影視制作專業問答6

王亞明

在ITU R-BT.2408文件里談到的各種映射是什么意思？

BT.2408文件里經常談到上轉換、下轉換、上映射、下映射、場景參考映射、顯示參考映射、直接映射、色調映射、反色調映射等名詞。因此，有必要解釋一下這些專業名詞和彼此之間的關系。

·上轉換（Up-Convert）

SDR轉換為HDR的信號處理統稱為上轉換。

上轉換時，以100%動態范圍為分界線，100%動態范圍以下的SDR內容用場景參考映射或顯示參考映射上轉換；高于100%動態范圍的拐點部分用直接映射或上映射（反色調映射）上轉換。

·場景參考映射（Scene Referred mapping，簡稱SR）

場景參考映射以100%動態范圍對應的信號電平為基準。 100%動態范圍對應的SDR、HLG和PQ電平分別為100% SDR（考慮拐點時大約98%）、75% HLG和58% PQ，采用場景參考映射上轉換時，100% SDR峰值白電平分別映射為75% HLG或58% PQ電平，同時將BT.709色域映射為BT.2020色域，BT.709伽瑪映射為HLG或PQ伽瑪。

100% SDR峰值白電平用場景參考映射上轉換后，在1000尼特HDR監視器上顯示亮度為203尼特，與原生HDR圖像100%動態范圍對應的亮度一致，是SDR監視器顯示峰值白亮度的2倍。

·顯示參考映射（DisplayReferred mapping，簡稱DR）

顯示參考映射以監視器的顯示光為基準。100% SDR峰值白電平在SDR監視器上顯示亮度100尼特，采用顯示參考映射上轉換時，100% SDR峰值白電平在1000尼特HLG和PQ監視器上的顯示亮度仍然是100尼特，色域和伽瑪的映射也遵循相同的原則，上轉換后在1000尼特HDR監視器上顯示的亮度、彩色、伽瑪與SDR監視器相同。

由于顯示參考映射上轉換的SDR圖像在HDR監視器上的顯示亮度與SDR監視器相同，因此轉換后其信號電平比場景參考映射上轉換低。采用顯示參考映射上轉換，在1000尼特HDR監視器上顯示100尼特亮度時，其電平分別為63% HLG或51% PQ，比場景參考映射上轉換的75% HLG或58% PQ電平低。

用場景參考映射把SDR上轉換到HDR后再用場景參考映射下轉換到SDR時，75% HLG或58% PQ電平映射為100% SDR峰值白電平，與上轉換時正好相反，所以經過上、下轉換的往返后SDR信號的電平、伽瑪、色域與轉換前相同，符合SDR/HDR混合制作的要求。因此，HDR直播系統中使用SDR攝像機或HDR錄播使用SDR素材時應采用場景參考映射上轉換，實際上場景參考映射也是大多數轉換器的默認設置。

上轉換時，因為顯示參考映射的HDR信號電平比場景參考映射低，所以用顯示參考映射上轉換到HDR后再用場景參考映射下轉換到SDR時，經過上、下轉換的往返后SDR信號的電平、伽瑪、色域與轉換前是不一樣的，不符合SDR/HDR混合制作的要求。因此，除特殊要求外，目前不應在制作流程中使用顯示參考映射。

·直接映射（Direct Mapping）

直接映射上轉換時不對SDR信號中高于100%動態范圍的拐點部分進行擴展處理，以保持原始SDR的觀感。因此，在HDR監視器上顯示的直接映射SDR圖像與SDR監視器上顯示的原始SDR圖像在SDR的拐點部分具有相同的觀感。

·上映射（Up-Mapping），反色調映射（Inverse Tone Mapping，ITM）

在BT.2408中，上映射也被稱為反色調映射。反色調映射上轉換時把SDR信號中高于100%動態范圍的拐點部分擴展到了HDR范圍，以模擬HDR內容的觀感。因此，在HDR監視器上顯示的上映射SDR圖像與原始HDR圖像具有類似的觀感。

由于SDR中代表HDR內容的拐點部分被壓縮到了10%左右的電平資源內，只保留了有限的亮度和彩色信息，采用反色調映射上轉換時拐點部分的電平幅度被擴展了3至4倍但灰階數量無法增加，損失的亮度和彩色信息無法恢復，擴展后很可能出現亮度和彩色的失真以及量化比特不足的條帶現象。因此，除特殊要求外，上轉換時應盡可能不采用反色調映射。

在大多數實際的轉換器產品上，上轉換時直接映射是默認設置。

·下轉換（Down-Convert）

HDR轉換為SDR的信號處理統稱為下轉換。

下轉換時，以100%動態范圍為分界線，100%動態范圍以下的SDR內容用場景參考映射或顯示參考映射下轉換，高于100%動態范圍的HDR內容用下映射（色調映射）或硬削波下轉換。

采用場景參考映射下轉換時，75% HLG或58% PQ電平映射為100% SDR峰值白電平，同時將BT.2020色域映射為BT. 709色域，HLG或PQ伽瑪映射為BT.709伽瑪。

采用顯示參考映射下轉換時，由于SDR監視器的峰值亮度低于HDR監視器，因此無法像上轉換時那樣在SDR監視器上再現HDR的絕對亮度，只能模擬HDR圖像的觀感。除特殊要求外，目前不應在制作流程中使用顯示參考映射。

·下映射（Down-Mapping），色調映射（Tone Mapping，TM）

在BT.2408中，下映射也被稱為色調映射。色調映射下轉換時把HDR信號中高于100%動態范圍的HDR內容壓縮到了SDR信號的拐點處理范圍內，與SDR攝像機處理HDR高光內容的方法一樣。

·硬削波（Hard Clipping）

下轉換時，在某些情況下硬削波而不是色調映射（類似于軟削波）更為合適。通過硬削波，將超過閾值的所有信號都削波到該閾值。當要求來自HDR攝像機的信號看起來類似于無“拐點”的SDR攝像機提供的信號時，可以采用硬削波。

下圖是HLG下轉換到SDR時硬削波與色調映射的差別。從圖中可以看到，場景參考映射下轉換把75% HLG電平映射為100% SDR電平，色調映射下轉換把高于75% HLG的HDR內容壓縮到了SDR信號的拐點范圍內，硬削波則把高于75% HLG的HDR內容削波到100% SDR電平。

由于高清SDR攝像機都采用了與色調映射一樣的拐點處理HDR高亮度部分，為了使HDR下轉換的高清SDR圖像與原生SDR攝像機圖像觀感一致，不應在制作流程中采用硬削波。

在大多數實際的轉換器產品上，下轉換時色調映射是默認設置。

（未完，待續）