デジタルビデオの進化に伴い、解像度やフレームレートは向上しましたが、画質には長い間、限界がありました。標準的なビデオ形式であるSDR（Standard Dynamic Range）は、狭い輝度範囲を前提としており、1フレーム内の最も暗い部分と最も明るい部分の輝度差も限られています。通常は8ビットカラーとRec. 709色空間を使用するため、暗い部分のディテールが失われたり、明るい部分が白飛びしたりすることがあります。高性能なプロセッサーや画像処理アルゴリズムを使用しても、画質の改善には限界がありました。
この問題に対処するために開発されたのが、HDR（High Dynamic Range）です。HDRはダイナミックレンジを拡張し、映像でより幅広い輝度レベルを再現できるようにすることで、画質を向上させます。HDRはテレビ本体だけの機能ではありません。映像も特定の方式で撮影され、メタデータと呼ばれる追加情報を含んでいる必要があります。メタデータは、表示する画像に関する情報です。
HDR画像の作成方法
HDRの主な目的は、フレーム内の最も暗い部分と最も明るい部分の両方でディテールを維持することです。主な方法は2つあります。
露出ブラケット撮影。 異なる露出レベルで複数のフレームを撮影します。1つは暗部のディテールを捉えるために明るく撮影し、もう1つはハイライトを保持するために暗く撮影します。その後、それぞれのフレームから露出が最適な部分を選び、画像を合成します。この方法は、複数のカメラを同時に使用するか、1台のカメラでフレームを順番に撮影することで実現できます。後者は動きのあるシーンにはあまり適していません。露出を変えて撮影する間に被写体が動くと、ゴーストやその他の画像アーティファクトが発生する可能性があるためです。
広いダイナミックレンジを持つセンサー。 最新のカメラは、複数の露出を合成することなく、1つのフレームで幅広い輝度レベルを記録できます。つまり、カメラが複数の画像を取得し、プロセッサーがそれらを分析して、最終的な1つのフレームを生成します。
その結果、ディテールが良好に保たれ、色が滑らかに変化する画像が得られます。
HDRの伝送と表示方法
HDR映像を撮影するだけでは十分ではありません。画面に正しく表示できるように、映像をエンコードして伝送する必要があります。メタデータは映像ストリームと一緒に送信されます。メタデータには輝度、コントラスト、色に関する技術情報が含まれ、テレビに画像の表示方法を指示します。そのため、テレビは対応する規格をサポートしていなければなりません。対応していない場合、映像は標準的なSDR形式で表示されます。
これらの情報を伝送する方法は2つあります。
- 静的メタデータは、映像全体に対して一度だけ定義されます。
- 動的メタデータは、シーンごと、場合によってはフレームごとに変化します。
HDR規格の概要
HDR10
Consumer Technology Association（CTA）が2015年に標準化した、基本的なオープンHDR形式です。4K Blu-rayディスクでは必須の規格であり、HDR10+や多くのDolby Visionプロファイルの基礎にもなっています。10ビットカラーとRec. 2020色空間を使用しますが、実際のディスプレイがカバーする色域は通常、その一部に限られます。
静的メタデータは映画全体に対して一度だけ定義され、マスタリングに使用したモニター、フレームの最大輝度、平均輝度などを記述します。テレビは、自身のディスプレイ性能に合わせて輝度レベルをどのように変換するかを決定します。そのため、テレビの機種によって画像の見え方が大きく異なる場合があり、暗いシーンでは一部のディテールが失われることもあります。この形式は無償で利用でき、ほぼすべてのHDR対応機器でサポートされています。
HDR10+
SamsungとAmazonが2017年に発表した、HDR10を発展させた規格です。その後、Samsung、Panasonic、20th Century Foxによって設立されたHDR10+コンソーシアムが標準化しました。HDR10+は、SMPTE ST 2094-40規格に基づく動的メタデータを、基本となるHDR10ストリームに追加します。このメタデータはフレームごとに送信されるため、テレビは映像の各瞬間に合わせて、ディスプレイパネルの性能に応じた輝度とコントラストの調整をより正確に行えます。
HDR10+に対応していない機器では、このコンテンツは標準的なHDR10として表示されます。色深度は引き続き10ビットです。この規格はロイヤリティーフリーですが、すべての機器が対応しているわけではありません。
HDR10+ Adaptive
HDR10+に追加された機能で、部屋の照明環境を考慮します。テレビは内蔵センサーで周囲の明るさを測定し、HDR画像の輝度を調整します。明るい部屋では画像をより明るくし、暗い部屋では明るさを抑えます。Samsungは2021年のテレビにこの機能を導入しました。また、対応するSamsung製テレビでは、Prime VideoのHDR10コンテンツをHDR10+ Adaptiveモードで表示することも同時に発表されました。HDR10+の公式ウェブサイトでは、この機能は2025年に導入されたHDR10+ Advanced仕様の一部として説明されています。
HDR10+ Gaming
HDR10+ Technologiesが開発した、ゲーム向けのHDR10+規格です。Samsungによると、この形式が導入される前は、ゲームとディスプレイがお互いの性能を認識できなかったため、HDR設定は一般的なものを使用するか、手動で選択する必要がありました。HDR10+ Gamingでは、ゲームエンジンと表示デバイスが直接情報を交換します。これにより、ゲーム側がディスプレイの性能を認識し、その画面に最適化されたHDR画像を生成できるようになります。手動でキャリブレーションすることなく自動調整できる点も、主な特徴として挙げられています。この規格の導入時には、対応するNVIDIA製グラフィックスカードを搭載したPCのほか、新しいSamsung製テレビやモニターで利用できました。
HDR10+ Advanced
非常に高いピーク輝度、高性能なプロセッサー、大画面を備えたフラッグシップテレビ向けの新しい規格です。Prime Videoは2026年8月から、Samsungの2026年モデルのテレビでこの規格の提供を開始します。発表された機能には、次のものがあります。
- 全体的な輝度の向上。 メタデータを活用し、高級テレビが持つ高い輝度性能をより効果的に利用します。
- インテリジェントなモーションスムージング。 システムがモーションスムージングの必要性を自動的に判断します。
- AIによるジャンル検出。 コンテンツのジャンルを判別して画像処理設定を選択します。また、コンテンツ制作者が提供するメタデータに基づき、より広い色域を利用します。
Dolby Vision
Dolbyが開発し、2014年に導入したライセンス制の規格です。シーンごと、またはフレームごとに変化する動的メタデータを使用します。ストリーミングでは一般的に10ビットの画像が使用されます。一方、12ビット映像に対応するのは、4K Blu-rayディスクで使用されるものなど、一部のプロファイルに限られます。Dolby Visionには複数のプロファイルがあり、ストリーミング向け、ディスク向けのほか、Dolby Visionに対応していないテレビでもHDR10と互換性を持つものがあります。
2025年、DolbyはDolby Vision 2を発表しました。同社によると、視聴環境に応じたAIベースの画質最適化と、フレームごとのモーションスムージング制御が追加されています。旧型のテレビでもこのコンテンツを再生できますが、新機能を利用するにはDolby Vision 2への対応が必要です。この規格を採用するメーカーは、ライセンス料を支払う必要があります。Samsungは自社のテレビでDolby Visionをサポートしておらず、代わりにHDR10+に注力しています。
HLG（Hybrid Log-Gamma）
BBCとNHKがテレビ放送やライブ配信向けに開発した形式です。ITU-R BT.2100勧告に含まれています。HLGはメタデータを使用しません。輝度情報が伝達関数に直接エンコードされているためです。この伝達関数の下部は従来のSDRのガンマカーブに似ており、上部は対数的な特性を持ち、明るい部分を処理します。
この仕組みにより、同じ信号をHDRテレビとSDRテレビの両方で表示できます。HDR画面では拡張されたダイナミックレンジの恩恵を受けられます。一方、SDR画面では通常の映像として表示されますが、広色域に対応していない旧型モデルでは、色がややくすんで見える場合があります。この形式はロイヤリティーフリーで、通常は10ビットカラーを使用します。動的メタデータを使用する形式ほど各シーンを細かく調整することはできませんが、放送での運用が簡単で、SDR用とHDR用の別々のストリームを必要としません。
HDR規格の比較
| 規格 | メタデータ | 色深度 | ライセンス | 年 |
|---|---|---|---|---|
| HDR10 | 静的 | 10ビット | オープン | 2015 |
| HDR10+ | 動的（フレームごと） | 10ビット | ロイヤリティーフリー | 2017 |
| HDR10+ Adaptive | 動的（HDR10+）と環境光センサーによる調整 | 10ビット | 明記なし | 2021 |
| HDR10+ Gaming | SamsungによるとHDR10よりも詳細 | 10ビット | 明記なし | 2022 |
| HDR10+ Advanced | Samsungによると拡張されたシーンメタデータ | 10ビット | ロイヤリティーフリー | 2025 |
| Dolby Vision | 動的 | 10～12ビット | 有料ライセンス | 2014 |
| HLG | 使用しない | 10ビット | オープン | 2015 |
