Дело в том, что глаз человека — уникальный фотоприбор, практически не имеющий аналогов. Человек может видеть как очень яркий свет, так и темноту. Вы можете смотреть на ярко светящийся монитор или в окно и при этом подмечать тут же, рядом, какие-то тёмные вещи. Если же навести камеру смартфона на светлый объект — то, как правило, либо объект будет пересвечен, либо тёмные детали скроются в черноте. Это потому, что у камеры смартфона, да и у его экрана, динамический диапазон яркости (воспринимаемой в первом случае и отображаемой во втором) гораздо уже, чем у человеческого глаза.
Видео
Любой цвет в дисплеях (да и цифровых фотосенсорах) состоит из красной, синей и зелёной составлющих (RGB). Большинство современных дисплеев смартфонов и телевизоров, не имеющих аппаратной поддержки HDR, кодируют яркость каждой составляющей 8-битным числом, то есть, значение яркости этой составляющей лежит в диапазоне от 0 до 255 (итого 256 значений). От смешения трёх цветов различной яркости и получаются все другие цвета, как и яркость итогового цвета (к примеру серый — это, грубо говоря, просто не очень яркий белый, и наоборот). Несложно подсчитать, что три составляющие дают нам 256*256*256 = 16,8 млн цветов. На самом деле многие цвета из этого диапазона человек видит одинаковыми, просто имеющими разную яркость.
Спецификация HDR10 для новейших телевизоров и даже некоторых смартфонов (iPhone X, Samsung Galaxy S9) означает, что каждый из трёх каналов уже кодируется 10-битным числом, то есть может принимать значения от 0 до 1023 (итого 1024 значения). Соответственно, общее количество цветов достигает значения в 1074 миллиона — в 64 раза больше, чем при 8-битном кодировании. Но дело не только в самих цветах, но и в их яркости — поэтому в HDR видео, как и в реальной жизни, можно видеть в одном кадре как очень светлые, так и очень тёмные элементы.
Кстати, не так давно была придумана и спецификация HDR10+ — её главное отличие от HDR10 в том, что параметры яркости могут меняться по ходу воспроизведения видео, тогда как в HDR10 они задаются только один раз, в самом начале. По сути, HDR10+ — это ответ на конкурирующий стандарт, Dolby Vision, где такое было реализовано изначально.
Фото
В фотоаппаратах цвет может кодироваться и большим числом бит на канал — так, профессиональные камеры могут кодировать его, например, 14-битным числом. Однако, чтобы работать с такими значениями, нужно сохранять фотографию в формат RAW, а не JPEG, где цветность уже приведена к стандартным значениям 8 бит на канал (таким образом, львиная доля информации о яркости пикселей теряется). Поэтому профессиональные фотографы предпочитают работать с RAW, чтобы «вытягивать» свет — это помогает компенсировать пересветы или чересчур тёмные участки.
Тем не менее, говоря про фотосенсоры, никто не использует аббревиатуру HDR — в фотографии она означает совсем другое, а конкретнее — финальный снимок, который получается за счёт совмещения нескольких снимков с разной экспозицией, либо «подкручиванием» RAW файла: приглушением светлых областей и осветлением тёмных — чтобы и те, и другие были хорошо различимы в конечном JPEG-файле. Как в и играх, о которых речь пойдёт ниже, в данном случае динамический диапазон не расширяется, а скорее сужается и для просмотра таких фотографий HDR-дисплеи не нужны.
Игры
С играми всё гораздо сложнее. Различные HDR-эффекты в играх появились ещё в начале 2000-х годов, но в те времена никаких HDR-дисплеев не было. На самом деле, игры того времени даже не пытались имитировать HDR, как это делали те же фотографы, у них была совсем другая задача — создать ощущение эффекта, а не сам эффект. Для этого в большинстве случаев динамический диапазон, напротив, сужался — картинка неестественно засвечивалась и размывалась, что получило название «bloom» (блюм).
Это даже нельзя сравнить с фотографией, где сужение динамического диапазона приводило к чёткости и читаемости всего кадра — в играх эффект был полностью обратным. Гонки, к примеру, любили «ослеплять» игрока при выезде из тоннеля, а блюм и размытие скрывали недостатки графики как раз за счёт формирования как можно менее чёткой картинки.
Тем не менее, если сегодня разработчики заявляют, что игра поддерживает HDR — это как раз говорит о том, что она может отображать больше цветов и больше градаций яркости. То есть, сегодня HDR в играх означает то же, что и для видео, но при этом для отображения эффекта играм требуется телевизор со стандартом HDR10 или HDR10+.
