影視制作專業(yè)問答12

王亞明

HDR轉(zhuǎn)換時(shí)如何選擇SR或DR？

選擇映射方式不能只看轉(zhuǎn)換結(jié)果，必須結(jié)合制作流程綜合考慮。

如果只關(guān)注轉(zhuǎn)換結(jié)果，DR是最簡(jiǎn)單的選擇。因?yàn)镈R上轉(zhuǎn)、下轉(zhuǎn)、往返轉(zhuǎn)換后其觀感都與原始信號(hào)相同，沒有變化；而SR上轉(zhuǎn)后飽和度下降，下轉(zhuǎn)后飽和度上升，往返轉(zhuǎn)換后飽和度不變。

考慮到HDR制作流程的實(shí)際應(yīng)用，選擇什么映射方式并不簡(jiǎn)單。

先看上轉(zhuǎn)換。在HDR制作中混合使用HLG和SDR攝像機(jī)時(shí)，SDR攝像機(jī)應(yīng)該用SR上轉(zhuǎn)換才能與HLG攝像機(jī)完美匹配。這是因?yàn)镾R上轉(zhuǎn)換保留了HLG的OOTF，相當(dāng)于用HLG攝像機(jī)拍攝SDR場(chǎng)景，轉(zhuǎn)換圖像的觀感與HLG攝像機(jī)相同。

目前HDR制作流程中仍然使用了很多SDR圖文或虛擬系統(tǒng)，這些系統(tǒng)制作的國旗、廣告標(biāo)識(shí)、俱樂部徽章等圖形進(jìn)入HDR制作系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)該用DR上轉(zhuǎn)換才能使HLG圖像中顯示的這些圖形與高清SDR圖像一致，這是因?yàn)镈R上轉(zhuǎn)換保留了SDR OOTF，相當(dāng)于用HLG攝像機(jī)拍攝SDR監(jiān)視器，轉(zhuǎn)換圖像的觀感與SDR監(jiān)視器相同。

再看下轉(zhuǎn)換。如果HDR制作系統(tǒng)中混合使用了HLG與SDR攝像機(jī)，而SDR攝像機(jī)采用SR上轉(zhuǎn)換HLG，HDR與SDR同播時(shí)為了使高清SDR圖像保持與SDR攝像機(jī)相同的觀感，播出端應(yīng)采用SR下轉(zhuǎn)換，這是因?yàn)镾DR攝像機(jī)信號(hào)用SR上轉(zhuǎn)后再用SR下轉(zhuǎn)才能保持SDR攝像機(jī)圖像的觀感不變。

即使HDR制作系統(tǒng)中只有HLG攝像機(jī)，如果采用SDR調(diào)光制作HDR，由于HDR攝像機(jī)內(nèi)置的下轉(zhuǎn)換器都是SR，為了使調(diào)光師看到的圖像與播出信號(hào)一致，播出端也應(yīng)采用SR下轉(zhuǎn)換。

如果HDR制作系統(tǒng)中只有HLG攝像機(jī)并采用HDR調(diào)光制作HDR，播出端采用SR或DR下轉(zhuǎn)換都沒有問題，其區(qū)別是SR下轉(zhuǎn)換保留了SDR圖像的觀感，DR下轉(zhuǎn)換保留了HLG圖像的觀感。

如果HDR制作時(shí)使用了SDR圖文或虛擬系統(tǒng)，這些系統(tǒng)的文字和圖形是用DR上轉(zhuǎn)換的，播出端應(yīng)采用DR下轉(zhuǎn)換才能保持SDR圖文觀感與原始文字、圖形一致。

通過上述分析可以看到，不同的應(yīng)用需要不同的映射方式，而在實(shí)際制作和播出流程中是不可能頻繁改變映射方式的。近年來電視行業(yè)通過大量研究、測(cè)試和實(shí)踐，對(duì)HDR轉(zhuǎn)換形成了如下共識(shí)：

·上轉(zhuǎn)換：

HDR制作系統(tǒng)中混合使用HLG和SDR攝像機(jī)時(shí)，SDR攝像機(jī)信號(hào)應(yīng)采用SR上轉(zhuǎn)換。

未調(diào)色SDR錄像節(jié)目應(yīng)采用SR上轉(zhuǎn)換。

調(diào)色制作的SDR錄像節(jié)目應(yīng)采用DR上轉(zhuǎn)換。

SDR圖文、虛擬系統(tǒng)的文字和圖形應(yīng)采用DR上轉(zhuǎn)換。

·下轉(zhuǎn)換：

播出端應(yīng)采用SR下轉(zhuǎn)換。

·問題對(duì)策

在HDR制作和播出系統(tǒng)中采用上述映射方式后，必須解決這些映射方式存在的彩色變化問題才能確保轉(zhuǎn)換圖像質(zhì)量。具體來說，就是解決SR上轉(zhuǎn)飽和度下降和SR下轉(zhuǎn)飽和度上升的問題，特別是DR上+SR下往返轉(zhuǎn)換的彩色飽和度上升、色調(diào)變化問題。

從轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品來看，以HDRC-4000為例，首先，下轉(zhuǎn)換時(shí)該設(shè)備對(duì)超過100%幅度的R、G、B信號(hào)做了削波處理，解決了DR上+SR下往返轉(zhuǎn)換后彩色飽和度超過100%的問題。其次，用AIR Matching消除了SR上、下轉(zhuǎn)換的色調(diào)變化，減少了轉(zhuǎn)換后飽和度的變化。

不過，AIR Matching只是減少但并未完全消除SR上、下轉(zhuǎn)換飽和度的變化，還需要調(diào)整ADDITIONAL P A I N T（附加繪畫）菜單中的SATURATION（飽和度），SR上轉(zhuǎn)換時(shí)SATURATION+5，增加飽和度以抵消SR上轉(zhuǎn)換時(shí)飽和度的下降；下轉(zhuǎn)換時(shí)SATURATION-5，降低飽和度以抵消SR下轉(zhuǎn)換時(shí)飽和度的上升。

這些措施解決了SR轉(zhuǎn)換的彩色變化問題，設(shè)置后無論SR上、下單向轉(zhuǎn)換，還是DR上+SR下往返轉(zhuǎn)換，彩色飽和度和色調(diào)都不會(huì)出現(xiàn)明顯可見的變化。其它幾個(gè)廠商的同類轉(zhuǎn)換器也采用了AIR Matching專利，可以按照上述設(shè)置做相同的處理。不過不同廠商、型號(hào)的設(shè)備設(shè)置參數(shù)不一定相同，需要用SDR、HDR彩條測(cè)試信號(hào)和攝像機(jī)拍攝的彩色測(cè)試卡圖像進(jìn)行測(cè)試和調(diào)整，使SR上、下轉(zhuǎn)換的彩色飽和度、色調(diào)變化最小。

不同類型的HDR轉(zhuǎn)換器有什么特點(diǎn)？適合什么需求？

如果用照相機(jī)做參照，“技術(shù)型”的靜態(tài)固定參數(shù)轉(zhuǎn)換器相當(dāng)于專業(yè)單反相機(jī)的手動(dòng)模式，所有參數(shù)均可由用戶自行調(diào)整、設(shè)置，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制，使用者需要具備HDR專業(yè)知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，了解各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)對(duì)圖像的影響。

由于SDR的動(dòng)態(tài)范圍比HDR小得多，依據(jù)正常曝光圖像設(shè)置HDR與SDR的映射關(guān)系后，大部分規(guī)范制作的HDR節(jié)目用固定參數(shù)下轉(zhuǎn)換后都能獲得理想的圖像質(zhì)量，但超亮或超暗畫面下轉(zhuǎn)換后會(huì)出現(xiàn)過曝或欠曝現(xiàn)象。增大轉(zhuǎn)換增益差可改善超亮畫面質(zhì)量但犧牲了超暗，減小增益差則改善超暗犧牲了高亮，這是靜態(tài)固定參數(shù)轉(zhuǎn)換器的固有局限。

因?yàn)橄罗D(zhuǎn)換是把HDR大動(dòng)態(tài)范圍用一套固定參數(shù)轉(zhuǎn)換為小動(dòng)態(tài)范圍，相當(dāng)于把大鍋換成小鍋，原本放在HDR這口大鍋里的大蘋果不可能完整無損地放進(jìn)SDR小鍋里，必須去掉一部分。所謂靜態(tài)固定參數(shù)，就是確定去掉大蘋果的某些固定部分，以便把大蘋果放進(jìn)小鍋。

同屬“技術(shù)型”的動(dòng)態(tài)自適應(yīng)可變參數(shù)轉(zhuǎn)器換相當(dāng)于傻瓜相機(jī)，無需復(fù)雜設(shè)置即可滿足HDR節(jié)目的下轉(zhuǎn)換需求。理想的智能處理引擎能夠?qū)崟r(shí)分析每幀畫面亮度，用不同參數(shù)處理不同動(dòng)態(tài)范圍的圖像，獲得最佳轉(zhuǎn)換結(jié)果。所謂動(dòng)態(tài)可變參數(shù)，就是在不同場(chǎng)景去掉大蘋果的不同部分以便把大蘋果放進(jìn)小鍋，只保留有價(jià)值的部分。

不過，目前智能處理引擎的性能還不完善，市場(chǎng)上幾乎所有同類產(chǎn)品都存在相同的問題：HDR畫面中沒有超亮景物時(shí)SDR輸出電平始終低于70-80%，只有出現(xiàn)超亮景物時(shí)才用70-80%以上的電平資源處理超亮信號(hào)，其結(jié)果是HDR超亮或超暗畫面下轉(zhuǎn)換質(zhì)量好，正常曝光的圖像電平比固定參數(shù)轉(zhuǎn)換器低20%左右，導(dǎo)致下轉(zhuǎn)換后規(guī)范制作的畫面偏暗、沉悶。從主觀評(píng)價(jià)結(jié)果看，只要HDR圖像基本正常，用動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換器下轉(zhuǎn)換都能夠獲得無錯(cuò)但并非優(yōu)質(zhì)的SDR圖像。

通過上述分析可以看到，靜態(tài)與動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換器的優(yōu)缺點(diǎn)幾乎正好相反：靜態(tài)轉(zhuǎn)換器適合現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備可控、制作規(guī)范的電視直播、錄播節(jié)目下轉(zhuǎn)換，而這正是目前動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換器的短板；動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)器適合現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備不可控、來源復(fù)雜、經(jīng)過后期調(diào)色的錄播節(jié)目下轉(zhuǎn)換，這正是靜態(tài)轉(zhuǎn)換器的不足，兩者的優(yōu)勢(shì)正好是對(duì)方的劣勢(shì)。從信息處理的策略上看，正確設(shè)置的靜態(tài)轉(zhuǎn)換器是保中間主體犧牲超亮和超暗，而動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換器則是保超亮和超暗，犧牲中間主體。

“藝術(shù)型”轉(zhuǎn)換器性能基于調(diào)色師的主觀感受，從使用者的角度看也相當(dāng)于傻瓜相機(jī)，無需復(fù)雜設(shè)置即可滿足大部分HDR轉(zhuǎn)換需求。實(shí)際主觀評(píng)價(jià)的結(jié)果，其下轉(zhuǎn)換性能與動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換器相似，但更具個(gè)性化。

LUT轉(zhuǎn)換相當(dāng)于專業(yè)單反相機(jī)的各種場(chǎng)景模式，無需復(fù)雜設(shè)置，只要根據(jù)說明選擇對(duì)應(yīng)場(chǎng)景的LUT就能獲得相對(duì)優(yōu)質(zhì)的轉(zhuǎn)換結(jié)果。實(shí)際客觀測(cè)試和主觀評(píng)價(jià)結(jié)果證明，目前BBC提供的十幾種LUT性能都不錯(cuò)，可以完成HDR上、下轉(zhuǎn)換，往返轉(zhuǎn)換，也可以與靜態(tài)、動(dòng)態(tài)參數(shù)轉(zhuǎn)換器混合使用，既能滿足制作和播出的HDR轉(zhuǎn)換需求也簡(jiǎn)化了操作，適合沒有HDR轉(zhuǎn)換經(jīng)驗(yàn)、需要規(guī)范HDR轉(zhuǎn)換流程的電視臺(tái)和制作公司使用。

綜上所述，三種不同類型的轉(zhuǎn)換器各有特點(diǎn)，適合不同需求。實(shí)際使用時(shí)，無論采用哪種類型的轉(zhuǎn)換方式，使用者都需要具備一定程度的專業(yè)知識(shí)。靜態(tài)固定參數(shù)轉(zhuǎn)換需要的HDR專業(yè)知識(shí)最多，LUT和動(dòng)態(tài)自適應(yīng)可變參數(shù)轉(zhuǎn)換需要的專業(yè)知識(shí)比較少。

絕對(duì)與相對(duì)亮度體系的差別是什么？

絕對(duì)亮度體系的顯示亮度只與信號(hào)電平有關(guān)，與顯示設(shè)備無關(guān)，用一條EOTF曲線就可以表達(dá)顯示設(shè)備的特性。當(dāng)信號(hào)電平在顯示設(shè)備的發(fā)光能力范圍之內(nèi)時(shí)，電平與顯示亮度呈現(xiàn)由EOTF定義的對(duì)應(yīng)關(guān)系，當(dāng)信號(hào)電平超過顯示設(shè)備的發(fā)光能力時(shí)，絕對(duì)亮度體系的表現(xiàn)是“寧折勿彎”，呈現(xiàn)硬削波的特性。對(duì)絕對(duì)亮度體系來說，顯示亮度越高能夠再現(xiàn)的信息量越多，動(dòng)態(tài)范圍越大。

相對(duì)亮度體系的顯示亮度不但與信號(hào)電平有關(guān)，還與顯示設(shè)備有關(guān)，信號(hào)的最高電平對(duì)應(yīng)顯示設(shè)備的最高亮度，因此無法用一條EOTF曲線表達(dá)顯示設(shè)備的特性，因?yàn)榉逯盗炼炔煌瑫r(shí)EOTF曲線也不一樣，不同的峰值亮度對(duì)應(yīng)不同的曲線。無論顯示設(shè)備的峰值亮度高低，相對(duì)亮度體系都能再現(xiàn)信號(hào)電平的全部信息。因此，顯示屏峰值亮度與顯示的動(dòng)態(tài)范圍無關(guān)。對(duì)相對(duì)亮度體系來說，需要更高顯示亮度的原因通常是因?yàn)榄h(huán)境亮度比較高。

絕對(duì)亮度體系需要兩個(gè)重要條件，首先是顯示設(shè)備可控，其次是觀看環(huán)境可控。在顯示設(shè)備和觀看環(huán)境嚴(yán)格可控的條件下，絕對(duì)亮度體系能夠獲得最高質(zhì)量的HDR圖像，觀眾與導(dǎo)演、調(diào)色師看到的圖像差別不大。實(shí)際上具備這兩個(gè)條件的場(chǎng)所只有調(diào)色工作室和影院（包括放映室）。因此，可以說絕對(duì)亮度體系是為電影而生的。

絕對(duì)亮度體系的劣勢(shì)主要是資源利用率低。例如，1000尼特的PQ1000信號(hào)電平最高為75%，這就意味著對(duì)PQ1000來說信號(hào)電平（量化）資源利用率只有75%；如果顯示設(shè)備的峰值亮度高于信號(hào)電平亮度，例如，2000尼特監(jiān)視器顯示PQ1000信號(hào)時(shí)顯示峰值亮度只有1000尼特，這時(shí)顯示屏的亮度資源利用率為50%，只有信號(hào)電平高于PQ2000（83%）時(shí)屏幕亮度資源的利用率才能達(dá)到100%。

BT.2100推薦的絕對(duì)亮度體系采用完全模擬人眼靈敏度特性的PQ伽瑪，與HLG相比PQ對(duì)動(dòng)態(tài)范圍的壓縮、擴(kuò)展比率更大，在暗部PQ電平的微小改變會(huì)使顯示亮度發(fā)生很大變化，這也是絕對(duì)亮度體系對(duì)顯示設(shè)備和觀看環(huán)境要求苛刻的主要原因之一。PQ對(duì)制作的要求也比HLG更高，幾乎所有采用PQ制作的節(jié)目都是調(diào)色師反復(fù)精心調(diào)整的結(jié)果，而不是電視的直播形態(tài)。

采用絕對(duì)亮度體系的HDR方案必須在播出碼流中同時(shí)傳輸元數(shù)據(jù)，其中的靜態(tài)元數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)了制作監(jiān)視器硬件性能和節(jié)目的平均、最高亮度，其目的是通知顯示設(shè)備與其適配；Dolby Vision則更進(jìn)一步，用動(dòng)態(tài)元數(shù)據(jù)控制顯示設(shè)備的方法優(yōu)化顯示圖像質(zhì)量。

雖然元數(shù)據(jù)能部分接管顯示設(shè)備的控制權(quán)，但用戶的觀看環(huán)境是不可控的，無法滿足絕對(duì)亮度體系需要的兩個(gè)重要條件，因此在顯示設(shè)備部分失控、觀看環(huán)境不可控的家庭電視機(jī)、手機(jī)或平板電腦上，絕對(duì)亮度體系的優(yōu)勢(shì)無法完全發(fā)揮。

電視自誕生以來一直采用相對(duì)亮度體系，可以說相對(duì)亮度體系就是為電視而生的，大部分圖像顯示設(shè)備也都是相對(duì)亮度體系的。BT.2100推薦的相對(duì)亮度體系采用HLG伽瑪，與傳統(tǒng)電視的差別是引入了可變伽瑪?？勺冑が攲?duì)不同亮度顯示面板設(shè)置不同的伽瑪值，屏幕峰值亮度不同時(shí)可變伽瑪自動(dòng)調(diào)整100尼特以下的平均亮度，減小了不同亮度屏幕顯示膚色時(shí)的亮度差別。

相對(duì)亮度體系的優(yōu)勢(shì)是電平和亮度資源利用率高，對(duì)顯示設(shè)備和觀看環(huán)境的要求不像絕對(duì)亮度體系那么嚴(yán)格，劣勢(shì)是節(jié)目制作方對(duì)用戶端顯示設(shè)備是完全失控的，只能在標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)視器上判斷圖像質(zhì)量，觀眾與導(dǎo)演、制作者看到的圖像可能有較大差別。

綜上所述，在諸如調(diào)色工作室、影院（放映室）等顯示設(shè)備和觀看環(huán)境嚴(yán)格可控的環(huán)境中，絕對(duì)亮度體系是最佳選擇，而在顯示設(shè)備和觀看環(huán)境不可控的環(huán)境中，引入了可變伽瑪?shù)南鄬?duì)亮度體系更具優(yōu)勢(shì)。對(duì)電視和移動(dòng)終端等觀看環(huán)境復(fù)雜的顯示設(shè)備來說，合理的方案是對(duì)相對(duì)亮度體系進(jìn)行優(yōu)化，可以選擇讓顯示屏亮度像手機(jī)屏幕一樣隨環(huán)境光亮度自動(dòng)變化以保持觀看舒適性，顯示屏亮度改變時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)適配不同的伽瑪值，以減小膚色亮度的變化范圍。B&P

（未完待續(xù)）