هر آنچه که باید درباره تکنولوژی نمایشگرهای HDR بدانید

سالهاست در دنیای فناوری مرتب به واژه «دامنه پویایی بالا» یا HDR، بر می خوریم؛ مدتهاست که گزینه HDR را در تنظیمات دوربین های عکاسی و فیلمبرداری، مشاهده می کنیم که وظیفه آن افزایش عمق رنگ سیاه و در نتیجه تولید تصاویر شفاف تر و درخشان تر است. همچنین، حتما فیلمبرداری با قابلیت HDR را دیده اید اما همه این ها به کنار، امروز شاهد آخرین نسل نمایشگرهای دارای قابلیت مشاهده تصاویر HDR در تلفن های هوشمند هستیم.

در این نوع نمایشگرها، صحبت از تغییر دقت تفکیک نمایشگر، نظیر تفکیک های 1080P یا 4K نیست بلکه صحبت از کیفیت تصاویر، بخصوص یک طیف نوری با دامنه پویایی بسیار بالا است.

وقتی راجع به عکسبرداری و فیلمبرداری صحبت می کنیم، دامنه پویایی، در مبتدی ترین سطح خود به دامنه ای از رنگ های حد فاصل روشن ترین طیف نوری (سفید) تا تیره ترین آن (سیاه) اطلاق می شود که با چشم قابل مشاهده بوده یا دستکم بتوان آن را به تصویر کشید.

البته این به معنای آن نیست که مثلا بگوییم فلان تصویر روشن تر یا تیره تر است بلکه تصویر یا عکسی که دامنه پویایی خوبی دارد، می تواند طیف وسیع تری از رنگ ها را در خود بگنجاند. مثلا، در چنین تصاویری خاکستری های ملایم کاملا سیاه بنظر نمی رسند یا سایه روشن های رنگی نیز به گونه ای هستند که به راحتی می توان آنها را از منابع نوری روشن در تصویر به خوبی تمییز داد.

بنابراین، یک عکس، ویدیو یا نمایشگر دارای دامنه پویایی ضعیف ممکن است رنگ و رو رفته بنظر برسد، تصویری نوارهای رنگی بسیاری با یک دامنه طیفی مشابه ارائه کند یا نواحی تیره تصویر را با سیاهی های عکس کاملا ادغام کند.

درخشندگی (Nits)، نسبت کنتراست و محدوده رنگی (Color Gamut)

وقتی صحبت از افزایش دامنه پویایی نسبت به شیوه های قدیمی به کار گرفته شده در عکاسی، فیلمبرداری و فناوری نمایشگرها به میان می آید، آن وقت است که فناوری HDR یا «دامنه پویایی بالا»، اهمیت پیدا می کند. از راه های مختلفی می توان این کار را انجام داد. به عنوان مثال، در عکسبرداری می توان این کار را با عکسبرداری از یک سوژه یا منظره با شدت های نوری متفاوت و سپس به هم چسباندن این عکس ها با کمک نقشه رنگی انجام داد.

گرچه، پرینت کردن یا مشاهده اینگونه تصاویر بهبود یافته روی نمایشگرها نیز نیازمند راهکارهای جدیدی بود. اگر رسانه تصویری قادر به نمایش رنگ های بیشتری باشد، آن وقت پنل نمایشگرها نیز باید همین توانایی را داشته باشند. به همین دلیل است که در بخش تنظیمات آنها این روزها شاهد گزینه هایی چون درخشندگی (luminosity)، کنتراست و محدوده رنگی (color gamut) هستیم که گزینه اخیر تشخیص می دهد که پنل نمایشگر در اوج روشنایی تا چه اندازه درخشان است (به واحد نیت) اما موضوع به همین جا ختم نمی شود چرا که برای ما دامنه درخشانی تصاویر حد فاصل روشنایی بالا و سیاهی ها نیز جذابیت بالایی دارد.

تلویزیون های قدیمی روشنایی در محدوده 100 تا 500 نیت و کنتراستی حدودا 1 به 4000 ارائه می دادند. اما در پنل های HDR این ارقام به حدود 1000 نیت و بالاتر می رسد و سطح سیاهی کمتر از 0.05 نیت ارائه می کنند. این توانایی، نسبت کنتراست بسیار بالایی (درخشندگی روشنایی/درخشندگی سیاهی) یعنی 1 به 20 هزار، ارائه می کند.

به عبارت ساده تر، نمایشگرهای HDR به هنگام پخش فرمت های تصویری قابل پشتیبانی، تصاویری شفاف تر و رنگی تری ارائه می کنند.

تمامی این تعاریف بدان معناست که پنل های HDR، در مقایسه با سایر پنل های معمولی، قادر هستند طیف وسیع تری از رنگ ها را نمایش دهند. این قابلیت را می توان با پشتیبانی از فرمت های رنگی جدید که شامل طیف وسیع تری از رنگهاست که این طیف گسترده نزدیکترین حالت ممکن به محدودیت بینایی انسان است.

در واقع، پنل های HDR با هدف کنار زدن استاندارد فضای رنگی Rec.709 (یک ویژگی فرمت استاندارد در تلویزیون های با کیفیت بالا که صفحه نمایش عریض 16 به 9 دارند) و رسیدن به استاندارد DCI-P3 تولید شدند که این فضای رنگی هم اکنون در صنایع فیلم سازی و سینما به کار می رود. این استاندارد هم اکنون به سمت دستیابی به استاندارد بزرگتری یعنی Rec.2020 حرکت می کند که این فضا می تواند 76 درصد از طیف های مرئی را پوشش دهد.

البته هنوز هیچ پنل HDR که بتواند تمام فضای رنگی استاندارد Rec.2020 را نمایش دهد، ساخته نشده اما پنل هایی تولید شده اند که توانسته اند تا حدود 90 درصد به استاندارد DCI-P3 نزدیک شوند، تولید شده اند. این بدان معناست که در حال حاضر تنها می توان حدود 60 درصد فضای رنگی استاندارد Rec.2020 را به نمایش کشید اما با نوآوری های بیشتر در پنل های جدید، این درصد رو به افزایش است.

عمق رنگ: 8 بیت در برابر 10 بیت

به منظور فراهم کردن استاندارد متداول برای محتوای HDR، گروه های متعددی هستند که برای تولیدکنندگان و پشتیبانی از این محتوا با هم رقابت می کنند. در این بین استاندارد باز HDR10 محبوب ترین فرمت محسوب می شود که توانسته عمق رنگ فرمت های تصویری برای محتوای HDR به 10 بیت RGB افزایش دهد که این نرخ بالاتر از 8 بیتی است که سابق بر این در تلویزیون های دارای دامنه پویایی استاندارد به چشم می خورد.

«عمق رنگ» اصطلاحا به حجم اطلاعاتی گفته می شود که می توان ذخیره و برای هر یک از سه رنگ اصلی (آبیریال قرمز و سبز) باز تولید کرد. در حال حاضر، عمق رنگی 8 بیت در استاندارد RGB، چیزی بین 0 تا 255 گزینه به ازای هریک از رنگ های RGB در اختیار ما قرار می دهد که در صورت تلفیق این سه رنگ با یکدیگر در مجموع 16.78 میلیون سایه روشن مختلف رنگی تولید می شود.

با افزایش عمق رنگی از 8 به 10 بیت، به ازای هرکدام از سه رنگ اصلی، 1024 گزینه و روی هم رفته 1.07 میلیارد طیف و سایه روشن رنگی در اختیار خواهیم داشت. این رقم، از یک به میزان قابل توجهی دامنه رنگی قابل نمایش در پنل ها را افزایش می دهد و از سوی دیگر، وجود خطوط میان رنگهای مشابه را به حداقل می رساند و منجر به ارائه تصاویر صاف تر و شفاف تر می شود.

نه تنها استفاده از نمایشگرهای HDR به معنای محدوده رنگی وسیع تری است، بلکه استفاده از عمق رنگی 10 بیت به معنای فاصله قابل توجه با استاندارد قدیمی 8 بیت نیز هست

فناوری Dolby Vision که یکی از رقبای HDR10 نیز محسوب می شود، فناوری عمق رنگی 12 بیت و بیش از 4000 نیت درخشندگی را معرفی کرده است اما بسیاری از منتقدان بر این باورند که استاندارد جدید کوچکترین پیشرفتی در زمینه افزایش کیفیت تصاویر در این مرحله نداشته است. در حال حاضر، نمایشگرها به سختی می توانند اکثریت داده های رنگی را ایجاد کنند بنابراین اجرای فناوری Dolby Vision یک بار هزینه ای اضافی محسوب می شود.

در نتیجه، به نظر می رسد که در حال حاضر استاندارد HDR10 برنده این رقابت باشد اما در آینده مزایای استفاده از استاندارد Dolby Vision می تواند توجیه اقتصادی بیشتری داشته باشد. برای یادآوری بد نیست اشاره کنیم که کمپانی ال جی در ساخت نمایشگر موبایل G6 از استاندارد Dolby Vision HDR‌استفاده کرده که این نمایشگر علاوه بر استاندارد فوق، با استاندارد HDR10 نیز سازگار است.

از همه این موارد مهمتر آنکه، یک دیوایس پخش کننده تصاویر، باید حتما از استاندارد HDR یا سایر فرمت های دارای عمق رنگی بالاتر نظیر مدیاپلیر ویندوز یا اسمارت فون ها پشتیبانی کند. در همین راستا، کوالکام به تازگی چیپست پشتیبانی کننده از عمق رنگی 10 بیت را در داخل پردازنده «اسنپدراگون 835» گنجانده است اما موبایل های جدید که از فناوری HDR‌ پشتیبانی می کنند، نظیر گلکسی نوت 7 فقید و ال جی G6 در حال حاضر راهکارهای خاص خود را برای پشتیبانی از این فرمتها به کار گرفته اند.

تمامی این اجزا باید به منظور مشاهده محتوای دارای کیفیت HDR، آن هم به بهترین نحو ممکن گردهم آیند