HDR10, HDR10+, HLG i Dolby Vision. Czym się różnią?

Wraz z rozwojem cyfrowego wideo rosły rozdzielczość i liczba klatek na sekundę, ale jakość obrazu przez długi czas pozostawała ograniczona. Standardowe wideo (SDR, Standard Dynamic Range) jest zaprojektowane z myślą o wąskim zakresie jasności, z ograniczoną różnicą między najciemniejszymi a najjaśniejszymi obszarami kadru. Zazwyczaj wykorzystuje 8-bitową głębię kolorów i przestrzeń barw Rec. 709, co oznacza, że szczegóły w ciemnych obszarach mogą zostać utracone, a jasne obszary mogą być prześwietlone. Nawet wydajne procesory i algorytmy przetwarzania obrazu mogły poprawić obraz tylko w ograniczonym stopniu.

Aby rozwiązać ten problem, opracowano HDR (High Dynamic Range). Rozszerza on zakres dynamiczny, umożliwiając odtwarzanie znacznie szerszego zakresu poziomów jasności i poprawiając jakość obrazu. HDR nie jest jedynie funkcją samego telewizora. Wideo musi być również nagrane w określony sposób i zawierać metadane, czyli dodatkowe informacje o wyświetlanym obrazie.

Jak powstaje obraz HDR

Głównym celem HDR jest zachowanie szczegółów zarówno w najciemniejszych, jak i najjaśniejszych obszarach kadru. Istnieją dwa główne podejścia.

Bracketing ekspozycji. Rejestruje się kilka klatek z różnymi ustawieniami ekspozycji. Jedna jest jaśniejsza, aby uchwycić szczegóły w cieniach, a inna ciemniejsza, aby zachować szczegóły w jasnych obszarach. Następnie klatki są łączone, z wykorzystaniem obszarów o najbardziej odpowiedniej ekspozycji z każdej z nich. Można to zrobić za pomocą kilku kamer jednocześnie lub jednej kamery rejestrującej kolejne klatki. Drugie podejście nie sprawdza się dobrze w dynamicznych scenach, ponieważ obiekty mogą poruszać się między ekspozycjami, powodując efekt duchów i inne artefakty.

Matryca o szerokim zakresie dynamicznym. Nowoczesne kamery mogą rejestrować szeroki zakres poziomów jasności w jednej klatce bez łączenia wielu ekspozycji. Innymi słowy, kamera rejestruje kilka obrazów, które jej procesor analizuje w celu utworzenia jednej końcowej klatki.

Rezultatem jest obraz z dobrze zachowanymi szczegółami i płynnymi przejściami tonalnymi.

Jak HDR jest przesyłany i wyświetlany

Samo nagranie wideo HDR nie wystarczy. Materiał musi zostać również zakodowany i przesłany w taki sposób, aby ekran mógł go prawidłowo wyświetlić. Metadane są przesyłane razem ze strumieniem wideo. Zawierają informacje techniczne dotyczące jasności, kontrastu i kolorów, które wskazują telewizorowi, jak wyświetlić obraz. Dlatego telewizor musi obsługiwać odpowiedni standard. W przeciwnym razie obraz zostanie wyświetlony w standardowym formacie SDR.

Istnieją dwie metody przesyłania tych informacji.

• Metadane statyczne są określane raz dla całego materiału wideo.
• Metadane dynamiczne zmieniają się w zależności od sceny, a nawet z klatki na klatkę.

Przegląd standardów HDR

HDR10

Podstawowy, otwarty format HDR, ustandaryzowany przez Consumer Technology Association (CTA) w 2015 roku. Jest obowiązkowy w przypadku płyt Blu-ray 4K i stanowi podstawę formatu HDR10+ oraz wielu profili Dolby Vision. Wykorzystuje 10-bitową głębię kolorów i przestrzeń barw Rec. 2020, chociaż rzeczywiste wyświetlacze zwykle obejmują tylko część tej gamy kolorów.

Metadane statyczne są definiowane raz dla całego filmu i opisują monitor używany podczas masteringu, maksymalną jasność klatki oraz średnią jasność. Sam telewizor określa sposób dopasowania poziomów jasności do możliwości swojego wyświetlacza. W rezultacie obraz może wyglądać zauważalnie inaczej na różnych modelach telewizorów, a niektóre szczegóły mogą zostać utracone w ciemnych scenach. Format jest bezpłatny i obsługiwany przez praktycznie wszystkie urządzenia HDR.

HDR10+

Rozwinięcie HDR10 ogłoszone przez Samsung i Amazon w 2017 roku. Format został później ustandaryzowany przez konsorcjum HDR10+, założone przez Samsung, Panasonic i 20th Century Fox. HDR10+ dodaje do podstawowego strumienia HDR10 metadane dynamiczne oparte na standardzie SMPTE ST 2094-40. Metadane te są przesyłane dla każdej klatki, co pozwala telewizorowi dokładniej dostosowywać jasność i kontrast w poszczególnych momentach materiału wideo, zgodnie z możliwościami jego panelu wyświetlającego.

Urządzenia, które nie obsługują HDR10+, wyświetlają te materiały jako standardowy HDR10. Głębia kolorów pozostaje 10-bitowa. Standard jest wolny od opłat licencyjnych, ale nie jest obsługiwany przez wszystkie urządzenia.

HDR10+ Adaptive

Dodatkowa funkcja HDR10+, która uwzględnia oświetlenie pomieszczenia. Telewizor mierzy natężenie światła otoczenia za pomocą wbudowanego czujnika i dostosowuje jasność obrazu HDR, rozjaśniając go w dobrze oświetlonym pomieszczeniu i przyciemniając w ciemnym pokoju. Samsung wprowadził tę funkcję w telewizorach z 2021 roku. W tym samym czasie ogłoszono, że materiały HDR10 w serwisie Prime Video będą wyświetlane w trybie HDR10+ Adaptive na zgodnych telewizorach Samsung. Na stronie internetowej HDR10+ funkcja ta jest opisana jako część specyfikacji HDR10+ Advanced wprowadzonej w 2025 roku.

HDR10+ Gaming

Wersja HDR10+ przeznaczona do gier, opracowana przez HDR10+ Technologies. Według Samsung, przed wprowadzeniem tego formatu gry i wyświetlacze nie mogły rozpoznawać wzajemnie swoich możliwości, dlatego ustawienia HDR były uogólnione lub trzeba było wybierać je ręcznie. Dzięki HDR10+ Gaming silnik gry i urządzenie wyświetlające wymieniają informacje bezpośrednio. Pozwala to grze rozpoznać możliwości wyświetlacza i wygenerować obraz HDR zoptymalizowany pod kątem danego ekranu. Jedną z reklamowanych funkcji jest automatyczna regulacja bez ręcznej kalibracji. W momencie wprowadzenia format był dostępny na komputerach z obsługiwanymi kartami graficznymi NVIDIA oraz na nowszych telewizorach i monitorach Samsung.

HDR10+ Advanced

Nowszy standard zaprojektowany z myślą o flagowych telewizorach o bardzo wysokiej jasności szczytowej, wydajnych procesorach i dużych ekranach. Serwis Prime Video wprowadza go w telewizorach Samsung z 2026 roku, począwszy od sierpnia 2026 roku. Zapowiedziane funkcje obejmują następujące rozwiązania.

• Enhanced Overall Brightness Metadane pomagają lepiej wykorzystać wysoką jasność oferowaną przez telewizory klasy premium.
• Intelligent Motion Smoothing System automatycznie określa, czy konieczne jest wygładzanie ruchu.
• Wykrywanie gatunku treści oparte na AI Pozwala dobierać ustawienia przetwarzania obrazu, a także zapewnia szerszą gamę kolorów na podstawie metadanych dostarczanych przez twórców treści.

Dolby Vision

Licencjonowany standard opracowany przez Dolby i wprowadzony w 2014 roku. Wykorzystuje metadane dynamiczne, które mogą zmieniać się w zależności od sceny lub z klatki na klatkę. W przypadku streamingu obraz jest zazwyczaj 10-bitowy, natomiast wideo 12-bitowe jest możliwe tylko w niektórych profilach, na przykład stosowanych na płytach Blu-ray 4K. Dolby Vision ma kilka profili, z których niektóre są przeznaczone do streamingu, inne do płyt, a jeszcze inne są zgodne z HDR10 na telewizorach, które nie obsługują Dolby Vision.

W 2025 roku Dolby ogłosiło Dolby Vision 2. Według firmy standard ten dodaje optymalizację obrazu opartą na AI, dostosowaną do warunków oglądania, oraz kontrolę wygładzania ruchu dla każdej klatki. Starsze telewizory nadal mogą odtwarzać takie materiały, ale korzystanie z nowych funkcji wymaga obsługi Dolby Vision 2. Standard wymaga od producentów uiszczenia opłaty licencyjnej. Samsung nie obsługuje Dolby Vision w swoich telewizorach i zamiast tego koncentruje się na HDR10+.

HLG (Hybrid Log-Gamma)

Format opracowany przez BBC i NHK z myślą o transmisjach telewizyjnych i przekazach na żywo. Jest uwzględniony w zaleceniu ITU-R BT.2100. HLG nie wykorzystuje metadanych, ponieważ informacje o jasności są zakodowane bezpośrednio w jego funkcji transferu. Jej dolna część przypomina konwencjonalną krzywą gamma SDR, natomiast górna część ma charakter logarytmiczny i odpowiada za jasne obszary obrazu.

Dzięki temu ten sam sygnał może być wyświetlany zarówno na telewizorach HDR, jak i SDR. Na ekranie HDR obraz korzysta z rozszerzonego zakresu dynamicznego, natomiast na ekranie SDR wygląda normalnie, choć na starszych modelach bez obsługi szerokiej gamy kolorów barwy mogą być nieco mniej nasycone. Format jest wolny od opłat licencyjnych i zazwyczaj wykorzystuje 10-bitową głębię kolorów. Nie pozwala na tak precyzyjne dostosowywanie poszczególnych scen jak formaty z dynamicznymi metadanymi, ale jest prostszy w zastosowaniu podczas transmisji i nie wymaga oddzielnych strumieni SDR i HDR.

Porównanie standardów HDR

Standard	Metadane	Głębia kolorów	Licencja	Rok
HDR10	Statyczne	10-bitowa	Otwarty	2015
HDR10+	Dynamiczne, klatka po klatce	10-bitowa	Bez opłat licencyjnych	2017
HDR10+ Adaptive	Dynamiczne (HDR10+) z regulacją na podstawie czujnika światła otoczenia	10-bitowa	Nie określono	2021
HDR10+ Gaming	Bardziej rozbudowane niż w HDR10, według Samsung	10-bitowa	Nie określono	2022
HDR10+ Advanced	Rozszerzone metadane scen, według Samsung	10-bitowa	Bez opłat licencyjnych	2025
Dolby Vision	Dynamiczne	10–12-bitowa	Płatna licencja	2014
HLG	Nie są używane	10-bitowa	Otwarty	2015