王亞明先生 本刊特約撰稿人   王亞明先生在廣播電視行業從業40年，具有深厚的專業技術背景，先后在業內多家公司從事技術工作。1998年加入索尼，2003年至2019年5月擔任索尼中國專業系統集團技術總監，2019年6月擔任宇田索誠科技股份有限公司技術總監，一直站在廣電行業技術最前沿。

問：HDR轉換的場景參考映射（SR）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：

SDR OOTF=SDR OETF×SDR EOTF=BT.709×BT.1886=0.5×2.4=1.2（近似值）

因為SDR電視的系統伽瑪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。實際上觀眾普遍接受并習慣了這種灰度和彩色略有失真、對比度和彩色飽和度比實際場景高的圖像，因為觀眾喜歡比實際場景更漂亮而不是更真實的畫面。

要得到系統伽瑪OOTF=1，與真實場景對比度和彩色飽和度相同、沒有灰度失真的線性特性，需要用BT.709 OETF的反函數BT.709 OETF逆（BT.709 OETF^-1）、伽瑪=1/0.5=2.0的冪函數與BT.709匹配；或用BT.1886 EOTF的反函數BT.1886 EOTF逆（BT.1886 EOTF^-1）、伽瑪值=1/2.4=0.42的冪函數與BT.1886 EOTF匹配。

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）

要得到系統伽瑪OOTF=1，與真實場景對比度和彩色飽和度相同、沒有灰度失真的線性特性，需要用HLG OETF的反函數HLG OETF逆（HLG OETF-¹）與HLG OETF匹配；或用HLG EOTF的反函數HLG EOTF逆（HLG EOTF^-1）與HLG EOTF匹配。

SDR的OOTF近似值1.2，HLG的OOTF=1.2，兩者幾乎是相同的，只是在暗部有些差異。HLG與SDR互轉時，SDR上轉換HLG或HLG下轉換SDR后其OOTF仍然是1.2，因此只能在轉換前或轉換后信號的OOTF中選擇保留一個。SR與DR的差別在于，SR保留轉換后信號的OOTF，DR保留轉換前信號的OOTF。

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。

SR上轉換時SDR OOTF=BT.709 OETF×BT.709 OETF^-1=1，相當于用“HLG攝像機拍攝現場場景”，然后用HLG OETF把線性光信號轉換成非線性HLG信號，HLG監視器或電視機中內置的HLG EOTF把非線性HLG信號轉換成顯示光，HLG OOTF=HLG OETF×HLG EOTF=1.2，顯示的HLG圖像對比度和彩色飽和度比實際場景高，總系統伽瑪=SDR OOTF×HLG OOTF=1×1.2=1.2，保留了轉換后HLG的OOTF。

DR上轉換時SDR OOTF=BT.709 OETF×BT.1886 EOTF≈0.5×2.4=1.2，相當于用“HLG攝像機拍攝SDR監視器”，然后用HLG EOTF^-1把與SDR監視器對比度、飽和度相同的線性光信號轉換成非線性的HLG信號，HLG監視器或電視機中內置的HLG EOTF把非線性的HLG信號轉換成顯示光，HLG OOTF=HLG EOTF^-1×HLG EOTF=1，總系統伽瑪=SDR OOTF×HLG OOTF=1.2×1=1.2，保留了轉換前SDR的OOTF。

DR上轉換時SDR OOTF=1.2，如果仍然用HLG OETF把線性光信號轉換成非線性HLG信號，則HLG OETF×HLG EOTF=1.2，這樣總系統伽瑪=SDR OOTF×HLG OOTF=1.2×1.2=1.44，相當于HDR轉換時“顯示”了兩次而不是“顯示一次拍攝一次”，不符合總系統伽瑪=1.2的基本規則，因此必須用HLG EOTF^-1抵消HLG監視器或電視機中內置的HLG EOTF，保留轉換前的SDR OOTF。

HDR下轉換SDR時SR與DR的信號處理流程

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SDR BT.1886 EOTF把非線性的SDR信號轉換成顯示光，SDR OOTF=SDR EOTF^-1×SDR EOTF=BT.1886 EOTF^-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SDR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OOTF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SDR監視器上對對比度和飽和度的影響比高亮度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SR的飽和度比DR低。

未完，待續