王亞明先生 本刊特約撰稿人   王亞明先生在廣播電視行業(yè)從業(yè)40年，具有深厚的專業(yè)技術(shù)背景，先后在業(yè)內(nèi)多家公司從事技術(shù)工作。1998年加入索尼，2003年至2019年5月?lián)嗡髂嶂袊鴮I(yè)系統(tǒng)集團(tuán)技術(shù)總監(jiān)，2019年6月?lián)斡钐锼髡\科技股份有限公司技術(shù)總監(jiān)，一直站在廣電行業(yè)技術(shù)最前沿。

問：HDR轉(zhuǎn)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(tǒng)伽瑪OOTF并不是線性的，SDR電視的OETF與EOTF不是互逆的關(guān)系，拍攝與顯示伽瑪不互為反函數(shù)。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(tǒng)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?yàn)镾DR電視的系統(tǒng)伽瑪OOTF不是線性的1而是非線性的1.2，所以監(jiān)視器顯示圖像的對比度、彩色飽和度比場景高，出現(xiàn)了灰度失真。實(shí)際上觀眾普遍接受并習(xí)慣了這種灰度和彩色略有失真、對比度和彩色飽和度比實(shí)際場景高的圖像，因?yàn)橛^眾喜歡比實(shí)際場景更漂亮而不是更真實(shí)的畫面。

要得到系統(tǒng)伽瑪OOTF=1，與真實(shí)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(shù)BT.709 OETF逆（BT.709 OETF^-1）、伽瑪=1/0.5=2.0的冪函數(shù)與BT.709匹配；或用BT.1886 EOTF的反函數(shù)BT.1886 EOTF逆（BT.1886 EOTF^-1）、伽瑪值=1/2.4=0.42的冪函數(shù)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(guān)系，拍攝與顯示伽瑪不互為反函數(shù)。因?yàn)镠LG的系統(tǒng)伽瑪OOTF不是線性的1而是非線性的1.2，所以監(jiān)視器顯示圖像的對比度、彩色飽和度比場景高，出現(xiàn)了灰度失真，但觀眾接受、習(xí)慣并喜歡這種SDR時(shí)代延續(xù)至今、具有美化功能的OOTF特性：

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

要得到系統(tǒng)伽瑪OOTF=1，與真實(shí)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(shù)HLG OETF逆（HLG OETF-¹）與HLG OETF匹配；或用HLG EOTF的反函數(shù)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(zhuǎn)時(shí)，SDR上轉(zhuǎn)換HLG或HLG下轉(zhuǎn)換SDR后其OOTF仍然是1.2，因此只能在轉(zhuǎn)換前或轉(zhuǎn)換后信號的OOTF中選擇保留一個(gè)。SR與DR的差別在于，SR保留轉(zhuǎn)換后信號的OOTF，DR保留轉(zhuǎn)換前信號的OOTF。

可以把SDR上轉(zhuǎn)換HLG想象為用“HLG攝像機(jī)拍攝SDR畫面”：拍攝實(shí)際場景就是SR，拍攝監(jiān)視器就是DR。

SR上轉(zhuǎn)換時(shí)SDR OOTF=BT.709 OETF×BT.709 OETF^-1=1，相當(dāng)于用“HLG攝像機(jī)拍攝現(xiàn)場場景”，然后用HLG OETF把線性光信號轉(zhuǎn)換成非線性HLG信號，HLG監(jiān)視器或電視機(jī)中內(nèi)置的HLG EOTF把非線性HLG信號轉(zhuǎn)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(shí)際場景高，總系統(tǒng)伽瑪=SDR OOTF×HLG OOTF=1×1.2=1.2，保留了轉(zhuǎn)換后HLG的OOTF。

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

DR上轉(zhuǎn)換時(shí)SDR OOTF=1.2，如果仍然用HLG OETF把線性光信號轉(zhuǎn)換成非線性HLG信號，則HLG OETF×HLG EOTF=1.2，這樣總系統(tǒng)伽瑪=SDR OOTF×HLG OOTF=1.2×1.2=1.44，相當(dāng)于HDR轉(zhuǎn)換時(shí)“顯示”了兩次而不是“顯示一次拍攝一次”，不符合總系統(tǒng)伽瑪=1.2的基本規(guī)則，因此必須用HLG EOTF^-1抵消HLG監(jiān)視器或電視機(jī)中內(nèi)置的HLG EOTF，保留轉(zhuǎn)換前的SDR OOTF。

HDR下轉(zhuǎn)換SDR時(shí)SR與DR的信號處理流程

HDR下轉(zhuǎn)換SDR時(shí)，首先把非線性的HDR信號轉(zhuǎn)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?shù)姆春瘮?shù)HLG OETF^-1把非線性HLG信號轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換為線性光信號就是DR，其對比度、彩色飽和度與HLG監(jiān)視器顯示圖像相同，比拍攝場景高。

同樣地，可以把HLG下轉(zhuǎn)換SDR想象為用“SDR攝像機(jī)拍攝HLG畫面”：拍攝實(shí)際場景就是SR，拍攝監(jiān)視器就是DR。

SR下轉(zhuǎn)換時(shí)HLG OOTF=HLG OETF×HLG OETF^-1=1，相當(dāng)于用“SDR攝像機(jī)拍攝現(xiàn)場場景”，然后用SDR OETF把線性光信號轉(zhuǎn)換成非線性SDR信號，SDR監(jiān)視器或電視機(jī)中內(nèi)置的SDR EOTF把非線性SDR信號轉(zhuǎn)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(shí)際場景高，總系統(tǒng)伽瑪=HLG OOTF×SDR OOTF=1×1.2=1.2，保留了轉(zhuǎn)換后SDR的OOTF。

DR下轉(zhuǎn)換時(shí)HLG OOTF = HLG OETF×HLG EOTF=1.2，相當(dāng)于用“SDR攝像機(jī)拍攝HLG監(jiān)視器”，然后用SDR的 BT.1886 EOTF^-1把與HLG監(jiān)視器對比度、飽和度相同的線性光信號轉(zhuǎn)換成非線性的SDR信號，SDR監(jiān)視器或電視機(jī)中內(nèi)置的SDR BT.1886 EOTF把非線性的SDR信號轉(zhuǎn)換成顯示光，SDR OOTF=SDR EOTF^-1×SDR EOTF=BT.1886 EOTF^-1×BT.1886 EOTF=1，總系統(tǒng)伽瑪=SDR OOTF×HLG OOTF=1.2×1=1.2，保留了轉(zhuǎn)換前HLG的OOTF。

DR下轉(zhuǎn)換時(shí)HLG OOTF =1.2，因此不能用SDR OETF把線性光信號轉(zhuǎn)換成非線性SDR信號，因?yàn)镾DR OETF×SDR EOTF=1.2，這樣總系統(tǒng)伽瑪=SDR OOTF×HLG OOTF=1.2×1.2=1.44，不符合總系統(tǒng)伽瑪=1.2的基本規(guī)則，必須用SDR EOTF^-1抵消SDR監(jiān)視器或電視機(jī)中內(nèi)置的SDR EOTF，保留轉(zhuǎn)換前的HLG OOTF。

HDR轉(zhuǎn)換時(shí)DR與SR的差別

雖然SDR與HLG的OOTF都是1.2，但SDR監(jiān)視器的峰值亮度是100尼特，HLG監(jiān)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(jiān)視器上對對比度和飽和度的影響比高亮度HLG監(jiān)視器更大。換言之，HDR轉(zhuǎn)換后保留SDR OOTF時(shí)圖像的對比度和飽和度會(huì)比保留HLG OOTF時(shí)高。由于彩色圖像的對比度和飽和度同時(shí)改變時(shí)人眼對彩色的變化更敏感，直觀感覺就是HDR轉(zhuǎn)換后保留SDR OOTF時(shí)彩色飽和度更高，這可以從理論計(jì)算和客觀測試、主觀評價(jià)得到驗(yàn)證。

根據(jù)ITU的BT.2390和2408建議，HLG與SDR互轉(zhuǎn)時(shí)以75%HLG映射100%SDR電平為基準(zhǔn)，不做任何黑電平、白電平、飽和度調(diào)整時(shí)：

　上轉(zhuǎn)換

DR上轉(zhuǎn)換的HLG圖像與原SDR圖像觀感相同，SR上轉(zhuǎn)換的HLG圖像與原SDR圖像觀感有差別，上轉(zhuǎn)換后SR比DR彩色飽和度低一些。這是因?yàn)镾R上轉(zhuǎn)換時(shí)保留了HLG OOTF飽和度下降，DR上轉(zhuǎn)換時(shí)保留了SDR OOTF飽和度不變，所以上轉(zhuǎn)換后SR的飽和度比DR低。

未完，待續(xù)