Kỉ nguyên HDR (P1): HDR là gì? Màn hình HDR là gì? Vì sao nó quan trọng?

TV HDR

Mô tả về HDR trên TV Bravia (ảnh: Sony) 

Các bạn đã được nghe nhiều về HDR trong khoảng hai năm trở lại đây, từ TV, laptop, điện thoại, màn hình máy tính,… Công nghệ hình ảnh HDR nhận được sự quan tâm rất lớn của các hãng sản xuất thiết bị, hãng sản xuất nội dung, cộng đồng công nghệ, cánh videophile và người dùng phổ thông. Được xem là “cuộc cách mạng không thể trốn chạy” và thay đổi mãi mãi việc thưởng thức nội dung video, HDR cũng nhận được sự ủng hộ lớn của Sony và được xem là công nghệ xuyên suốt tập đoàn, giống như 4K, Hi-res Audio, Super Slow-motion,…

Vậy HDR là gì? Vì sao người ta lại theo đuổi nó? Chúng ta có nên quan tâm đến HDR?…

Đã có nhiều bài viết liên quan về đề tài này tuy nhiên, do HDR là một chủ đề quan trọng khi nhắc đến các sản phẩm nghe nhìn giải trí của Sony (chủ yếu là TV Bravia và điện thoại Xperia) nên thực sự cần có loạt bài viết riêng về nó trên sonyfan tương tự như loạt bài viết gần đây về công nghệ màn hình OLED.

1: High Dynamic Range (HDR) là gì?

HDR là viết tắt cho cụm từ “High Dynamic Range” (tạm dịch: dải tương phản động mở rộng). Có thể hiểu đơn giản đó là khả năng mở rộng hơn nữa các điểm dừng (stop) ở vùng tối và vùng sáng của hình ảnh, vùng tối trở nên tối hơn trong khi vùng sáng thì sáng hơn và khoảng biến thiên từ giá trị tối nhất đến sáng nhất sẽ được nới rộng ra hơn thông thường. Đồng thời, dải màu cũng mở rộng hơn, màu đen sâu hơn, màu trắng sáng hơn, các đối tượng trở nên nổi khối hơn, nhằm đạt được mục đích cuối cùng là làm hình ảnh trở nên sống động và thực tế. Như khi bạn đang nhìn thấy cảnh vật đời thực được đạo diễn tái hiện lại một cách gần gũi nhất.

HDR cũng là cách bảo quản các chi tiết tốt nhất và vượt xa tiêu chuẩn cũ là SDR (standard dynamic range: dải tương phản động tiêu chuẩn) có thể làm được. Điều này giúp giữ được các chi tiết nổi bật của cảnh quan và đối tượng trên màn hình ở mức “giàu có” nhất, ở cả vùng sáng lẫn vùng tối với mức chênh lệch lớn. Trong khi đó, màu sắc trở nên tự nhiên và làm cho khung cảnh tổng thể được hiển thị một cách chân thực. Điều này không thể đạt được nếu dùng tiêu chuẩn cũ là SDR.

65A1E

Với HDR, TV sẽ có thể hiển thị chính xác những gì mà nhà sản xuất muốn đem đến qua màn ảnh nhỏ (ảnh minh họa: TV OLED A1E, hardwarezone)

Và lưu ý, HDR mà chúng ta đang nói ở đây là công nghệ để hiển thị, chứ không phải công nghệ tấm nền. Đừng nhầm tưởng HDR là một công nghệ tương đương với LCD hay OLED, hay màn hình HDR là một loại màn hình mới.

Cùng với đó, HDR trong trình chiếu, hiển thị (HDR video) cũng không giống với HDR trong nhiếp ảnh (HDR photography) như sự giống nhau về tên gọi của chúng. Rất nhiều người hay đánh đồng HDR của TV, smartphone,… là thứ gì đó tương tự như HDR trên máy ảnh. Đây thực sự là một lầm tưởng! Cụ thể:

Với HDR được sử dụng trong chụp hình, máy ảnh sẽ chụp nhiều bức hình khác nhau với các mức độ phơi sáng khác nhau. Sau đó, thuật toán phần mềm chồng chúng lại thành một tấm ảnh cuối cùng với chi tiết ở vùng tối và vùng sáng được cải thiện hơn so với các tấm đơn lẻ, hiệu quả trông có vẻ mở rộng được dải tần ánh sáng trên thành phẩm thay vì bị cháy sáng, cháy tối, mất chi tiết. Tuy nhiên, bức ảnh đó vẫn là SDR! Bạn chỉ có thể nhận ra SDR và HDR khi được xem trên màn hình HDR thực thụ, vậy nên kể cả xem ảnh “HDR” thì cũng không bộc lộ hiệu quả khi đó chỉ là màn hình tiêu chuẩn. Với HDR video, bạn sẽ thực sự ghi lại và lưu giữ tất cả trong quá trình gọt giũa xử lí video, mở rộng hơn đáng kể phạm vi sáng – tối. Hình ảnh trông tự nhiên hơn, giàu sắc thái hơn bởi về bản chất, nó đã chứa được nhiều chi tiết (kể cả trong thiếu sáng) và thu được dải quang phổ ánh sáng khả kiến đáng kể hơn rồi, không phải bằng kĩ thuật chồng ảnh cùng phần mềm tái tạo.

2: HDR quan trọng như nào? Có quan trọng hơn tiêu chuẩn độ phân giải 4K?

Dynamic Range in Television LG presentation

LG giải thích về tầm quan trọng của HDR so với SDR (ảnh: 4K)

Trụ cột của HDR đó là màu sắc và tương phản. Nhằm theo đuổi mục đích “tái hiện chính xác nhất những gì có thể thu lại từ đời thực” cho chúng ta xem bằng mắt thường, HDR sẽ thúc đẩy hai yếu tố đó lên giới hạn cao nhất, vượt xa so với tiêu chuẩn cũ.

Lợi ích đem lại là chất lượng hình ảnh so với trước đây tốt hơn rất nhiều, và bạn sẽ thấy hình ảnh qua chiếc TV gần giống với các màn hình trong ngành công nghiệp điện ảnh. Tức là tái hiện chính xác như ý đồ ban đầu của nhà làm phim mong muốn. Bỏ lại tiêu chuẩn cũ kĩ đã hàng thập kỉ của các màn hình phổ thông hiện nay, màn hình HDR trên TV hay smartphone sẽ đưa bạn đến một chân trời mới, miễn là trong giới hạn công nghệ cho phép.

Không một công ty công nghệ nào dám đứng ngoài kỉ nguyên HDR! Thậm chí, tầm quan trọng của nó còn vượt cả tiêu chuẩn độ phân giải 4K hiện nay.

Chính xác hơn, 4K là bước phát triển đệm cho HDR. Phần lớn các sản phẩm cũng như nội dung hỗ trợ HDR từ nay về sau đều sẽ lấy 4K làm tiêu chuẩn độ phân giải, mặc dù Sony là hãng đầu tiên ra mắt các TV Full HD có HDR, hay nhiều sản phẩm khác có độ phân giải chưa đạt đến 4K như iPhone X chỉ có màn hình 2.5K. Thế nhưng, 4K và HDR vẫn được xem là “đôi bạn cùng tiến” trong ngành như một combo tiêu chuẩn đi cạnh nhau. Sau này độ phân giải có thể tiến lên 8K, và chúng ta sẽ có thêm một nhóm siêu cao cấp tiêu chuẩn “8K HDR”.

8K HDR

4K HDR đã bắt đầu phổ biến, các hãng chuẩn bị tung ra tiếp 8K HDR (ảnh: flatpanelsHD)

Không như 4K, nhiều người vẫn khó nhận ra sự khác biệt vì phụ thuộc vào kích thước và khoảng cách xem. HDR luôn có sự khác biệt rõ ràng khi được so sánh bên cạnh SDR mà không phụ thuộc vào hai điều trên. Khi đủ điều kiện kích hoạt, hiệu quả đem lại rất dễ nhận ra.

3. Như thế nào thì được xem là màn hình HDR?

Màn hình để được xem là HDR sẽ phải đáp ứng những tiêu chuẩn kĩ thuật nhất định, vì thế số lượng chúng không nhiều và sẽ phải mất thời gian dài để HDR phổ cập.

Đừng nghĩ rằng chiếc TV hay điện thoại, laptop, PC monitor của bạn có nhãn HDR thì có nghĩa nó sở hữu một màn hình HDR thực thụ. Để đem lại hiệu quả HDR cao nhất, gần như bạn sẽ phải bỏ thêm tiền để mua các mẫu trong nhóm đắt nhất mới chắc chắn. Thậm chí, đối với màn hình máy tính hiện nay thì kể cả chồng tiền cũng khó. Ngay cả tiêu chuẩn của VESA quy định cho PC monitor cũng chỉ có cấp độ chứng nhận cao nhất “HDR 1000″ mới có thông số đáp ứng đủ, còn hai tiêu chuẩn dưới thì không.

Bất cứ công nghệ nào cũng cần thời gian để đi xuống mức giá dễ tiếp cận, HDR cũng vậy.

Tương phản.

Tương phản là một trong những yếu tố cực kì quan trọng với chất lượng hình ảnh nói chung và HDR nói riêng. Dải tương phản rộng hơn, hiển thị sẽ tốt hơn.

Q8C VS A1E

Cùng đạt tiêu chuẩn HDR nhưng hai mẫu TV Q8C (trái) và A1E (phải) đem lại sự khác biệt rõ ràng về mặt hiển thị (ảnh: Caynam, HDvietnam)

Các bạn có thể mường tượng dải tương phản là mô tả về khoảng biến thiên giữa điểm sáng nhất đến điểm tối nhất, không xảy ra “loang” ánh sáng ở vùng tối khi nằm cạnh vùng sáng. Hai thành phần cần nói đến là độ sáng cực đại (peak brightness) và độ sâu màu đen (black level), đơn vị đo là “nits” (1 nits = 1 cd/m2). Màn hình cần có đỉnh sáng cao trong khi độ sâu màu đen thấp, chênh lệch giữa hai thông số này càng lớn thì hiệu quả HDR càng tốt. Và thông số đo đạc để thể hiện cho sự chênh lệch này gọi là tỉ lệ tương phản.

Đối với các sản phẩm hiện nay trên thị trường, tỉ lệ tương phản lí tưởng là màn hình OLED, nếu là LCD thì sẽ khó khăn hơn thậm chí không đạt được. OLED có độ tương phản vô hạn và độ sâu màu đen tuyệt đối, bù lại cho đỉnh cao khá thấp (chúng ta đang nói đến các sản phẩm dân dụng “chất lượng kém” như iPhone X, Galaxy Note 8 hay TV OLED A1E/Wallpaper W7). TV OLED năm 2017 chỉ có thể cung cấp độ sáng đến 700 nits, trên di động thì khoảng hơn 500 nits, so với tiêu chuẩn trên màn hình OLED tham chiếu trong studio mà Sony sản xuất thì kém hơn – 1,000 nits.

Thế nhưng với LCD thì mọi chuyện còn tồi tệ hơn. Tấm nền IPS là loại phổ biến nhất trên smartphone, PC monitor,… nhưng lại có tương phản nghèo nàn, loại VA trên TV LCD thì cải thiện hơn đáng kể. Đỉnh sáng là lợi thế lớn của công nghệ LCD khi các TV cao cấp có thể đạt 1,000 nits và trên di động khoảng 700 nits, thế nhưng độ sâu màu đen thì kém OLED rất nhiều. Chưa kể đến việc, màn hình LCD cần thành phần đèn nền chiếu sáng, và nếu như đó là hệ thống Edge LED thì bạn sẽ gặp hiện tượng hở sáng, loang sáng rất tệ, không còn tái hiện được màu đen thuần khiết như OLED có thể làm. Vấn đề này chỉ có thể giải quyết trên TV hay PC monitor khi có hệ thống full-array local dimming giúp quản lí màu đen tốt hơn, cải thiện hiệu quả HDR, trong khi di động và laptop thì đành “bó tay” do kích thước và chi phí.

HDR monitor

Vấn đề lớn nhất hiện nay của các sản phẩm dân dụng đó là chúng không thể đạt đến tiêu chuẩn như các màn hình chuyên dụng trong studio, một trở ngại đối với kỉ nguyên HDR (ảnh: AVsforum)

Đối với TV màn hình lớn, rõ ràng OLED lẫn LCD đều cần khắc phục điểm yếu của mình. LGD cần nâng độ sáng cực đại của màn hình WOLED lên 1,000 nits tương đương với màn hình TRIMASTER (loại RGB OLED) trong các xưởng phim, TV OLED sẽ đạt hiệu quả HDR ấn tượng hơn. Ở phía bên kia, TV LCD bên cạnh tiếp tục nâng đỉnh sáng cần tìm cách đưa công nghệ Micro LED lên hệ thống đèn nền (không phải màn hình Micro LED phát quang) để tạo ra nhiều vùng làm mờ hơn, khắc phục vấn đề về quản lí màu đen.

Trên di động, laptop, PC monitor, mọi con đường đều dẫn về OLED. Xperia XZ Premium có màn hình 4K HDR nhưng vẫn là LCD với Edge LED, không thể đem lại hiệu quả HDR tốt bằng một flagship Xperia tương lai có màn hình OLED. Với laptop hay PC monitor, đừng bao giờ tin tưởng vào bất kì nhãn HDR nào nếu như hệ thống đèn nền không phải là full-array local dimming như mẫu Asus PG27UQ và Acer XB272. Về tấm nền, mặc dù IPS rất tốt với nhiều người nhưng đó là bởi SDC, LGD không sản xuất tấm nền OLED trung bình mà thôi. Một khi bạn có cơ hội sử dụng màn hình OLED như TRIMASTER chả hạn, bạn sẽ không bao giờ muốn quay về dùng IPS “thần thánh” nữa kể cả với full-array local dimming.

Tin vui đây! JOLED đã thành công trong việc hoàn thiện quy trình sản xuất in phun màn hình OLED trung bình. Hãy chờ các màn hình HDR thực thụ bằng tấm nền OLED của họ xuất hiện trên laptop, PC monitor, bạn sẽ biết IPS kém cỏi như nào.

b. Màu sắc.

Tiếp sau “trụ cột” tương phản của HDR đó là màu sắc, “trụ cột” thứ hai.

BMD 3

Màu sắc là tiêu chí cực kì quan trọng đối với HDR (ảnh: Sony Trung Quốc)

Tiêu chuẩn mã hóa về màu sắc phổ biến với tất cả các chứng nhận HDR cũng như sản phẩm đó là độ sâu màu 10-bit. Thông số này mô tả tín hiệu đưa vào cung cấp đến 1 tỉ màu sắc riêng biệt, trong khi 8-bit thấp hơn chỉ có 16 triệu màu. Một số thậm chí còn đưa ra yêu cầu tăng độ sâu lên 12-bit, tương đương với 68 tỉ màu.

Một điểm ảnh trên màn hình gồm ba điểm ảnh phụ, thông số độ sâu màu sẽ được dùng cho một điểm ảnh phụ trong đó, kết quả:

  • 8-bit: Một điểm ảnh phụ có 256 cấp độ màu sắc khác nhau. Một điểm ảnh sẽ có 256^3 = 16.7 (triệu màu).
  • 10-bit: Một điểm ảnh phụ có 1024 cấp độ màu sắc khác nhau. Một điểm ảnh sẽ có 1024^3 = 1.07 (tỉ màu).
  • 12-bit: Một điểm ảnh phụ có 4096 cấp độ màu sắc khác nhau. Một điểm ảnh sẽ có 4096^3 = 68.7 (tỉ màu).

Độ sâu màu càng cao, tín hiệu HDR đầu vào càng quản lí được nhiều màu sắc để dùng cho việc xử lí, tái hiện hình ảnh một cách chân thực hơn. Dải tông màu (biến thiên mức độ đậm và nhạt) trở nên chi tiết hơn, thể hiện được nhiều cấp độ khác nhau của cùng một màu (Red, Green, Blue) giúp việc phối trộn hiệu quả cao hơn.

bit depth

SDR trước đây chỉ dùng 8-bit, trong kỉ nguyên HDR thì người ta hướng đến việc dùng độ sâu màu 10-bit hoặc 12-bit, cung cấp nhiều cấp độ màu sắc hơn và làm dải biến thiên tông màu chi tiết hơn (ảnh: Dolby)

Tuy nhiên, điều này không có nghĩa là màn hình của TV hay smartphone sẽ thể hiện được 1 tỉ hay 68 tỉ màu sắc như nhiều bạn nhầm. Như ở trên đã nói, đây là mô tả cho nguồn tín hiệu đưa vào, ám chỉ dung lượng màu sắc khổng lồ cần cho quá trình xử lí. Các thiết bị HDR cần có khả năng tiếp nhận và quản lí tất cả lượng thông tin này, để cho hiển thị hình ảnh thật đẹp và thực tế từ nguồn được cung cấp. XZ Premium hiển thị 16 triệu màu và vẫn có nhãn 4K HDR của Sony là hoàn toàn chấp nhận được, không có chuyện lừa đảo ở đây.

Vậy tại sao người ta lại đưa ra yêu cầu cao hơn đối với tín hiệu, trong khi màn hình không hiển thị cả tấn màu sắc đó? Mục đích là để tránh hiện tượng banding hay posterization, chuyển màu không mượt mà, xuất hiện các vết rạn, các vệt màu. Người ta thường khác phục bằng thuật toán pha loãng (dithering) khi xử lí. Tuy nhiên muốn giải quyết triệt để thì cần phải tăng đô sâu màu mỗi kênh, giúp lấy mẫu nhiều và chi tiết hơn. Hiểu đơn giản, với 8-bit thì bạn chỉ quản lí 16 triệu màu, nếu tăng lên 10 hay 12 thì dung lượng mẫu sẽ tăng lên 1 tỉ hay 68 tỉ, càng nhiều thì hiển thị càng giống thực. Hình ảnh sắc nét không tì vết.

sony z series 11

Công nghệ “Super Bit Mapping 4K HDR” của bộ xử lí X1 Extreme trên TV Bravia cao cấp là để giảm thiểu tình trạng các vệt màu xuất hiện

Tiếp theo chúng ta sẽ nói về không gian màu. Từ thời xa lắc xa lơ thì người ta dùng không gian Rec.601, đến khi TV bắt đầu sử dụng màn hình CRT thì chuyển sang Rec.709 và đây là không gian màu vẫn còn dùng phổ biến đến ngày nay trên nhiều sản phẩm.

Tuy nhiên, công nghệ ngày càng tiến bộ, các màn hình LCD hay OLED ngày nay có thể làm được nhiều hơn thế và tiêu chuẩn không gian màu cũng được nâng lên cho phù hợp. Với các TV HDR hiện tại, người ta áp dụng chuẩn DCI-P3, so với Rec.709 thì rõ ràng rộng hơn và chứa được nhiều màu hơn. Phần lớn các thiết bị được quảng cáo có màn hình HDR hiện nay đều đáp ứng mức bao phủ nhất định với không gian màu này, thậm chí có những thiết bị còn vượt hơn 100%. Trong tương lai, chúng ta sẽ hướng đến không gian màu Rec.2020 thậm chí còn rộng hơn cả DCI-P3. Cái tên của nó cũng bắt nguồn từ kì vọng, đến năm 2020 sẽ có màn hình có thể bao phủ được phần lớn không gian màu này, còn trong hiện tại thì không nhiều hãng sử dụng nó bởi con số thấp hơn so với dùng DCI-P3.

Nói chung về màu sắc, các màn hình HDR cần phải cung cấp một khả năng là WCG (Wide Color Gamut). Có nghĩa là bao phủ được một phần lớn trong không gian màu nhất định của quang phổ màu, cùng với đó cung cấp sự chuyển màu mượt mà trong dải biến thiên tông màu, không bị banding đối với các màu sắc ở trong phần không gian đã bao phủ.

Color Volume

Đích đến của màn hình HDR là có thể bao phủ được phần lớn, thậm chí trọn vẹn không gian màu Rec.2020, trong khi hiện tại ở đầu kỉ nguyên HDR thì vẫn áp dụng DCI-P3 (ảnh: Sony Trung Quốc)

4. Trải nghiệm HDR có dễ?

Câu trả lời rất tiếc là KHÔNG.

Thứ nhất, trong buổi đầu của kỉ nguyên HDR, trở ngại không hoàn toàn nằm ở việc ghi hình – các máy quay KTS trong ngành có thể đáp ứng được, hay màn hình không thể tái hiện đầy đủ – mặc dù chưa có nhiều sản phẩm HDR thực thụ nhưng công nghệ tiến bộ rất nhanh, và với sự lây lan của OLED, việc đó vẫn có thể giải quyết được trong thời gian tới. Chủ yếu, nằm ở khâu sản xuất nội dung.

Hàng loạt các tiêu chuẩn mã hóa, lưu trữ, chuyển đổi, truyền tải, vân vân và mây mây khác cần phải được giải quyết ở chuỗi các đơn vị cung cấp nội dung. Nó chính là “cây cầu” để sản phẩm HDR đi từ khi được ghi hình đến với màn hình của chúng ta, và vẫn còn quá nhiều hạn chế, chưa đáp ứng hết được. Sự thiếu đồng bộ này khiến HDR khó cất cánh như tiềm năng của nó.

Thứ hai là bởi, chúng ta sống ở VN, một nơi mà những tiến bộ công nghệ không dễ để có thể tiếp cận, và đại trà thì còn khó hơn nhiều.

TV HDR

Mặc dù rất hứa hẹn và có giá trị làm tăng trải nghiệm, HDR vẫn khó phổ biến ở nước ta (ảnh minh họa: 4K)

HDR là một công nghệ khép kín. Tất cả các công đoạn ghi hình, bảo quản, biên tập,… phải đảm bảo giữ được đầy đủ thông tin về độ sáng, màu sắc. Cho đến khi chiếu cho bạn xem, chính màn hình TV hoặc điện thoại của bạn cũng phải quản lí được dữ liệu HDR đưa vào, rồi xử lí và tái hiện lại với khả năng (hạn chế) của mình nhằm mang lại hiệu quả đáng kể ở một mức nhất định của hình ảnh HDR. Đó chính là lí do vì sao mà tác giả nêu ở trên, chúng ta cần Sony Mobile tung ra điện thoại màn hình 4K HDR với tấm nền OLED, hay các TV LCD và OLED cần làm gì để đạt hiệu quả trình diễn HDR tốt hơn.

Cùng là HDR nhưng hiệu quả đem lại có thể cao hoặc thấp, rõ rệt hoặc nhạt nhòa tùy vào giới hạn phần cứng màn hình hỗ trợ đến đâu cho HDR. Không đơn giản chỉ là một cái chứng nhận HDR được nhà sản xuất đưa ra trên hộp sản phẩm. Ví dụ rõ nét nhất, sở hữu một chiếc TV OLED như A1E và xem phim HDR trên Netflix, bạn sẽ hiểu HDR “ghê gớm” như nào khi có đủ hai yếu tố là nguồn nội dung và thiết bị đáp ứng.

5. Kết luận.

Ở trong bài viết đầu, chúng ta đã nói sơ bộ về HDR, nó là gì, quan trọng như thế nào, đáp ứng những tiêu chuẩn kĩ thuật nào thì là một màn hình HDR thực thụ.

Với ý nghĩa to lớn của mình, HDR sẽ tạo ra cuộc cách mạng thay đổi mãi mãi việc chúng ta thưởng thức nội dung trình chiếu. Thế nhưng sẽ phải khá lâu nữa chúng ta mới có thể cảm nhận được lợi ích của HDR.

Phần 2 của loạt bài sẽ nói về các định dạng và chứng nhận đối với sản phẩm HDR. Mời các bạn đón đọc trên sonyfan!

Nguồn: (1), (2), (3), (4).


Check Also

aibo at CES 2018 6

[CES 2018] aibo lần đầu lộ diện ở bên ngoài Nhật Bản, một sản phẩm công nghệ thú vị rất dễ thương tại CES 2018

Tại CES 2018, Sony đã mang đến aibo, phiên bản 2018 của robot thú cưng ...

camera 1

Công nghệ Pixel Shift sắp xuất hiện trên điện thoại Xperia là gì?

Một trong những công nghệ chụp hình có khả năng cực cao sẽ xuất hiện ...

Leave a Reply