3C王者

對於智能手機廠商及消費者來說，除瞭手機的處理器性能及拍攝性能之外，手機屏幕的顯示效果也一直是大傢關註的焦點之一。特別是在用戶觀看視頻開始越來越多的由電視、PC等大中屏端轉向智能手機等移動終端，同時手遊市場也迅速崛起的趨勢之下，如何將體驗更好的大屏顯示技術引入到移動設備，成為瞭智能手機廠商、屏廠、顯示芯片廠商以及內容提供商們發力的一大方向。

△Cisco的數據預測，到2022年智能手機將成為首選觀看視頻的設備，占比超過50%。同時，到2022年，移動視頻也將在整個移動流量中占據主導地位，占比將高達79%。

因此，我們也可以看到，智能手機在繼屏幕尺寸、分辨率及材質的持續提升之後，屏幕的高動態范圍 (HDR)技術以及高幀率，正在成為智能手機廠商及用戶追逐的熱點。

比如近期發佈的iQOO Neo5、OPPO Find X3、Redmi K40系列、魅族18系列都標配瞭支持HDR10＋及120Hz高刷新率的屏幕；華碩ROG遊戲手機5系列支持HDR10＋，屏幕刷新率達到瞭144Hz；騰訊紅魔遊戲手機6不僅支持HDR，屏幕刷新率更是提升到瞭165Hz。當然這也使得手機的成本大幅提升，售價自然也不菲。那麼HDR及高刷新率真的能夠給手機屏幕顯示效果帶來新的革命嗎？移動端的HDR及高幀率內容生態是否也已經跟上瞭手機硬件的發展？

在這之前我們需要先來瞭解下HDR與高刷新率為屏幕顯示效果究竟能夠帶來哪些提升。

HDR意味著什麼？

所謂HDR（High-Dynamic Range，高動態范圍圖像技術），是一種能夠提供更大的動態范圍以及圖像細節的顯示技術，是根據不同的曝光時間的LDR（Low-Dynamic Range，低動態范圍圖像），並利用每個曝光時間相對應最佳細節的LDR圖像來合成最終HDR圖像。HDR能夠更好的反映出真實環境中的視覺效果，即實現接近人眼所能覆蓋的色域，亮度和對比度范圍。

如下圖中的“蛇形圖”代表的就是我們人眼所能看到的所有的顏色。目前傳統高清電視所能看到的是Rec.709這個圖裡面的最小的這個黃色三角形所覆蓋的色域范圍；而一些高階UHD電視則基本可以看到Rec.2020這個黑色三角形所覆蓋的色域范圍，這個范圍已比較接近人眼。

不過目前在智能手機上，還沒有支持到Rec.2020，中高端手機大都也隻支持到DCI-P3色域，介於Rec.2020和Rec.709之間。值得一提的是，DCI-P3也是美國電影工業為數字電影院所制定的色域標準。

在亮度方面，人眼所能分辨的范圍是0到10000 nit，超出這個范圍來說，對於人眼也就沒有瞭意義。而普通液晶電視能表現的最低亮度為0.1 nit（OLED可以為0 nit），最亮為500到1000 nits之間，現在一些電競顯示器可以達到1400 nit。同樣，現在高端旗艦手機的屏幕最高亮度也達到瞭電競顯示器的水準，比如三星Note 20 Ultra、紅魔遊戲手機6的屏幕最大亮度似乎都達到瞭1500nit，魅族18系列的屏幕也達到瞭1300 nit。

這裡順便提一句，一些支持HDR 10或HDR 10+的屏幕都支持10bit色深，這個色深指的是顏色的細膩程度，數值越大色彩過渡越平滑自然。大多數的顯示器都是8bit色深，可以顯示1670萬種顏色。而通常我們所說的HDR屏幕的色深則為10bit或12bit，這使得它們可以顯示10.7億種顏色或687億種顏色。雖然，對於我們人類的肉眼，最多能夠分別1000多萬種顏色。但是它在數據上定義瞭成像中更多、更高質量的細節。

所以，現在所謂的手機HDR屏，並未達到嚴格意義上的接近人眼所能覆蓋的色域及亮度范圍，當然相比之前的SDR屏已經是要高出瞭很多，能夠為用戶帶來更好的顯示效果體驗。

高刷屏與高幀率內容

至於屏幕的刷新率（Refresh Rate），又稱幀率，指的是顯示屏對於所顯示的畫面每秒刷新的次數。現在大部分手機屏幕刷新率都是在60Hz，也就是每秒刷新60次畫面。而高端的旗艦機現在很多已經達到瞭90Hz/120Hz，最新發佈的騰訊紅魔遊戲手機6系列更是達到瞭165Hz。

那麼，高刷新率的屏幕能夠帶來什麼好處呢？

在這之前我們需要提到與之對應的高幀率(High Frame Rate/HFR)這個概念，即視頻或者遊戲內容每秒所展示的畫面數量。

我們都知道我們所看到的視頻或遊戲等畫面都是由一幀一幀的靜態圖片所組成的，而通常條件下，人眼的識別連貫圖像的速度是24FPS（幀/秒），所以很多的視頻或者遊戲畫面如果能夠達到24FPS，那麼人眼看到的畫面就是連貫的畫面。

但是這並不代表，有24FPS就夠瞭。因為人眼還是能夠感知到高幀率和低幀率之間的區別，幀率越高，畫面越流暢，帶來的視覺體驗效果也就越好，特別是在電影在展示快速移動的畫面時，或者是畫面需要頻繁快速變換的遊戲當中。有實驗表明，一般遊戲玩傢也能分辨出“144FPS”和“240FPS”的遊戲顯示畫面所帶來的體驗區別。

所以，如果要更好的顯示高幀率的內容，就需要高刷新率的顯示屏。比如，雖然遊戲或視頻內容達到瞭120FPS，但屏幕刷新率隻有60FPS，那麼人眼所能看到的效果還是60FPS。如果屏幕刷新率達到瞭120Hz甚至更高，那麼無疑將能夠更好的體驗到120FPS視頻或遊戲內容所帶來的極致效果。

如何破解內容與設備的斷層問題？

雖然現在很多的高階智能手機屏幕都已經開始支持HDR以及高刷新率，但是HDR及高幀率的內容卻仍是比較匱乏。

數據顯示，目前超過98%的流視頻都是SDR，超過98%電影的幀率都是24FPS。同樣對於手機遊戲來說，大多數幀率都還是在30/60FPS左右，能夠達到120FPS的遊戲內容還是偏少。

那麼如何來解決現有的手機硬件與內容之間的斷層問題呢？目前主要有兩種解決方案，一個是加大HDR及高幀率內容的制作和產出，但這個需要的時間周期和資金投入較大；另一個則是利用技術手段將現有的SDR及低幀率內容轉換成HDR及高幀率內容。

眾多HDR及高刷新率手機的幕後功臣：Pixelworks

其實在2020年，許多的智能手機廠商就有推出很多支持HDR及高刷新率(90Hz及以上)的旗艦智能手機，比如OnePlus 8 Pro、OPPO Find X2、黑鯊3系列等。同樣的，對於這些手機廠商來說，雖然它們的手機硬件能夠支持HDR及高刷新率，它們也有與一些視頻及遊戲內容商合作，但是HDR及高幀率內容依然還是比較匱乏。那麼他們是如何來解決這個問題的呢？答案是與全球知名的視頻和顯示處理解決方案提供商Pixelworks合作。以上這幾款手機都無一例外的內置瞭Pixelworks的X5 Pro的視覺處理器。

除瞭以上介紹的這幾款2020年發佈的旗艦機之外，之前的黑鯊一代、二代遊戲手機，華碩ROG一代、二代遊戲手機也都采用瞭Pixelworks的視覺處理器。此外，近幾年諾基亞、TCL、酷派、中興的一些機型也有采用Pixelworks的視覺處理器或Pro軟件來提升手機的顯示效果。截至去年三季度，已有7傢手機客戶推出的超過30款機型搭載瞭Pixelworks的顯示處理器或Pro軟件。

而最新發佈的iQOO Neo5、華碩ROG 5系列手機、OPPO Find X3也都采用瞭Pixelworks的技術。

Pixelworks的全球銷售與市場資深副總裁熊挺告訴芯智訊：“無論是在高端旗艦機上，還是在普通的千元機上，Pixelworks的視頻和顯示處理技術，都可以為智能手機的顯示效果帶來顯著提升。即便是對於低成本的智能手機，僅采用Pixelworks的軟件IP，也能為手機顯示效果帶來不錯的提升。”

△Pixelworks的全球銷售與市場資深副總裁熊挺

據介紹，作為全球知名的視頻和顯示處理解決方案提供商，Pixelworks擁有超過20年的顯示和視頻處理技術積累（在3LCD投影機主控市場占據80%以上的市場份額），擁有360多項已發佈/待批專利基本圖像處理IP，其中就包括行業領先的色彩校準及管理技術，OLED顯示屏的無閃爍DC調光和超平滑亮度控制及LCD顯示屏的動態亮度控制技術，以及獨特的全時HDR技術和精確的HDR10 / 10 +色調映射技術。能夠為視頻、遊戲和照片提供最佳的實時SDR轉HDR效果。

此外，Pixelworks還擁有MEMC（Motion Estimate and Motion Compensation，運動預估和運動補償）技術，可將低幀率的視頻內容插幀到高幀率，比如將24FPS的視頻插幀到60FPS，把60FPS的視頻插幀到120FPS（根據兩個相鄰幀的關系，計算物體運動軌跡，反推運動矢量，計算出一張中間幀的畫面，然後插入，提升視頻幀率），大幅提升視頻播放的流暢度。

此外，對於高幀率的手機遊戲匱乏問題，Pixelworks也可以通過其視覺處理器將30-60FPS的遊戲插幀提升至90-120FPS。

不同於前面提到的先讀取相關幀然後再計算插幀的MEMC視頻插幀技術，熊挺強調：“對於手遊來說，時延性是影響體驗的一項關鍵指標，而先讀取相關幀然後計算中間幀顯然會提高時延，因此我們采用瞭前預插幀技術，即與遊戲運營商合作，提前讀取一些遊戲的命令和運動矢量等前瞻性因素，來提前生成一幀遊戲畫面插入，提升遊戲的幀率。”

（這裡芯智訊解釋一下，為什麼提前讀取遊戲的命令和運動矢量，能夠提前生成一幀畫面，雖然很多遊戲手機的屏幕刷新率達到瞭120Hz，但屏幕的觸控/按鍵采樣率很多都達到瞭240Hz甚至更高。比如魅族18系列的觸控采樣率為240Hz，黑鯊3系列觸控采樣率為270Hz，華碩ROG遊戲手機5系列觸控采樣率為300Hz，紅魔6的雙觸控遊戲肩鍵的觸控采樣率更是達到瞭400Hz。也就是說遊戲操控命令采集頻率是比畫面刷新率更快的，這也是為什麼可以提前根據遊戲的命令和運動矢量來提前生成一幀插幀。）

此外，Pixelworks的遊戲插幀技術還可以降低目前高刷新率手機在運行高幀率手遊面臨的高功耗及發熱問題。因為正常的高幀率手遊的每一幀畫面都需要依賴手機GPU來計算生成，這樣會給GPU帶來很大的負擔，功耗和發熱也必然會增加。

據熊挺透露，利用Pixelworks的遊戲插幀方案，可在發揮高刷新率屏幕的優勢的同時，減負GPU，實現30%-40%左右的功耗降低（相對於正常運行高幀率遊戲的方式），進一步提升手機的續航時間，減少手機發熱。

值得一提的是，Pixelworks最新推出的第六代移動視覺處理器——i6，是旗下首個具有集成AI處理單元的視覺處理器，應用瞭大量移動顯示數據集和訓練模型，能夠利用AI智能地提升視頻和遊戲內容的動態范圍，同時可根據環境光照明條件、內容屬性、顯示特性和使用模式來優化顯示屏的對比度、清晰度、亮度和色溫，可為視頻、遊戲和照片提供最佳的實時SDR轉HDR效果。

據介紹，Pixelworks i6這款處理器的總功耗比它的前身（Pixelworks i3處理器，之前稱為Iris 3）降低瞭40%。

最新發佈的華碩ROG遊戲手機5系列就采用瞭Pixelworks最新發佈的i6視覺處理器。

構建TrueCut生態

需要指出的是，前面所介紹的將現有SDR內容轉換為HDR內容的方式，始終隻是一個退而求其次的解決方案，SDR源內容再怎麼通過算法提升，也不可能達到真實的HDR內容那麼豐富的細節。如果要將HDR源內容完美的呈現到智能手機屏幕上，提供與大屏一致的HDR體驗，需要一套完整的端到端的解決方案。

而這一整個鏈條涉及到瞭HDR內容制作方（影視制作公司）、內容分發商（各大視頻平臺）、播放器技術廠商、手機SoC廠商、顯示處理器廠商、屏廠、智能手機廠商等眾多的環節。

顯然，對於手機廠商來說，僅打通整個硬件環節就有非常大的挑戰。手機廠商需要聯合手機SoC廠商和屏廠來一起對於手機屏幕顯示效果進行聯合優化，但是手機SoC廠商很難來針對每款手機的屏幕來進行針對性的優化，同樣屏廠也很難來配合手機廠商針對每款手機都來做優化，畢竟一個手機廠商一年可能會推出10多款的手機新品，而市場上也有著數十傢手機廠商，如果每傢手機廠商的產品要去配合做優化，那麼工作量顯然極為巨大。而屏廠和手機SoC廠商的商業模式則都是提供標準化的產品來滿足廣泛的客戶需求。因此，這也給瞭Pixelworks以機會。

Pixelworks提供的獨立顯示芯片，可以成為手機SoC和顯示面板之間的橋梁，並將Pixelworks的顯示和視頻處理技術引入到手機，幫助手機廠商實現將大屏幕上的顯示技術引入到移動設備。

除瞭在硬件端的佈局之外，Pixelworks還開始涉足HDR內容生態，希望將HDR源視頻最初創作的意圖完美的在手機顯示屏上呈現出來。

視頻的創作實際上是通過攝像機的鏡頭捕捉外界的環境光線，將光信號轉變為電信號，再通過編碼芯片制作而成需要的視頻格式，而且為瞭適應不同的觀影設備（投影機/數字影院/電視/電腦/手機），內容分發商在視頻的分發過程中，可能還需要將視頻壓縮/封包成各種格式。而視頻的播放，則是通過各種設備的處理器將視頻進行解碼處理，將視頻信號傳遞給顯示屏幕，再由顯示處理器驅動屏幕，將電信號轉換為光信號，呈現出視頻畫面。而這一過程當中的每個步驟都可能會造成視頻信息的損失，同時客戶端顯示設備能力也是千差萬別，這也使得最終的顯示畫面很難保留視頻創作者的最初創作意圖所想要呈現的效果。

那麼怎麼才能讓手機屏幕要想呈現完美的HDR視頻的效果呢？熊挺表示：“提升顯示的效果需要通過端到端的方法，也就是從內容的制作開始，最終到手機顯示屏，把最初創作的意圖與手機顯示屏的能力結合起來，才能達到最好的效果。”

因此，Pixelworks在硬件端的佈局與手機廠商合作的同時，還深入到HDR及高幀率內容制作環節，並推出瞭全新的視頻制作平臺TrueCut，該平臺可以使電影制作人和內容提供商能夠充分利用當今電影、傢庭娛樂及移動設備的屏幕的顯示能力，同時確保內容在不同設備上播放實現一致性，從而真正實現跨設備的創作意圖再現。特別值得一提的是， TrueCut 運動調控工具軟件，也是業界第一個讓電影制作人能夠以影院級的微調方式消除運動模糊、抖動及優化幀率的解決方案。

據介紹，目前已有超過20,000小時的TrueCut格式內容，同時有9傢OEM的超過150款現有機型支持TrueCut格式內容。

小結：

從去年到今年我們可以非常明顯的看到，手機廠商們都在追逐HDR及高刷屏，力圖為用戶帶來更好的顯示體驗效果。但正如前面所提到的，僅僅硬件支持HDR和高幀率是不夠的，手機廠商還要針對手機SoC和屏幕進行大量的優化工作，同時還需要對應的HDR及高幀率內容，而目前這類內容仍是非常的匱乏。對於手機廠商來說，打通整個硬件和內容環節有非常大的挑戰。而Pixelworks提供的獨立顯示芯片及顯示和視頻處理技術能夠被眾多遊戲手機及旗艦手機所采用，也正說明瞭Pixelworks確實能夠很好的幫助手機廠商們來解決這些問題。

作者：芯智訊-浪客劍