Полный технический обзор HDR-технологии от Digital Foundry

Прошло совсем немного времени с тех пор, как мы смогли ознакомиться с железом Xbox One S. Новая консоль теперь оснащается HDMI 2.0 портом, что позволяет запускать различные медиа-приложения в Ultra HD разрешении, а также рендерить игры с использованием HDR-технологии (Расширенный динамический диапазон).

4k телевизоры сейчас довольно быстро падают в цене, хотя за дисплеи с полноценной поддержкой HDR всё ещё просят немалую сумму. Экраны первого поколения были недоработанными и не могли отображать контент в требуемых стандартах.

Новый и тонкий Xbox One S, который имеет поддержку UHD Blu-ray и цену в £249/$299/€299 за 500GB версию, получился самым дешёвым и полнофункциональным 4k-устройством на рынке. Более того, он имеет полноценную поддержку HDR-технологии в играх и фильмах, что делает это устройство ещё более привлекательным для покупки. Во время презентации корпорации Microsoft на E3 ее представители объявили, что Forza Horizon 3 и Gears of War 4 получат поддержку HDR-технологии. Это будут первые игры с использованием расширенного динамического диапазона. Но как на самом деле эта технология влияет на впечатление от игры и сможет ли она заметно улучшить картинку? Какие преимущества получат игры при увеличении разрешения и контрастности, если мощность консоли ограничена, по сравнению с High-End PC? 

Эта картинка демонстрирует основные улучшения HDR. Снег и лёд выглядят более естественно и реалистично, благодаря правильному цвету и правдоподобным бликам.

Самое основное - это то, что 4k даёт вам в четыре раза больше пикселей, чем стандартные 1080p, и выводит картинку в 3840x2160 разрешении. Но это всего лишь часть всех улучшений нового стандарта. UHD также включает в себя поддержку WCG (расширенная цветовая палитра) и HDR (расширенный динамический диапазон). Эти технологии позволяют извлечь гораздо больше деталей из картинки, чем одно лишь увеличение разрешения в четыре раза. На самом деле, большинство выпущенных сейчас 4k фильмов имеют всё те же исходники в 2k разрешении, что и стандартный Blu-ray, поэтому наличие WCG и HDR просто необходимо для существенного скачка в качестве картинки, по сравнению с 1080p.

Что же такое HDR и какие преимущества он в себе несёт?

Самое главное, что HDR позволяет одновременно отображать расширенный диапазон цвета с максимально возможной яркостью белого цвета, а также более глубокими оттенками чёрного, сохраняя при этом детали в полутонах. В результате картинка выглядит более естественной и похожей на ту, что мы видим в жизни. Кроме этого, такой подход позволяет сохранить больше информации из исходника по сравнению с существующими стандартами, где сжатие цвета сокращает максимальное количество полутонов, отображаемых на экране.

Ключевую роль в этом играет использование WCG и увеличение битности цвета. 10-ти и 12-ти битная обработка цвета позволяет существенно расширить диапазон оттенков. Например, 10-ти битная глубина цвета обеспечивает целых 1024 оттенка для каждого основного цвета, по сравнению с 256 оттенками стандартного 8-битного HD Blu-ray. В результате улучшается точность цветопередачи и увеличивается количество деталей во всей сцене, а не только в сценах с высоким уровнем контраста между светлыми и темными областями. 

Из этого следует, что 4k несёт в себе не только увеличение количества пикселей, но и их улучшение для более точного отображения исходного материала, приближая картинку к тому, что мы привыкли видеть в реальной жизни. К сожалению, у Xbox One не хватает мощности GPU для работы игр в нативном 4k разрешении, но использование HDR и WCG-технологии должны обеспечить дополнительный визуальный апгрейд для всех 1080p игр. Здесь есть потенциал для извлечения дополнительных деталей из самых ярких и самых тёмных областей картинки. Если предположить, что данные, содержащиеся в канале HDR, изначально были разработаны с учётом 4k, то даже после банального апскейлинга картинки до UHD-разрешения мы получим увеличение информации на каждый отдельный пиксель стандартного 1080p изображения.

HDR: Различные варианты технологии

На данный момент существует несколько конкурентных вариантов реализации HDR. Каждая из них стремится стать основным стандартом, что в случае победы какой-либо одной из них, создаёт определённые риски для совместимости и правильного отображение HDR-контента на экране другого формата. Основные претенденты - это HDR-10 и Dolby Vision. Главное различие между ними - это глубина цвета и максимальная яркость. HDR-10 - это стандарт, используемый для UHD Blu-ray фильмов, он предлагает 10-ти битный цвет и максимальную яркость в 1000 кд/м². С другой стороны, многие исходники используют 12-ти битный цвет, который требует Dolby Vision, при этом требуемая максимальная яркость возрастает до 4000 кд/м².

WCG (Расширенная цветовая палитра) - ещё один важный элемент UHD спецификаций. Она добавляет точности в отображении цвета на экране. Rec 2020 является новым стандартом в этой области. Но из-за ограничения технологий современных дисплеев, весь контент записывается в DCI P3 цветовом пространстве, а Rec 2020 служит своего рода контейнером для него.

Технология Dolby является наиболее прогрессивной из этих двух, но для её корректной реализации требуется больше аппаратной мощности от железа. Dolby Vision содержит внутри себя ядро HDR-10, поэтому данный стандарт будет совместим с дисплеями этого формата. HDR-10, к сожалению, работать с экранами Dolby не будет. Поэтому, мы считаем, что Xbox One S не станет поддерживать этот формат. На данный момент нет точных сведении о конкретной версии HDR в этой консоли. Вполне возможно, что будут поддерживаться оба варианта этой технологии.

Разнообразие форматов HDR уже создаёт проблемы для первых HDR-экранов. Некоторые дисплеи, заточенные исключительно под поддержку Dolby Vision, некорректно отображают контент в HDR-10. Поэтому, чтобы обеспечить максимальную совместимость, имеет смысл поддерживать оба формата HDR-технологии в консолях. Это позволит избежать подобных проблем в будущем. Есть ощущение, что производители ещё дорабатывают различные варианты отображения HDR для лучшей совместимости между собой. И как новый Xbox One S вписывается в них, ещё только предстоит узнать.

Update: Мы получили подтверждение, что HDR-10 станет основным форматом для Xbox One S, PS4 и PS4 Pro.

Какой контент сейчас доступен в HDR?

Основным источником HDR-материала являются UHD Blu-ray диски. Хотя не каждый фильм обязан поддерживать этот формат, мы думаем, что в будущем все крупные студии будут выпускать HDR-версии своих самых популярных фильмов. Увеличение динамического диапазона является ключевой фишкой всех UHD-дисков, особенно, учитывая то, что многие фильмы сейчас не имеют нативного 4k исходника из-за стоимости ремастеринга. 

Потоковые сервисы уже имеют поддержку 4k и HDR, но на данный момент пользователей не устраивает малое количество контента с поддержкой данных функции. В общем, HDR пока находится на ранней стадии своего распространения, и количество материала с его поддержкой может сильно варьироваться в разных областях индустрии.

Гораздо интереснее посмотреть на HDR-гейминг. Xbox One S стал первой консолью с возможностью игры в HDR. В скором времени PC также присоединиться к этой технологии. Преимущества от использования HDR-технологии в играх очень похожи на те, что есть в фильмах, использующих эту технологию. Интересно будет взглянуть, как именно разработчики игр реализуют все прелести этой технологии. Все UHD телевизоры принимают HDR-данные только при получении 4k сигнала. Но это не означает, что Xbox One придётся рендерить картинку в нативных 4k, достаточно будет просто апскейлить картинку до нужного разрешения и включить в неё корректно заложенные HDR-данные. 

Как мы уже видели ранее в реализации работы 1080p разрешения на PlayStation 3, небольшие игры, вроде 2.5D экшенов, могли бы работать в нативном 4k разрешении на Xbox One S и использовать при этом HDR, чтобы дать визуальный скачок, по сравнению с аналогичной игрой в формате Full HD. Естественно, что никакой речи об AAA-проектах и быть не может. Максимум, что они могут, это запускать такие игры в 1080p разрешении или даже ниже, после чего апскейлить до 4k. Это наиболее логичное решение, которое, скорее всего, происходит на E3-показах Microsoft.

HDR: Продолжение истории

Благодаря поддержке UHD Blu-ray, HDR в фильмах, играх, а также потоковых сервисах, Xbox One S является самым полнофункциональным 4k медиа-плеером на рынке. И хотя расширенный динамический диапазон демонстрирует огромную разницу по сравнению с обычным 4k, пока что, это премиум формат с довольно высокой ценой на требуемое для него оборудование, в том числе и на телевизор. Плюс, недостаток контента за пределами UHD Blu-ray мешает быстрому его распространению.

Кроме того, стоит отметить, что специализированные AV-сайты сообщают о некоторых фундаментальных проблемах с текущими HDR-экранами. Главная проблема в том, что дисплеям пока не хватает максимальной яркости для корректного отображения всего спектра HDR. Даже учитывая то, что в изображении появляется огромное количество новых деталей и нюансов, невидимых глазу раннее, оно выглядит заметно темнее, чем без использования этой технологии. Это означает, что все плюсы HDR теряются при дневном просмотре изображения.

Наконец, мы хотели бы сказать следующее: без передовых технологий и соответствующего программного обеспечения для их реализации, нам не увидеть никакого реального визуального прогресса в играх и фильмах. Хорошо, что Xbox One S поддерживает этот формат. Данная HDR-технология не является революционной для игровой индустрии, но нам всё равно было интересно посмотреть на улучшения, которые она в себе несёт. Как только у нас будет соответствующее оборудование, мы сделаем всё возможное, чтобы поскорее протестировать все возможности 4k и HDR в играх.

Автор: Дэвид Бэртон (David Bierton)