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制作對監視器有什么要求？

答：制作高質量HDR節目的最重要條件之一是必須配置符合行業技術標準、設置正確、經過校準和檢測的HDR監視器。實踐證明，很多失敗的HDR作品都是用錯了監視器或監視器設置不正確造成的。對HDR監視器的具體要求是：

• 峰值亮度400-2000尼特，建議1000尼特（制作PQ時峰值亮度越高越好，1000尼特是下限）
• 最低亮度低于0.01尼特（對應0電平的最低亮度越低越好，0.01尼特是上限）
• EOTF支持符合BT.2100標準的PQ、HLG
• 輸入信號接口支持BT.2020色域（也稱為“彩色空間”，即傳輸信息的容器為BT.2020大空間，容納的彩色信息量比BT.709容器多）
• 轉換矩陣支持BT.2020（輸入YCBCR信號轉換為RGB時的矩陣運算）
• 顯示屏物理色域大于DCI-P3（物理色域越大越好，但目前所有類型的直接顯示屏物理色域都達不到BT.2020標準，DCI-P3是下限）

校準和檢測：為確保HDR監視器性能符合BT.2100標準，應使用監視器生產廠商推薦的光學探頭（Light Probe）和專用軟件對監視器進行定期校準，并用符合BT.2111標準的PQ或HLG彩條測試信號和亮度色度計（例如CS-100A）對黑電平和參考白基準電平對應的亮度、白色坐標進行檢測。例如，顯示HLG窄域彩條測試信號時，在峰值亮度1000尼特監視器上，彩條中100% HLG白電平對應的亮度應為1000尼特，75% HLG白電平對應的亮度應為203尼特，0電平（黑電平）對應的亮度低于0.01尼特，白色坐標x=0.3127，y=0.3290。

BT.2111 HLG窄域彩條

設置：盡管有些HDR監視器已經支持VPID（Video Payload ID），可以自動識別信號源VPID標識的色域、伽瑪等元數據信息，但目前并不是所有設備都支持VPID標識和識別，為保險起見制作前應檢查確認監視器的色域、色溫、EOTF（伽瑪）、轉換矩陣是否與制作的HDR信號相符。

顯示HLG信號時，首先根據BT.2408表3設置監視器的系統伽瑪值，然后檢查確認75% HLG電平在監視器上的顯示亮度是否與表4的HDR參考白亮度值相符。實際操作時可用亮度色度計分別檢測100%HLG與75%HLG電平對應的亮度，調整監視器的亮度和對比度使其與表4的亮度值對應。表4左側是100%HLG電平對應的亮度，右側為75%HLG電平對應的亮度。

由于高質量HDR監視器是非常昂貴的設備，一般來說符合上述要求的HDR監視器只能配置在制作系統中少數幾個控制HDR質量的關鍵節點上，例如直播制作時的VE或視覺控制，HDR調光，以及后期制作時的調色等應用場景。

在只需要確認圖像內容的直播信號源監看以及錄播記錄素材回放等非關鍵節點上，可以使用低成本HDR監視器、HDR電視機或傳統的SDR監視器，在不影響HDR直播或成片質量的前提下降低制作成本。雖然SDR監視器的色域、峰值亮度、EOTF與HDR監視器不同，但由于HLG與SDR的兼容性，在SDR監視器上仍然能夠呈現對比度基本正常、有些色偏移的欠飽和圖像。很多新上市的SDR監視器支持BT.2020色域，能夠顯示彩色正常的HLG圖像，不但可用于信號源監看，還可以用于HLG直播調光。

在SDR監視器上顯示PQ或攝像機內置的對數伽瑪素材時，圖像將顯得灰白、褪色，并會有一些色偏移，出現比較大的亮度和彩色失真。只要制作者了解這些差別，就可以用SDR監視器確認信號源或記錄素材回放的內容而不會造成誤解。

HDR監視器顯示HLG圖像

SDR監視器顯示HLG圖像

SDR監視器顯示PQ圖像

問：HDR制作對攝像機有什么要求？

答：制作HDR節目需要攝像機支持HDR拍攝，具體來說就是攝像機必須支持高動態范圍和大色域，獲得比傳統SDR攝像機更多的亮度和彩色信息。

所謂支持高動態范圍，用電視行業的相對概念就是動態范圍應大于600%，用電影行業的絕對概念就是寬容度應大于13檔光圈。如果是用于電視直播的攝像機，其OETF必須支持HLG或PQ（盡管目前幾乎不可能用PQ直播），不支持HLG的攝像機應支持基于Cineon的廠商定義對數伽瑪，如Log C、S-Log3、C-Log、V-Log、RED Log等，用對數伽瑪制作后再用轉換器轉成HLG或PQ，或采用實時調色的方案把對數伽瑪轉換成HLG或PQ輸出。

對非實時的錄播來說，只要攝像機成像器件的動態范圍足夠大，無論記錄的是16比特線性伽瑪原始數據RAW，還是12或10比特對數伽瑪文件，都可以在后期調色時任意改變參考白基準電平和彩色，輸出PQ或HLG。也就是說，即使是幾年前上市的、未標注支持HDR的大部分攝影機也適用于HDR拍攝。膠片（彩色負片）的特性相當于采用對數伽瑪記錄素材的數字攝影機（實際上是數字攝影機的設計模擬了彩色負片特性），當然也適用于HDR拍攝，因此底片掃描的DPX對數文件也屬于HDR素材范疇。

所謂支持大色域，并非是指攝像機的物理色域一定大或等于BT.2020。采用單片成像器件的攝像機物理色域取決于成像器件自身，采用3片成像器件+分色棱鏡的攝像機物理色域取決于分色棱鏡。就像顯示屏的物理色域一樣，目前很多攝像機成像器件或分色棱鏡的色域達不到BT.2020標準，只能覆蓋BT.2020色域的80%左右，或只是大于DCI-P3色域，這仍然屬于大色域的范疇。

就像監視器顯示屏一樣，攝像機的物理色域越大越好，目前部分單片攝像機產品使用的成像器件物理色域已經大于BT.2020，部分最新的3片成像器件攝像機產品其分色棱鏡的色域也達到了BT.2020。對直播攝像機來說，無論其物理色域大小，輸出信號的彩色空間必須支持BT.2020色域。

問：HDR制作的難點是什么？

答：目前HDR制作的難點主要有兩個，一是電視行業對優質HDR圖像的評價標準還未形成共識，二是制作HDR時必須考慮下兼容SDR。

技術是為藝術服務的，又反過來影響了藝術。HDR技術出現之前，電視行業對SDR拍攝和顯示技術已經有了深刻的理解，深知電視技術無法再現人眼看到的全部彩色和亮度信息。基于這個認知，多年來電視行業在拍攝、照明、服裝、化妝、道具、場景設計搭建等方面建立了完善的體系，導演、調色師和制作者對優質電視畫面的判斷也基于這個認知。

與傳統的SDR相比，HDR大幅度提高了電視系統的亮度、對比度和彩色還原能力，使其接近了人眼的可視范圍。HDR技術的發展使傳統體系受到了很大沖擊，基于HDR的新體系尚未及時建立，電視從業人員需要適應新技術帶來的各種變化。就像一個經驗豐富的廚師，已經習慣了用小鍋炒菜，突然換成了大鍋，反而會有無所適從的感覺。

HDR技術為電視藝術創作提供了更大的空間，技術發展必然會推動電視藝術的進步，打破多年來形成的SDR路徑依賴。依托HDR這口“大鍋”，電視行業亟需對優質HDR圖像的評價標準達成新的共識，建立新的體系，這些都需要行業同仁的長期共同努力。

電視的發展經歷了幾次重大的技術變革：從黑白到彩色，從模擬到數字，從標清到高清，最近的這次則是從高清到4K，從SDR到HDR。電視技術的發展并非輕裝前進，每次技術變革都不得不考慮“向前兼容”的問題。

例如，從標清發展到高清時，亮度、伽瑪和色域都沒有改變，只是提高了分辨率、改變了畫面寬高比，因此制作完成高清節目后下轉換成標清比較簡單。從SDR發展到HDR既改變了亮度和伽瑪，也改變了色域，如果說高清下轉換標清是一元一次方程，那么4K HDR下轉換高清SDR就相當于三元高次方程，其難度比高清轉標清大得多。

在從高清SDR過渡到4K HDR期間，大多數觀眾觀看的仍然是高清SDR節目，很多用4K超高清系統制作的HDR節目需要下轉換成SDR在高清頻道播出，或需要同時制作4K HDR與高清SDR。用完全獨立的4K HDR和高清SDR制作系統同時分別完成大型活動直播是不切實際的，除了兩個制作系統的設備和人員成本之外，拍攝現場可能沒有足夠的空間同時容納HDR和SDR攝像機機位。因此，制作4K HDR節目后下轉換高清SDR是不可避免的。

這就對4K HDR制作提出了更高的要求，實時直播時不但要確保4K HDR的圖像質量，還必須保證下轉換的高清SDR圖像質量。同樣地，目前制作4K HDR時使用一些高清SDR信號源也是不可避免的，制作時不但要確保這些SDR信號上轉換后能與原生4K HDR信號完美匹配，還要確保下轉換后的高清SDR與上轉換前的高清SDR相同。

對用HDR調光制作HDR的實時直播或非實時的HDR錄播來說，由于HDR的曝光寬容度遠大于SDR，因此制作出高質量的HDR后，下轉換SDR應采用自適應動態映射才能獲得高質量SDR輸出。動態轉換器旨在優化不同場景HDR到SDR的映射曲線，從而適應比固定（或靜態）增益差映射曲線更寬的曝光范圍。目前動態轉換器產品已經進入實用階段，其性能仍在不斷改進中。

綜上所述，目前制作高質量HDR的難度比SDR高，如果再考慮下兼容SDR和使用SDR素材的上轉換問題，可謂難上加難。針對這些難點，行業內已經研究了很多針對性的措施，如直播時采用SDR調光制作HDR，選擇正確的上轉換與下轉換方式等，詳細說明請參考之前的問答系列連載。

未完，待續