DCI基于雙盲圖像測評結果調整HDR電影技術指標

在電影放映領域,不管是傳統投影顯示方式還是新型自發光顯示方式,高動態范圍 (HDR)技術均可為增強影院觀影體驗提供新的契機,但HDR的高質量應用需要合理規范的技術參數作指導,因此數字電影倡導組織 (DCI)組織圖像專家和普通觀眾實施了雙盲圖像測評,以確保HDR 內容能夠在審片室和影廳均獲得最佳放映效果。

1 DCI針對HDR應用先后實施兩輪雙盲圖像測評

迄今DCI針對HDR 應用進行了兩輪雙盲圖像測評,以確定HDR 放映的最佳技術參數,尤其是黑電平和峰值亮度。雙盲圖像測評即測評人員對測評圖像序列的技術參數未知,單一圖像序列均隨機生成,長度約10秒,測評圖像序列由4個單一圖像序列的SDR 版和HDR 版組成,長度約40 秒,并按照 “SDR-HDR-SDR-HDR”或 “HDRSDR-HDR-SDR”的順序依次呈現,最后由評測人員進行打分。

第一輪雙盲圖像測評的目標在于確定黑電平指標,測評圖像包括SDR 版和HDR 版,峰值亮度有48 cd/m和100 cd/m兩種,并具備多種不同的黑電平。雖然第一輪測評針對黑電平得出了較為滿意的指標,但針對48 cd/m和100 cd/m兩種峰值亮度尚未形成一致結論,還需進行針對峰值亮度的定性測評,因此數年后DCI再次針對不同峰值亮度實施了雙盲圖像測評。為保證測評變量僅限于峰值亮度和黑電平,不涉及色域問題,DCI的兩次測評均在DCI P3色域進行。

2017年12月,第一輪測評在迪士尼公司進行,使用RGB激光放映系統放映了24組圖像序列,測評人員包括128 名專業和非專業人員,分別來自DCI成員公司、美國電影藝術與科學學院 (AMPAS)、美國攝影師協會(ASC)和美國影院業主協會(NATO)。測評內容包含6段不同圖像序列,每段圖像序列均有7個版本(表1)。

表1 測評內容的7個版本

首輪測評結果表明,更低的黑電平能獲得更好的放映效果。測評人員對所有測評片段的平均打分隨著黑電平的降低而增加,達到0.005 cd/m時曲線開始變平,即黑電平低于0.005 cd/m時視覺差異不再明顯。由此可見,高于該數值的黑電平不足以實現令人滿意的HDR放映效果,低于該數值的黑電平不會提供顯著附加值,因此DCI將0.005 cd/m作為HDR 放映系統的黑電平標準。

2020年1月-2月,第二輪測評在索尼影業公司進行,使用索尼CLED 顯示系統放映了10 組測評畫面,測評人員共計157人。測評內容共包含8段不同圖像序列,每段圖像序列均有多個不同版本,并根據索尼CLED 顯示系統進行了專門調色 (表2)。

表2 8段不同圖像序列

為防止測評人員疲勞,測評時在短時間內進行了大量比較,每一組隨機生成的測評片段被控制在4分鐘以內,每組測試之間有1分鐘的時間用于評分,每個參與者的測評總時間為30分鐘,這導致每個測評人員無法測評每個組合,測評結果存在一定誤差。

對于不同版本之間的每組對比,測評人員還計算了不同片段之間的平均分。與SDR (平均得分為0.54)相比,對100 cd/mHDR 版本的偏好極其微弱,但對300 cd/m或更高亮度水平的HDR 內容的偏好顯著增加,平均得分分別為1.46 (300 cd/m)、1.66(500 cd/m)和1.38 (800 cd/m)。進一步對比高亮度級別(300 cd/m、500 cd/m和800 cd/m)之間的放映效果表明,所有這些版本的評分基本相同,這表明對于300 cd/m以上的亮度,觀眾并未表現出更多偏好。

以上測評結果表明,對于HDR內容,300 cd/m的峰值亮度提供了優質的觀看體驗,低于這個水平的亮度無法獲得令人滿意的HDR 放映效果,高于300 cd/m的亮度水平表現相近,不會提供顯著的附加值。因此,DCI將300 cd/m作 為HDR 投 影顯示和直接顯示影院放映系統的峰值亮度標準。

2 基于雙盲圖像測評結果,DCI調整了HDR 電影放映系統相關技術參數

根據上述兩輪測評結果,DCI于2021年7月發布《高動態范圍 (HDR)數字電影補充條款草案》(DRAFT High Dynamic Range D-Cinema Addendum)0.96版,并持續向行業征求意見,為之后正式版規范發布做準備。《草案》規范了HDR 數字電影發行母版合規放映的相關條件,包括HDR 基準顯示設備和控制環境、審片室和放映廳內HDR 基準顯示設備的關鍵圖像參數容差等,以滿足圖像色彩顯示的一致性和可重復性。

對比DCI在2018年11月發布的0.9版,0.96版根據雙盲圖像測評結果調整了峰值亮度,因此多項技術指標也隨之進行調整。技術指標對比詳見表3。

表3 《HDR 數字電影補充條款草案》0.9版和0.96版技術指標對比

傳統2D氙燈電影放映機的峰值亮度是48 cd/m、3D 是12～24 cd/m;杜比影院 (Dolby Cinema)結合杜比視界 (Dolby Vision)技術,與科視(Christie)聯合開發激光電影放映系統,其2D 峰值亮度為106 cd/m、3D 為48 cd/m;以HDR 作為技術優勢的éclair峰值亮度為103 cd/m;目前巴可(Barco)、索尼 (Sony)等主流電影放映設備品牌均推出了具有HDR 功能的影院放映系統,但峰值亮度均未達到300 cd/m,因此未來仍傾向于應用LED 電影放映系統解決HDR 內容放映的高亮度需求。

3 0 .9 6 版草案較0 .9 版草案新增HDR-DCDM和HDR-DCP等內容

本次修訂新增了對HDR-DCDM 和HDR-DCP的規定。HDR-DCDM 包含的圖像和字幕應針對HDR 放映系統進行調色,并同時滿足SMPTE ST 2084 對電光轉換函數 (EOTF)的要求。HDRDCP由HDR-DCDM 編碼加密打包而成,其解包解密解碼后的圖像在視覺效果上應與HDR-DCDM 中的圖像保持一致。

0.96版整體增加了對素材交換格式(MXF)的要求。在規范性引用文件中增加了SMPTE ST 377:2004,《素材交換格式—文件格式規范》 (Material Exchange Format (MXF) —File Format Specification);在設備行為部分 (Device Behavior)增加了對MXF傳輸特性中HDR 圖像信號的要求,即在MXF 和CPL 的元數據中均需體現HDR 標識(HDR flag);增加了追蹤性能 (Tracking P erformance)部分,并規定帶有HDR 標識的MXF圖像追蹤文件須使用MXF 通用圖像屬性描述符 (Generic Picture Essence Descriptor)的傳輸特性表明其電光轉換函數符合SMPTE ST 2084標準,其UL 值應為06.0E.2B.34.04.01.01.0D.04.01.01.01.01.0A.00.00。HDR-DCDM 輸入要求部分除原有的4096×2160 分辨率要求外,新增了2048×1080,并對HDR 基準顯示設備中4K/2D/48fps 和4K/2D/60fps做出了要求。