S rozvojem digitálního videa rostlo rozlišení i počet snímků za sekundu, ale kvalita obrazu zůstávala dlouhou dobu omezená. Standardní video (SDR, Standard Dynamic Range) je navrženo pro úzký rozsah jasu s omezeným rozdílem mezi nejtmavšími a nejsvětlejšími oblastmi snímku. Obvykle používá 8bitovou barevnou hloubku a barevný prostor Rec. 709, což znamená, že se mohou ztrácet detaily v tmavých oblastech nebo mohou být světlé oblasti přeexponované. Ani výkonné procesory a algoritmy pro zpracování obrazu nedokázaly kvalitu obrazu zlepšit více než do určité míry.
K vyřešení tohoto problému byla vyvinuta technologie HDR (High Dynamic Range). Rozšiřuje dynamický rozsah, umožňuje zobrazit mnohem širší škálu úrovní jasu a zlepšuje kvalitu obrazu. HDR není pouze funkcí samotného televizoru. Video musí být také zaznamenáno specifickým způsobem a musí obsahovat metadata, tedy dodatečné informace o zobrazovaném obrazu.
Jak vzniká obraz HDR
Hlavním cílem HDR je zachovat detaily v nejtmavších i nejsvětlejších oblastech snímku. Existují dva hlavní přístupy.
Bracketing expozice. Pořídí se několik snímků s různými úrovněmi expozice. Jeden je světlejší, aby zachytil detaily ve stínech, zatímco jiný je tmavší, aby zachoval detaily ve světlých oblastech. Snímky se poté spojí a z každého se použijí oblasti s nejvhodnější expozicí. To lze provést pomocí několika kamer současně nebo jednou kamerou, která pořizuje snímky postupně. Druhý přístup není vhodný pro dynamické scény, protože se objekty mohou mezi jednotlivými expozicemi pohybovat, což způsobuje zdvojené obrysy a další obrazové artefakty.
Snímač se širokým dynamickým rozsahem. Moderní kamery dokážou zaznamenat široký rozsah úrovní jasu v jediném snímku, aniž by musely kombinovat více expozic. Jinými slovy, kamera zachytí několik obrazů, které její procesor analyzuje a vytvoří z nich jeden výsledný snímek.
Výsledkem je obraz s dobře zachovanými detaily a plynulými barevnými přechody.
Jak se HDR přenáší a zobrazuje
Samotné pořízení videa HDR nestačí. Video musí být také zakódováno a přeneseno tak, aby jej obrazovka dokázala správně zobrazit. Metadata se přenášejí společně s videosignálem. Obsahují technické informace o jasu, kontrastu a barvách, které televizoru říkají, jak má obraz zobrazit. Televizor proto musí podporovat příslušný standard. V opačném případě se obraz zobrazí ve standardním formátu SDR.
Existují dva způsoby přenosu těchto informací.
- Statická metadata se určují jednou pro celé video.
- Dynamická metadata se mění podle jednotlivých scén nebo dokonce mezi jednotlivými snímky.
Přehled standardů HDR
HDR10
Základní otevřený formát HDR, který v roce 2015 standardizovala organizace Consumer Technology Association (CTA). Je povinný pro disky Blu-ray 4K a slouží jako základ formátu HDR10+ i mnoha profilů Dolby Vision. Používá 10bitovou barevnou hloubku a barevný prostor Rec. 2020, skutečné displeje však obvykle pokrývají pouze část tohoto barevného rozsahu.
Statická metadata se definují jednou pro celý film a popisují monitor použitý při masteringu, maximální jas snímku a průměrný jas. Samotný televizor určuje, jak přizpůsobit úrovně jasu možnostem svého displeje. Obraz proto může na různých modelech televizorů vypadat výrazně odlišně a v tmavých scénách se mohou ztratit některé detaily. Formát je bezplatný a podporuje jej prakticky všechna zařízení HDR.
HDR10+
Vylepšená verze HDR10, kterou společnosti Samsung a Amazon oznámily v roce 2017. Formát byl později standardizován konsorciem HDR10+, které založily společnosti Samsung, Panasonic a 20th Century Fox. HDR10+ přidává do základního videosignálu HDR10 dynamická metadata založená na standardu SMPTE ST 2094-40. Tato metadata se přenášejí pro každý snímek, což televizoru umožňuje přesněji upravovat jas a kontrast v jednotlivých okamžicích videa podle možností jeho zobrazovacího panelu.
Zařízení, která HDR10+ nepodporují, zobrazují tento obsah jako standardní HDR10. Barevná hloubka zůstává 10bitová. Standard je bez licenčních poplatků, ale nepodporují jej všechna zařízení.
HDR10+ Adaptive
Dodatečná funkce HDR10+, která zohledňuje osvětlení místnosti. Televizor měří okolní světlo pomocí vestavěného snímače a upravuje jas obrazu HDR. V dobře osvětlené místnosti obraz zesvětlí, zatímco v tmavé místnosti jej ztlumí. Samsung tuto funkci představil ve svých televizorech z roku 2021. Současně bylo oznámeno, že obsah HDR10 na Prime Video se bude na kompatibilních televizorech Samsung zobrazovat v režimu HDR10+ Adaptive. Web HDR10+ popisuje tuto funkci jako součást specifikace HDR10+ Advanced, která byla představena v roce 2025.
HDR10+ Gaming
Herní verze HDR10+, kterou vyvinula společnost HDR10+ Technologies. Podle společnosti Samsung se před zavedením tohoto formátu hry a zobrazovací zařízení nedokázaly vzájemně identifikovat a rozpoznat své možnosti. Nastavení HDR proto byla buď obecná, nebo je bylo nutné vybírat ručně. S HDR10+ Gaming si herní engine a zobrazovací zařízení vyměňují informace přímo. Hra tak může rozpoznat možnosti displeje a vytvořit obraz HDR optimalizovaný pro konkrétní obrazovku. Jednou z propagovaných funkcí je automatické přizpůsobení bez nutnosti ruční kalibrace. Při uvedení formátu byl dostupný na počítačích s podporovanými grafickými kartami NVIDIA a na novějších televizorech a monitorech Samsung.
HDR10+ Advanced
Novější standard určený pro vlajkové televizory s velmi vysokým špičkovým jasem, výkonnými procesory a velkými obrazovkami. Služba Prime Video jej začíná zavádět v televizorech Samsung z roku 2026 od srpna 2026. Mezi oznámené funkce patří následující.
- Enhanced Overall Brightness Metadata pomáhají lépe využít vysoký jas prémiových televizorů.
- Intelligent Motion Smoothing Systém automaticky určuje, zda je potřeba vyhlazování pohybu.
- Detekce žánru pomocí AI Umožňuje vybírat nastavení zpracování obrazu a nabízí širší barevný rozsah na základě metadat poskytovaných tvůrci obsahu.
Dolby Vision
Licencovaný standard vyvinutý společností Dolby a představený v roce 2014. Používá dynamická metadata, která se mohou měnit podle scény nebo mezi jednotlivými snímky. Při streamování má obraz obvykle 10bitovou barevnou hloubku, zatímco 12bitové video je možné pouze u některých profilů, například těch, které se používají na discích Blu-ray 4K. Dolby Vision má několik profilů. Některé jsou určeny pro streamování, jiné pro disky a další jsou kompatibilní s HDR10 na televizorech, které Dolby Vision nepodporují.
V roce 2025 společnost Dolby oznámila Dolby Vision 2. Podle výrobce přidává optimalizaci obrazu pomocí AI s ohledem na podmínky sledování a řízení vyhlazování pohybu pro každý snímek. Starší televizory mohou tento obsah stále přehrávat, ale nové funkce vyžadují podporu Dolby Vision 2. Tento standard vyžaduje, aby výrobci platili licenční poplatek. Samsung ve svých televizorech Dolby Vision nepodporuje a místo toho se zaměřuje na HDR10+.
HLG (Hybrid Log-Gamma)
Formát vyvinutý společnostmi BBC a NHK pro televizní vysílání a živé přenosy. Je součástí doporučení ITU-R BT.2100. HLG nepoužívá metadata, protože informace o jasu jsou zakódovány přímo do jeho přenosové funkce. Její spodní část se podobá běžné křivce gamma používané u SDR, zatímco horní část má logaritmický průběh a zpracovává světlé oblasti.
Díky tomu lze stejný signál zobrazit na televizorech HDR i SDR. Na obrazovce HDR obraz využívá rozšířený dynamický rozsah, zatímco na obrazovce SDR vypadá normálně. U starších modelů bez podpory širokého barevného rozsahu však mohou barvy působit mírně nevýrazně. Formát je bez licenčních poplatků a obvykle používá 10bitovou barevnou hloubku. Nedokáže upravovat jednotlivé scény tak přesně jako formáty s dynamickými metadaty, ale pro televizní vysílání je jednodušší a nevyžaduje samostatné streamy SDR a HDR.
Porovnání standardů HDR
| Standard | Metadata | Barevná hloubka | Licence | Rok |
|---|---|---|---|---|
| HDR10 | Statická | 10 bitů | Otevřený standard | 2015 |
| HDR10+ | Dynamická, snímek po snímku | 10 bitů | Bez licenčních poplatků | 2017 |
| HDR10+ Adaptive | Dynamická (HDR10+) s úpravami podle snímače okolního světla | 10 bitů | Neuvedeno | 2021 |
| HDR10+ Gaming | Rozsáhlejší než u HDR10, podle společnosti Samsung | 10 bitů | Neuvedeno | 2022 |
| HDR10+ Advanced | Rozšířená metadata scén, podle společnosti Samsung | 10 bitů | Bez licenčních poplatků | 2025 |
| Dolby Vision | Dynamická | 10–12 bitů | Placená licence | 2014 |
| HLG | Nepoužívají se | 10 bitů | Otevřený standard | 2015 |
