论文部分内容阅读
首先向大家道歉。上期连载最后的问答“HDR转换需要注意什么问题？”部分内容表达不准确，相关内容请以本期连载为准。
HDR转换的场景参考映射（S R）与显示参考映射（DR）有什么差别？
先看看SDR的伽玛特性。目前使用的SDR系统伽玛OOTF并不是线性的，SDR电视的OETF与EOTF不是互逆的关系，拍摄与显示伽玛不互为反函数。BT.709拍摄伽玛（OETF）近似值为0.5，BT.1886显示伽玛（EOTF）为2.4，系统伽玛（OOTF）近似值为0.5×2.4 = 1.2：
再看看HLG的伽玛特性。HLG沿用了SDR的OOTF特性，其OETF与EOTF不是互逆的关系，拍摄与显示伽玛不互为反函数。因为HLG的系统伽玛OOTF不是线性的1而是非线性的1.2，所以监视器显示图像的对比度、彩色饱和度比场景高，出现了灰度失真，但观众接受、习惯并喜欢这种SDR时代延续至今、具有美化功能的OOTF特性：
HLG OOTF=HLG OETF×HLG EOTF= 1.2（指数为1.2的幂函数）
·SDR上转换HDR时SR与DR的差别
SDR上转换HDR时，首先把非线性的SDR信号转换成线性光信号，由于SDR的OOTF是非线性的1.2，场景光与显示光的对比度、彩色饱和度存在差异。用BT.709 拍摄伽玛的反函数BT.709 OETF-1把非线性SDR信号转换为线性光信号就是SR，其对比度、彩色饱和度与拍摄场景相同；用BT.1886 EOTF显示伽玛把非线性SDR信号转换为线性光信号就是DR，其对比度、彩色饱和度与SDR监视器显示图像相同，比拍摄场景高。
可以把SDR上转换HLG想象为用“HLG摄像机拍摄SDR画面”：拍摄实际场景就是SR，拍摄监视器就是DR。
·HDR下轉换SDR时SR与DR的差别
HDR下转换SDR时，首先把非线性的HDR信号转换成线性光信号，由于HLG的OOTF是非线性的1.2，场景光与显示光的对比度、彩色饱和度存在差异。用HLG 拍摄伽玛的反函数HLG OETF-1把非线性HLG信号转换为线性光信号就是SR，其对比度、彩色饱和度与拍摄场景相同，用HLG EOTF显示伽玛把非线性HLG信号转换为线性光信号就是DR，其对比度、彩色饱和度与HLG监视器显示图像相同，比拍摄场景高。
同样地，可以把HLG下转换SDR想象为用“SDR摄像机拍摄HLG画面”：拍摄实际场景就是SR，拍摄监视器就是DR。
SR下转换时HLG OOTF=HLG OETF×HLG OETF-1=1，相当于用“SDR摄像机拍摄现场场景”，然后用SDR OETF把线性光信号转换成非线性SDR信号，SDR监视器或电视机中内置的SDR EOTF把非线性SDR信号转换成显示光，SDR OOTF=SDR OETF×SDR EOTF=1.2，显示的SDR图像对比度和彩色饱和度比实际场景高，总系统伽玛=HLG OOTF×SDR OOTF=1×1.2=1.2，保留了转换后SDR的OOTF。
DR下转换时HLG OOTF = HLG OETF×HLG EOTF=1.2，相当于用“SDR摄像机拍摄HLG监视器”，然后用SDR的BT.1886 EOTF-1把与HLG监视器对比度、饱和度相同的线性光信号转换成非线性的SDR信号，SDR监视器或电视机中内置的SDRBT.1886 EOTF把非线性的SDR信号转换成显示光，SDR OOTF=SDR EOTF-1×SDR E OT F=BT.1886 E OT F-1×BT.1886 EOTF=1，总系统伽玛=SDR OOTF×HLG OOTF=1.2×1=1.2，保留了转换前HLG的OOTF。
DR下转换时HLG OOTF =1.2，因此不能用SDR OETF把线性光信号转换成非线性S D R信号，因为SDR OETF×SDR EOTF=1.2，这样总系统伽玛=SDR OOTF×HLG OOTF=1.2×1.2=1.44，不符合总系统伽玛=1.2的基本规则，必须用SDR EOTF-1抵消SDR监视器或电视机中内置的SDR EOTF，保留转换前的HLG OOTF。
·HDR转换时DR与SR的差别
虽然SDR与HLG的O OTF都是1.2，但SDR监视器的峰值亮度是100尼特，HLG监视器的峰值亮度1000尼特，是SDR的10倍，因此同样的非线性特性在低亮度的SDR监视器上对对比度和饱和度的影响比高亮度的HLG监视器更大。换言之，HDR转换后保留SDR OOTF时图像的对比度和饱和度会比保留HLG OOTF时高。由于彩色图像的对比度和饱和度同时改变时人眼对彩色的变化更敏感，直观感觉就是HDR转换后保留SDR OOTF时彩色饱和度更高，这可以从理论计算和客观测试、主观评价得到验证。 根据ITU的BT.2390和2408建议，HLG与SDR互转时以75%HLG映射100%SDR电平为基准，不做任何黑电平、白电平、饱和度调整时：
◆ 上转换
DR上转换的HLG图像与原SDR图像观感相同，SR上转换的HLG图像与原SDR图像观感有差别，上转换后SR比DR彩色饱和度低一些。这是因为SR上转换时保留了HLG OOTF饱和度下降，DR上转换时保留了SDR OOTF饱和度不变，所以上转换后DR的饱和度比SR高。
◆ 下转换
DR下转换的SDR图像与原HLG图像观感相同，SR下转换的SDR图像与原HLG圖像观感有差别，下转换后SR比DR的彩色饱和度高一些。这是因为 SR下转换时保留了SDR OOTF饱和度上升，DR下转换时保留了HLG OOTF饱和度不变，所以下转换后SR的饱和度比DR高。
◆ 往返转换
DR上转换+DR下转换：与原始SDR图像相比无变化。这是因为DR上转换时保留了SDR OOTF饱和度不变，DR下转换时保留了HLG OOTF饱和度不变，上、下转换时饱和度都没有变化，所以DR往返转换后饱和度不变。
SR上转换+SR下转换：与原始SDR图像相比无变化。这是因为SR上转换时保留了HLG OOTF饱和度下降，SR下转换时保留了SDR OOTF饱和度上升，SR下转换时提高的饱和度补偿了SR上转换时降低的饱和度，所以SR往返转换后饱和度没有变化。
SR上转换+DR下转换：与原始SDR图像相比饱和度降低，色调略有变化。这是因为SR上转换时保留了HLG OOTF饱和度下降，DR下转换时保留了HLG OOTF饱和度不变，所以往返转换后饱和度降低。
DR上转换+SR下转换：与原始SDR图像相比饱和度增加，色调略有变化。这是因为DR上转换时保留了SDR OOTF饱和度不变，SR下转换时保留了SDR OOTF饱和度上升，所以往返转换后饱和度上升。
实际制作时HLG与SDR的映射电平关系可能会基于ITU的建议略作调整，但只要上、下转换的映射关系相同，上述结论不变。B&P
（ 未完待续）
特别感谢广科院周芸女士为本期连载提供的HDR转换彩条插图。这些彩条都是根据BT.2390和BT.2087等ITU标准推荐的HDR转换计算方法得到的，使SR与DR转换的差别更形象。
HDR转换的场景参考映射（S R）与显示参考映射（DR）有什么差别？
先看看SDR的伽玛特性。目前使用的SDR系统伽玛OOTF并不是线性的，SDR电视的OETF与EOTF不是互逆的关系，拍摄与显示伽玛不互为反函数。BT.709拍摄伽玛（OETF）近似值为0.5，BT.1886显示伽玛（EOTF）为2.4，系统伽玛（OOTF）近似值为0.5×2.4 = 1.2：
再看看HLG的伽玛特性。HLG沿用了SDR的OOTF特性，其OETF与EOTF不是互逆的关系，拍摄与显示伽玛不互为反函数。因为HLG的系统伽玛OOTF不是线性的1而是非线性的1.2，所以监视器显示图像的对比度、彩色饱和度比场景高，出现了灰度失真，但观众接受、习惯并喜欢这种SDR时代延续至今、具有美化功能的OOTF特性：
HLG OOTF=HLG OETF×HLG EOTF= 1.2（指数为1.2的幂函数）
·SDR上转换HDR时SR与DR的差别
SDR上转换HDR时，首先把非线性的SDR信号转换成线性光信号，由于SDR的OOTF是非线性的1.2，场景光与显示光的对比度、彩色饱和度存在差异。用BT.709 拍摄伽玛的反函数BT.709 OETF-1把非线性SDR信号转换为线性光信号就是SR，其对比度、彩色饱和度与拍摄场景相同；用BT.1886 EOTF显示伽玛把非线性SDR信号转换为线性光信号就是DR，其对比度、彩色饱和度与SDR监视器显示图像相同，比拍摄场景高。
可以把SDR上转换HLG想象为用“HLG摄像机拍摄SDR画面”：拍摄实际场景就是SR，拍摄监视器就是DR。
·HDR下轉换SDR时SR与DR的差别
HDR下转换SDR时，首先把非线性的HDR信号转换成线性光信号，由于HLG的OOTF是非线性的1.2，场景光与显示光的对比度、彩色饱和度存在差异。用HLG 拍摄伽玛的反函数HLG OETF-1把非线性HLG信号转换为线性光信号就是SR，其对比度、彩色饱和度与拍摄场景相同，用HLG EOTF显示伽玛把非线性HLG信号转换为线性光信号就是DR，其对比度、彩色饱和度与HLG监视器显示图像相同，比拍摄场景高。
同样地，可以把HLG下转换SDR想象为用“SDR摄像机拍摄HLG画面”：拍摄实际场景就是SR，拍摄监视器就是DR。
SR下转换时HLG OOTF=HLG OETF×HLG OETF-1=1，相当于用“SDR摄像机拍摄现场场景”，然后用SDR OETF把线性光信号转换成非线性SDR信号，SDR监视器或电视机中内置的SDR EOTF把非线性SDR信号转换成显示光，SDR OOTF=SDR OETF×SDR EOTF=1.2，显示的SDR图像对比度和彩色饱和度比实际场景高，总系统伽玛=HLG OOTF×SDR OOTF=1×1.2=1.2，保留了转换后SDR的OOTF。
DR下转换时HLG OOTF = HLG OETF×HLG EOTF=1.2，相当于用“SDR摄像机拍摄HLG监视器”，然后用SDR的BT.1886 EOTF-1把与HLG监视器对比度、饱和度相同的线性光信号转换成非线性的SDR信号，SDR监视器或电视机中内置的SDRBT.1886 EOTF把非线性的SDR信号转换成显示光，SDR OOTF=SDR EOTF-1×SDR E OT F=BT.1886 E OT F-1×BT.1886 EOTF=1，总系统伽玛=SDR OOTF×HLG OOTF=1.2×1=1.2，保留了转换前HLG的OOTF。
DR下转换时HLG OOTF =1.2，因此不能用SDR OETF把线性光信号转换成非线性S D R信号，因为SDR OETF×SDR EOTF=1.2，这样总系统伽玛=SDR OOTF×HLG OOTF=1.2×1.2=1.44，不符合总系统伽玛=1.2的基本规则，必须用SDR EOTF-1抵消SDR监视器或电视机中内置的SDR EOTF，保留转换前的HLG OOTF。
·HDR转换时DR与SR的差别
虽然SDR与HLG的O OTF都是1.2，但SDR监视器的峰值亮度是100尼特，HLG监视器的峰值亮度1000尼特，是SDR的10倍，因此同样的非线性特性在低亮度的SDR监视器上对对比度和饱和度的影响比高亮度的HLG监视器更大。换言之，HDR转换后保留SDR OOTF时图像的对比度和饱和度会比保留HLG OOTF时高。由于彩色图像的对比度和饱和度同时改变时人眼对彩色的变化更敏感，直观感觉就是HDR转换后保留SDR OOTF时彩色饱和度更高，这可以从理论计算和客观测试、主观评价得到验证。 根据ITU的BT.2390和2408建议，HLG与SDR互转时以75%HLG映射100%SDR电平为基准，不做任何黑电平、白电平、饱和度调整时：
◆ 上转换
DR上转换的HLG图像与原SDR图像观感相同，SR上转换的HLG图像与原SDR图像观感有差别，上转换后SR比DR彩色饱和度低一些。这是因为SR上转换时保留了HLG OOTF饱和度下降，DR上转换时保留了SDR OOTF饱和度不变，所以上转换后DR的饱和度比SR高。
◆ 下转换
DR下转换的SDR图像与原HLG图像观感相同，SR下转换的SDR图像与原HLG圖像观感有差别，下转换后SR比DR的彩色饱和度高一些。这是因为 SR下转换时保留了SDR OOTF饱和度上升，DR下转换时保留了HLG OOTF饱和度不变，所以下转换后SR的饱和度比DR高。
◆ 往返转换
DR上转换+DR下转换：与原始SDR图像相比无变化。这是因为DR上转换时保留了SDR OOTF饱和度不变，DR下转换时保留了HLG OOTF饱和度不变，上、下转换时饱和度都没有变化，所以DR往返转换后饱和度不变。
SR上转换+SR下转换：与原始SDR图像相比无变化。这是因为SR上转换时保留了HLG OOTF饱和度下降，SR下转换时保留了SDR OOTF饱和度上升，SR下转换时提高的饱和度补偿了SR上转换时降低的饱和度，所以SR往返转换后饱和度没有变化。
SR上转换+DR下转换：与原始SDR图像相比饱和度降低，色调略有变化。这是因为SR上转换时保留了HLG OOTF饱和度下降，DR下转换时保留了HLG OOTF饱和度不变，所以往返转换后饱和度降低。
DR上转换+SR下转换：与原始SDR图像相比饱和度增加，色调略有变化。这是因为DR上转换时保留了SDR OOTF饱和度不变，SR下转换时保留了SDR OOTF饱和度上升，所以往返转换后饱和度上升。
实际制作时HLG与SDR的映射电平关系可能会基于ITU的建议略作调整，但只要上、下转换的映射关系相同，上述结论不变。B&P
（ 未完待续）
特别感谢广科院周芸女士为本期连载提供的HDR转换彩条插图。这些彩条都是根据BT.2390和BT.2087等ITU标准推荐的HDR转换计算方法得到的，使SR与DR转换的差别更形象。