APP下载 微博 微信

Hao4K影音


[交流分享] 【原创翻译】英国BBC的HDR FAQ,修正你的HDR认识

[复制链接]

发表于 2023年02月17日 16:49 2382 1 来源:家庭影院> 交流分享 回帖奖励 |倒序浏览 |

whindson 帖主

2023-2-17 16:49

1.   什么是视频的动态范围?
有些人认为动态对比就是显示设备上最黑与最白之间的对比。这其实是错的,因为OLED是可以做到像素级的0发光,它拥有无穷的对比度。这就没啥意思了。还有些人认为动态对比度是我们在显示设备上能看到的最黑与最白之间的对比。最黑亮度取决于屏幕上反射的光线,而不仅仅是屏幕所能发出的光。考虑到这个问题,电视上我们设置黑色等级,使用的是PLUGE测试模板。但是这个理解仍旧不是完全正确,因为它没把图像质量考虑进去。比较合理的定义是我们在显示设备上能看到的无明显瑕疵的最黑与最白之间的对比。这里说的瑕疵可能是“banding”或者“posterisation”(色调的明显的分离)。传统SDR电视的暗部,这些瑕疵是经常出现的,这是由于传输信号的比特编码并非有效利用导致。进一步讲,这就是显示信号所定义的动态范围。信号的动态范围,或多或少有轻微差别,因为它不依赖于用PLUGE设置的黑位水平。信号的动态范围是由国际电联ITU说定义的:在亮度作为整体量化的基础上,全范围内相邻两个灰阶之间的亮度差的倒数(这个理解我也不知道对不对,希望懂的人能纠正或者补充)。虽然这个定义在比较学中被广泛应用,但是它会误导人,因为一样没考虑到图像瑕疵。因此显示动态范围才是一个相对有用的定义。

2.   传统SDR电视的动态范围有多少
传统8bit的SDR电视的动态范围大概只有32:1,或者说5 stops(在2因子下)。这看上去有点低,有人可能期待8bit系统至少应该有8 stops的动态范围,但这一样是在没有考虑图像瑕疵(banding)的基础上。作为对比,印刷制品的动态范围大概是比6 stops大那么一点点,这是因为黑色墨水具有反射性。印刷制品看起来相当不错,所以SDR TV一样可以重现良好的图像质量。(stops是亮度单位,它是一个相对值,比如A比B高2stops,但不能单独说xx多少stops)

3.   人眼视觉系统的动态范围是多少?
人眼的感光范围是巨大的,从星光到阳光都能分辨出(10-4至105 cd/m2)。这个感光范围至少是十亿级的。但眼睛在任何时候都会调整以适应光线,因此实际上它能看到的亮度范围要小很多。虽然眼睛可以看到星光和阳光,但它无法同时看到它们。记住,即便是白天,星星依然在天上,但我们却看不到,这是因为它们被阳光所淹没。在任何场景下,人眼的动态范围只有10000:1(小于14 stops)。一个场景中低于最亮物品1/10000的亮度的部分我们是看不到的。

4.   HDR我们需要多大的动态范围?
理想的状态是HDR视频应该超过人眼系统的固定动态范围(你要装1L的水,就要拿超过1L的容器去装,否则就会装不满)。对于视频,在最终的回放设备上动态范围至少要10000:1。超过这个对比度,人眼的视觉系统就接收不了因此也没啥意义。根据Barten模型,这个对比度大概包括700个可见的灰阶(just noticeably grey level这个意思是正好能看见,就是那种处于可见与不可见交界处的)。电视的像素点是由红,绿,蓝3个子像素组合而成,套用到电视上就是要有至少700个红色灰阶,700个绿色灰阶以及700个蓝色灰阶才能最终呈现10000:1的对比度,并且避免banding瑕疵。10bit系统,能提供1024个灰阶范围,能有效的支持HDR。

5.   HDR视频格式是什么,“BT.2100”又是什么?
ITU-R BT.2100是一个国际标准,用于HDR制作以及交互。它定义的HDR视频有两种格式:PQ与HLG。

6.   PQ与HLG的主要区别是什么?
HLG是相对场景参考的信号。它是一个HDR的演进方案。相对参考场景的信号被广泛应用,例如,在ITU-R BT.601 , ITU-R BT.709 and ITU-R BT.2020就被正式推荐使用,同时sony的S-log,ARRI的C-log,以及Panavision的Panalog也都是参考场景信号。PQ是绝对的显示参考信号,它是视频行业一个全新的显示方式。PQ与HLG是两个完全不同的系统。

7.   场景参考信号与显示参考信号又各是什么?
场景参考信号是视频业的传统记录方式。信号代表的是摄像机的感光。而显示参考信号则代表的是产品或者“调色”监视器上的亮度表现。场景参考与亮度参考是不同的,这是因为,从电视整个系统来看,信号从摄像机端到显示端,它们是非线性变化的。站在电影业的角度上,视觉协会是这样认为的“大体而言,胶片记录场景参考的HDR影像,印刷业呈现的是显示参考的色调映射,而CGI,则是在光线参考下创造图像,以便能实现光线追踪”。

8.   什么是“相对”和“绝对”信号?
相对视频信号是传统的视频信号,在过去的一个世纪中,静态摄影,电影以及视频行业都采用这一方法来捕获图像。图像的亮度代表的是相对于摄像机最大的光输出量的百分比。相机的光圈加上快门组合拥有一个相当广泛的范围用以记录最佳的图像。这就导致,你单从相机的信号是无缝判断出实际场景的绝对亮度强度。相对信号指示一个比例,因此也没有维度。绝对信号代表的是像素的绝对亮度,通常是用每平方米的坎德拉来表示的(也叫“nits”,尼特)。如今,PQ已被广泛应用,除此以外的信号都是相对信号。

9.   什么是“渲染意图”(rendering intent)或者“OOTF”?
在现实中,我们所看到的一切取决于它们所处的环境。但对于视频信号而言,我们往往是在一个低光的环境中观看它们。屏幕的亮度和观看环境,都与现实拍摄的环境相差较远。人眼在低光环境中观看显示器的所做出的调节与现实世界中是不同的。这就要求我们调整显示图像以适配人眼的调节,让图像看上去是正确的。渲染意图指的是,端到端,相机到显示器的,非线性的人为调整信号。这样做的目的是为了让图像看起来更加接近现实环境。几十年以来,在电影与视频行业我们一直使用一种叫“gamma”的强大的非线性法则来实现这个意图。HLG将继续沿用gamma曲线来实现渲染意图,而ITU-R BT.2100中定义的PQ则是一个完全不同的非线性法则。渲染意图同是也被称为OOTF,即“电-光转换函数”。

10.什么是“创作意图”?
创作意图是视频作品的外在表现形态,是制作者,导演(甚至可以是摄影机的调色人)想传递给观众的东西。理想状态下,观众可以完整看到这些制作者想要表达的创作意图。创作意图也被称之为“艺术意图”。通常情况下,受限于显示设备或观看环境,并非在任何时候都能再现完整的创作意图。即便终端显示器的红、绿、蓝三子像素的亮度与创作者的显示器完全一致也无法保证创作者意图能完整的再现。这是因为人眼在不同环境中对图像的感知是不同的。因此显示图像需要做一定的调整才能最大程度上的复现创作意图。

11.PQ或HLG拥有最大的动态范围吗?
10位的HLG与PQ都轻松的超远人类的视觉系统的动态范围。HLG能提供大概16 stops的动态范围(取决于黑位程度),如果采用12位信号,则动态范围将更大。PQ能提供28 stops的动态范围,远超过摄像机,显示器以及人眼视觉系统。这么大的范围是为了适应显示参考的各种不同应用,从暗室的数字影院投影机到明亮的户外显示。由于人眼的感光范围是10亿比1,基于绝对亮度的系统需要提供30stops的动态范围才能满足人眼需求。

12.什么显示映射?
世界上有各种各样的HDR电视,同时我们的观看环境也是千差万别;从家庭影院到家居电视,从桌面电脑到笔记本电脑,还有各种的手机,平板等等各种的观看环境。我们已通过工业级的演示展示过HLG在特定的亮度级别下仅有一些轻微的中色调映射错误。HLG拥有先天的修正机制以适应不同亮度的显示设备;它的公式是ITU-R BT.2100标准的一部分,同时各显示制造商可依据实际需求提供对它的支持。HLG可以在一台低亮度(比如600 cd/m2)或高亮度(比如4000 cd/m2)的显示器上进行调色,在回放设备上,不论亮度比母设备高或低,都能呈现出一致的图像。一句话就是信号与显示设备无关。PQ需要色调映射,如果在一台亮度低于调色显示器的设备上回放,就可能改变高光的创作意图。这种情况下的静态色调映射在ITU-R BT.2390中有详细描述,但这样做会改变图像的创作意图。对于PQ图像在高亮度显示设备或者高亮度的观看环境中的色调映射,则没有明确的标准。但通过元数据,创作意图可以在色调映射后得到最大程度的保留,但这个具体操作就得看各电视制造商了。
HLG的作用有两个:一是为了让已售的UHDTV不至于变成废品,二是为了产业过渡。它可以让广播业继续使用低成本的监视设备,同时,HLG场景参考的方式也不需要动态数据元的支持,对于原有的制作工具,编码工具,以及回放系统都有很强的兼容性。

13.听说PQ能保留创作意图,是真的吗?
PQ能保留创作意图的前提是在与调色师相同的环境中(包括显示器类型,设置,环境光反射以及背景照明等等)。HLG在同样环境中一样可以保留创作意图。但HLG可以在更为广泛的显示器范围内(手机,平板,PC以及电视)与各种观看环境中更好的保留创作意图,这是因为它在公开规范中写有一套固化的修正标准

14.听说PQ需要元数据,但HLG就不要?
当PQ信号在一个与母设备不同的观看环境或者显示设备上进回放的时候,就必须进行色调映射。PQ信号内嵌了一个端到端的用于搭建母设备环境的OOTF转换函数。这个OOTF函数只适用于作品制作过程中的使用的显示器以及观看环境。元数据用于描述内嵌于PQ信号中的OOTF函数,它需要根据新的观看环境进行调整。这就是显示设备的色调映射。由于PQ信号是在亮度非常高的母显示设备上进行制作的,动态元数据就变得非常有用了,它可以一帧一帧的区分出信号的使用范围。
HLG是场景参考信号,它是基于相对亮度的系统,因此不需要任何基于内容的元数据,但需要固定的信令来表名自己是HLG。由于HLG描述的场景没有内嵌OOTF,因此就不需要任何的元数据。显示设备上一个适配的OOTF就能完全呈现HLG

回复

使用道具 举报

全部回复2

whindson 2

2023-2-18 01:28

斯皮尔伯格最新的造梦人简直就是打脸一大票的HDR影片。杜比模式下全程就是一部SDR亮度的影片。
什么是创作者意图,只有经过导演手进行剪辑与调色的那才叫创作者意图,大家可以自己想想看,有多少部HDR的家庭蓝光版本是还经过导演手进行重新校色的?
回复 支持 反对

使用道具 举报

您需要登录后才可以回帖 登录 | 立即注册

返回列表 本版积分规则



绑定微信 + 关注公众号,第一时间获得消息通知!
:
发烧刚入门
:
介绍未填写

主题

帖子

积分718

Hao4K影音app客户端下载