影視制作專業(yè)問答11

王亞明

首先向大家道歉。上期連載最后的問答“HDR轉(zhuǎn)換需要注意什么問題？”部分內(nèi)容表達(dá)不準(zhǔn)確，相關(guān)內(nèi)容請以本期連載為準(zhǔn)。

HDR轉(zhuǎn)換的場景參考映射（S R）與顯示參考映射（DR）有什么差別？

先看看SDR的伽瑪特性。目前使用的SDR系統(tǒng)伽瑪OOTF并不是線性的，SDR電視的OETF與EOTF不是互逆的關(guān)系，拍攝與顯示伽瑪不互為反函數(shù)。BT.709拍攝伽瑪（OETF）近似值為0.5，BT.1886顯示伽瑪（EOTF）為2.4，系統(tǒng)伽瑪（OOTF）近似值為0.5×2.4 = 1.2：

再看看HLG的伽瑪特性。HLG沿用了SDR的OOTF特性，其OETF與EOTF不是互逆的關(guān)系，拍攝與顯示伽瑪不互為反函數(shù)。因?yàn)镠LG的系統(tǒng)伽瑪OOTF不是線性的1而是非線性的1.2，所以監(jiān)視器顯示圖像的對比度、彩色飽和度比場景高，出現(xiàn)了灰度失真，但觀眾接受、習(xí)慣并喜歡這種SDR時(shí)代延續(xù)至今、具有美化功能的OOTF特性：

HLG OOTF=HLG OETF×HLG EOTF= 1.2（指數(shù)為1.2的冪函數(shù)）

·SDR上轉(zhuǎn)換HDR時(shí)SR與DR的差別

SDR上轉(zhuǎn)換HDR時(shí)，首先把非線性的SDR信號轉(zhuǎn)換成線性光信號，由于SDR的OOTF是非線性的1.2，場景光與顯示光的對比度、彩色飽和度存在差異。用BT.709 拍攝伽瑪?shù)姆春瘮?shù)BT.709 OETF-1把非線性SDR信號轉(zhuǎn)換為線性光信號就是SR，其對比度、彩色飽和度與拍攝場景相同；用BT.1886 EOTF顯示伽瑪把非線性SDR信號轉(zhuǎn)換為線性光信號就是DR，其對比度、彩色飽和度與SDR監(jiān)視器顯示圖像相同，比拍攝場景高。

可以把SDR上轉(zhuǎn)換HLG想象為用“HLG攝像機(jī)拍攝SDR畫面”：拍攝實(shí)際場景就是SR，拍攝監(jiān)視器就是DR。

·HDR下轉(zhuǎn)換SDR時(shí)SR與DR的差別

HDR下轉(zhuǎn)換SDR時(shí)，首先把非線性的HDR信號轉(zhuǎn)換成線性光信號，由于HLG的OOTF是非線性的1.2，場景光與顯示光的對比度、彩色飽和度存在差異。用HLG 拍攝伽瑪?shù)姆春瘮?shù)HLG OETF-1把非線性HLG信號轉(zhuǎn)換為線性光信號就是SR，其對比度、彩色飽和度與拍攝場景相同，用HLG EOTF顯示伽瑪把非線性HLG信號轉(zhuǎn)換為線性光信號就是DR，其對比度、彩色飽和度與HLG監(jiān)視器顯示圖像相同，比拍攝場景高。

同樣地，可以把HLG下轉(zhuǎn)換SDR想象為用“SDR攝像機(jī)拍攝HLG畫面”：拍攝實(shí)際場景就是SR，拍攝監(jiān)視器就是DR。

SR下轉(zhuǎn)換時(shí)HLG OOTF=HLG OETF×HLG OETF-1=1，相當(dāng)于用“SDR攝像機(jī)拍攝現(xiàn)場場景”，然后用SDR OETF把線性光信號轉(zhuǎn)換成非線性SDR信號，SDR監(jiān)視器或電視機(jī)中內(nèi)置的SDR EOTF把非線性SDR信號轉(zhuǎn)換成顯示光，SDR OOTF=SDR OETF×SDR EOTF=1.2，顯示的SDR圖像對比度和彩色飽和度比實(shí)際場景高，總系統(tǒng)伽瑪=HLG OOTF×SDR OOTF=1×1.2=1.2，保留了轉(zhuǎn)換后SDR的OOTF。

DR下轉(zhuǎn)換時(shí)HLG OOTF = HLG OETF×HLG EOTF=1.2，相當(dāng)于用“SDR攝像機(jī)拍攝HLG監(jiān)視器”，然后用SDR的BT.1886 EOTF-1把與HLG監(jiān)視器對比度、飽和度相同的線性光信號轉(zhuǎn)換成非線性的SDR信號，SDR監(jiān)視器或電視機(jī)中內(nèi)置的SDRBT.1886 EOTF把非線性的SDR信號轉(zhuǎn)換成顯示光，SDR OOTF=SDR EOTF-1×SDR E OT F=BT.1886 E OT F-1×BT.1886 EOTF=1，總系統(tǒng)伽瑪=SDR OOTF×HLG OOTF=1.2×1=1.2，保留了轉(zhuǎn)換前HLG的OOTF。

DR下轉(zhuǎn)換時(shí)HLG OOTF =1.2，因此不能用SDR OETF把線性光信號轉(zhuǎn)換成非線性S D R信號，因?yàn)镾DR OETF×SDR EOTF=1.2，這樣總系統(tǒng)伽瑪=SDR OOTF×HLG OOTF=1.2×1.2=1.44，不符合總系統(tǒng)伽瑪=1.2的基本規(guī)則，必須用SDR EOTF-1抵消SDR監(jiān)視器或電視機(jī)中內(nèi)置的SDR EOTF，保留轉(zhuǎn)換前的HLG OOTF。

·HDR轉(zhuǎn)換時(shí)DR與SR的差別

雖然SDR與HLG的O OTF都是1.2，但SDR監(jiān)視器的峰值亮度是100尼特，HLG監(jiān)視器的峰值亮度1000尼特，是SDR的10倍，因此同樣的非線性特性在低亮度的SDR監(jiān)視器上對對比度和飽和度的影響比高亮度的HLG監(jiān)視器更大。換言之，HDR轉(zhuǎn)換后保留SDR OOTF時(shí)圖像的對比度和飽和度會比保留HLG OOTF時(shí)高。由于彩色圖像的對比度和飽和度同時(shí)改變時(shí)人眼對彩色的變化更敏感，直觀感覺就是HDR轉(zhuǎn)換后保留SDR OOTF時(shí)彩色飽和度更高，這可以從理論計(jì)算和客觀測試、主觀評價(jià)得到驗(yàn)證。

根據(jù)ITU的BT.2390和2408建議，HLG與SDR互轉(zhuǎn)時(shí)以75%HLG映射100%SDR電平為基準(zhǔn)，不做任何黑電平、白電平、飽和度調(diào)整時(shí)：

◆ 上轉(zhuǎn)換

DR上轉(zhuǎn)換的HLG圖像與原SDR圖像觀感相同，SR上轉(zhuǎn)換的HLG圖像與原SDR圖像觀感有差別，上轉(zhuǎn)換后SR比DR彩色飽和度低一些。這是因?yàn)镾R上轉(zhuǎn)換時(shí)保留了HLG OOTF飽和度下降，DR上轉(zhuǎn)換時(shí)保留了SDR OOTF飽和度不變，所以上轉(zhuǎn)換后DR的飽和度比SR高。

◆ 下轉(zhuǎn)換

DR下轉(zhuǎn)換的SDR圖像與原HLG圖像觀感相同，SR下轉(zhuǎn)換的SDR圖像與原HLG圖像觀感有差別，下轉(zhuǎn)換后SR比DR的彩色飽和度高一些。這是因?yàn)?SR下轉(zhuǎn)換時(shí)保留了SDR OOTF飽和度上升，DR下轉(zhuǎn)換時(shí)保留了HLG OOTF飽和度不變，所以下轉(zhuǎn)換后SR的飽和度比DR高。

◆ 往返轉(zhuǎn)換

DR上轉(zhuǎn)換+DR下轉(zhuǎn)換：與原始SDR圖像相比無變化。這是因?yàn)镈R上轉(zhuǎn)換時(shí)保留了SDR OOTF飽和度不變，DR下轉(zhuǎn)換時(shí)保留了HLG OOTF飽和度不變，上、下轉(zhuǎn)換時(shí)飽和度都沒有變化，所以DR往返轉(zhuǎn)換后飽和度不變。

SR上轉(zhuǎn)換+SR下轉(zhuǎn)換：與原始SDR圖像相比無變化。這是因?yàn)镾R上轉(zhuǎn)換時(shí)保留了HLG OOTF飽和度下降，SR下轉(zhuǎn)換時(shí)保留了SDR OOTF飽和度上升，SR下轉(zhuǎn)換時(shí)提高的飽和度補(bǔ)償了SR上轉(zhuǎn)換時(shí)降低的飽和度，所以SR往返轉(zhuǎn)換后飽和度沒有變化。

SR上轉(zhuǎn)換+DR下轉(zhuǎn)換：與原始SDR圖像相比飽和度降低，色調(diào)略有變化。這是因?yàn)镾R上轉(zhuǎn)換時(shí)保留了HLG OOTF飽和度下降，DR下轉(zhuǎn)換時(shí)保留了HLG OOTF飽和度不變，所以往返轉(zhuǎn)換后飽和度降低。

DR上轉(zhuǎn)換+SR下轉(zhuǎn)換：與原始SDR圖像相比飽和度增加，色調(diào)略有變化。這是因?yàn)镈R上轉(zhuǎn)換時(shí)保留了SDR OOTF飽和度不變，SR下轉(zhuǎn)換時(shí)保留了SDR OOTF飽和度上升，所以往返轉(zhuǎn)換后飽和度上升。

實(shí)際制作時(shí)HLG與SDR的映射電平關(guān)系可能會基于ITU的建議略作調(diào)整，但只要上、下轉(zhuǎn)換的映射關(guān)系相同，上述結(jié)論不變。B&P

（ 未完待續(xù)）

特別感謝廣科院周蕓女士為本期連載提供的HDR轉(zhuǎn)換彩條插圖。這些彩條都是根據(jù)BT.2390和BT.2087等ITU標(biāo)準(zhǔn)推薦的HDR轉(zhuǎn)換計(jì)算方法得到的，使SR與DR轉(zhuǎn)換的差別更形象。