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. برای حصول نتیجه بهتر، رسانه مورد نظر نیز باید با استفاده از تکنیک HDR و دوربینی که حداقل نویز را داراست ضبط شده باشد تا بتوان از این تفکیک و وضوح بالا، حداکثر استفاده را برد. پس از ضبط این تصاویر، باید با استفاده از یک کدک ویدیویی که از تفکیک بالا (شامل H.254 یا H.256) پشتیبانی می کند، به فرمت 10 یا 12 بیت تبدیل کرد. این تصاویر را سپس می توان روی دیوایس هایی که خروجی ویدیویی با استاندارد HDR دارند، پخش کرد. خیلی ساده بود نه؟

آیا فناوری HDR‌باعث می شود تا صفحه نمایش شما بهتر به نظر برسد؟

با تمامی این اوصاف، همه ما خوب می دانیم که پخش تصاویر ضبط شده با فناوری SDR با استفاده از نمایشگرهای HDR الزاما کیفیت آنها را افزایش نمی دهد. در حقیقت نمایشگرهای HDR یک راه حل جادویی برای آنکه تصاویر ویدیویی و محتوای رسانه ای به صورت خودکار کیفیت بالاتری پیدا کنند، نیستند. بنابراین، باید منتظر ماند تا محتوای تصویری HDR بیشتری در سراسر جهان تولید شود بتوان از این فناوری حداکثر استفاده را برد.

همچنین، باید یادآور شد که HDR یک استاندارد قطعی و ثابت نیست بلکه نحوه های پیاده سازی و پنل های مختلف می توانند منجر به ایجاد نتایج مختلفی شوند. ما در اینجا تنها درباره دو استاندارد HDR صحبت کردیم در حالیکه استانداردهای مختلفی نیز وجود دارد که این استانداردها برای جلب توجه مخاطبان با یکدیگر رقابت دارند.

علاوه بر این، نمی توان دو صفحه نمایش پیدا کرد دقیقا مشابه هم باشند ضمن اینکه قابلیت هایی چون میزان روشنایی، کنتراست و محدوده رنگی ثابت و دست نخوردنی نیستند. بنابراین، حتی اگر دو صفحه نمایش توانایی پشتیبانی از HDR را داشته باشند، بازهم مقایسه آنها ارزش آن را دارد تا ببینیم کدام یک عملکرد و کیفیت بالاتری دارد.

به خاطر همین است که گفته می شود نمایشگرهای HDR هنوز هم باید بهتر از سایر نمایشگرها عمل کنند تا اطمینان حاصل شود حتی محتوای دارای پویایی استاندارد هم در آن با بالاترین کیفیت دیده می شوند.

نمایشگرهای LCD در برابرنمایشگرهای AMOLED

اگر فناوری نمایشگرها تاکنون به اندازه کافی پیچیده بنظر نمی رسد، اما معرفی و عرضه نمایشگرهای HDR یک لایه دیگر بر پیچیدگی های مجادلات میان طرفداران نمایشگرهای LCD و OLED افزوده است. از همه مهم تر، در نمایشگرهای HDR به استفاده از فناوری جدید نمایشگر در داخل پنل نیازی نیست. از سوی دیگر، پنل های LCD و  OLED توانایی این را دارند تا به بهترین شکل ممکن خود را با روشنایی و معیارهای رنگی محتوای HDR سازگار کنند.

در حالی که هر دو تکنولوژی فوق قادرند صفحه نمایش هایی تولید کنند که می تواند با این معیارها خود را تطبیق دهد، مسیری که این نمایشگرها برای رسیدن به آن طی می کنند، متفاوت خواهد بود و هر کدام مزایا و معایب خاص خود را دارند. ما قصد نداریم بازهم به تکرار مکررات بپردازیم اما نسبت کنتراست بالای نمایشگرهای OLED و محدوده رنگی نسبتا وسیع تر، به خوبی توانسته این نمایشگرها را به سمت پخش محتوای HDR هدایت کند. در عین حال، نور پس زمینه درخشان در پنل های LCD و تحولات جدید رنگی نظیر «فناوری نقطه کوانتوم»، این پنل ها را به یک انتخاب رقابتی تبدیل کرده است.

جمع بندی

نمایشگرهای HDR، در فضای موبایل ها و تلفن های هوشمند، یک پیشرفت تلقی می شوند که استفاده از آن می تواند کیفیت بالایی از رسانه های تصویری روی دیوایس های هوشمند ارائه کند. با این حال باید دانست که استفاده از فناوری HDR روی دیوایس های قابل حمل عاری از پذیرش برخی محدودیت ها نیست. روشنایی پنل نمایشگر موبایل ها عمدتا نمی تواند به 1000 نیت برسد که این میزان روشنایی مورد نیاز برای رقابت با تلویزیون های پیشرفته و افزایش روشنایی تصویر است چراکه محدودیت حجم باتری ها هم این اجازه را عملا نمی دهد.

همچنین، در خصوص پخش فایل های حجیم و محدودیت پهنای باند جهت استریم کردن رسانه های صوتی-تصویری، موانعی وجود دارد که ممکن است در نهایت دست استفاده کنندگان از این دیوایس ها را برای بهره برداری حداکثری از این نمایشگرها بسته بگذارد. با این حال، تصاویر ویدیویی و عکسهای ثبت شده و قابل پخش روی موبایل ها، نسبت به گذشته کیفیت بسیار بالاتری دارند و باید طی سالهای آتی منتظر انتشار محتوای با کیفیت HDR بیشتری باشیم تا بیشترین استفاده را از این فناوری روی دیوایس های همراه خود ببریم.