分類
未分類

真科普:關於10bit色顯示你應該知道的那些事

關於十億色生成和輸出的話題,最早可以追溯到2002年,Matrox Parhelia512 GPU,世界上第一款支持10億色、10bit(R:G:B:Alpha=10:10:10:2)輸出的圖形加速器。在過去的整整19年裡,圖形產業一直在為構建一個真正的端到端10bit真彩世界而努力。但即便在大部分GPU廣泛使用專業驅動程序的今天(例如NVIDIA的Studio Driver),也隻能在少部分廣色域設計師級顯示器上實現10bit色深顯示。

我們必須要認清一個現實,人類從19年前研發出第一顆支持10bit色深輸出的GPU到今天,也隻能在PC和工作站上部分實現端到端(信號生成到顯示輸出)的10bit(十億色)顯示效果。

那麼,到底什麼是十億色?有什麼作用?如果在移動設備(典型產品就是手機)上實現端到端的10bit顯示,又需要哪些條件呢?

關於10bit色輸出顯示的一點常識科普

用最通俗的話描述8bit和10bit色的區別就是,8bit隻能顯示256灰階,1677萬色,而10bit可以顯示1024灰階,10億種顏色。如這張圖顯示的,10bit色彩空間更豐富,過渡更平滑自然。

那麼,色深理論是怎樣的呢?我們要從色深基本概念談起。RGB以0-255級表示色階的變化,這256個色階剛好是2的8次方。因此,256色階的RGB顯示方案叫做8bit色。此時,Red、Green、Blue三個色彩通道各有256色階,總色階數就是256的三次方,為16,777,216色,也就是通俗的1600萬色。

真科普:關於10bit色顯示你應該知道的那些事

那麼10bit色就很容易理解瞭,RGB每個通道擁有2的十次方,也就是1024個色階,三個色彩通道加起來就是1024的三次方,為1,073,741,824色,這是8bit色的64倍,這就是人們日常說到的十億色顯示。Matrox早在2002年,就正式提出瞭10億色顯示這個說法,從此這個概念深入人心。

真科普:關於10bit色顯示你應該知道的那些事

在10bit色之上,還有個12bit色,也就是RGB每通道擁有4096色階,總發色數達到瞭驚人的687億色!這是10bit發色數的68倍。

看到這裡,你可能要問,那我們在電腦上看到的24位色真彩、32位色全彩是什麼意思呢?簡單點說,24位色就是RGB通道的(8:8:8),總計1677萬色;32位色則有兩種模式,一種是(8:8:8:8)的RGB:透明Alpha各8bit,總計1677萬色;或者RGB:Alpha的10:10:10:2,這種模式下,透明通道采用2bit渲染。總計為1,073,741,824色。本文中說的十億色,指的就是RGB每通道1024色階下的10:10:10:2的32位真彩十億色顯示。這個指標目前在桌面平臺上,Windows、MAC、Linux均支持,主流的中高端GPU也支持。最終是否能呈現10億色,瓶頸在顯示器上,隻有購買支持原生10bit色(非8bit+Frc的假10bit面板)的顯示器才能實現端到端的10億色顯示。

在手機或者平板電腦這邊,也就從去年開始才普及10bit色的輸出概念,目前能夠以非抖動方式原生顯示10bit色的AMOLED屏並不多。

10bit色在內容制作端的意義是什麼?

理性地說,對於部分場景,10bit和8bit拍攝和錄制的內容在視覺上並沒有什麼太大的區別。就像下面這個Vlog視頻,我在Youtube上看這個4K的視頻看瞭半天,也就隻能在部分細節上看到10bit色深下色彩更平滑。

真科普:關於10bit色顯示你應該知道的那些事

而在對於動態范圍要求較為苛刻的場景,比如逆光,落日,10bit色深創作的照片和視頻的優勢則是顯而易見的。這是Panasonic GH5 采用4:2:2 10bit拍攝的4K視頻與4:2:0 8bit 4K視頻截圖對比:

真科普:關於10bit色顯示你應該知道的那些事

真科普:關於10bit色顯示你應該知道的那些事

真科普:關於10bit色顯示你應該知道的那些事

顯而易見,10bit色視頻在色彩表現、灰階過度上對8bit形成碾壓式的優勢。目前手持專業影像設備(相機、攝像機)支持10bit色直出內容的產品越來越多,而像Youtube這類平臺,對10bit內容和HDR內容也提供瞭專業的UP主上傳教學,便於創作者使用正確的色彩模式上傳作品。

端到端10bit色彩鏈路管理,從OPPO FindX3 Pro開始

科普瞭這麼多10bit色的基本概念和應用場景,讀者可能會產生一個疑問:手機端如何實現端到端的10bit色彩呢?

這涉及到:10bit色內容創作、硬件顯示輸出和軟件色彩管理三個維度。過去一年,我們看到瞭手機側實現瞭8bit抖10bit色顯示到10bit原生輸出,但是在安卓平臺,我們還沒看到色彩鏈條的閉合。在2020年末OPPO InnoDay上,OPPO發佈瞭全鏈路色彩管理方案,實際就是10bit色端到端的解決方案。
這套全鏈路色彩管理系統分為軟硬件兩部分。硬件部分,全鏈路10bit高色深色彩數據的處理能力,色彩數據處理鏈路,拍攝->運算->編碼->存儲->解碼->顯示->(顯示硬件+軟件)。軟件色彩管理,不同色域之間的正確轉換映射,達到同樣高性能設備之間的色彩一致性表達。(在完成圖像(色彩)數據采集後,相關數據到相冊端解碼渲染的過程中也會經過相應的色彩管理,以實現色彩的正確映射和正確顯示。)

真科普:關於10bit色顯示你應該知道的那些事

作為10bit色端到端的核心,OPPO此次會采用HEIF格式作為10bit照片的承載方式。相比於JPEG格式的8bit圖像數據, HEIF格式能夠提供更多、更好的色彩以及還原度,配合對HDR、色深等信息的封裝,讓HEIF格式記錄和顯示更鮮艷明亮、更鮮活生動的內容。

一點重要的題外話:關於真假10bit

我第一次聽到關於色深和發色數的真假之爭,是6bit顯示器和8bit顯示器之爭,這還是十幾年前的事情瞭。到10bit時代,鑒於真正的10bit面板比較昂貴,不少顯示器廠商采用Frc抖動算法來改善顯示效果,打著Almost 10bit的旗號銷售。在技術實現上,8位+ FRC顯示設備使用與原始顏色相鄰的顏色將這兩種顏色背對背閃爍,達到改善顯示效果的作用。雖然從實際效果看8bit+Frc在改善顯示質量上有一些作用(傳承自6bit+Frc輸出8bit的優良傳統),但終究還是個假的10bit,1677萬色是永遠不能變成十億色的。

真科普:關於10bit色顯示你應該知道的那些事

這張動圖,可以看到上面是原生的10bit發色,而下面則是利用抖動算法達到的近似效果。這種超高頻的抖動閃爍,對目標顏色的顯示其實並不穩定和準確。所以在很多高級漸變色環境中,8bit Frc 10bit面板依然能看到色彩斷層。

2019年開始,手機行業也引入瞭10bit面板概念,早期的Almost 10bit面板也是8bit Frc的效果,到2020年,業界方才逐步普及瞭真10bit面板。但是從10bit內容輸出的嚴格定義上,手機光有一塊原生10bit面板,還不能把該手機稱之為具備10bit內容能力的手機。這得從內容生產/提供端——色彩管理軟件——顯示面板輸出全鏈路采用10bit解決方案才可以。目前能提供原生10bit內容創作的手機非常少,接下來要發佈的FindX3 Pro的兩顆主攝都支持10bit原生直出,且支持Pro RAW,該功能內嵌在專業模式裡,可以在圖片原數據上進行多項細致的參數調整,達到想要的效果。

而在色彩管理和內容輸出端,FindX3 Pro會采用一塊全新的QHD+分辨率120Hz動態高刷屏,並在相冊中支持10bit色深內容存儲和編輯。此外,FindX3 Pro可以自動識別sRGB和P3(包括DisplayP3)的內容,並正確顯示其色彩。手機創作的內容,會添加icc profile信息,ICC聯盟會員(蘋果、vivo、華為等)的設備讀取FindX3 Pro創作的內容,可以精準還原色彩信息。

之前行業很少有涉及從內容生產到輸出的端到端解決方案。從InnoDay2020開始,我就一直盼望OPPO能在FindX3 Pro上給出一個實實在在的解決方案,讓10bit全程展示不再是鏡花水月,停留在那一塊高級屏幕上。總之,想實現10bit全鏈路管理是非常困難的,幾乎要在每個環節的硬件上堆料,在軟件上做一致性管理。FindX3 Pro的10bit全鏈路管理效果如何,可以期待一下瞭。