索尼HDR制作技術(shù)概述

    影視制作發(fā)展的歷史就是不斷地追求更高的圖像質(zhì)量。與圖像質(zhì)量有關(guān)的因素是分辨率、色域、量化精度、幀率和動(dòng)態(tài)范圍，與標(biāo)清相比高清電視通過(guò)提高分辨率提升了圖像質(zhì)量，4K超高清電視不但在分辨率方面超越了高清，還擴(kuò)展了色域、提高了量化精度和幀率，加上最新的高動(dòng)態(tài)范圍（HDR）技術(shù)，4K超高清電視能夠呈現(xiàn)出比高清更驚艷的視覺(jué)效果。

    HDR技術(shù)簡(jiǎn)介

    受拍攝、制作和顯示技術(shù)的影響，影視制作不可能也沒(méi)必要完全再現(xiàn)實(shí)際景物的動(dòng)態(tài)范圍，但與人眼的視覺(jué)特性相比，目前電視系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍還是太小了�，F(xiàn)有電視動(dòng)態(tài)范圍的標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)顯像管性能制定的，而目前顯像管已經(jīng)被淘汰，拍攝、制作和顯示技術(shù)都比顯像管時(shí)代有了長(zhǎng)足的發(fā)展。因此，影視行業(yè)需要制定新的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)提升系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍。

    標(biāo)清時(shí)代早期電視攝像機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍只有150%，之后提高到了300%、600%，能夠再現(xiàn)的光比約為1,000:1，相當(dāng)于10檔光圈寬容度，高清時(shí)代亦然。標(biāo)清和高清顯像管監(jiān)視器的標(biāo)準(zhǔn)亮度為100尼特（cd/m2），對(duì)比度大于1,000:1，顯像管伽瑪（EOTF，電光轉(zhuǎn)換特性）2.4（ITU-R BT.1886），與顯像管伽瑪相對(duì)應(yīng)的電視伽瑪（OETF，光電轉(zhuǎn)換特性）配合攝像機(jī)拐點(diǎn)/斜率支持的寬容度傳輸能力1,000:1。在現(xiàn)有的電視系統(tǒng)中，拍攝、制作、傳輸和顯示的寬容度均為1,000:1，10檔光圈。

    根據(jù)ITU（國(guó)際電聯(lián)）、EBU（歐廣聯(lián)）、SMPTE（美國(guó)電影電視工程師協(xié)會(huì)）和ARIB（日本電波產(chǎn)業(yè)會(huì)）等國(guó)際、地區(qū)和國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)化組織研究建議，HDR的目標(biāo)是把電視系統(tǒng)的寬容度從1,000:1提高兩個(gè)數(shù)量級(jí)達(dá)到100,000:1，相當(dāng)于從10檔光圈提高到16.7檔，達(dá)到與人眼瞳孔無(wú)調(diào)節(jié)時(shí)相當(dāng)?shù)某潭取?/P>

    近年來(lái)數(shù)字?jǐn)z影機(jī)大量應(yīng)用于電影拍攝，為了實(shí)現(xiàn)與彩色負(fù)片相同的寬容度性能，35mm全畫(huà)幅成像器件的寬容度已經(jīng)超過(guò)了14檔光圈。最新的OLED顯示屏亮度達(dá)到了1,000尼特，對(duì)比度超過(guò)1,000,000:1（20檔光圈），配置了動(dòng)態(tài)背光技術(shù)的液晶顯示屏亮度達(dá)到了4,000尼特，對(duì)比度超過(guò)10,000:1。目前，在拍攝和顯示技術(shù)方面已經(jīng)達(dá)到或接近了HDR的要求，但現(xiàn)有的顯像管伽瑪（EOTF）和電視伽瑪（OETF）配合攝像機(jī)拐點(diǎn)/斜率支持的寬容度傳輸能力只有1,000:1，成了實(shí)現(xiàn)HDR的瓶頸。

    HDR就是在提高了拍攝和顯示動(dòng)態(tài)范圍的基礎(chǔ)上采用新的OETF和EOTF，用更高的量化精度把電視系統(tǒng)表達(dá)寬容度的能力提升到100,000:1，并兼容現(xiàn)有的SDR（標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)態(tài)范圍）收看設(shè)備。

    簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，HDR就是建立了一個(gè)比SDR更大的坐標(biāo)系，以再現(xiàn)更大的色域和更高的亮度動(dòng)態(tài)范圍。

    顯示設(shè)備的EOTF是指數(shù)特性，制作系統(tǒng)的OETF是對(duì)數(shù)特性，OETF利用人眼的非線性對(duì)數(shù)特性對(duì)動(dòng)態(tài)范圍進(jìn)行壓縮以節(jié)省傳輸資源，EOTF對(duì)被OETF壓縮了動(dòng)態(tài)范圍進(jìn)行擴(kuò)展，兩種曲線的方向相反，必須成對(duì)配合使用，才能再現(xiàn)正確的灰度和彩色。目前，很多廠家、研究和廣播機(jī)構(gòu)提出了多種用于HDR播出、發(fā)行的EOTF，其中兩種被市場(chǎng)廣泛接受，一種是杜比公司建議的PQ，已經(jīng)成為SMPTE ST2084標(biāo)準(zhǔn)，另一種是NHK與BBC建議的HLG（Hybrid Log-Gamma），正在申請(qǐng)成為ITU-R標(biāo)準(zhǔn)。

    在美國(guó)，OTT和演播室表演類節(jié)目（電影和連續(xù)�。┮�領(lǐng)了HDR發(fā)展，根據(jù)CEA（Consumer Electronics Association，美國(guó)消費(fèi)電子產(chǎn)品協(xié)會(huì)）發(fā)布的規(guī)范，其播出格式為HDR10，即10比特量化、4:2:0取樣、R.2020色域，EOTF采用PQ（SMPTE ST 2084），SDR兼容方案為Dolby Vision；歐洲推動(dòng)HDR發(fā)展的主要是衛(wèi)星和實(shí)況直播體育節(jié)目，SDR向下兼容性受到高度重視，因此EOTF優(yōu)先考慮采用兼容性好的HLG（Hybrid Log Gamma）；日本的狀況與歐洲類似。

    索尼HDR制作

    由于播出、發(fā)行的EOTF至少有兩種選擇，因此制作HDR電視節(jié)目時(shí)無(wú)論選擇哪種做母版都有風(fēng)險(xiǎn)，有必要引入與EOTF/OETF無(wú)關(guān)的中間母版（Mezzanine Master）制作格式�；�于影視制作的豐富經(jīng)驗(yàn)，索尼建議采用S-Log3作為HDR的制作母版。S-Log3預(yù)留了4,000%的動(dòng)態(tài)范圍，與Cineon對(duì)數(shù)伽瑪幾乎完全相同，便于調(diào)色，非常適合10比特HDR電視母版制作和HDR直播。

    索尼所有專業(yè)4K攝像機(jī)/攝影機(jī)都支持HDR拍攝，采用4K OLED顯示屏的BVM-X300監(jiān)視器支持大部分主流HDR的EOTF和R.2020超高清色域，HDR模式時(shí)最高亮度1,000尼特，對(duì)比度大于1,000,000:1，能夠滿足各種4K HDR節(jié)目的制作需求。