قسمت Effect بروید و با انتخاب ابزار HDR، گزینه PQ to HLG را انتخاب کنید.
• قدم دوم: حداکثر روشنایی را روی ۱۰۰ نیت تنظیم کنید.
• قدم سوم: اگر می‌خواهید از LUT (ابزاری برای پیش‌تنظیم رنگ‌ها) استفاده کنید، فراموش نکنید که خروجی را به‌عنوان فضای رنگی Rec.2020 HLG در تنظیمات سفارشی LUTs انتخاب کنید.
• قدم چهارم: پروفایل خروجی را تنظیم کنید. ازآنجاکه پروفایل خروجی پیش‌فرض H264 است که تنها از عمق رنگ ۸ بیت پشتیبانی می‌کند، باید ازطریق برنامه Compressor، پروفایل خروجی سفارشی ایجاد کنید و سپس با انتخاب MPEG-4، قسمت بهینه‌سازی برای وب‌سایت را علامت بزنید. از رنگ ۱۰ بیتی منو آبشاری (Drop Down) استفاده کنید و مطمئن شوید که گزینه متادیتای دالبی ویژن ۸.۴ انتخاب شده باشد.

در‌حال‌حاضر، سیستم‌های پخش زنده از عمق رنگ ۱۰ بیتی پشتیبانی نمی‌کنند و از این فناوری می‌توان در سرویس‌های پخش مانند نتفلیکس یا دیسک‌های Blu-ray لذت برد. برای مثال، نتفلیکس ویدئوهای HDR‌ با استاندارد HDR10 و دالبی ویژن دارد؛ البته برای استفاده از این استاندارد باید اشتراک Premium داشته باشید. همچنین، کابل‌های HDMI و دستگاه‌های پخش شما نیز باید با استاندرد های HDR سازگار باشند.

خوشبختانه امروزه حتی پخش‌کننده‌های مقرون‌به‌صرفه مانند Chromecast نیز از +HDR10 و دالبی ویژن پشتیبانی می‌کنند. اکثر سرویس‌های پخش و نمایشگر‌های موجود در بازار برچسب‌هایی دارند که استاندارد‌های سازگار با محتوای آن سرویس یا نمایشگر راه نشان می‌دهد.

صدای HDR

محدوده دینامیکی در صدا برای توصیف عمق بیت استفاده‌شده در فرایند کوانتیزه‌کردن استفاده می‌شود و محدوده دینامیکی گسترده نیز از دسی‌بل‌های بیشتری برای نمونه‌برداری در ضبط‌ صدا استفاده می‌کند. استفاده از عبارت محدوده دینامیکی گسترده برای توصیف عملکرد صوتی ممکن است کمی گیج‌کننده به‌نظر برسد؛ اما بازتعریف این عبارت در صنعت صدا از ارزش و اهمیت بالایی برخوردار است.

درواقع، «محدوده دینامیکی گسترده» برای صدا عبارت است از تفاوت بین بیشترین سطح صدایی که سیستم پخشی می‌تواند بازتولید کند (همان بلندی صدا) و پایین‌ترین سطح صدایی که سیستم می‌تواند بدون محوشدن صدا بازتولید کند. این دو مفهوم را مشابه بیشترین سطوح روشنایی و تاریک‌ترین سطوح در ویدئوهای HDR در نظر بگیرید.