影視制作專業問答11

王亞明

首先向大家道歉。上期連載最后的問答“HDR轉換需要注意什么問題？”部分內容表達不準確，相關內容請以本期連載為準。

HDR轉換的場景參考映射（S R）與顯示參考映射（DR）有什么差別？

先看看SDR的伽瑪特性。目前使用的SDR系統伽瑪OOTF并不是線性的，SDR電視的OETF與EOTF不是互逆的關系，拍攝與顯示伽瑪不互為反函數。BT.709拍攝伽瑪（OETF）近似值為0.5，BT.1886顯示伽瑪（EOTF）為2.4，系統伽瑪（OOTF）近似值為0.5×2.4 = 1.2：

再看看HLG的伽瑪特性。HLG沿用了SDR的OOTF特性，其OETF與EOTF不是互逆的關系，拍攝與顯示伽瑪不互為反函數。因為HLG的系統伽瑪OOTF不是線性的1而是非線性的1.2，所以監視器顯示圖像的對比度、彩色飽和度比場景高，出現了灰度失真，但觀眾接受、習慣并喜歡這種SDR時代延續至今、具有美化功能的OOTF特性：

HLG OOTF=HLG OETF×HLG EOTF= 1.2（指數為1.2的冪函數）

·SDR上轉換HDR時SR與DR的差別

SDR上轉換HDR時，首先把非線性的SDR信號轉換成線性光信號，由于SDR的OOTF是非線性的1.2，場景光與顯示光的對比度、彩色飽和度存在差異。用BT.709 拍攝伽瑪的反函數BT.709 OETF-1把非線性SDR信號轉換為線性光信號就是SR，其對比度、彩色飽和度與拍攝場景相同；用BT.1886 EOTF顯示伽瑪把非線性SDR信號轉換為線性光信號就是DR，其對比度、彩色飽和度與SDR監視器顯示圖像相同，比拍攝場景高。

可以把SDR上轉換HLG想象為用“HLG攝像機拍攝SDR畫面”：拍攝實際場景就是SR，拍攝監視器就是DR。

·HDR下轉換SDR時SR與DR的差別

HDR下轉換SDR時，首先把非線性的HDR信號轉換成線性光信號，由于HLG的OOTF是非線性的1.2，場景光與顯示光的對比度、彩色飽和度存在差異。用HLG 拍攝伽瑪的反函數HLG OETF-1把非線性HLG信號轉換為線性光信號就是SR，其對比度、彩色飽和度與拍攝場景相同，用HLG EOTF顯示伽瑪把非線性HLG信號轉換為線性光信號就是DR，其對比度、彩色飽和度與HLG監視器顯示圖像相同，比拍攝場景高。

同樣地，可以把HLG下轉換SDR想象為用“SDR攝像機拍攝HLG畫面”：拍攝實際場景就是SR，拍攝監視器就是DR。

SR下轉換時HLG OOTF=HLG OETF×HLG OETF-1=1，相當于用“SDR攝像機拍攝現場場景”，然后用SDR OETF把線性光信號轉換成非線性SDR信號，SDR監視器或電視機中內置的SDR EOTF把非線性SDR信號轉換成顯示光，SDR OOTF=SDR OETF×SDR EOTF=1.2，顯示的SDR圖像對比度和彩色飽和度比實際場景高，總系統伽瑪=HLG OOTF×SDR OOTF=1×1.2=1.2，保留了轉換后SDR的OOTF。

DR下轉換時HLG OOTF = HLG OETF×HLG EOTF=1.2，相當于用“SDR攝像機拍攝HLG監視器”，然后用SDR的BT.1886 EOTF-1把與HLG監視器對比度、飽和度相同的線性光信號轉換成非線性的SDR信號，SDR監視器或電視機中內置的SDRBT.1886 EOTF把非線性的SDR信號轉換成顯示光，SDR OOTF=SDR EOTF-1×SDR E OT F=BT.1886 E OT F-1×BT.1886 EOTF=1，總系統伽瑪=SDR OOTF×HLG OOTF=1.2×1=1.2，保留了轉換前HLG的OOTF。

DR下轉換時HLG OOTF =1.2，因此不能用SDR OETF把線性光信號轉換成非線性S D R信號，因為SDR OETF×SDR EOTF=1.2，這樣總系統伽瑪=SDR OOTF×HLG OOTF=1.2×1.2=1.44，不符合總系統伽瑪=1.2的基本規則，必須用SDR EOTF-1抵消SDR監視器或電視機中內置的SDR EOTF，保留轉換前的HLG OOTF。

·HDR轉換時DR與SR的差別

雖然SDR與HLG的O OTF都是1.2，但SDR監視器的峰值亮度是100尼特，HLG監視器的峰值亮度1000尼特，是SDR的10倍，因此同樣的非線性特性在低亮度的SDR監視器上對對比度和飽和度的影響比高亮度的HLG監視器更大。換言之，HDR轉換后保留SDR OOTF時圖像的對比度和飽和度會比保留HLG OOTF時高。由于彩色圖像的對比度和飽和度同時改變時人眼對彩色的變化更敏感，直觀感覺就是HDR轉換后保留SDR OOTF時彩色飽和度更高，這可以從理論計算和客觀測試、主觀評價得到驗證。

根據ITU的BT.2390和2408建議，HLG與SDR互轉時以75%HLG映射100%SDR電平為基準，不做任何黑電平、白電平、飽和度調整時：

◆ 上轉換

DR上轉換的HLG圖像與原SDR圖像觀感相同，SR上轉換的HLG圖像與原SDR圖像觀感有差別，上轉換后SR比DR彩色飽和度低一些。這是因為SR上轉換時保留了HLG OOTF飽和度下降，DR上轉換時保留了SDR OOTF飽和度不變，所以上轉換后DR的飽和度比SR高。

◆ 下轉換

DR下轉換的SDR圖像與原HLG圖像觀感相同，SR下轉換的SDR圖像與原HLG圖像觀感有差別，下轉換后SR比DR的彩色飽和度高一些。這是因為 SR下轉換時保留了SDR OOTF飽和度上升，DR下轉換時保留了HLG OOTF飽和度不變，所以下轉換后SR的飽和度比DR高。

◆ 往返轉換

DR上轉換+DR下轉換：與原始SDR圖像相比無變化。這是因為DR上轉換時保留了SDR OOTF飽和度不變，DR下轉換時保留了HLG OOTF飽和度不變，上、下轉換時飽和度都沒有變化，所以DR往返轉換后飽和度不變。

SR上轉換+SR下轉換：與原始SDR圖像相比無變化。這是因為SR上轉換時保留了HLG OOTF飽和度下降，SR下轉換時保留了SDR OOTF飽和度上升，SR下轉換時提高的飽和度補償了SR上轉換時降低的飽和度，所以SR往返轉換后飽和度沒有變化。

SR上轉換+DR下轉換：與原始SDR圖像相比飽和度降低，色調略有變化。這是因為SR上轉換時保留了HLG OOTF飽和度下降，DR下轉換時保留了HLG OOTF飽和度不變，所以往返轉換后飽和度降低。

DR上轉換+SR下轉換：與原始SDR圖像相比飽和度增加，色調略有變化。這是因為DR上轉換時保留了SDR OOTF飽和度不變，SR下轉換時保留了SDR OOTF飽和度上升，所以往返轉換后飽和度上升。

實際制作時HLG與SDR的映射電平關系可能會基于ITU的建議略作調整，但只要上、下轉換的映射關系相同，上述結論不變。B&P

（ 未完待續）

特別感謝廣科院周蕓女士為本期連載提供的HDR轉換彩條插圖。這些彩條都是根據BT.2390和BT.2087等ITU標準推薦的HDR轉換計算方法得到的，使SR與DR轉換的差別更形象。