广色域和色彩管理

苹果正在逐渐在自己的产品上部署广色域,其中影响最大的无疑是 iPhone 7 和 7 Plus。不只是苹果,实际上整个行业都在入侵 4K 之后的这个突破口。

有一种流行的说法是,家庭影院采用 4K 并没有什么意义,因为大部分人在正常距离都看不出 4K 和 1080P 在清晰度上的差异。要知道即使是在 IMAX 数字影院,其双投影系统的有效分辨率也不过是 2.5K 左右,对于绝大多数人这已经是相当清晰了。在此之上,想要让观感达到质的飞跃,提升分辨率已经不够,这就需要在画质本身上动手脚,因此在新兴影院(杜比影院、激光 IMAX 等)中,更加强调的都是更鲜艳的色彩和更高的亮度,即 HDR。

我在之前的文章中比较详细地讲述过 HDR,在这里简要概括:

HDR 指高动态范围(High Dynamic Range),包含广色域、更高色彩深度、更高的目标亮度和 ST-2084 电光传递函数(Perceptual Quantizer)。

今天只关注其中“广色域”的部分。 继续阅读“广色域和色彩管理”

魅族 EP51 评测

Intro

国产数码品牌喜欢跟着苹果的脚步走这件事,没什么可回避或掩饰的。

魅族可以说是苹果在国内最早的跟屁虫,时至今日也是方阵第一梯队中跟得最紧的一个:成功仿照 iPod 商业模式来销售其 M 系列音乐播放器(还记得 MiniPlayer M6 吗?)、最先仿照 iPhone 推出国内第一款多点触摸手机 M8、最先仿照 TouchID 推出正面按压式指纹识别、最先仿照 iPhone 6s 的 3D Touch 推出 3D Press(功能都一模一样),甚至连还没发布的 iPhone 7 都已经提前跟进了(减少天线白带)。

我之所以要一路追溯到魅族 M6,是因为魅族就是从那个时代崛起的。如同 iPod 之于苹果一样,M6 也是魅族进入大众视野的重要因素,因此可以说,魅族也是有“音乐基因”的,虽然这个基因只有硬件并无生态。魅族的官方耳机一直以 EP 来命名(目测取 earpiece 的缩写),最新的 EP51 也不例外。

继续阅读“魅族 EP51 评测”

HDR ≠ HDR

2016 年是 4K 电视彻底普及的一年:4K 电视的价格大幅度下降(解决了硬件问题),再加上 UHD 蓝光光盘的发售(解决了内容问题),我们现在已经很少见到 1080P 的电视了。YouTube 和 Netflix 很早就支持了 4K 内容,主流数码相机甚至手机的视频录制也早就支持了 4K。虽然在国内还很少能找到真正的 4K 内容,但这并不影响电视卖场疯狂销售 4K 电视。如今,在小米和微鲸等互联网厂商的推动下,一台入门级的 4K 电视只需 30 张毛爷爷。

但是如果同学们去电视卖场逛一逛,就能发现索尼的站台往往会打着这样的一个金光闪闪晃瞎狗眼的标志:

4K HDR

索尼从来都喜欢这些金闪闪的标志,从之前的 Hi-Res 高清音频到现在的 4K HDR。但是,4K 是超高清,HDR 是什么?

哦哦!我知道我知道!HDR 就是手机拍照的时候有的时候会蹦出来的那个标志!

嗯…… Yes & No。

那么 HDR 到底是什么?

HDR 的全称是 High Dynamic Range,高动态范围。

很多人在用 iPhone 拍照的时候都会看到取景框下方自动出现了金黄色的 HDR 标志,表示相机检测到当前的场景适合使用 HDR 模式来拍照。

iPhone HDR Mode
在 iPhone 相机内启动 HDR 拍照模式,iPhone 5s 及以上支持自动启用 HDR。

手机上的 HDR 拍照模式实际上是一种针对传感器宽容度差的一种补救措施。受限于传感器尺寸以及片上像素尺寸,手机拍照往往会遇到这种问题:在一个非常漂亮的场景上,发现手机的自动测光既无法保证高光区域清晰,也无法保证阴影区域清晰,如下图所示。

左图为手机拍照成像,右图为真实场景。模拟效果。
左图为手机拍照成像,右图为真实场景。效果为计算机模拟。

通过对场景进行模拟可以发现,用手机拍照的时候,高光和阴影部分出现了大量的信息丢失。这就是宽容度差的典型表现:难以表现同时出现高光和阴影的场景。

针对这种硬件上的短板,软件工程师想到了一个神奇的办法:多张合成

多张合成是这样的一个过程:保持场景不变,先针对阴影部分进行测光,保留阴影细节,丢弃高光细节,拍一张照片;再针对高光进行测光,保留高光细节,丢弃阴影细节,拍第二张照片;最后将两张照片清晰的部分保留,不清晰的部分丢弃,合成一张高光和阴影都清晰的照片,如下图所示。

Photo by Alberto Restifo Camera HDR Simulation
先增加曝光时间,拍摄阴影(山体)细节,再降低曝光时间,拍摄高光(山顶)细节,最后将二者合称为一张照片。某些设备可能拍摄不止两张图片。效果为计算机模拟。

那么这怎么叫做 HDR 呢?上面说到,HDR 的意思是“高动态范围”,那么在这个情景下,“高动态范围”是指“需要拍摄的场景动态范围太高了,我需要选取针对‘高动态场景’来选取‘高动态范围模式’来拍摄这个烦人的场景”。所以在这里,使用 “HDR”这个说法没有任何错误。

那么这和索尼所说的 4K HDR 有什么关系?

答案是:没有任何关系。

在 4K 蓝光出现之后,仅仅增加像素的数量已经无法让体验产生质的提升,厂商们开始把注意力放在提升像素的质量。这里就引入了 HDR 的概念:索尼所说的 HDR 依然是“高动态范围”的意思,但是这一步并不是出现在内容生产(图片、视频拍摄)上,而是出现在内容消费(图片、视频观赏)上。如今 HDR 有多个标准,但都旨在提升画面的三个方面:

  • 色域(Color Gamut):色彩的范围,更大的色域意味着更浓郁的色彩
  • 色彩深度(Color Depth):色彩的数量,更深的色彩深度意味着更平滑的过度
  • 对比度(Contrast):最亮和最暗部分的差别,更高的对比度意味着更真实的动态范围。

在传统 1080P 蓝光电影上,其遵循的 Rec. 709(也称 BT.709)规范在色域和色彩深度上和计算机行业的 sRGB 相同,只能覆盖三分之一左右的人眼可见色彩,相比影院投影系统所遵循的 DCI-P3 规范有 20% 左右的差距,具体表现在色彩不够鲜艳、对比度不够强。现在的摄影设备能捕捉的信息量要远超过 Rec.709 定义的范围,而屏幕技术的进步也让其能显示远超 sRGB 范围的色彩,此时再被规范掣肘,就实在是太可惜了。

IMG_1621

这张图上,灯泡发出的光明显是黄色的(暖光),因为可以看到灯罩上被染上了浓艳的黄色。但是仔细观察灯泡中心的地方:明明应该是黄色的灯泡,因为显示器无法显示如此高亮度的黄色,只能以白色显示。因此当内容的动态比较高,即“HDR”时,需要对应的显示器也支持“HDR”才可以发挥其全部潜力。

当视频源是 HDR 内容时,显示器是否支持 HDR 将会明显影响显示效果,如下图所示:

左图为非 HDR 显示,右图为 HDR 显示。效果为计算机模拟。
左图为非 HDR 显示,右图为 HDR 显示。效果为计算机模拟。

因此,拍照时的 HDR 是为了捕捉高动态内容,而这里的 HDR 是为了显示高动态内容。

但是 HDR 显示在初期也面临着所有新技术共有的问题:内容严重不足。蓝光 4K 已经将 HDR 作为强制标准,但是影片数量的不足和母带转录质量参差不齐,导致真正充分利用 HDR 的内容少之又少。雪上加霜的是,在标准落地之前,所有人都想制定自己的标准(或者至少站队正确),以便未来在产业中拥有话语权,这就导致了标准大战。直到截稿的时候,市面上已经有了 5 种 HDR 规范和若干个以此为基础的变种。

标准 色域 色彩深度 电光转换函数 主要内容支持者 特点
HDR10 Rec. 2020 10bit 杜比 PQ UHD 蓝光、Xbox、PS4 完全开放
HDR10+ Rec. 2020 10bit 杜比 PQ Amazon Video 动态亮度调节
杜比视界 Rec. 2020 12bit 杜比 PQ 杜比影院、VUDU、Netflix 兼容性最强
HLG Rec. 2100 10bit 混合 Log-Gamma BBC、NHK、YouTube 完全开放
SL-HDR1 ? ? ? ? 兼容 SDR

可以看到,在主要技术参数上,各家的都差不多。其中以杜比视界最为亮眼,其不但技术规格最高,而且由于杜比公司从内容生产端到屏幕显示端的一手把控,可以做到出色的色彩管理。不只如此,杜比还有意将杜比视界设计为其他 HDR 标准的“超集”,使用杜比视界 VS10 芯片,可以正确识别其他 HDR 格式并映射到杜比视界的范围内;但是杜比视界要求在播放器和屏幕中整合杜比提供的特殊芯片,是一个封闭标准。HDR10 则是一个完全开放、无授权费的标准,也是 UHD 蓝光的强制标准,因此现在所有的 UHD 蓝光盘和播放机都支持 HDR10。Xbox One S 和 Playstation 4 页支持 HDR10。

但是,除了杜比影院和激光 IMAX 影院,市面上还没有任何一块屏幕可以完整显示 Rec. 2020 的所有色彩,所以目前的 HDR 内容主要还是针对 DCI-P3 所定义的色域。包括三星 Galaxy S8 在内的很多高端设备已经可以完整显示 DCI-P3 色域。

2017-4-21 更新:修改错误描述、添加其他 HDR 标准内容。

少见问题:Xbox One 手柄的 Impulse Trigger(震动板机)在 PC 上能不能工作?

简单答案:

稍微复杂的答案:

只在某些游戏和应用中可以

完整答案:

刚发布的时候,Xbox One 手柄并没有提供 Windows PC 的支持。Xbox One 手柄可以通过无线或者 USB 连接主机,但是插到 PC 上只能充电。随后在玩家的千呼万唤之下,微软终于发布了该手柄在 Windows 下的驱动(参考这篇旧文章),让玩家可以用 Xbox One 手柄玩任何支持 Xbox 360 手柄的游戏。

没错,让玩家可以用 Xbox One 手柄,连接 PC,玩任何支持 Xbox 360 手柄的游戏。

在 Xbox 360 时代里的一段时间,微软强推 Games for Windows Live 标签,此时微软拿出了 Xinput API 来让 PC 游戏兼容 Xbox 360 手柄。Xinput API 可以提供比 Direct Input API 更丰富的功能(比如震动),这也导致了一段时间之内,好多游戏不买个手柄都不能好好玩。

到了 Xbox One 时代,微软并没有选择更新 Xinput API,而是让 Xbox One 手柄向下兼容 Xinput API 来保持对 PC 游戏手柄操作的最大兼容性。

问题就出在这里:由于 Xbox 360 手柄没有震动板机,所以 Xinput API 里面没有震动板机的接口,所以即使是 Xbox One 手柄也不能平白无故给驱动添加一个接口。

但是有人要问了:Xbox One 本身运行的不也是 Windows 10 吗?Xbox One 用的是什么 API 呢?

首先,可以确定的是,肯定没用 Xinput API。

因为最一开始 Xbox One 并不打算向下兼容 Xbox 360 游戏,所以微软为 Xbox One 手柄专门开发了新的 API,这些 API 包含在 Windows RT 系统框架内。

所以在 PC 上,软件可以调用 Windows RT 框架内的新 API 来调用震动板机喽?

正是如此。

事实上现在从 Windows 应用商店下载的某些游戏和应用已经支持震动板机了,无论手柄的连接方式是无线还是有线。这些应用和游戏包括:

  • 古墓丽影:崛起(中区未上架)
  • 量子破碎
  • 极限竞速:巅峰(免费)
  • Xbox 附件(配置精英手柄用的)

另外,通过 Windows 10 内置的 Xbox 应用串流 Xbox One 上的游戏时,震动板机也是完美工作的。

只有 Windows 应用商店上架的游戏支持震动板机吗?

是的。

可能是 Windows 应用商店的签名机制阻止普通 Win32 软件调用 Windows RT API,即使是同一个游戏,在 Steam 上架的版本也是不支持震动板机的(比如《古墓丽影:崛起》)。

但是 Steam 版本的游戏也是有它的优点的,包括但不限于:

  • 可以关闭垂直同步
  • 支持 SLI/交火
  • 支持 G-Sync/FreeSync
  • 可以独占显示器

关于新版 12 寸 MacBook 的 CPU

偶然间在翻 Intel Ark 的时候,发现新版 12 寸 MacBook 使用的 Skylale 处理器应该是这三款:

注意在 Intel 官方宣称的供货价格中,Core m3 和 Core m5 是一致的,而到了苹果手里,价格差了一千多。虽然不排除苹果以其强大的议价能力压低 Core m3 价格的可能性,但是考虑到售价与成本并无直接关系,这可能只是某种市场策略。

另外官方文档中,这三个处理器的基准频率(900MHz、1.1GHz、1.2GHz)与苹果标称的基准频率(1.1GHz、1.2GHz、1.3GHz)不符,但睿频的频率却是相符的。考虑到 Core m 处理器较大的频率变动幅度,可能是苹果对 MacBook 更出色的散热设计使得三颗处理器拥有更高的基准频率。

另一个有趣的地方,三颗处理器的额定 TDP 和可配置最高 TDP 相同,分别是 4.5 W 和 7 W。但是可配置最低 TDP 却不同,性能最差的 Core m3 反而比它的两个大哥哥更高。

Core m 处理器的一大特性是 TDP 可变,意味着厂家可以根据实际产品的形态和散热设计来改变 TDP,也就意味着由于设计 TDP 的差异,采用同型号 CPU 的两款产品可能存在较大的性能差异。

此处低端产品的最低 TDP 高于高端产品:

  • 第一,影响不了什么卵,因为很少有产品会仅允许最低 TDP;
  • 第二:其实我觉得是 Intel 写错了。

在 Intel 官方的数据库中,三颗处理器全部支持 DP 和 eDP 接口的 2160p@60Hz 输出,使用 HDMI 输出时,受限于 HDMI 版本(1.4)最高只能支持 4K@30Hz 输出。

而在苹果官网的技术规格中,显示 MacBook 最高支持 2160p@30Hz 的输出,因此可以说不能外接 “4K显示器”日常使用。此处数据与官方数据不符,推测有三种可能:

  • OS X 中 Intel 核心显卡驱动的限制(可能性很低)
  • 苹果不卖 USB-C 到 DP 的转接线,只卖 USB-C 到 HDMI 的转接线,而后者只支持 4K@30Hz。如果有对应的转接线,可能可以实现 60 帧输出。实际上 USB-C 端口原生支持的 DP 1.2 协议 是可以输出 4K@60Hz 的。
  • MacBook 所用的 USB-C 为 3.1 Gen-1,最高带宽为 5 Gbps,而典型的 4K@60Hz 视频信号(包含开销)的数据量大约是 15Gbps。别说是 USB,哪怕是第一代 Thunderbolt 接口(10Gbps)都搞不定。

附:在王自如的初代 MacBook 测评视频中,它声称“通过 HDMI 将 MacBook 连接到 34 寸带鱼屏上使用没有任何问题”实际上是不严谨的。受限于 HDMI 1.4 的带宽,连接到 3440×1440 分辨率的屏幕上时,刷新率为 50Hz,并非常见的 60Hz。只是可能正常人不仔细看看不出区别,并不表示“没有任何问题”。