苹果 iPhone 12 推出之后，使得 HDR 和杜比视界的概念变得火了起来，但是最近我们发现，人们对它们其实并不太了解，甚至包括一些影视从业者对它的了解也是不太准确的。当然，这主要的原因也在于它们背后的技术的确十分复杂，充斥了非常多的数字图像处理与色彩管理相关的概念。

恰好我们最近做了一款新的相机应用 Varlens 可以录制 杜比视界 和 HDR10 两种视频格式，而且以前我们也曾从事过几年图像处理算法的工作，对此有所“钻研”，可以简单的为大家科普一下。

在介绍 HDR 之前，需要给大家先简单的介绍一下图像处理的基本过程。 

对于数码相机或者录像机而言，要拍摄照片和视频，需要使用数字的感光芯片来捕获图像。现在常用的感光芯片大都是采用 RGB 三原色传感器来感光的，即一个像素光点是由 Red、Green、Blu 三个颜色传感器构成。每个传感器的感光数值范围在 8bit 到 16bit 之间。通过这样的方式，数码相机的感光芯片就将可见光变为了 0 ～ 255，或者 0 ～ 65535 的 RGB 数值。这个过程也被称为模数转换。而这个数值范围，就可以理解为动态范围， Dynamic Range。显然，16bit 的动态范围比 8bit 要高。16bit 就可以称为 High Dynamic Range。

图像的数据量非常大，即使是 8bit 的 RGB 数据，一张 4K 像素大小的图片就大概需要 25M 字节大小，如果不进行压缩保存，那么一张 1G 大小的存储卡，可能只能保存 50 张图片就满了。所以，数码相机都会对数据进行压缩处理，比如保存为大家喜闻乐见的 JPEG 格式，一张 4K 像素的图片可以被压缩到 1M 甚至 200K 左右，压缩几十倍以上。

在查看图片的时候，则需要将编码之后的图片文件进行解码，并通过显示屏幕进行显示。在以前的图像处理过程中，从图像捕获，数据处理、数据传输和显示都是用 8bit 进行的。这主要是受限于硬件技术的制约，比如感光器件、内存、网络带宽、显示器等。

现在很多人会以为，HDR的拍摄，只需要录制设备支持就可以了，其实不然。通过上面的简要介绍，大家应该可以了解，要实现 HDR 其实需要录制设备、编解码和数据传输设备，以及显示设备都需要支持高动态范围。也就是说，一个用 10bit 拍摄录制的视频内容，必须要用 10bit 数据文件存储和传输，也必须要用 10bit 的显示器来显示。

下面这张图就表明如果数据传输环节（包括数据处理）发生了问题，即使显示器是支持 HDR 的，高亮的窗户和天窗部分会一片惨白，窗外的景色细节无法正确显示。

由以上介绍可以看出，HDR 的图片和视频会有更大的色彩和亮度表现范围，可以表现出更多细节，而并非只是更加明亮。

播放 HDR 视频之所以需要非常明亮，比如 1000nits 甚至 10000nits，主要的原因也是如果显示器本身的亮度很暗，比如只有 8bit 的动态范围，那么必然很多画面的细节会无法表现出来，色彩也不能更加生动绚丽。

HDR 是不是就一定好呢？ 其实也并不是。只有人们需要表现更加丰富和绚丽的细节景色的时候，比如某些沉浸式的游戏和电影，需要有很强的带入感，比如某些非常绚丽的风景，比如极光和晚霞等等，它们有着非常微妙和动人的色彩，以及某些亮度反差非常大，比如逆光拍摄的面部表情，或者屋内的窗外景色，这些都需要 HDR 才能完美呈现。而如果是日常的拍摄，色彩细节和亮度反差并不很大，其实用传统的图像摄影也能满足。

HDR 其实也并非一个新的概念。

苹果在 2015年就推出了 HDR 拍照的功能。在拍照的时候，采用的是另外一种完全不同的 HDR 实现技术了。首先，需要一次连拍多张图片，每张采用不同的曝光参数，然后对它们进行图像计算，产生一个动态增益的图像，以达到在 8bit 数值范围中，也能比较好地表现出高光对比下的图像细节。也就是说，在图像处理科学家们的努力下，在很多年前就已经实现了 8bit 数据范围内的 HDR 图像效果了。只是这样的算法消耗非常大，并不适合用于视频领域，因此视频则需要采用超过 8bits （比如现在苹果iPhone 12支持的 10bits）的感光器件、编解码算法和显示器技术。

总之，图像处理是一个很神奇的领域，值得大家深入了解和探寻。 可能大家虽然谈的都是 HDR 这个概念，但是在不同的场景下其实使用的技术完全不同。

最后，HDR 视频现在也分非常多的技术标准，比如苹果现在主推的 杜比视界，这是杜比公司拥有专利的一种 HDR 视频技术，工业界里还有 HLG，HDR10，HDR10+，中国现在也拥有一个自主的 HDR 标准（由中国超高清视频产业联盟起草）。每种标准都有自己的技术主张和优势，要弄明白这其中的区别，也是需要一篇专门的文章才可以了。