王亞明

HLG的參考白電平是50%還是75%？

在早期的HDR文獻中，與100%動態(tài)范圍對應(yīng)的HLG參考白電平是50%，在早期上市的HDR波形監(jiān)視器上可以看到，50%電平是HDR與SDR的分界線。

2017年10月ITU發(fā)布BT.2408報告，定義HLG的參考白電平為75%，在此之后新上市的大部分HDR產(chǎn)品如攝像機、監(jiān)視器、電視機、波形監(jiān)視器等都遵循了這個標(biāo)準(zhǔn)。為了區(qū)別新舊兩種不同參考白電平的HLG，有些廠商把50%參考白電平的HLG稱為HLG50，75%參考白電平的HLG稱為 HLG75，兩者都是HLG，但參考白電平不同。出現(xiàn)兩種不同參考白電平HLG的原因是目前HDR技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)正處于發(fā)展過程中，隨著行業(yè)對HDR的理論研究和制作實踐不斷深入，HLG50已經(jīng)退出了HDR的舞臺。

BT.2408發(fā)布后市場上仍然有一些參考白電平為50% HLG的產(chǎn)品流通，這些早期上市的產(chǎn)品中有些可以通過固件或軟件升級支持HLG75，有些則無法升級。目前市場上大部分HLG拍攝、制作和顯示設(shè)備都是符合BT.2408報告要求的HLG75，但仍有少部分HLG50設(shè)備在用，數(shù)量雖然不多但有時會給HDR制作帶來困擾。例如用HLG50制作的節(jié)目在HLG75顯示設(shè)備上亮度比較暗，反之則亮度過高。因此，制作HLG節(jié)目時應(yīng)盡量使用2018年之后出廠的產(chǎn)品，固件和制作軟件應(yīng)及時更新，確認符合BT.2408的要求。

常用的色域有哪幾種？

在電視行業(yè)，常用的色域有N T S C、E B U、S M P T E C、BT.709、BT.2020；電影行業(yè)通用的色域是DCI-P3；IT行業(yè)則采用Adobe RGB、sRGB色域。除了上述這些與設(shè)備有關(guān)的物理色域外，傳輸和制作流程還使用一些與設(shè)備無關(guān)，比人眼可見光范圍更大的色域，如XYZ與ACES。

1953年美國發(fā)布NTSC標(biāo)準(zhǔn)，采用CIE的C光源作為基準(zhǔn)白，參考電影放映拷貝色域定義了NTSC色域，可再現(xiàn)47.3%可見光色域（CIE1931xy，下同），并依據(jù)NTSC色域和C光源定義了著名的NTSC亮度方程：Y=0.30R+0.59G+0.11B。不過，符合NTSC色域標(biāo)準(zhǔn)的綠色熒光粉發(fā)光效率太低，用這種熒光粉制造的顯像管亮度不足，而用較高發(fā)光效率綠色熒光粉制造的顯像管物理色域比NTSC色域小，不符合NTSC標(biāo)準(zhǔn)要求。限于當(dāng)時的技術(shù)水平顯示物理色域與亮度性能無法同時兼顧，NTSC色域很快就被熒光粉發(fā)光效率更高的EBU和SMPTE C色域取代，其結(jié)果就是NTSC色域名存實亡。目前，NTSC色域只是作為顯示行業(yè)的參考基準(zhǔn)，以NTSC色域作為100%定義了“彩色再現(xiàn)率”。

1998年Adobe發(fā)布Adobe RGB色域，與NTSC色域幾乎相同（G基色相同），可再現(xiàn)45.2%可見光色域，主要用于計算機顯示器、打印機、印刷行業(yè)。

1966年EBU發(fā)布PAL標(biāo)準(zhǔn)，采用CIE的D光源（D65）為基準(zhǔn)白，定義了EBU（PAL）色域（小色域）；1968年RCA與Conrac發(fā)布SMPTE C色域，采用CIE的D光源（D65）為基準(zhǔn)白，定義了SMPTE C廣播監(jiān)視器色域（小色域）。EBU和SMPTE C色域都是基于高發(fā)光效率熒光粉性能制定的，色域范圍相近，符合這兩種標(biāo)準(zhǔn)的熒光粉發(fā)光效率能夠滿足顯像管的亮度要求（大于100尼特），可再現(xiàn)33.5%可見光色域。EBU和SMPTE C可再現(xiàn)色域比NTSC小，以NTSC為基準(zhǔn)的彩色再現(xiàn)率72%（色域覆蓋率為NTSC的72%），兩者均被ITU-R BT.601標(biāo)準(zhǔn)采納，EBU和SMPTE C色域分別作為625和525行電視的色域成為ITU-R BT.601標(biāo)清數(shù)字電視技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，被稱為BT.601色域。

由于B T.601色域比N T S C色域小，基準(zhǔn)白也不一樣，從技術(shù)上來說應(yīng)該依據(jù)B T.601色域和D65基準(zhǔn)白定義新的亮度方程。以E B U色域和D65基準(zhǔn)白定義的亮度方程應(yīng)為Y=0.2126R+0.7152G+0.0722B，與之后的BT.709高清亮度方程相同。但NTSC亮度方程Y=0.30R+0.59G+0.11B已經(jīng)在電視行業(yè)廣泛使用無法更改，在BT.601標(biāo)準(zhǔn)中只能繼續(xù)沿用NTSC亮度方程。因此在標(biāo)清電視時代雖然色域和基準(zhǔn)白是BT.601，但亮度方程卻是NTSC，用NTSC亮度方程運算解析EBU色域和D65基準(zhǔn)白得到RGB基色和YUV色差信號會出現(xiàn)誤差，這個問題一直到高清才得以糾正。

1990年I T U發(fā)布I T U-R B T.709高清電視標(biāo)準(zhǔn)，采用CIE的D光源（D65）為基準(zhǔn)白，定義了ITU-R BT.709色域，并依據(jù)BT.709色域和D65基準(zhǔn)白定義了BT.709亮度方程Y=0.2126R+0.7152G+0.0722B，這個亮度方程本來應(yīng)該是和BT.601一樣的。與BT.601色域一樣，BT.709色域也是基于高發(fā)光效率熒光粉性能制定的，其色域與BT.601的EBU幾乎相同，可再現(xiàn)33.5%可見光色域，以NTSC為基準(zhǔn)的彩色再現(xiàn)率72%。BT.709色域的R/B與EBU相同，G的y值與EBU相同，x為0.30，是EBU與SMPTE C的x值0.29與0.31的中間值，因此可以把BT.709與BT.601的EBU視為相同的色域。

1996年惠普和微軟發(fā)布sRGB標(biāo)準(zhǔn)，直接采用BT.709技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，色域與BT.709完全相同，主要用于計算機顯示器、打印機、印刷行業(yè)，目前平板電腦、手機等設(shè)備也大多采用sRGB色域。sRGB色域標(biāo)志著計算機行業(yè)全面采用了電視行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，不同行業(yè)的顯示技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)加速融合。

2005年DCI正式發(fā)布V1.0文件，參考電影放映拷貝色域定義了DCI-P3數(shù)字放映機色域，可再現(xiàn)45.5%可見光色域，與NTSC、Adobe RGB一樣，都是“大色域”。

2012年ITU發(fā)布ITU-R BT.2020標(biāo)準(zhǔn)，采用CIE的D光源（D65）為基準(zhǔn)白，定義了BT.2020色域，不再以顯像管熒光粉性能作為制定色域標(biāo)準(zhǔn)的依據(jù)，而是參考了新型顯示器件（如LCD、OLED、激光等）性能，可再現(xiàn)63.3%可見光色域，是目前顯示設(shè)備的最大色域。依據(jù)BT.2020色域和D65基準(zhǔn)白，ITU定義了BT.2020亮度方程Y=0.2627R+0.6780G+0.0593B。

NTSC、Adobe RGB、BT.709/sRGB、DCI-P3、BT.2020都是與設(shè)備有關(guān)的顯示色域，是物理色域。顯示色域都比人眼可見光色域小，在顯示色域的空間中無法制作出超過顯示色域的彩色。在傳輸與制作流程中，使用了一些與設(shè)備無關(guān)、比人眼可見光范圍更大的色域，其典型代表是XYZ與ACES色域。XYZ和ACES的空間大于人眼可見光色域，可以制作和傳輸超過顯示色域的彩色，在傳輸、制作流程中不會損失彩色信息。

XYZ是DCI/SMPTE 428-1文件定義的DCDM（Digital Cinema Distribution Master，數(shù)字影院發(fā)行母版）和DCP（發(fā)行拷貝）傳輸/制作色域，采用理想化的直角坐標(biāo)系，覆蓋范圍最大，與BT.709/2020相比彩色矢量差比較大，空間資源利用率比較低。

ACES（Academy Color Encoding System，學(xué)院彩色編碼系統(tǒng)）是美國電影藝術(shù)與科學(xué)學(xué)院定義的制作色域，比XYZ色域覆蓋范圍小但大于人眼可見光色域，與BT.709/2020相比彩色矢量差比較小，空間資源利用率比XYZ高，已經(jīng)得到主流非線性制作設(shè)備廠商的支持。

與伽瑪匹配類似，拍攝/制作色域必須與顯示色域一致才能正確還原被攝物的彩色，拍攝/制作色域與顯示色域不同時還原的彩色就會出現(xiàn)色調(diào)或色飽和度失真。顯示色域比拍攝色域小時直接的表現(xiàn)就是顯示的彩色飽和度比實際景物彩色飽和度低，顯示色域比拍攝色域大時顯示的彩色飽和度比實際景物彩色飽和度高，只有拍攝與顯示色域相同時顯示的彩色飽和度才與實際景物的彩色飽和度相同。由于不同色域的基色點位置不同，同樣的彩色在不同色域中的色調(diào)也有差別。實際上色域相當(dāng)于度量的標(biāo)尺，只有在拍攝和顯示時使用相同的標(biāo)尺度量彩色時才能得到相同的數(shù)值，相同的彩色用不同刻度的標(biāo)尺度量時得到的數(shù)值是不同的。

影視制作中常說的空間是什么意思？

空間（Space）的概念并沒有嚴(yán)格定義。影視制作行業(yè)談?wù)摽臻g，有時說的是色域，例如BT.709、DCI-P3、BT.2020、XYZ彩色空間等；有時說的是伽瑪，例如線性空間，對數(shù)空間等；有時說的是色域+伽瑪，如DCI-P3色域+DCI伽瑪，XYZ色域+DCI伽瑪，BT.709色域+BT.1886伽瑪，B T.2020色域+H L G伽瑪，ACES色域+線性伽瑪?shù)龋挥袝r說的是色域+伽瑪+峰值亮度，如BT.2020+PQ4000，BT.2020+HLG1000等。如果繼續(xù)細分，還可以把RGB和YUV（YCbCr）也看作不同的空間。

需要說明的是，由于歷史原因，有些專業(yè)詞匯在電影與電視行業(yè)含義是不一樣的。例如在電視行業(yè)，線性（linear）的意思是直線特性的伽瑪，而電影行業(yè)說的線性實際上是電視行業(yè)的電視伽瑪（BT.709或BT.1886），而不是直線特性的伽瑪，所以電影與電視說的線性空間并不是一回事。

實際上，影視制作行業(yè)常說的空間就是拍攝、制作和顯示時的亮度與彩色環(huán)境，拍攝或制作空間與顯示空間匹配時才能正確還原被攝景物的亮度和彩色。例如，電影的放映顯示空間是DCI-P3色域+DCI伽瑪（伽馬值2.6，峰值亮度48尼特），因此電影母版（DCDM）和發(fā)行拷貝（DCP）的空間必須與之匹配，即制作色域DCI-P3，伽馬值1/2.6，制作調(diào)色時使用的投影機或監(jiān)視器顯示空間必須與電影的顯示空間相同。SDR電視的顯示空間是BT.709色域+BT.1886伽瑪（伽馬值2.4，峰值亮度100尼特），因此直播時拍攝空間必須與之匹配，即拍攝色域和伽瑪都是BT.709，制作調(diào)光使用的監(jiān)視器顯示空間必須與SDR電視的顯示空間相同。

對電視的實時直播來說，拍攝和顯示空間完全相同，直播制作不改變亮度和彩色空間，也可以說制作與拍攝空間是相同的，即拍攝、制作和顯示空間相同，這就是電視制作的“所見即所得”流程。對非實時的電影制作來說，在膠片時代拍攝、制作和顯示的空間就不一樣，數(shù)字時代仍然如此，所以電影只是在后期制作的調(diào)色階段對調(diào)色師來說才是“所見即所得”，由于拍攝與顯示空間不同，攝影師在現(xiàn)場監(jiān)視器中看到的圖像亮度層次和彩色與影院中呈現(xiàn)的效果是不一樣的，屬于典型的“所見非所得”流程。

高質(zhì)量電視節(jié)目的錄播制作和電影一樣，也是典型的“所見非所得”流程。在這種非實時的制作流程中可以把拍攝空間看成米，把制作空間看成鍋，輸出的顯示空間就是大小不同的碗。調(diào)色時制作空間這口鍋必須足夠大，即分辨率、量化比特和色域都要比米多比碗大，才能確保不損失亮度和彩色的有效信息；可以用小碗（高清/SDR伽瑪/BT.709色域）、中碗（4K/SDR伽瑪/BT.709或DCI-P3色域）或大碗（4K/HDR/BT.2020或XYZ色域）從制作空間這口大鍋里取得不同信息量的節(jié)目，滿足不同需求。

因為亮度與彩色都是用RGB或YCbCr電平表達的，所以不同的空間實際上就是不同的坐標(biāo)系，每種特定亮度的彩色在不同空間也就是不同坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值是不同的，所謂空間轉(zhuǎn)換就是把某個坐標(biāo)系中的點映射到另外一個坐標(biāo)系獲得新的坐標(biāo)值，本質(zhì)上是矩陣運算的過程。在上述“所見非所得”的制作流程中，首先需要把拍攝素材的空間轉(zhuǎn)換成更大的制作空間，輸出時把圖像從制作空間轉(zhuǎn)換成需要的SDR或HDR空間，或電影空間，才能保證成品節(jié)目圖像的亮度層次和彩色正常。

為什么新型4K電視機顯示的高清SDR畫面比4K HDR看起來更亮？

目前，市場上采用LCD和OLED顯示面板的高清電視機峰值亮度比監(jiān)視器高得多，達到了160至300尼特，支持HDR的新型4K電視機峰值亮度更高，有些達到了400至2000尼特，而SDR與HLG都是相對亮度體系，圖像的最高亮度不但與信號電平相關(guān)還與顯示設(shè)備的峰值亮度相關(guān)，因此電視機峰值亮度越高，顯示相對亮度體系的SDR和HLG畫面時亮度就越高。

新型4K電視機顯示SDR畫面比HDR更亮的原因是目前電視機的亮度設(shè)置對SDR和HDR是一樣的，如果亮度是為觀看HDR圖像設(shè)置的，觀看高清SDR時屏幕就太亮了，如果設(shè)置亮度適合SDR，觀看HDR就太暗，沒有HDR效果了。4K HDR電視機出廠時一般都是為顯示HDR圖像設(shè)置的，由于SDR顯示伽瑪提高亮度時是從暗到亮等比例提升，因此更高峰值亮度的4K電視機顯示高清SDR圖像時亮度比普通高清電視機高得多，也比顯示HDR圖像時的平均亮度更高。

SDR上變換HDR時的顯示參考映射是什么意思？如何應(yīng)用？

上變換是把高清信號從SDR的小空間放進HDR的大空間，雖然SDR與HDR可用的電平資源相同，但HDR空間的亮度和色域坐標(biāo)系都比SDR大，因此上變換不會損失亮度和彩色信息。

S D R上變換H D R時最常用的是場景參考映射（S c e n e Referred mapping，簡稱SR），詳細說明請參考ITU的BT.2390-6報告第10節(jié)。簡單來說，所謂場景參考映射就是以信號電平為基準(zhǔn)。以HLG為例，就是把SDR峰值白的100%電平映射到HLG的75%電平，BT.709伽瑪映射到HLG伽瑪，BT.709色域映射到BT.2020色域。

場景參考映射的特點是把SDR上變換到HDR后再下變換到SDR時，經(jīng)過上、下變換的往返后SDR信號的電平、伽瑪、色域與轉(zhuǎn)換前完全相同，因為下變換時75% HLG電平映射到100% SDR峰值白電平，與上變換時正好相反，伽瑪、色域的映射也是如此，這個特點對SDR/HDR混合制作非常重要。不過，由于HDR監(jiān)視器的峰值亮度比SDR高，所以在SDR監(jiān)視器上顯示亮度100尼特的100%峰值白信號經(jīng)過場景參考映射上變換后，在1000尼特HLG監(jiān)視器上的顯示亮度為203尼特，是SDR監(jiān)視器顯示亮度的2倍。

顯示參考映射（DisplayReferred mapping，簡稱DR）上變換不是以信號電平為基準(zhǔn)，而是以SDR監(jiān)視器的顯示光為基準(zhǔn)。仍然以HLG為例，在SDR監(jiān)視器上顯示亮度100尼特的100%峰值白信號，經(jīng)過顯示參考映射上變換后在1000尼特HLG監(jiān)視器上的顯示亮度仍然是100尼特，與SDR監(jiān)視器相同，與此對應(yīng)的電平為63% HLG，伽瑪、色域的映射也是如此。

采用顯示參考映射的原因是一些大客戶對廣告中圖標(biāo)的亮度和彩色有嚴(yán)格要求。由于目前大多數(shù)廠商制作的廣告都是SDR版，在SDR監(jiān)視器上顯示的這些圖標(biāo)亮度和彩色符合客戶要求，但這些SDR廣告在HDR頻道播出時，用場景參考映射上變換到HDR后圖標(biāo)亮度與SDR監(jiān)視器不同，不符合客戶要求。采用顯示參考映射將SDR廣告上變換后，在HDR監(jiān)視器上圖標(biāo)的亮度和彩色與SDR監(jiān)視器相同，符合這些客戶的要求。

不過，由于用顯示參考映射上變換的HDR信號電平與場景參考映射不同，上變換到HDR后再下變換時，經(jīng)過上、下變換的往返后SDR信號的電平、伽瑪、色域與轉(zhuǎn)換前就不一樣了。因此，場景參考映射只能用于播出線的部分SDR廣告上變換，不能用于SDR/HDR混合制作流程。B&P

（未完待續(xù)）