HDR技術(shù)在視頻領(lǐng)域的應(yīng)用初探

夏青

湖南廣播電視臺(tái)制作調(diào)度中心演播技術(shù)科，湖南長(zhǎng)沙 410003

摘 要 信息技術(shù)的不斷發(fā)展，帶動(dòng)了電子影像行業(yè)的蓬勃向上，尤其在視頻領(lǐng)域中，視頻技術(shù)不斷更新，給受眾帶來(lái)了更多的新奇體驗(yàn)，在技術(shù)的發(fā)展之中，HDR技術(shù)的應(yīng)用則被認(rèn)為是掀起視頻領(lǐng)域變革的核心內(nèi)容。盡管HDR技術(shù)足夠先進(jìn)，但是在具體視頻領(lǐng)域的應(yīng)用中仍然需要進(jìn)行系統(tǒng)的研究。文章從分析HDR技術(shù)的內(nèi)涵角度出發(fā)，具體分析了HDR技術(shù)在視頻領(lǐng)域中的應(yīng)用，并聯(lián)系實(shí)際，提出了HDR技術(shù)在視頻領(lǐng)域的應(yīng)用要求及應(yīng)用趨勢(shì)，旨在為促進(jìn)和推動(dòng)HDR技術(shù)在視頻領(lǐng)域深入應(yīng)用提出自己的想法和建議。

關(guān)鍵詞 HDR技術(shù)；視頻；數(shù)字影像；應(yīng)用

中圖分類號(hào) G2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-0360（2017）13-0044-02

1 HDR技術(shù)原理及突破

HDR技術(shù)是指高動(dòng)態(tài)光照渲染技術(shù)，是在傳統(tǒng)圖像技術(shù)發(fā)展而成的先進(jìn)圖像技術(shù)，HDR技術(shù)能夠?yàn)槠胀ǖ膱D像提供更加廣泛的動(dòng)態(tài)范圍和圖像細(xì)節(jié)的展示，能夠利用每個(gè)曝光時(shí)間相對(duì)應(yīng)的最佳方式來(lái)展現(xiàn)出在真實(shí)環(huán)境中的視覺(jué)效果[1]。

視頻是由多個(gè)圖像連續(xù)播放而形成的，因此，在HDR技術(shù)中的視頻源，會(huì)包含諸多的信息源，這使得傳統(tǒng)在傳統(tǒng)的監(jiān)視器上，無(wú)法利用現(xiàn)有的PQ函數(shù)來(lái)進(jìn)行電信號(hào)的顯示，這就導(dǎo)致了即便HDR技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)視覺(jué)效果的優(yōu)化，但是在人眼接受到的信息上，對(duì)特殊的電信化展現(xiàn)失效，在視頻領(lǐng)域的視覺(jué)效果則不夠明顯。因而，設(shè)計(jì)師們采用了對(duì)Metadata進(jìn)行隨幀可變處理方式，通過(guò)利用PQ函數(shù)的編碼能力，來(lái)實(shí)現(xiàn)電信號(hào)在更高動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)上的保真顯示，但是其效果程度則仍然受到諸多方面因素的影響[2]。

為了能夠?qū)崿F(xiàn)HDR技術(shù)在電視機(jī)上的有效運(yùn)用，因而提高電視機(jī)自身顯示系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍則是最為直接有效的渠道，在電視機(jī)兼容視頻類型方面，可以選擇在電視機(jī)上安裝顯示HDR10標(biāo)準(zhǔn)的源，而HDR技術(shù)則只要保證與ETOF進(jìn)行兼容即可。在HDR源的色域轉(zhuǎn)化方面，當(dāng)前主流電視機(jī)都是采用BT.2020色域進(jìn)行編碼的，因此，在實(shí)際的色域轉(zhuǎn)換過(guò)程中，需要對(duì)來(lái)自Mediainfo的信息進(jìn)行處理即可。

2 HDR技術(shù)在視頻領(lǐng)域的應(yīng)用

2.1 數(shù)字影像技術(shù)流程

所謂高動(dòng)態(tài)范圍是區(qū)別于當(dāng)前的標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)態(tài)范圍而言的，當(dāng)前大部分的電視屏幕和視頻顯示器中的畫面都是經(jīng)由標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)態(tài)范圍對(duì)比度而形成的，HDR技術(shù)在數(shù)字影像技術(shù)流程中的應(yīng)用大致可以分為以下幾個(gè)方面。

第一，在亮度顯示方面，傳統(tǒng)的光電傳輸函數(shù)是直接對(duì)攝影機(jī)上的影響進(jìn)行攝取，而通過(guò)感知量化傳輸曲線的變化情況進(jìn)行顯示，HDR技術(shù)的顯示絕對(duì)亮度能夠達(dá)到10 000 nits，亮度最大值為100 nits，而目前與HDR技術(shù)相配套的輸出系統(tǒng)，如Dolby Vision的亮度范圍也在0～10 000 nits中，是當(dāng)前視頻領(lǐng)域中顯示亮度最高、對(duì)比度較高的系統(tǒng)，這也使得在實(shí)際的畫面顯示中，HDR技術(shù)能夠帶來(lái)傳輸中接受的色彩范圍不斷突破，給人以更加良好的視覺(jué)享受[3]。

第二，在色域顯示方面，目前根據(jù)HDR技術(shù)所制造的ITU-R BT.709，是當(dāng)前能夠應(yīng)用到HDTV中的編碼色彩空間之一，其能夠與當(dāng)前其他設(shè)備如計(jì)算機(jī)等進(jìn)行對(duì)接，滿足UHD最為基礎(chǔ)的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)。這使得在電視機(jī)等的色域上能夠達(dá)到DCI色域的91%以上的顯示要求，而DCI是目前數(shù)字放映機(jī)最為理想化的色彩空間，而隨著HDR技術(shù)應(yīng)用的不斷深入，在色域方面也有極大的突破空間[4]。

第三，在HDR圖像的拾取方面，HDR技術(shù)改變了傳統(tǒng)的圖像拾取的方式，實(shí)現(xiàn)了技術(shù)上的提升，能夠?qū)D像進(jìn)行記錄，并對(duì)圖像畫面中的亮部和暗部細(xì)節(jié)進(jìn)行展示，這也使得HDR技術(shù)作用下的畫面效果更加逼真，圖像信息也更加豐富。而當(dāng)前攝影機(jī)已經(jīng)結(jié)合了HDR技術(shù)研發(fā)了新的產(chǎn)品，如Amazon等，利用ARRI數(shù)字?jǐn)z影機(jī)進(jìn)行畫面的錄制，從而創(chuàng)作出了HDR視頻，這也使得在視屏的創(chuàng)作領(lǐng)域方面有了更加良好的發(fā)展。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)看HDR

在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)看HDR主要包括了比對(duì)畫面、HDR圖像分配、后期剪輯以及后期調(diào)色四個(gè)環(huán)節(jié)。在比對(duì)畫面中，主要是通過(guò)ARRI數(shù)字?jǐn)z影機(jī)上CDL數(shù)值，通過(guò)制作3DLUT，來(lái)實(shí)現(xiàn)畫面與PQ之間的信號(hào)轉(zhuǎn)碼，從而來(lái)符合HDR技術(shù)的展示需求，并能夠?qū)OOK文件有效的放進(jìn)攝影機(jī)里。而在HDR圖像的分配方面，則是通過(guò)ARRI攝影機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)畫面的健康，能夠通過(guò)MON OUT來(lái)實(shí)現(xiàn)畫面的實(shí)施監(jiān)看，并通過(guò)LOOK BOX來(lái)對(duì)3DLUT的畫面進(jìn)行靈活的分配[5]。在后期剪輯過(guò)程中，所有的視頻信息都能夠利用PQ轉(zhuǎn)碼與后期軟件進(jìn)行套用，能夠使得LOOK文件在電視機(jī)和監(jiān)視器監(jiān)視下完成后期剪輯的任務(wù)。最后在后期調(diào)色上，HDR技術(shù)能夠?qū)RRI素材有效的導(dǎo)入到系統(tǒng)中的調(diào)色功能區(qū)域中，能夠利用3DLUT來(lái)轉(zhuǎn)換信號(hào)，并滿足監(jiān)視器的輸出要求，同時(shí)HDR技術(shù)提供了自創(chuàng)畫面風(fēng)格的功能，能夠在母帶制作中加以運(yùn)用。

2.3 影像再現(xiàn)與技術(shù)規(guī)范

當(dāng)前我們所能夠看到的視頻是由許多顏色共同構(gòu)成的影響，而每一種影響其所自身?yè)碛械牧炼戎刀济黠@不同，因而高動(dòng)態(tài)范圍的影響能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)每一種色彩的亮度值的有效保留，這能夠使得圖像信息的整體畫面動(dòng)態(tài)范圍有所提升，因而，在色彩方面的鮮艷度也就與肉眼視覺(jué)上盡量重合，給人以真實(shí)的視覺(jué)感受。另外，影像再現(xiàn)還需要涉及到廣色域方面，HDR技術(shù)是UHD技術(shù)規(guī)范中對(duì)于寬色域進(jìn)行發(fā)展的主要渠道，能夠?qū)崿F(xiàn)HDR與WCG的良好結(jié)合，從而來(lái)最大程度地發(fā)揮出超高清藍(lán)光在視頻領(lǐng)域的作用[6]。

而在技術(shù)規(guī)范方面，HDR技術(shù)的普及首先就需要面對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不同的顯示設(shè)備，而實(shí)際上不同的電視廠商都會(huì)有自身針對(duì)HDR技術(shù)的處理方式，如當(dāng)前電子領(lǐng)域中的Sony、Samsung等生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品就存在明顯的差異，然而目前關(guān)于相關(guān)技術(shù)規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)只有美國(guó)進(jìn)行了統(tǒng)一，其中包括了關(guān)注HDR技術(shù)元數(shù)據(jù)的定義和電光轉(zhuǎn)換信號(hào)等內(nèi)容，而只有當(dāng)涉及到HDR技術(shù)的顯示設(shè)備與AV放大器等相統(tǒng)一時(shí)，才能夠?qū)崿F(xiàn)HDR技術(shù)在視頻領(lǐng)域中的全面普及。

2.4 節(jié)目源以及顯示設(shè)備的調(diào)校

隨著HDR技術(shù)在視頻領(lǐng)域中的作用不斷增強(qiáng)，符合HDR技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的節(jié)目制作也已經(jīng)緊鑼密鼓的安排中，當(dāng)前不少企業(yè)都瞄準(zhǔn)了HDR技術(shù)方面的影視節(jié)目，尤其以美國(guó)的華納兄弟和Sony影視等，都選擇在電影上部分或全部的應(yīng)用HDR技術(shù)。而在過(guò)去的2016年中，就有超過(guò)10部以上的影視劇實(shí)現(xiàn)了在HDR技術(shù)的劇集重置，這也給了未來(lái)HDR技術(shù)在視頻領(lǐng)域發(fā)展的更大空間。

3 HDR技術(shù)在視頻領(lǐng)域的應(yīng)用要求及應(yīng)用趨勢(shì)

對(duì)于HDR技術(shù)在視頻領(lǐng)域的應(yīng)用，需要注重在基礎(chǔ)設(shè)備環(huán)境上的優(yōu)化，尤其在端口、線材方面，則能夠滿足于HDR信號(hào)的有效傳輸。而在未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)方面，HDR技術(shù)實(shí)現(xiàn)了視頻播放、傳輸以及顯示環(huán)節(jié)的變革，但是圖像信息仍然與人眼所感知的畫面存在一定的差異，而未來(lái)的HDR技術(shù)在視頻領(lǐng)域的應(yīng)用，則更加注重在端與端之間的聯(lián)合，即實(shí)現(xiàn)HDR技術(shù)在視頻錄制、播放、傳輸?shù)拳h(huán)節(jié)的無(wú)縫銜接式利用，從而能夠達(dá)到良好的播出效果，使得在高位光細(xì)節(jié)和圖像信息的層次表達(dá)方面更加自主，這也是HDR技術(shù)在視頻領(lǐng)域應(yīng)用發(fā)展的主要趨勢(shì)。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，HDR技術(shù)實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)視頻模式的變革，其不僅能夠帶動(dòng)其他視頻技術(shù)的優(yōu)化，同時(shí)還能夠給人以更加豐富的視覺(jué)效果，從而滿足于不同人的觀看需求。在未來(lái)的發(fā)展過(guò)程中，HDR技術(shù)需要完善當(dāng)前技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一的現(xiàn)象，并能夠立足于視頻領(lǐng)域發(fā)展的趨勢(shì)，以穩(wěn)定信號(hào)傳輸，和實(shí)現(xiàn)顯示設(shè)備的兼容為主要的目標(biāo)，在視頻錄制與播放的全過(guò)程進(jìn)行HDR技術(shù)的有效滲透和覆蓋，從而能夠?qū)崿F(xiàn)HDR技術(shù)自身的不斷完善，也能夠?qū)崿F(xiàn)視頻領(lǐng)域更好更快的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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