影視制作專(zhuān)業(yè)問(wèn)答5

王亞明

HLG的參考白電平是50%還是75%？

在早期的HDR文獻(xiàn)中，與100%動(dòng)態(tài)范圍對(duì)應(yīng)的HLG參考白電平是50%，在早期上市的HDR波形監(jiān)視器上可以看到，50%電平是HDR與SDR的分界線(xiàn)。

2017年10月ITU發(fā)布BT.2408報(bào)告，定義HLG的參考白電平為75%，在此之后新上市的大部分HDR產(chǎn)品如攝像機(jī)、監(jiān)視器、電視機(jī)、波形監(jiān)視器等都遵循了這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。為了區(qū)別新舊兩種不同參考白電平的HLG，有些廠商把50%參考白電平的HLG稱(chēng)為HLG50，75%參考白電平的HLG稱(chēng)為 HLG75，兩者都是HLG，但參考白電平不同。出現(xiàn)兩種不同參考白電平HLG的原因是目前HDR技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)正處于發(fā)展過(guò)程中，隨著行業(yè)對(duì)HDR的理論研究和制作實(shí)踐不斷深入，HLG50已經(jīng)退出了HDR的舞臺(tái)。

BT.2408發(fā)布后市場(chǎng)上仍然有一些參考白電平為50% HLG的產(chǎn)品流通，這些早期上市的產(chǎn)品中有些可以通過(guò)固件或軟件升級(jí)支持HLG75，有些則無(wú)法升級(jí)。目前市場(chǎng)上大部分HLG拍攝、制作和顯示設(shè)備都是符合BT.2408報(bào)告要求的HLG75，但仍有少部分HLG50設(shè)備在用，數(shù)量雖然不多但有時(shí)會(huì)給HDR制作帶來(lái)困擾。例如用HLG50制作的節(jié)目在HLG75顯示設(shè)備上亮度比較暗，反之則亮度過(guò)高。因此，制作HLG節(jié)目時(shí)應(yīng)盡量使用2018年之后出廠的產(chǎn)品，固件和制作軟件應(yīng)及時(shí)更新，確認(rèn)符合BT.2408的要求。

常用的色域有哪幾種？

在電視行業(yè)，常用的色域有N T S C、E B U、S M P T E C、BT.709、BT.2020；電影行業(yè)通用的色域是DCI-P3；IT行業(yè)則采用Adobe RGB、sRGB色域。除了上述這些與設(shè)備有關(guān)的物理色域外，傳輸和制作流程還使用一些與設(shè)備無(wú)關(guān)，比人眼可見(jiàn)光范圍更大的色域，如XYZ與ACES。

1953年美國(guó)發(fā)布NTSC標(biāo)準(zhǔn)，采用CIE的C光源作為基準(zhǔn)白，參考電影放映拷貝色域定義了NTSC色域，可再現(xiàn)47.3%可見(jiàn)光色域（CIE1931xy，下同），并依據(jù)NTSC色域和C光源定義了著名的NTSC亮度方程：Y=0.30R+0.59G+0.11B。不過(guò)，符合NTSC色域標(biāo)準(zhǔn)的綠色熒光粉發(fā)光效率太低，用這種熒光粉制造的顯像管亮度不足，而用較高發(fā)光效率綠色熒光粉制造的顯像管物理色域比NTSC色域小，不符合NTSC標(biāo)準(zhǔn)要求。限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平顯示物理色域與亮度性能無(wú)法同時(shí)兼顧，NTSC色域很快就被熒光粉發(fā)光效率更高的EBU和SMPTE C色域取代，其結(jié)果就是NTSC色域名存實(shí)亡。目前，NTSC色域只是作為顯示行業(yè)的參考基準(zhǔn)，以NTSC色域作為100%定義了“彩色再現(xiàn)率”。

1998年Adobe發(fā)布Adobe RGB色域，與NTSC色域幾乎相同（G基色相同），可再現(xiàn)45.2%可見(jiàn)光色域，主要用于計(jì)算機(jī)顯示器、打印機(jī)、印刷行業(yè)。

1966年EBU發(fā)布PAL標(biāo)準(zhǔn)，采用CIE的D光源（D65）為基準(zhǔn)白，定義了EBU（PAL）色域（小色域）；1968年RCA與Conrac發(fā)布SMPTE C色域，采用CIE的D光源（D65）為基準(zhǔn)白，定義了SMPTE C廣播監(jiān)視器色域（小色域）。EBU和SMPTE C色域都是基于高發(fā)光效率熒光粉性能制定的，色域范圍相近，符合這兩種標(biāo)準(zhǔn)的熒光粉發(fā)光效率能夠滿(mǎn)足顯像管的亮度要求（大于100尼特），可再現(xiàn)33.5%可見(jiàn)光色域。EBU和SMPTE C可再現(xiàn)色域比NTSC小，以NTSC為基準(zhǔn)的彩色再現(xiàn)率72%（色域覆蓋率為NTSC的72%），兩者均被ITU-R BT.601標(biāo)準(zhǔn)采納，EBU和SMPTE C色域分別作為625和525行電視的色域成為ITU-R BT.601標(biāo)清數(shù)字電視技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，被稱(chēng)為BT.601色域。

由于B T.601色域比N T S C色域小，基準(zhǔn)白也不一樣，從技術(shù)上來(lái)說(shuō)應(yīng)該依據(jù)B T.601色域和D65基準(zhǔn)白定義新的亮度方程。以E B U色域和D65基準(zhǔn)白定義的亮度方程應(yīng)為Y=0.2126R+0.7152G+0.0722B，與之后的BT.709高清亮度方程相同。但NTSC亮度方程Y=0.30R+0.59G+0.11B已經(jīng)在電視行業(yè)廣泛使用無(wú)法更改，在BT.601標(biāo)準(zhǔn)中只能繼續(xù)沿用NTSC亮度方程。因此在標(biāo)清電視時(shí)代雖然色域和基準(zhǔn)白是BT.601，但亮度方程卻是NTSC，用NTSC亮度方程運(yùn)算解析EBU色域和D65基準(zhǔn)白得到RGB基色和YUV色差信號(hào)會(huì)出現(xiàn)誤差，這個(gè)問(wèn)題一直到高清才得以糾正。

1990年I T U發(fā)布I T U-R B T.709高清電視標(biāo)準(zhǔn)，采用CIE的D光源（D65）為基準(zhǔn)白，定義了ITU-R BT.709色域，并依據(jù)BT.709色域和D65基準(zhǔn)白定義了BT.709亮度方程Y=0.2126R+0.7152G+0.0722B，這個(gè)亮度方程本來(lái)應(yīng)該是和BT.601一樣的。與BT.601色域一樣，BT.709色域也是基于高發(fā)光效率熒光粉性能制定的，其色域與BT.601的EBU幾乎相同，可再現(xiàn)33.5%可見(jiàn)光色域，以NTSC為基準(zhǔn)的彩色再現(xiàn)率72%。BT.709色域的R/B與EBU相同，G的y值與EBU相同，x為0.30，是EBU與SMPTE C的x值0.29與0.31的中間值，因此可以把BT.709與BT.601的EBU視為相同的色域。

1996年惠普和微軟發(fā)布sRGB標(biāo)準(zhǔn)，直接采用BT.709技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，色域與BT.709完全相同，主要用于計(jì)算機(jī)顯示器、打印機(jī)、印刷行業(yè)，目前平板電腦、手機(jī)等設(shè)備也大多采用sRGB色域。sRGB色域標(biāo)志著計(jì)算機(jī)行業(yè)全面采用了電視行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，不同行業(yè)的顯示技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)加速融合。

2005年DCI正式發(fā)布V1.0文件，參考電影放映拷貝色域定義了DCI-P3數(shù)字放映機(jī)色域，可再現(xiàn)45.5%可見(jiàn)光色域，與NTSC、Adobe RGB一樣，都是“大色域”。

2012年ITU發(fā)布ITU-R BT.2020標(biāo)準(zhǔn)，采用CIE的D光源（D65）為基準(zhǔn)白，定義了BT.2020色域，不再以顯像管熒光粉性能作為制定色域標(biāo)準(zhǔn)的依據(jù)，而是參考了新型顯示器件（如LCD、OLED、激光等）性能，可再現(xiàn)63.3%可見(jiàn)光色域，是目前顯示設(shè)備的最大色域。依據(jù)BT.2020色域和D65基準(zhǔn)白，ITU定義了BT.2020亮度方程Y=0.2627R+0.6780G+0.0593B。

NTSC、Adobe RGB、BT.709/sRGB、DCI-P3、BT.2020都是與設(shè)備有關(guān)的顯示色域，是物理色域。顯示色域都比人眼可見(jiàn)光色域小，在顯示色域的空間中無(wú)法制作出超過(guò)顯示色域的彩色。在傳輸與制作流程中，使用了一些與設(shè)備無(wú)關(guān)、比人眼可見(jiàn)光范圍更大的色域，其典型代表是XYZ與ACES色域。XYZ和ACES的空間大于人眼可見(jiàn)光色域，可以制作和傳輸超過(guò)顯示色域的彩色，在傳輸、制作流程中不會(huì)損失彩色信息。

XYZ是DCI/SMPTE 428-1文件定義的DCDM（Digital Cinema Distribution Master，數(shù)字影院發(fā)行母版）和DCP（發(fā)行拷貝）傳輸/制作色域，采用理想化的直角坐標(biāo)系，覆蓋范圍最大，與BT.709/2020相比彩色矢量差比較大，空間資源利用率比較低。

ACES（Academy Color Encoding System，學(xué)院彩色編碼系統(tǒng)）是美國(guó)電影藝術(shù)與科學(xué)學(xué)院定義的制作色域，比XYZ色域覆蓋范圍小但大于人眼可見(jiàn)光色域，與BT.709/2020相比彩色矢量差比較小，空間資源利用率比XYZ高，已經(jīng)得到主流非線(xiàn)性制作設(shè)備廠商的支持。

與伽瑪匹配類(lèi)似，拍攝/制作色域必須與顯示色域一致才能正確還原被攝物的彩色，拍攝/制作色域與顯示色域不同時(shí)還原的彩色就會(huì)出現(xiàn)色調(diào)或色飽和度失真。顯示色域比拍攝色域小時(shí)直接的表現(xiàn)就是顯示的彩色飽和度比實(shí)際景物彩色飽和度低，顯示色域比拍攝色域大時(shí)顯示的彩色飽和度比實(shí)際景物彩色飽和度高，只有拍攝與顯示色域相同時(shí)顯示的彩色飽和度才與實(shí)際景物的彩色飽和度相同。由于不同色域的基色點(diǎn)位置不同，同樣的彩色在不同色域中的色調(diào)也有差別。實(shí)際上色域相當(dāng)于度量的標(biāo)尺，只有在拍攝和顯示時(shí)使用相同的標(biāo)尺度量彩色時(shí)才能得到相同的數(shù)值，相同的彩色用不同刻度的標(biāo)尺度量時(shí)得到的數(shù)值是不同的。

影視制作中常說(shuō)的空間是什么意思？

空間（Space）的概念并沒(méi)有嚴(yán)格定義。影視制作行業(yè)談?wù)摽臻g，有時(shí)說(shuō)的是色域，例如BT.709、DCI-P3、BT.2020、XYZ彩色空間等；有時(shí)說(shuō)的是伽瑪，例如線(xiàn)性空間，對(duì)數(shù)空間等；有時(shí)說(shuō)的是色域+伽瑪，如DCI-P3色域+DCI伽瑪，XYZ色域+DCI伽瑪，BT.709色域+BT.1886伽瑪，B T.2020色域+H L G伽瑪，ACES色域+線(xiàn)性伽瑪?shù)?；有時(shí)說(shuō)的是色域+伽瑪+峰值亮度，如BT.2020+PQ4000，BT.2020+HLG1000等。如果繼續(xù)細(xì)分，還可以把RGB和YUV（YCbCr）也看作不同的空間。

需要說(shuō)明的是，由于歷史原因，有些專(zhuān)業(yè)詞匯在電影與電視行業(yè)含義是不一樣的。例如在電視行業(yè)，線(xiàn)性（linear）的意思是直線(xiàn)特性的伽瑪，而電影行業(yè)說(shuō)的線(xiàn)性實(shí)際上是電視行業(yè)的電視伽瑪（BT.709或BT.1886），而不是直線(xiàn)特性的伽瑪，所以電影與電視說(shuō)的線(xiàn)性空間并不是一回事。

實(shí)際上，影視制作行業(yè)常說(shuō)的空間就是拍攝、制作和顯示時(shí)的亮度與彩色環(huán)境，拍攝或制作空間與顯示空間匹配時(shí)才能正確還原被攝景物的亮度和彩色。例如，電影的放映顯示空間是DCI-P3色域+DCI伽瑪（伽馬值2.6，峰值亮度48尼特），因此電影母版（DCDM）和發(fā)行拷貝（DCP）的空間必須與之匹配，即制作色域DCI-P3，伽馬值1/2.6，制作調(diào)色時(shí)使用的投影機(jī)或監(jiān)視器顯示空間必須與電影的顯示空間相同。SDR電視的顯示空間是BT.709色域+BT.1886伽瑪（伽馬值2.4，峰值亮度100尼特），因此直播時(shí)拍攝空間必須與之匹配，即拍攝色域和伽瑪都是BT.709，制作調(diào)光使用的監(jiān)視器顯示空間必須與SDR電視的顯示空間相同。

對(duì)電視的實(shí)時(shí)直播來(lái)說(shuō)，拍攝和顯示空間完全相同，直播制作不改變亮度和彩色空間，也可以說(shuō)制作與拍攝空間是相同的，即拍攝、制作和顯示空間相同，這就是電視制作的“所見(jiàn)即所得”流程。對(duì)非實(shí)時(shí)的電影制作來(lái)說(shuō)，在膠片時(shí)代拍攝、制作和顯示的空間就不一樣，數(shù)字時(shí)代仍然如此，所以電影只是在后期制作的調(diào)色階段對(duì)調(diào)色師來(lái)說(shuō)才是“所見(jiàn)即所得”，由于拍攝與顯示空間不同，攝影師在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視器中看到的圖像亮度層次和彩色與影院中呈現(xiàn)的效果是不一樣的，屬于典型的“所見(jiàn)非所得”流程。

高質(zhì)量電視節(jié)目的錄播制作和電影一樣，也是典型的“所見(jiàn)非所得”流程。在這種非實(shí)時(shí)的制作流程中可以把拍攝空間看成米，把制作空間看成鍋，輸出的顯示空間就是大小不同的碗。調(diào)色時(shí)制作空間這口鍋必須足夠大，即分辨率、量化比特和色域都要比米多比碗大，才能確保不損失亮度和彩色的有效信息；可以用小碗（高清/SDR伽瑪/BT.709色域）、中碗（4K/SDR伽瑪/BT.709或DCI-P3色域）或大碗（4K/HDR/BT.2020或XYZ色域）從制作空間這口大鍋里取得不同信息量的節(jié)目，滿(mǎn)足不同需求。

因?yàn)榱炼扰c彩色都是用RGB或YCbCr電平表達(dá)的，所以不同的空間實(shí)際上就是不同的坐標(biāo)系，每種特定亮度的彩色在不同空間也就是不同坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值是不同的，所謂空間轉(zhuǎn)換就是把某個(gè)坐標(biāo)系中的點(diǎn)映射到另外一個(gè)坐標(biāo)系獲得新的坐標(biāo)值，本質(zhì)上是矩陣運(yùn)算的過(guò)程。在上述“所見(jiàn)非所得”的制作流程中，首先需要把拍攝素材的空間轉(zhuǎn)換成更大的制作空間，輸出時(shí)把圖像從制作空間轉(zhuǎn)換成需要的SDR或HDR空間，或電影空間，才能保證成品節(jié)目圖像的亮度層次和彩色正常。

為什么新型4K電視機(jī)顯示的高清SDR畫(huà)面比4K HDR看起來(lái)更亮？

目前，市場(chǎng)上采用LCD和OLED顯示面板的高清電視機(jī)峰值亮度比監(jiān)視器高得多，達(dá)到了160至300尼特，支持HDR的新型4K電視機(jī)峰值亮度更高，有些達(dá)到了400至2000尼特，而SDR與HLG都是相對(duì)亮度體系，圖像的最高亮度不但與信號(hào)電平相關(guān)還與顯示設(shè)備的峰值亮度相關(guān)，因此電視機(jī)峰值亮度越高，顯示相對(duì)亮度體系的SDR和HLG畫(huà)面時(shí)亮度就越高。

新型4K電視機(jī)顯示SDR畫(huà)面比HDR更亮的原因是目前電視機(jī)的亮度設(shè)置對(duì)SDR和HDR是一樣的，如果亮度是為觀看HDR圖像設(shè)置的，觀看高清SDR時(shí)屏幕就太亮了，如果設(shè)置亮度適合SDR，觀看HDR就太暗，沒(méi)有HDR效果了。4K HDR電視機(jī)出廠時(shí)一般都是為顯示HDR圖像設(shè)置的，由于SDR顯示伽瑪提高亮度時(shí)是從暗到亮等比例提升，因此更高峰值亮度的4K電視機(jī)顯示高清SDR圖像時(shí)亮度比普通高清電視機(jī)高得多，也比顯示HDR圖像時(shí)的平均亮度更高。

SDR上變換HDR時(shí)的顯示參考映射是什么意思？如何應(yīng)用？

上變換是把高清信號(hào)從SDR的小空間放進(jìn)HDR的大空間，雖然SDR與HDR可用的電平資源相同，但HDR空間的亮度和色域坐標(biāo)系都比SDR大，因此上變換不會(huì)損失亮度和彩色信息。

S D R上變換H D R時(shí)最常用的是場(chǎng)景參考映射（S c e n e Referred mapping，簡(jiǎn)稱(chēng)SR），詳細(xì)說(shuō)明請(qǐng)參考ITU的BT.2390-6報(bào)告第10節(jié)。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，所謂場(chǎng)景參考映射就是以信號(hào)電平為基準(zhǔn)。以HLG為例，就是把SDR峰值白的100%電平映射到HLG的75%電平，BT.709伽瑪映射到HLG伽瑪，BT.709色域映射到BT.2020色域。

場(chǎng)景參考映射的特點(diǎn)是把SDR上變換到HDR后再下變換到SDR時(shí)，經(jīng)過(guò)上、下變換的往返后SDR信號(hào)的電平、伽瑪、色域與轉(zhuǎn)換前完全相同，因?yàn)橄伦儞Q時(shí)75% HLG電平映射到100% SDR峰值白電平，與上變換時(shí)正好相反，伽瑪、色域的映射也是如此，這個(gè)特點(diǎn)對(duì)SDR/HDR混合制作非常重要。不過(guò)，由于HDR監(jiān)視器的峰值亮度比SDR高，所以在SDR監(jiān)視器上顯示亮度100尼特的100%峰值白信號(hào)經(jīng)過(guò)場(chǎng)景參考映射上變換后，在1000尼特HLG監(jiān)視器上的顯示亮度為203尼特，是SDR監(jiān)視器顯示亮度的2倍。

顯示參考映射（DisplayReferred mapping，簡(jiǎn)稱(chēng)DR）上變換不是以信號(hào)電平為基準(zhǔn)，而是以SDR監(jiān)視器的顯示光為基準(zhǔn)。仍然以HLG為例，在SDR監(jiān)視器上顯示亮度100尼特的100%峰值白信號(hào)，經(jīng)過(guò)顯示參考映射上變換后在1000尼特HLG監(jiān)視器上的顯示亮度仍然是100尼特，與SDR監(jiān)視器相同，與此對(duì)應(yīng)的電平為63% HLG，伽瑪、色域的映射也是如此。

采用顯示參考映射的原因是一些大客戶(hù)對(duì)廣告中圖標(biāo)的亮度和彩色有嚴(yán)格要求。由于目前大多數(shù)廠商制作的廣告都是SDR版，在SDR監(jiān)視器上顯示的這些圖標(biāo)亮度和彩色符合客戶(hù)要求，但這些SDR廣告在HDR頻道播出時(shí)，用場(chǎng)景參考映射上變換到HDR后圖標(biāo)亮度與SDR監(jiān)視器不同，不符合客戶(hù)要求。采用顯示參考映射將SDR廣告上變換后，在HDR監(jiān)視器上圖標(biāo)的亮度和彩色與SDR監(jiān)視器相同，符合這些客戶(hù)的要求。

不過(guò)，由于用顯示參考映射上變換的HDR信號(hào)電平與場(chǎng)景參考映射不同，上變換到HDR后再下變換時(shí)，經(jīng)過(guò)上、下變換的往返后SDR信號(hào)的電平、伽瑪、色域與轉(zhuǎn)換前就不一樣了。因此，場(chǎng)景參考映射只能用于播出線(xiàn)的部分SDR廣告上變換，不能用于SDR/HDR混合制作流程。B&P

（未完待續(xù)）