HDR 和 4K 是兩個廣泛使用的行業術語，指的是關于內容畫質的技術。相比標準全高清（Full HD）和傳統色彩呈現方式，4K HDR 圖像在視覺上更加豐富、逼真。然而，在廣播領域引入這些格式也帶來了兩個關鍵問題：從觀眾角度來看，這些技術是否值得投資？現有的基礎設施是否具備能力來承載新增的數據壓力？我們來一一解析。
什么是 4K，為何被使用？
4K 指的是超高清分辨率 —— 3840 x 2160 像素，相比標準全高清（分辨率為 1920 x 1080）有了顯著提升。這意味著在相同的屏幕尺寸下，4K 包含了更多的像素點。
更高的像素密度帶來了極其清晰的畫面細節，尤其是在大屏設備上更為明顯。當 Full HD 畫面中物體邊緣可能出現鋸齒狀的“像素化”時，4K 則能呈現出更平滑的線條與紋理，幾乎看不到圖像失真。
Full HD 與 4K 的視覺對比
但僅靠更高的像素密度，已經不足以真正打動觀眾。這就引出了另一項關鍵技術——HDR（高動態范圍）的作用。它通過提升色彩深度和亮度表現，讓畫面更加生動、真實，帶來更具沖擊力的視覺體驗。
什么是 HDR，它與 SDR 有何不同？
HDR 是一種擴展圖像中最亮和最暗部分之間對比度范圍的技術。相比之下，SDR（標準動態范圍） 作為行業長期使用的標準，只能還原原始場景中大約 36% 的人眼可見色彩。而 HDR 能捕捉并顯示約 76% 的人眼可見色彩。這不僅僅是宣傳噱頭，而是視覺感知上的實質性飛躍。
SDR 與 HDR 色域的視覺對比
在 HDR 技術下，陰影部分不再沉沒于模糊的黑暗之中，高光部分也不會顯得過曝失真。相反，畫面更具深度和層次感，呈現出更多可見的色彩漸變和細節表現。其動態范圍也更加接近人眼自然所感知的效果。
SDR 與 HDR 亮度級別的視覺對比
HDR 是如何捕獲的？
有幾種方法可以產生 HDR 內容。例如，移動設備經常以不同的曝光度（過曝、正常、欠曝）拍攝多張圖像，并使用 HDR 合并算法將它們合并起來。這種方法能夠捕捉到場景中從最暗到最亮的廣泛細節，從而生成具有高動態范圍的圖像，使得亮部不過曝，暗部不丟失細節，最終得到比傳統 SDR 圖像更接近真實世界的影像效果。在這些 HDR 圖像中，亮度級別得到了極大的擴展，允許顯示更多細節和色調，即使是在非常明亮或黑暗的區域。
智能手機上的 HDR 圖像捕獲過程這種方法彌補了價格較為便宜的移動傳感器能力有限的問題。而專業相機則可以在單次拍攝中捕捉完整的動態范圍，無需通過算法進行合成。其結果是呈現出更干凈、更自然的圖像，能夠更準確地還原真實世界的光影效果和色彩表現。
你應該選擇哪種 HDR 格式？
HDR 并不是一種單一的技術，而是一系列標準的統稱。目前市面上存在多種 HDR 格式，不同的電視制造商支持的格式也有所不同。最常見和廣泛使用的包括：
HDR10：這是一種開放、免版稅的標準，使用靜態元數據。這意味著在整部電影或節目播放過程中，亮度和色域設置是固定不變的。作為通用標準，HDR10 是大多數 HDR 內容的基礎。
HDR10+：這是 HDR10 的增強版本，引入了動態元數據技術，使得亮度和對比度可以根據每一場景甚至每一幀進行調整。這在非常暗或非常亮的畫面中能呈現出更精確的細節表現，畫質更加優化。
Dolby Vision（杜比視界）：這是一種高端專有的 HDR 格式，需要授權許可。它支持最先進的動態元數據、高達 12 位的色彩深度以及峰值亮度超過 4000 尼特的表現能力。杜比視界專為頂級視聽體驗設計，提供最豐富的色彩、亮度與對比度層次。
HLG（混合對數伽馬）：這是一種面向廣播的 HDR 格式，無需元數據，并且向下兼容 SDR。這意味著同一個信號可以在 HDR 和 SDR 設備上正確顯示，不會失真。雖然其色域和動態范圍略遜于 Dolby Vision 或 HDR10+，但已經足以滿足大多數電視節目的播放需求。
那么，如此多的標準，該如何選擇？如果你追求最廣泛的兼容性，可以選擇 HDR10。
如果你希望獲得更好的畫面對比和細節表現，并且設備支持，可以優先考慮 HDR10+ 或 Dolby Vision。對于電視直播或無法使用元數據的應用場景，HLG 是理想的選擇。不同格式之間各有優勢，選擇時應結合你的設備支持情況、內容來源以及個人對畫質的需求來綜合判斷。
流媒體平臺上的 HDR 格式使用情況
對于專業廣播和可擴展的 IPTV/OTT 服務，HLG 通常是更實用的選擇。它易于實施、無需授權許可，并且相比 SDR 能帶來顯著的畫質提升。然而，
如果你是在制作高端電影內容，那么根據你的預算和目標受眾，Dolby Vision 或 HDR10+ 可能是更合適的選擇。
現實廣播中 4K HDR 的普及程度如何？
你可能會好奇：實際以 4K 和 HDR 格式播出內容的廣播商占多少比例？是 10%、20%，還是甚至 50%？然而，來自一家流媒體監測服務的真實數據顯示出一個不同的情況。
SDR、4K 和 4K+HDR 使用情況的細分
根據調研數據，以 4K 格式播出的內容不到 1%，而以 4K HDR 格式播出的內容則不到 0.1%。為什么會這么少呢？穩定且高質量的 4K HDR 廣播仍然罕見，主要是由于以下幾個關鍵挑戰：
1. 編碼成本高。
將視頻轉碼為 4K HDR 需要大量的 GPU 資源，特別是對于實時應用而言。下面基于 CodecWorks 的圖表顯示了全高清 SDR 和 4K HDR 編碼之間的 GPU 負載對比。
這些挑戰表明，盡管 4K 和 HDR 技術能夠提供極其出色的視覺體驗，但在實際廣播中普及這些技術仍面臨諸多障礙。高昂的編碼成本、對傳輸帶寬的更高要求以及內容制作和處理的復雜性都是限制其廣泛應用的重要因素。因此，目前大部分廣播內容依然采用傳統的 SDR 標準，而 4K 和 4K HDR 主要局限于特定的內容提供商或平臺，并且通常與高端服務相關聯。
全高清與 4K HDR 的 GPU 負載對比
如你所見，單個 4K HDR 頻道就能完全占用一個GPU，意味著每張顯卡只能處理一個頻道。相比之下，相同的硬件可以處理多達六個全高清流。這種可擴展性的瓶頸顯著提高了每個頻道的成本。
2. 傳輸成本高。
傳輸 4K HDR 內容所需的帶寬遠超過全高清 SDR。據觀察，比特率差異通常高達三倍。這意味著不僅在編碼階段需要更多的計算資源，在內容傳輸給觀眾的過程中也需要更高的網絡帶寬，這進一步增加了成本和復雜性。因此，盡管4K HDR提供了更高質量的視覺體驗，但其普及面臨著技術和經濟上的雙重挑戰。
全高清 SDR 與 4K HDR 的比特率對比高速網絡仍然昂貴，且并非在所有地區都能普及，尤其是在企業環境和基礎設施有限的地區。這限制了高質量流媒體的覆蓋范圍及其商業可行性。
3. 支持播放的設備較少。盡管具備 4K HDR 功能的電視正在逐漸增多，但它們在市場上仍屬少數。這類顯示設備價格依然較高，而大多數用戶仍在使用筆記本電腦、智能手機或普通款電視觀看內容，而這些設備并不支持真正的 HDR 播放。
4. 內容資源有限。即使你擁有一臺標注為 “4K HDR” 的電視，實際能觀看到真正 HDR 內容的機會仍然相對較低。此類內容依舊稀缺：現有片庫數量有限，大多數流媒體平臺也只是提供極少量的 HDR 片源。
總結部分
由于上述種種限制，目前 4K 和 HDR 仍然是高端技術，主要應用于特定場景中，尚未實現大規模普及。全面推廣在經濟上尚不可行，受到基礎設施和成本因素的嚴重制約。不過值得一提的是，幾乎所有現代電影都采用超高分辨率和 HDR 技術拍攝。然而，在分發過程中，為了優化數據處理和降低傳輸成本，這些內容通常會被壓縮成更小的數據格式進行發布。
