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By NOOOOOB_GUY?

HDR已經(jīng)成為影響我們觀看體驗(yàn)的、最常提到的新技術(shù)之一，它將高分辨率（名義上是4K+8K）、高動(dòng)態(tài)范圍（通過(guò)PQ–量化感知，或HLG-混合對(duì)數(shù)伽馬）以及寬色域（Rec2020）相結(jié)合。

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HDR

HDR經(jīng)歷了一個(gè)艱難的開(kāi)端，因?yàn)椴煌娘@示器制造商基于HDR10、HDR10+、杜比視界和HLG等技術(shù)定義了自己的HDR規(guī)范。

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作為回應(yīng)，UHD聯(lián)盟發(fā)布了一個(gè)被稱(chēng)為“Ultra HD Premium”的明確的（目前）超高清規(guī)范，而Eurofins推出了他們的4K HDR Ultra HD Logo計(jì)劃，同時(shí)還有更多的認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)涌現(xiàn)出來(lái)，而且還有更多的標(biāo)準(zhǔn)承諾會(huì)出現(xiàn)。

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此外，HDR規(guī)范的各個(gè)方面可以并且經(jīng)常被單獨(dú)使用。例如，沒(méi)有禁止標(biāo)準(zhǔn)色域顯示器（Rec709）與標(biāo)準(zhǔn)高清甚至標(biāo)準(zhǔn)清晰度分辨率一樣使用具有高對(duì)比度范圍的HDREOTF。

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HDR的問(wèn)題在于普通人普遍缺乏對(duì)HDR技術(shù)方面的理解，以及這些技術(shù)實(shí)際上對(duì)最終觀看的圖像意味著什么。本頁(yè)面重點(diǎn)介紹了一些這樣的問(wèn)題，并試圖解釋它們潛在的優(yōu)點(diǎn)和問(wèn)題。

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PQ&HLG

本頁(yè)面討論的一些問(wèn)題包括：

• HDR-不僅僅是更亮

• 絕對(duì)和相對(duì)-觀看環(huán)境

• 元數(shù)據(jù)-為什么需要它？

• 基于PQ的HDR-杜比視界、HDR10和HDR10+

• HLGHDR-BBC

• HDR-現(xiàn)實(shí)和相關(guān)問(wèn)題

• WCG-廣色域

• UHD-分辨率

注意：PQ HDR定義了HDR10、HDR10+和Dolby Vision，因?yàn)樗鼈兌际褂孟嗤哪繕?biāo)色彩空間——Rec2020色域，并采用相同的PQ EOTF。因此，所有這些的校準(zhǔn)基本上是相同的?；贖LG的HDR則不同。

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HDR-不僅僅是更亮

關(guān)于HDR的最大誤解在于它并不是試圖使整張圖像更亮，很不幸這似乎是一種常見(jiàn)的誤解，而是旨在為光譜上高光細(xì)節(jié)（例如鉻反射、太陽(yáng)照射的云、火焰、爆炸、燈泡絲等）提供額外的亮度余量。

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顯然，在調(diào)色過(guò)程中，調(diào)色師/攝影指導(dǎo)以及其他任何對(duì)最終圖像風(fēng)格有影響的人都可以自行使用擴(kuò)展的亮度范圍。但是，偏離了與SDR保持平均圖像信號(hào)水平一致性的要求，會(huì)產(chǎn)生意想不到的結(jié)果，并且最終觀眾覺(jué)得圖像質(zhì)量較差。

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HDR–對(duì)圖像信號(hào)水平真正的意義

以下內(nèi)容直接從ST2038(PQ EOTF)規(guī)范中摘錄。

基于PQ的ST2084HDR規(guī)范最初將參考白（也稱(chēng)為漫反射白）定義為約100尼特左右，這基本上與SDR（標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)態(tài)范圍）顯示器相同，如在操控一級(jí)調(diào)色操作中指定。使用PQHDR時(shí)，預(yù)計(jì)僅將超過(guò)100尼特的亮度用于表現(xiàn)高光細(xì)節(jié)。這意味著對(duì)于大多數(shù)圖像來(lái)說(shuō)，PQHDR顯示器的平均畫(huà)面信號(hào)水平（Average Picture Level, APL）與SDR顯示器沒(méi)有顯著差異。

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然而，對(duì)基于PQ的HDR圖像的后續(xù)評(píng)估表明，使用約200尼特的漫反射白可以獲得相對(duì)更好的圖像鮮果。自那時(shí)起，ITUBT.2408規(guī)范已采用此規(guī)格（實(shí)際上是203尼特），漫反射白為完整PQ信號(hào)（輸入）電平的58％。

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BBC的HLG HDR標(biāo)準(zhǔn)將輸入碼值范圍的75%用作為漫反射白，這顯然是一個(gè)“可變輸出尼特(output nit variable)”值，因?yàn)镠LG標(biāo)準(zhǔn)是一種“相對(duì)”標(biāo)準(zhǔn)，而不像PQ那樣是“絕對(duì)”標(biāo)準(zhǔn)。這與現(xiàn)有的SDR標(biāo)準(zhǔn)是一致的，在大多數(shù)家庭的客廳中，為了方便在白天觀看，需要在更高的峰值亮度水平下達(dá)到峰值白色，所以這是一種常見(jiàn)做法。

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盡管HLG漫反射白的實(shí)際的nit值將隨著顯示器的峰值亮度而變化，但1000nit的顯示器會(huì)在大約200nits左右作為漫反射白，類(lèi)似于基于PQ的HDR，而5000nit的HLG顯示器會(huì)在550nits左右作為漫反射白，具體取決于系統(tǒng)伽馬（有關(guān)HLG系統(tǒng)伽馬的信息請(qǐng)參見(jiàn)后文）。

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因此，事實(shí)上，HDR主要應(yīng)當(dāng)是增加現(xiàn)有SDR顯示器的亮度范圍，以便在圖像的更亮區(qū)域中可以看到更多的細(xì)節(jié)，而現(xiàn)有的SDR圖像只能簡(jiǎn)單地進(jìn)行裁切、或做柔切來(lái)看到圖像細(xì)節(jié)。

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以下直方圖是SDR（標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)態(tài)范圍）圖像與其PQHDR等效圖之間差異的簡(jiǎn)化視圖。

請(qǐng)注意，SDR和ST2084HDR圖像之間的平均畫(huà)面信號(hào)水平（APL）大致保持一致，只是對(duì)比度范圍和高光水平增加了。

如果理解了HDR的漫反射白，通過(guò)基于額外的亮度范圍來(lái)創(chuàng)造高光，則將實(shí)現(xiàn)HDR的真正潛力。

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絕對(duì)vs.相對(duì)——PQvs.HLG

我們?cè)诩铱措娨晻r(shí)，已經(jīng)習(xí)慣了將電視的峰值亮度設(shè)置為適應(yīng)房間環(huán)境（通常是客廳）。顯然，這忽略了那些擁有真正家庭影院設(shè)備和環(huán)境控制能力的影音發(fā)燒友，但對(duì)于普通家庭的觀眾來(lái)說(shuō)，這是再常見(jiàn)不過(guò)了。

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雖然我們知道和理解為什么SDR調(diào)色時(shí)顯示設(shè)備被校準(zhǔn)到100尼特，而且我們也知道它將被放置在一個(gè)受控的調(diào)色環(huán)境中，多余的環(huán)境光很少。SDR基于伽馬顯示的優(yōu)越性在于，可以簡(jiǎn)單地使電視更亮，以克服不可控制的、受“污染”的環(huán)境光照，包括使用不同的伽馬值來(lái)實(shí)現(xiàn)。

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PQHDR在家庭觀看中經(jīng)常被忽視的潛在問(wèn)題之一是，由于標(biāo)準(zhǔn)是絕對(duì)的，因此無(wú)法增加顯示器的光輸出以克服周?chē)块g的光照水平——峰值亮度無(wú)法增加，固定的伽馬（EOTF）曲線也不能改變。

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如上所述，使用PQHDR的平均畫(huà)面水平(APL)與常規(guī)SDR(標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)態(tài)范圍)圖像大致匹配。結(jié)果是，在光線不理想的觀看環(huán)境中，比如周?chē)块g的亮度水平相對(duì)較高時(shí)，PQHDR圖像的大部分將顯得非常暗淡，陰影細(xì)節(jié)可能會(huì)變得很難看清。即使使用200尼特的漫反射白作為目標(biāo)，而不是原來(lái)的100尼特漫反射白，這仍然會(huì)發(fā)生。

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為了能夠查看基于PQ的“絕對(duì)的”HDR圖像，必須非常謹(jǐn)慎地控制環(huán)境光線水平，比SDR觀看要更加嚴(yán)格。這確實(shí)意味著需要使用真正的家庭影院環(huán)境。

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或者，必須故意“打破”P(pán)QEOTF(伽馬系數(shù))以允許呈現(xiàn)更亮的圖像——正如Dolby的IQ實(shí)現(xiàn)所做的那樣。

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為了支持這個(gè)說(shuō)法，指定用于PQ基礎(chǔ)HDR觀看的平均周邊亮度水平為5尼特，而對(duì)于SDR，它一直被指定為顯示器最大亮度的10%。不幸的是，SDR的周邊亮度規(guī)范后來(lái)也被（錯(cuò)誤地）改為了5尼特...

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PQ——一種“絕對(duì)的”標(biāo)準(zhǔn)

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對(duì)于基于HLG這種方式HDR，這可能不是啥大問(wèn)題，因?yàn)檫@種HDR標(biāo)準(zhǔn)可以以與傳統(tǒng)SDR電視完全相同的方式進(jìn)行“縮放”，并且可以使用基于周?chē)斩鹊南到y(tǒng)伽馬變量，用于克服環(huán)境照明問(wèn)題。

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但是，話雖如此，如果顯示器的峰值亮度低于約1000尼特，基于HLG的HDR也存在自己的問(wèn)題，因?yàn)镠DR圖像的平均畫(huà)面水平將比等效的SDR圖像顯得更暗淡。這是由于HLG中定義的漫反射白，低于在家庭觀看環(huán)境中的SDR電視設(shè)定的200到250尼特的實(shí)際峰值亮度。

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元數(shù)據(jù)

基于PQ的高動(dòng)態(tài)范圍（HDR）利用嵌入信號(hào)中的元數(shù)據(jù)向接收顯示設(shè)備，提供調(diào)色監(jiān)視器上得到的圖像內(nèi)容參數(shù)信息，接收設(shè)備使用該信息“猜測(cè)”其最佳配置以顯示圖片內(nèi)容。

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基于PQ的HDR元數(shù)據(jù)有兩種形式——靜態(tài)和動(dòng)態(tài)。

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靜態(tài)和動(dòng)態(tài)元數(shù)據(jù)都包括主控監(jiān)視器的RGB原色度坐標(biāo)，白點(diǎn)色度坐標(biāo)和最小/最大亮度（Min DML ＆ Max DML）。它還包括最大幀平均亮度水平（Max Frame-Average Light Level,Max FALL），即給定程序/序列中最高的幀平均亮度水平，以及最大內(nèi)容光亮度（Max Content Light Level, Max CLL），它定義了最亮像素的亮度。

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靜態(tài)元數(shù)據(jù)在給定程序的整個(gè)持續(xù)時(shí)間內(nèi)使用相同的值，而動(dòng)態(tài)元數(shù)據(jù)根據(jù)需要隨時(shí)更改——可能是基于逐幀的。

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HDR10使用靜態(tài)元數(shù)據(jù)，而Dolby Vision和HDR10+使用動(dòng)態(tài)元數(shù)據(jù)。

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元數(shù)據(jù)——是否真的需要呢？

元數(shù)據(jù)被需要的原因其實(shí)只有一個(gè)——在引入HDR時(shí)，還沒(méi)有電視能夠匹配制作/調(diào)色監(jiān)視器的峰值亮度和色域覆蓋范圍，特別是峰值亮度。由于PQ HDR的“絕對(duì)”特性，如果與制作監(jiān)視器沒(méi)有相同的峰值亮度，圖像就會(huì)裁剪。為了試圖解決這個(gè)問(wèn)題，于是引入了元數(shù)據(jù)，使得HDR電視重新映射圖像內(nèi)容，以解決其性能不足的問(wèn)題——使用映射將其向下映射入EOTF/伽馬曲線。

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如何生成這些動(dòng)態(tài)元數(shù)據(jù)也有助于確定它在播放中的工作方式，有助于理解整體是如何實(shí)現(xiàn)的。

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但現(xiàn)實(shí)是，使用元數(shù)據(jù)會(huì)扭曲導(dǎo)演和調(diào)色師對(duì)最終觀看圖像的意圖，可能會(huì)失去調(diào)色所產(chǎn)生的預(yù)期情感反應(yīng)。

請(qǐng)參閱下面的《HDR——現(xiàn)實(shí)與相關(guān)問(wèn)題》。

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元數(shù)據(jù)的生成與應(yīng)用

在調(diào)色/母帶制作期間生成元數(shù)據(jù)的基本方法是先使用專(zhuān)業(yè)的高動(dòng)態(tài)范圍（HDR）監(jiān)視器對(duì)HDR內(nèi)容進(jìn)行調(diào)色，不使用任何形式的壓縮/色調(diào)映射，使用可用的最高亮度和色域（通常是P3色域，介于1000到4000尼特之間）。然后，將經(jīng)過(guò)HDR調(diào)色的鏡頭傳遞到分析系統(tǒng)中，該系統(tǒng)將重新映射HDR圖像到SDR，并嘗試保持原始的HDR調(diào)色意圖，通過(guò)添加動(dòng)態(tài)元數(shù)據(jù)來(lái)定義HDR原始版本與SDR版本之間的差異。通常，調(diào)色師會(huì)通過(guò)“調(diào)整”調(diào)色進(jìn)行輔助，以幫助保持最原始的藝術(shù)創(chuàng)作意圖。

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這樣，元數(shù)據(jù)描述了從HDR母帶到SDR版本的"調(diào)色"更改。

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有了這些元數(shù)據(jù)，在使用峰值亮度和/或色域小于原始母帶顯示設(shè)備的HDR顯示設(shè)備上播放HDR鏡頭時(shí)，顯示設(shè)備會(huì)基于播放使用電視的能力，使用動(dòng)態(tài)元數(shù)據(jù)將鏡頭重新映射到介于SDR分級(jí)和完整的HDR調(diào)色之間的某個(gè)點(diǎn)。

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問(wèn)題是，很少有家庭電視準(zhǔn)確應(yīng)用正確的映射，這極大地扭曲了畫(huà)面的原始藝術(shù)意圖。

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然而，許多家庭電視現(xiàn)在越來(lái)越接近匹配調(diào)色監(jiān)視器的峰值亮度和色域能力，特別是因?yàn)榇蠖鄶?shù)HDR母帶都是在具有1000到2000尼特之間的峰值亮度的監(jiān)視器上進(jìn)行調(diào)色的，這使得對(duì)元數(shù)據(jù)的需求成為一個(gè)有趣的問(wèn)題。如果觀看電視可以匹配到調(diào)色監(jiān)視器，為什么還需要元數(shù)據(jù)呢？答案是沒(méi)有必要...

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不基于PQ的HDR（如HLG）沒(méi)有元數(shù)據(jù)的需求。使用基于相對(duì)值的HDR標(biāo)準(zhǔn)是其中一個(gè)主要區(qū)別。

HDR顯示設(shè)備校準(zhǔn)比較

理解上述關(guān)于元數(shù)據(jù)需求與否的內(nèi)容，引發(fā)了一個(gè)有趣的思考，即如何比較不同的HDR顯示設(shè)備。

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假設(shè)現(xiàn)代HDR顯示器都可以達(dá)到給定的最低峰值亮度水平，比如1000尼特，使用符合UHD規(guī)范的90％P3色域制作的1000尼特的HDR源，在播放時(shí)不應(yīng)觸發(fā)任何基于“元數(shù)據(jù)”的處理（色調(diào)映射/滾降），從而允許直接比較不同顯示設(shè)備的基本校準(zhǔn)精度。

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從這個(gè)第一次比較開(kāi)始，然后可以采取一個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的附加步驟，使用以2000+尼特為主導(dǎo)、具有完整P3色域的不同視頻源來(lái)比較同一顯示器，從而分別比較顯示器的色調(diào)映射/滾降（roll-off）。

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基于這個(gè)概念，ColourSpace擁有Sub-Space功能，例如可以在Rec2020容器內(nèi)對(duì)P3進(jìn)行配置。

（未完待續(xù)）