HDR主要标准
HDR技术涉及到采集、加工、传输、呈现等视频流程上的多个环节。
HDR技术包含两个重要方面,第一个是内容制作,第二个是分发与显示。
内容制作方面,HDR电视的视频源与传统视频源的摄影设备存在区别。
在内容分发领域中,在内容分发方面
在内容显示方面(也就是所谓的动态范围),HDR电视能够呈现出更大的范围(即更高的峰值亮度)。与普通电视产品相比,在动态范围和对比度方面均表现出色。
HDR相关技术组织领域
HDR中的色彩校正曲线: 调光函数以及附加信息构成了 HDR 标准体系中的重要元素。
考虑到HDR文件具有较长的编码长度,在光电转化的过程中通常能够较为精确地将场景中的亮度信息存储于图像编码之中;因此这一技术的重点主要关注于图像从编码到显示设备电光转化的过程;其中的关键步骤是由电光转化函数(EOTF)负责处理
各显示设备具有各自独特的EOTF曲线。
通过HDR技术实现显示设备亮度达到1000nits,在图像处理过程中仅对Gamma曲线进行10倍的拉伸将会导致图像呈现明显的块状和环状瑕疵现象。针对这一问题存在两种不同的解决方案从而导致两类不同的HDR EOTF曲线生成。综上所述,在实际应用中需要综合考虑多方面的因素来实现最优的解决方案。
PQ曲线(SMPTE ST 2084)
在SMPTE标准ST 2084中所定义的EOTF曲线上并未遵循前一种基于相对亮度的量化方法。相反,在该标准下采用了基于绝对亮度值的具体计算方法来实现对显示特性的描述。
ST 2084标准中作为EOTF曲线的依据,在应对未来技术需求的同时,建立了从0.000\text{ }{}^{n}\text{its}到1\text{ }{}^{4}\text{nits}范围内的映射关系。
该编码方案采用了一种将每个视频编码统一至所有显示设备的统一亮度级别(如采用10bits时的691码字始终对应500nits的亮度表现)。
由于人眼在低光环境中的感知度较高,在这种情况下适当增加编码数量能够显著提升视觉体验效果;而在高亮区由于人眼的感知度较低,则无需过多编码即可达到良好的显示效果。
通过PQ曲线映射处理后,显示的对比度值低于原始场景的对比度值。为了改善这一现象,在SMPTE ST 2084规定的PQ体系中,采用OOTF算法对高亮和低亮区域的亮度进行压缩处理,并同时提升中间灰度区间的对比度。在SMPTE ST 2084规定的PQ体系中,在整个拍摄制作阶段实施OO T F过程以实现亮度调整。
HLG曲线(Hybrid Log Gamma)
由于PQ曲线的设计思路与传统Gamma曲线完全不同,因此,PQ曲线不能向下兼容传统的SDR视频的编码。
HLG曲线的优势在于它能够兼容SDR图像的编码。当一个传统显示设备接收到视频信号时,它可以使用传统的Gamma曲线将视频显示为SDR视频。而一个HDR显示设备能够将视频信号通过HLG曲线转换为HDR视频。
HLG曲线是运营商为了节约传输成本而做出的妥协,它能够很好地兼容SDR与HDR的数据,但会使得两种视频的观看体验都无法达到最佳。
为了实现对SDR的兼容,HLG曲线在低亮度区域的映射曲线就是传统的Gamma曲线,而在高亮度区域使用对数曲线进行映射。
HDR元数据规范:
HDR的元数据分为静态元数据与动态元数据两类。
静态元数据中记录了HDR格式内容的颜色信息和亮度信息。
动态元数据不包括每个画面的绝对亮度和色彩,在时间轴上传输色彩变化和明暗变化。
这种方法的优点在于大幅减少网络带宽消耗。
HDR内容存储与分发标准体系: HDR流程一般可分为两个主要阶段。其中一部分主要涉及母带的制作过程;另一部分则专注于内容的分发与回放操作。
HDR10,Dolby Vision,BBC/NHK HLG
HDR10
HDR10格式的设计目的,是为了建立一个“最低限度”的HDR标准。
该标准涉及HDR10格式的传输与回放规范。其中规定重放色域采用BT.2020色域方案;其EOTF曲线采用基于SMPTE ST 2084(PQ)曲线的标准;并包含关键信息如静态元数据遵循SMPTE ST 2086标准;视频格式的整体位深设定为1位?
ST 2086标准作为静态元数据的一种形式,在其定义中包含了最小值、中间值和最大值等关键参数,并将其传递给显示装置进行处理。当所选显示装置的技术规格低于基准设定时,在接收这些元数据后会相应地压缩其色域及明度数值以适应自身的工作环境。
Dolby Vision Dolby Vision是一项先进的HDR技术标准。Dolby Vision设备能够支持向下兼容HDR10格式的High Dynamic Range files以及Standard Definition files。
采用 Dolby Vision 标准进行编码与播放规范。其中具体参数如下:
- 播放色彩域为 BT.2020
- 调光函数曲线采用 SMPTE ST 2084(PQ)曲线
- 最高显示亮度为 1 万尼特
英国广播公司与日本放送协会则共同制定了基于Hoch色度曲线的高动态范围(HDR)技术标准。
该标准通过应用Hoch作为OETF函数和将色域转换为BT.2020空间的方式处理原始拍摄素材。
通过这种系统的方法进行处理后即可生成相应的Hoch母带文件。
基于HLG的色彩还原与传输规范中规定:采用BT.2020标准作为重放时的颜色还原基准。图像处理中的EOTF曲线采用逆向设计策略,并结合原点输出函数(OOTF)进行处理。该图像文件的元数据信息未做额外标记或存储。该图像采用10位深度编码方案以确保信息完整性。
