對於智慧手機廠商及消費者來說，除了手機的處理器效能及拍攝效能之外，手機螢幕的顯示效果也一直是大家關注的焦點之一。特別是在使用者觀看影片開始越來越多的由電視、PC等大中屏端轉向智慧手機等移動終端，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裝置，成為了智慧手機廠商、屏廠、顯示晶片廠商以及內容提供商們發力的一大方向。
△Cisco的資料預測，到2022年智慧手機將成為首選觀看影片的裝置，佔比超過50%。同時，到2022年，移動影片也將在整個移動流量中佔據主導地位，佔比將高達79%。
因此，我們也可以看到，智慧手機在繼螢幕尺寸、解析度及材質的持續提升之後，螢幕的高動態範圍 （HDR）技術以及高幀率，正在成為智慧手機廠商及使用者追逐的熱點。
比如近期釋出的iQOO Neo5、OPPO Find X3、Redmi K40系列、魅族18系列都標配了支援HDR10＋及120Hz高重新整理率的螢幕；華碩ROG遊戲手機5系列支援HDR10＋，螢幕重新整理率達到了144Hz；騰訊紅魔遊戲手機6不僅支援HDR，螢幕重新整理率更是提升到了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及高重新整理率真的能夠給手機螢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了手機硬體的發展？
在這之前我們需要先來了解下HDR與高重新整理率為螢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，高動態範圍影象技術），是一種能夠提供更大的動態範圍以及影象細節的顯示技術，是根據不同的曝光時間的LDR（Low-Dynamic Range，低動態範圍影象），並利用每個曝光時間相對應最佳細節的LDR影象來合成最終HDR影象。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，亮度和對比度範圍。
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。目前傳統高畫質電視所能看到的是Rec。709這個圖裡面的最小的這個黃色三角形所覆蓋的色域範圍；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範圍，這個範圍已比較接近人眼。
不過目前在智慧手機上，還沒有支援到Rec。2020，中高階手機大都也只支援到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，人眼所能分辨的範圍是0到10000 nit，超出這個範圍來說，對於人眼也就沒有了意義。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，現在高階旗艦手機的螢幕最高亮度也達到了電競顯示器的水準，比如三星Note 20 Ultra、紅魔遊戲手機6的螢幕最大亮度似乎都達到了1500nit，魅族18系列的螢幕也達到了1300 nit。
這裡順便提一句，一些支援HDR 10或HDR 10+的螢幕都支援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螢幕的色深則為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。但是它在資料上定義了成像中更多、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範圍，當然相比之前的SDR屏已經是要高出了很多，能夠為使用者帶來更好的顯示效果體驗。
高刷屏與高幀率內容
至於螢幕的重新整理率（Refresh Rate），又稱幀率，指的是顯示屏對於所顯示的畫面每秒重新整理的次數。現在大部分手機螢幕重新整理率都是在60Hz，也就是每秒重新整理60次畫面。而高階的旗艦機現在很多已經達到了90Hz/120Hz，最新發布的騰訊紅魔遊戲手機6系列更是達到了165Hz。
那麼，高重新整理率的螢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，即影片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影片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，人眼的識別連貫影象的速度是24FPS（幀/秒），所以很多的影片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就夠了。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，一般遊戲玩家也能分辨出“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，就需要高重新整理率的顯示屏。比如，雖然遊戲或影片內容達到了120FPS，但螢幕重新整理率只有60FPS，那麼人眼所能看到的效果還是60FPS。如果螢幕重新整理率達到了120Hz甚至更高，那麼無疑將能夠更好的體驗到120FPS影片或遊戲內容所帶來的極致效果。
如何破解內容與裝置的斷層問題？
雖然現在很多的高階智慧手機螢幕都已經開始支援HDR以及高重新整理率，但是HDR及高幀率的內容卻仍是比較匱乏。
資料顯示，目前超過98%的流影片都是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體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及高幀率內容的製作和產出，但這個需要的時間週期和資金投入較大；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及高重新整理率手機的幕後功臣：Pixelworks
其實在2020年，許多的智慧手機廠商就有推出很多支援HDR及高重新整理率（90Hz及以上）的旗艦智慧手機，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，雖然它們的手機硬體能夠支援HDR及高重新整理率，它們也有與一些影片及遊戲內容商合作，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影片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建了Pixelworks的X5 Pro的視覺處理器。
除了以上介紹的這幾款2020年釋出的旗艦機之外，之前的黑鯊一代、二代遊戲手機，華碩ROG一代、二代遊戲手機也都採用了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軟體來提升手機的顯示效果。截至去年三季度，已有7家手機客戶推出的超過30款機型搭載了Pixelworks的顯示處理器或Pro軟體。
而最新發布的iQOO Neo5、華碩ROG 5系列手機、OPPO Find X3也都採用了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：“無論是在高階旗艦機上，還是在普通的千元機上，Pixelworks的影片和顯示處理技術，都可以為智慧手機的顯示效果帶來顯著提升。即便是對於低成本的智慧手機，僅採用Pixelworks的軟體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，作為全球知名的影片和顯示處理解決方案提供商，Pixelworks擁有超過20年的顯示和影片處理技術積累（在3LCD投影機主控市場佔據80%以上的市場份額），擁有360多項已釋出/待批專利基本影象處理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 +色調對映技術。能夠為影片、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，可將低幀率的影片內容插幀到高幀率，比如將24FPS的影片插幀到60FPS，把60FPS的影片插幀到120FPS（根據兩個相鄰幀的關係，計算物體運動軌跡，反推運動向量，計算出一張中間幀的畫面，然後插入，提升影片幀率），大幅提升影片播放的流暢度。
此外，對於高幀率的手機遊戲匱乏問題，Pixelworks也可以透過其視覺處理器將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影片插幀技術，熊挺強調：“對於手游來說，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，因此我們採用了前預插幀技術，即與遊戲運營商合作，提前讀取一些遊戲的命令和運動向量等前瞻性因素，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向量，能夠提前生成一幀畫面，雖然很多遊戲手機的螢幕重新整理率達到了120Hz，但螢幕的觸控/按鍵取樣率很多都達到了240Hz甚至更高。比如魅族18系列的觸控取樣率為240Hz，黑鯊3系列觸控取樣率為270Hz，華碩ROG遊戲手機5系列觸控取樣率為300Hz，紅魔6的雙觸控遊戲肩鍵的觸控取樣率更是達到了400Hz。也就是說遊戲操控命令採集頻率是比畫面重新整理率更快的，這也是為什麼可以提前根據遊戲的命令和運動向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重新整理率手機在執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，可在發揮高重新整理率螢幕的優勢的同時，減負GPU，實現30%-40%左右的功耗降低（相對於正常執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，是旗下首個具有整合AI處理單元的視覺處理器，應用了大量移動顯示資料集和訓練模型，能夠利用AI智慧地提升影片和遊戲內容的動態範圍，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最佳化顯示屏的對比度、清晰度、亮度和色溫，可為影片、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）降低了40%。
最新發布的華碩ROG遊戲手機5系列就採用了Pixelworks最新發布的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，始終只是一個退而求其次的解決方案，SDR源內容再怎麼透過演算法提升，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慧手機螢幕上，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了HDR內容製作方（影視製作公司）、內容分發商（各大影片平臺）、播放器技術廠商、手機SoC廠商、顯示處理器廠商、屏廠、智慧手機廠商等眾多的環節。
顯然，對於手機廠商來說，僅打通整個硬體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螢幕顯示效果進行聯合最佳化，但是手機SoC廠商很難來針對每款手機的螢幕來進行針對性的最佳化，同樣屏廠也很難來配合手機廠商針對每款手機都來做最佳化，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家手機廠商，如果每家手機廠商的產品要去配合做最佳化，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，這也給了Pixelworks以機會。
Pixelworks提供的獨立顯示晶片，可以成為手機SoC和顯示面板之間的橋樑，並將Pixelworks的顯示和影片處理技術引入到手機，幫助手機廠商實現將大螢幕上的顯示技術引入到移動裝置。
除了在硬體端的佈局之外，Pixelworks還開始涉足HDR內容生態，希望將HDR源影片最初創作的意圖完美的在手機顯示屏上呈現出來。
影片的創作實際上是透過攝像機的鏡頭捕捉外界的環境光線，將光訊號轉變為電訊號，再透過編碼晶片製作而成需要的影片格式，而且為了適應不同的觀影裝置（投影機/數字影院/電視/電腦/手機），內容分發商在影片的分發過程中，可能還需要將影片壓縮/封包成各種格式。而影片的播放，則是透過各種裝置的處理器將影片進行解碼處理，將影片訊號傳遞給顯示螢幕，再由顯示處理器驅動螢幕，將電訊號轉換為光訊號，呈現出影片畫面。而這一過程當中的每個步驟都可能會造成影片資訊的損失，同時客戶端顯示裝置能力也是千差萬別，這也使得最終的顯示畫面很難保留影片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螢幕要想呈現完美的HDR影片的效果呢？熊挺表示：“提升顯示的效果需要透過端到端的方法，也就是從內容的製作開始，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在硬體端的佈局與手機廠商合作的同時，還深入到HDR及高幀率內容製作環節，並推出了全新的影片製作平臺TrueCut，該平臺可以使電影製作人和內容提供商能夠充分利用當今電影、家庭娛樂及移動裝置的螢幕的顯示能力，同時確保內容在不同裝置上播放實現一致性，從而真正實現跨裝置的創作意圖再現。特別值得一提的是， TrueCut 運動調控工具軟體，也是業界第一個讓電影製作人能夠以影院級的微調方式消除運動模糊、抖動及最佳化幀率的解決方案。
據介紹，目前已有超過20，000小時的TrueCut格式內容，同時有9家OEM的超過150款現有機型支援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，力圖為使用者帶來更好的顯示體驗效果。但正如前面所提到的，僅僅硬體支援HDR和高幀率是不夠的，手機廠商還要針對手機SoC和螢幕進行大量的最佳化工作，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，打通整個硬體和內容環節有非常大的挑戰。而Pixelworks提供的獨立顯示晶片及顯示和影片處理技術能夠被眾多遊戲手機及旗艦手機所採用，也正說明了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