色彩断层,真的怪 8bit 色深吗?

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色彩断层,真的怪 8bit 色深吗?

2023-11-11 08:41| 来源: 网络整理| 查看: 265

视频断层最简单的办法是提升码率。

作为一个色彩码农,我从事印前和ISP优化,我可以谈谈这个看法和原理。这貌似是一个数学/生物的综合性问题,我可以简单的说一下原理,希望您不要被这个困扰。因为这个问题网上胡说八道的很多,毕竟很少有人能深入实际的码农做具体、实际而具象的操作。我会简单说一下理论体系,并给出实际的解决方案。

色彩断层貌似是“一个数学/生物的综合性问题”,但归根结底是一个“数字信号”的处理问题,或者是一个“数学问题”。只有数学问题,才在编程上得以具象的感知。我说一下观点:

一般来说(注意限定词),或者说对非专业的消费者来说,8bit不是色彩断层的主因。对于人眼的生物特性来说,对于印刷制品的“反光类”比如纸制品、任何的油漆和静物,只需要6bit;而对普通显示器来说,这类“发光类”的场景,才需要7-8bit;只有在暗室的发光类场景(影院类),这类HDR场景才需要8-10bit。简单总结:对人眼来说,只要:纸质印刷品6bit;SDR静态照片8bit;HDR高动态视频10bit。就能达到人眼无法分辨的灰度渐变需求。而对于“编辑”这类中间处理环节,中间位宽bit depth要高于“显示位宽”。也就是说,ACR的图片导入最好是16bit。

举个实际的应用场景。字幕组需要叠加字幕到原片,但原片都是8bit的视频。为了保持高画质,字幕组一般都是导入到10bit or 12bit 工作流。在高bit工作流中叠加字幕,编辑视频。最后输出的时候,再输出 8bit 视频。使用10bit 编辑要比8bit的编辑损失小(数学上)。

有的同学会说现在原生10bit屏幕的问题。其实原生10bit屏幕根本不是色彩断层的主因,8bit屏幕是不会色彩断层的主因。而且,对于应用程序来说,原声10bit一般需要用到显卡加速的视频。也就是说,对于大部分场景的GDI/Still Image的操作,10bit是没有用武之地的,即便用户购买的是10bit屏幕。

数码摄影的处理有三个场景,输入、编辑、输出。8bit在最终输出上,是不会产生问题的,产生问题的原因在“编辑”。8bit是一个非常不确切的通俗说法,其实影响8bit的还有色域范围、编码格式等因素。但一般而言,无论是照片还是视频,只要不是HDR的超大动态输出,大部分条件下8bit都不会在输出端产生“色彩断层”。也就是说,JPG的8bit高画质输出,一般不会出现色彩断层。

至于视频中出现“断层”绝大部分是“压缩”导致的问题。由于视频的压缩比较复杂,我们借用JPG的压缩来说明,其原理是一样的。

假设我们有三种文件:

拍摄的原始RAW/DNG文件;编辑的TIFF文件(16bit);显示的png(无损8bit)或 JPG(有损压缩8bit)

色彩断层,一般容易出现在单色的渐变上,比如天空、摄影棚的纯色背景。其原因有两点:1.不正确粗放的调色过程;2.JPG的压缩参数。其中主要的情况是后者——过于激进的压缩参数。

如果是原因1(粗放的后期调色),那么输出的8bit无损png文件都会存在色彩断层,那么就和JPG无关了。此时即便用户使用最高级的JPG压缩,也会存在色彩断层,有些旁门左道会用噪点或高斯模糊搪塞,其实主要原因是“粗放不安全的后期操作”。

如果是相机直出的话,那么就不会出现原因1。所以,这就是为什么相机直出的JPG几乎没有色彩断层的原因。很多人误以为ISP加噪点和加味精涂抹,这是不理解算法。因为码农在操作原始RAW数据的时候,一般都是保守的,使得数据精度损失非常小。也就不容易有“色彩断层”了。

常见的“色彩断层”就是原因2——JPG的压缩参数。

原始JPG图片,大约3M

上图是原始JPG图片,看了下应该是直出的。压缩的矩阵如下:

" 2 2 2 2 2 2 2 2" " 2 2 2 2 2 2 5 3" " 2 2 2 5 3 10 6 10" " 2 2 5 5 6 10 10 10" " 2 2 3 6 10 10 10 10" " 2 2 10 10 10 10 10 10" " 2 5 6 10 10 10 10 10" " 2 3 10 10 10 10 10 10"

下图是压缩的图片[1],除了天空有色彩断层,其他相差不大。原始图片大小3M,压缩版只有600K,压缩版只有原始JPG图片的20%。

高压缩JPG,大小600K

压缩版的优化矩阵QDT

" 32 32 32 32 32 32 32 32" " 32 22 24 28 24 20 32 28" " 32 24 24 32 26 36 32 48" " 32 28 32 28 32 80 44 98" " 32 24 26 32 52 48 58 122" " 32 20 36 80 48 80 114 144" " 32 32 32 44 58 114 184 110" " 32 28 48 98 122 144 110 196"

其中优化矩阵还分为亮度/色度矩阵。数字越大越容易出现色彩断层,但压缩率越高。

所以,色彩断层,和8bit最终输出保存没有关系,但和8bit中间编辑大有关系。[2]

【End】

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增补:有评论希望展开说说“粗放的后期调色”具体指哪些操作。这涉及一些数学原理,比较枯燥。我就说几点:

中间的编辑状态照片保持16bit,视频大于8bit。注意饱和度调整,不要乱拉饱和度。正确定义黑白场。

给大家一个资料《安全的调色》说的就是这个,作者是中国最顶级的数字色彩专家 @林诒洪 老师。或者大家去看看 @巫师后期 的一些教程。这两位有个共同点,都是雷达无线电数字信号的专业出身。

安全的调色流程_1安全的调色流程_2照片黑白场_1照片黑白场_2

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修改记录:

2022-04-24 增加了10bit屏幕的解释。2022-04-27 增加了"粗放的后期调色具体指哪些操作"的解释和应对。2023-09-25 增加了压缩图片的出处参考^压缩图片源自 https://www.zhihu.com/question/529068839/answer/2450521854^安全的调色流程 https://xueshu.baidu.com/usercenter/paper/show?paperid=253408b6129edb5a1df0acefebaebf49


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