寧喜峰

（廈門一視科技有限公司，福建 廈門 361028）

HDR 技術(shù)興起于廣電行業(yè)，全稱是High-Dynamic Range，即高動(dòng)態(tài)范圍圖像技術(shù)，最早應(yīng)用在攝影，因4K顯示時(shí)代的到來，現(xiàn)已經(jīng)擴(kuò)展到手機(jī)拍照和4K 電視機(jī)，在小點(diǎn)間距LED顯示屏上的應(yīng)用目前還是一個(gè)相對(duì)滯后狀態(tài)。本文主要針對(duì)HDR 顯示技術(shù)在小點(diǎn)間距LED 顯示屏上的應(yīng)用技術(shù)展開分析。小點(diǎn)間距LED 顯示屏HDR 具有色彩鮮艷、圖像清晰、亮度高、能夠根據(jù)場地任意變化顯示區(qū)域的優(yōu)勢特點(diǎn)，通常被應(yīng)用于室內(nèi)會(huì)議、展廳、報(bào)告廳、舞臺(tái)背景等，有效地提高觀看者觀看圖像的效果和體驗(yàn)。

1 HDR 顯示技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)

HDR 的三大標(biāo)準(zhǔn)為 HLG（Hybrid Log Gamma）、HDR10、Dolby Vision，如圖1 所示。

圖1 HDR 的三大標(biāo)準(zhǔn)

HLG 的全稱是Hybrid Log Gamma，是由英國BBC 和日本NHK 電視臺(tái)聯(lián)合開發(fā)的高動(dòng)態(tài)范圍HDR 的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。

HDR10 為2015 年美國消費(fèi)電子協(xié)會(huì)公布的HDR10 媒體檔案，俗稱HDR10，使用建議2020 色彩空間、Perceptual Quantizer（PQ）和10 位的位深度。HDR10 是由各種各樣的公司所支持的。

Dolby Vision（中文名：杜比視界）是美國杜比實(shí)驗(yàn)室推出的影像畫質(zhì)技術(shù)，通過提升亮度、擴(kuò)展動(dòng)態(tài)范圍來提升影像效果。它可以提升視頻信號(hào)保真度，從而讓圖像的無論從亮度、色彩還是對(duì)比度角度看都非常逼真。

2 三大標(biāo)準(zhǔn)差異比較

從推廣普及程度來說，HLG 是最廣泛、推廣成本最低、接受度最高的。HDR10 次之，Dolby Vision 最高端，不是一般用戶能接觸到的，而且需要授權(quán)才能使用。從技術(shù)角度來說，HLG 的輸出不帶元素?fù)?jù)，其編碼值是相對(duì)值，按照百分比進(jìn)行。能后向兼容SDR，最大照度值=顯示設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)，因此HLG 可以根據(jù)不同的顯示設(shè)備顯示出不同程度的HDR 效果，具備自適應(yīng)性能。相比HDR10，它的畫面即使在現(xiàn)有的SDR 顯示設(shè)備上，也能呈現(xiàn)得更加艷麗動(dòng)人。HDR10 和 Dolby Vision 都是 Perceptual Quantizer（ 也稱SMTPE ST2084）絕對(duì)值顯示，PQ 的輸出帶元數(shù)據(jù)，其編碼值是絕對(duì)亮度值，其輸出可以有很多版本，比如500 nit、1 000 nit、2 000 nit 等。如果顯示設(shè)備沒有達(dá)到輸出版本的亮度要求，則高亮部分會(huì)被切掉。

3 HDR 生態(tài)鏈

無論是HLG 也好，Dolby Vision 也罷，都是致力于再造拍攝→后期→母版制作→傳輸→顯示這樣一個(gè)端到端的生態(tài)環(huán)境，來保留和重現(xiàn)視頻中更亮和更豐富的色彩像素，從而讓人眼從顯示端上看到視頻的時(shí)候，能夠感覺到圖像效果的提升，也就是所說的HDR 全流程制作，如圖2 所示。

在這個(gè)全流程制作推廣過程中，前4 個(gè)環(huán)節(jié)都有影片公司或傳媒公司完成，同時(shí)前面4 個(gè)部分所投入的成本也是非常高的，高投入的制作片源，只有得到商業(yè)普及，才能實(shí)現(xiàn)其價(jià)值。要商業(yè)普及勢必就要實(shí)現(xiàn)顯示端的易實(shí)現(xiàn)且成本被接受，顯示端根據(jù)普及方向簡單的分為3 種形態(tài)：投影機(jī)、液晶電視、LED 屏。相比于投影機(jī)和液晶電視，小點(diǎn)間距LED 屏HDR 顯示這個(gè)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)就相對(duì)復(fù)雜，需要進(jìn)行HDR解碼→編碼→發(fā)送→接收→驅(qū)動(dòng)的過程。在這個(gè)過程中，要保留和重現(xiàn)視頻中更亮和更豐富的色彩像素，給系統(tǒng)方案帶來了巨大的挑戰(zhàn)。

圖2 HDR 全流程制作

4 HDR 技術(shù)在小點(diǎn)間距LED 顯示屏上的顯示應(yīng)用

4.1 小點(diǎn)間距LED 屏系統(tǒng)連線

常用小點(diǎn)間距的LED 屏燈珠點(diǎn)間距為1.875 mm、1.667 mm、1.5 mm、1.2 mm 等，因?yàn)闊糁辄c(diǎn)間距變小使每個(gè)箱體的燈珠數(shù)量成倍增加，這需要更多的接收卡來驅(qū)動(dòng)一個(gè)常規(guī)箱體上的LED 燈珠，一箱體兩卡、三卡甚至四卡（接收卡）。同時(shí)LED 系統(tǒng)控制軟件中的刷屏也不同于常規(guī)刷屏的任意連線方式（如圖3 所示），因?yàn)槊織l網(wǎng)線只能帶載65 萬像素點(diǎn)，這樣只能豎向垂直走線（如圖4 所示），才能解決單條網(wǎng)線帶寬問題。由圖3 和圖4 網(wǎng)絡(luò)連線可以看出，同樣物理面積的LED 顯示屏，普通LED 屏使用了3 條網(wǎng)線，小點(diǎn)間距LED 則使用了5 條網(wǎng)線來帶載，而且是單一的豎向走線。

圖3 常規(guī)LED 屏的S 走線

圖4 小點(diǎn)間距LED 屏的豎向走線

4.2 LED 屏HDR 顯示的實(shí)現(xiàn)方式

LED 屏的HDR 實(shí)現(xiàn)方法目前有2 種：用支持HDR 功能的視頻處理器實(shí)現(xiàn)HDR 效果顯示、用支持HDR 功能的發(fā)送卡實(shí)現(xiàn)HDR 效果顯示。目前這2 種方式都有在使用，以下詳細(xì)分析這2 種解決方法。

用支持HDR 功能的視頻處理器實(shí)現(xiàn)LED 屏HDR 顯示效果如圖5 所示，根據(jù)HDR 生態(tài)鏈的要求，首先需要HDR視頻源，無論是何種HDR 標(biāo)準(zhǔn)，片源是必須的。HDR 片源進(jìn)入視頻處理器，視頻處理器將HDR 片源解碼。目前HDR片源絕大部分都是4K 視頻，視頻處理器解碼完成后，需要再做畫面分割，將畫面分割為多個(gè)拼接畫面。拼接畫面輸出給發(fā)送卡，發(fā)送卡經(jīng)過編碼后傳輸?shù)浇邮湛?，接收卡解碼驅(qū)動(dòng)LED 屏幕。這個(gè)方法是視頻處理器完成HDR 視頻解碼和處理，發(fā)送卡系統(tǒng)只負(fù)責(zé)編碼傳輸顯示，這樣HDR 顯示的重點(diǎn)就在視頻處理器上。

用支持HDR 功能的發(fā)送卡實(shí)現(xiàn)LED 屏HDR 顯示效果如圖6 所示，HDR 視頻源直接給到發(fā)送卡系統(tǒng)，發(fā)送卡進(jìn)行HDR 片源解碼，經(jīng)過視頻解碼后，再次重新編碼，編碼方式有特殊標(biāo)記為HDR 視頻編碼，帶有特殊標(biāo)記的編碼數(shù)據(jù)傳輸給接收卡，接收卡接到數(shù)據(jù)，根據(jù)特殊標(biāo)記的編碼數(shù)據(jù)使用HDR 的方式驅(qū)動(dòng)LED 顯示，這種HDR 顯示方式的實(shí)現(xiàn)是用發(fā)送卡和接收卡共同完成。

圖5 用支持HDR 功能的視頻處理器實(shí)現(xiàn)LED 屏HDR 顯示效果

圖6 用支持HDR 功能的發(fā)送卡實(shí)現(xiàn)LED 屏HDR 顯示效果

4.3 LED 屏HDR 顯示視頻處理器實(shí)現(xiàn)方式

視頻處理器實(shí)現(xiàn)LED 屏HDR 顯示效果重點(diǎn)在于視頻處理器實(shí)現(xiàn)HDR視頻解碼，將HDR視頻解析后再次編碼輸出，其編碼值是相對(duì)值，按照百分比將色域、亮度、對(duì)比度變?yōu)橐粋€(gè)相對(duì)值給到發(fā)送卡和接收卡。在這個(gè)過程中，不需要對(duì)發(fā)送卡和接收卡做任何特殊設(shè)置，發(fā)送卡和接收卡以及LED顯示屏作為被動(dòng)顯示部分，只負(fù)責(zé)編碼解碼顯示。這種方式像極了HDR 的HLG 的標(biāo)準(zhǔn)方式，可以根據(jù)不同的顯示設(shè)備顯示出不同程度的HDR 效果，具備自適應(yīng)性能。在推廣過程中，這種方式給用戶帶來了極大的便利性，簡單易實(shí)現(xiàn)，LED 系統(tǒng)兼容性好，不論哪種LED 發(fā)送卡系統(tǒng)都適用，普通的發(fā)送卡和接收卡便可以實(shí)現(xiàn)HDR 顯示效果，從而提升LED 顯示屏的觀看顯示質(zhì)量。

4.4 LED 屏HDR 顯示發(fā)送卡實(shí)現(xiàn)方式

發(fā)送卡實(shí)現(xiàn)LED 屏HDR 效果顯示是由發(fā)送卡和接收卡共同完成，市面上的幾家主流發(fā)送卡廠家的實(shí)現(xiàn)方案略有不同。方案之一是由發(fā)送卡接收到視頻，根據(jù)視頻協(xié)議來判斷HDR 和SDR 以及HDR 標(biāo)準(zhǔn)分析；根據(jù)HDR 視頻標(biāo)準(zhǔn)，做相應(yīng)解碼和編碼，編碼給接收卡的時(shí)候，增加HDR 特殊視頻的處理方式，接收卡收到發(fā)送卡過來的數(shù)據(jù)時(shí)，按著HDR的視頻數(shù)據(jù)來驅(qū)動(dòng)LED 屏顯示。首先需要發(fā)送卡和接收卡都支持HDR 功能，即在LED 屏廠做系統(tǒng)顯示時(shí)，要購買對(duì)應(yīng)的硬件和軟件。這個(gè)方式的實(shí)現(xiàn)方式和HDR10 和Dolby Vision 標(biāo)準(zhǔn)很相似，其編碼解碼的色域、亮度、對(duì)比度數(shù)值都是絕對(duì)值。

5 結(jié)論

綜上所述，在當(dāng)前LED 顯示屏的HDR 顯示應(yīng)用中，采用HDR 視頻處理器的優(yōu)勢在于普通發(fā)送卡系統(tǒng)也可以實(shí)現(xiàn)HDR 效果，支持HDR 視頻也支持SDR 視頻，顯示效果可以根據(jù)視頻片源來選擇。采用HDR 發(fā)送卡和接收卡的方式，針對(duì)HDR 顯示效果會(huì)更好，但不能兼容SDR 視頻，播放SDR 視頻色彩偏差就會(huì)很大。這2 種方式在市場上都認(rèn)可，使用HDR 視頻處理器實(shí)現(xiàn)HDR 效果的案例會(huì)比較多，是因?yàn)樵陧?xiàng)目投標(biāo)、項(xiàng)目成本核算、項(xiàng)目施工方案、后期維護(hù)、客戶的臨時(shí)需求等諸多可變因素中，有很多的可控因素，可以通過增加HDR 視頻處理器，來對(duì)舊項(xiàng)目改造實(shí)現(xiàn)HDR效果；增加HDR 視頻處理器，來對(duì)客戶臨時(shí)需求HDR 視頻進(jìn)行播放顯示等，通過HDR 視頻處理器來應(yīng)對(duì)項(xiàng)目的可變因素。