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By NOOOOOB_GUY 

HDR已经成为影响我们观看体验的、最常提到的新技术之一，它将高分辨率（名义上是4K+8K）、高动态范围（通过PQ–量化感知，或HLG-混合对数伽马）以及宽色域（Rec2020）相结合。

HDR

HDR经历了一个艰难的开端，因为不同的显示器制造商基于HDR10、HDR10+、杜比视界和HLG等技术定义了自己的HDR规范。

作为回应，UHD联盟发布了一个被称为“Ultra HD Premium”的明确的（目前）超高清规范，而Eurofins推出了他们的4K HDR Ultra HD Logo计划，同时还有更多的认证标准涌现出来，而且还有更多的标准承诺会出现。

此外，HDR规范的各个方面可以并且经常被单独使用。例如，没有禁止标准色域显示器（Rec709）与标准高清甚至标准清晰度分辨率一样使用具有高对比度范围的HDREOTF。

HDR的问题在于普通人普遍缺乏对HDR技术方面的理解，以及这些技术实际上对最终观看的图像意味着什么。本页面重点介绍了一些这样的问题，并试图解释它们潜在的优点和问题。

PQ&HLG

本页面讨论的一些问题包括：

HDR-不仅仅是更亮

绝对和相对-观看环境

元数据-为什么需要它？

基于PQ的HDR-杜比视界、HDR10和HDR10+

HLGHDR-BBC

HDR-现实和相关问题

WCG-广色域

UHD-分辨率

注意：PQ HDR定义了HDR10、HDR10+和Dolby Vision，因为它们都使用相同的目标色彩空间——Rec2020色域，并采用相同的PQ EOTF。因此，所有这些的校准基本上是相同的。基于HLG的HDR则不同。

HDR-不仅仅是更亮

关于HDR的最大误解在于它并不是试图使整张图像更亮，很不幸这似乎是一种常见的误解，而是旨在为光谱上高光细节（例如铬反射、太阳照射的云、火焰、爆炸、灯泡丝等）提供额外的亮度余量。

显然，在调色过程中，调色师/摄影指导以及其他任何对最终图像风格有影响的人都可以自行使用扩展的亮度范围。但是，偏离了与SDR保持平均图像信号水平一致性的要求，会产生意想不到的结果，并且最终观众觉得图像质量较差。

HDR–对图像信号水平真正的意义

以下内容直接从ST2038(PQ EOTF)规范中摘录。

基于PQ的ST2084HDR规范最初将参考白（也称为漫反射白）定义为约100尼特左右，这基本上与SDR（标准动态范围）显示器相同，如在操控一级调色操作中指定。使用PQHDR时，预计仅将超过100尼特的亮度用于表现高光细节。这意味着对于大多数图像来说，PQHDR显示器的平均画面信号水平（Average Picture Level, APL）与SDR显示器没有显著差异。

然而，对基于PQ的HDR图像的后续评估表明，使用约200尼特的漫反射白可以获得相对更好的图像鲜果。自那时起，ITUBT.2408规范已采用此规格（实际上是203尼特），漫反射白为完整PQ信号（输入）电平的58％。

BBC的HLG HDR标准将输入码值范围的75%用作为漫反射白，这显然是一个“可变输出尼特(output nit variable)”值，因为HLG标准是一种“相对”标准，而不像PQ那样是“绝对”标准。这与现有的SDR标准是一致的，在大多数家庭的客厅中，为了方便在白天观看，需要在更高的峰值亮度水平下达到峰值白色，所以这是一种常见做法。

尽管HLG漫反射白的实际的nit值将随着显示器的峰值亮度而变化，但1000nit的显示器会在大约200nits左右作为漫反射白，类似于基于PQ的HDR，而5000nit的HLG显示器会在550nits左右作为漫反射白，具体取决于系统伽马（有关HLG系统伽马的信息请参见后文）。

因此，事实上，HDR主要应当是增加现有SDR显示器的亮度范围，以便在图像的更亮区域中可以看到更多的细节，而现有的SDR图像只能简单地进行裁切、或做柔切来看到图像细节。

以下直方图是SDR（标准动态范围）图像与其PQHDR等效图之间差异的简化视图。

请注意，SDR和ST2084HDR图像之间的平均画面信号水平（APL）大致保持一致，只是对比度范围和高光水平增加了。

如果理解了HDR的漫反射白，通过基于额外的亮度范围来创造高光，则将实现HDR的真正潜力。

绝对vs.相对——PQvs.HLG

我们在家看电视时，已经习惯了将电视的峰值亮度设置为适应房间环境（通常是客厅）。显然，这忽略了那些拥有真正家庭影院设备和环境控制能力的影音发烧友，但对于普通家庭的观众来说，这是再常见不过了。

虽然我们知道和理解为什么SDR调色时显示设备被校准到100尼特，而且我们也知道它将被放置在一个受控的调色环境中，多余的环境光很少。SDR基于伽马显示的优越性在于，可以简单地使电视更亮，以克服不可控制的、受“污染”的环境光照，包括使用不同的伽马值来实现。

PQHDR在家庭观看中经常被忽视的潜在问题之一是，由于标准是绝对的，因此无法增加显示器的光输出以克服周围房间的光照水平——峰值亮度无法增加，固定的伽马（EOTF）曲线也不能改变。

如上所述，使用PQHDR的平均画面水平(APL)与常规SDR(标准动态范围)图像大致匹配。结果是，在光线不理想的观看环境中，比如周围房间的亮度水平相对较高时，PQHDR图像的大部分将显得非常暗淡，阴影细节可能会变得很难看清。即使使用200尼特的漫反射白作为目标，而不是原来的100尼特漫反射白，这仍然会发生。

为了能够查看基于PQ的“绝对的”HDR图像，必须非常谨慎地控制环境光线水平，比SDR观看要更加严格。这确实意味着需要使用真正的家庭影院环境。

或者，必须故意“打破”PQEOTF(伽马系数)以允许呈现更亮的图像——正如Dolby的IQ实现所做的那样。

为了支持这个说法，指定用于PQ基础HDR观看的平均周边亮度水平为5尼特，而对于SDR，它一直被指定为显示器最大亮度的10%。不幸的是，SDR的周边亮度规范后来也被（错误地）改为了5尼特...

PQ——一种“绝对的”标准

对于基于HLG这种方式HDR，这可能不是啥大问题，因为这种HDR标准可以以与传统SDR电视完全相同的方式进行“缩放”，并且可以使用基于周围照度的系统伽马变量，用于克服环境照明问题。

但是，话虽如此，如果显示器的峰值亮度低于约1000尼特，基于HLG的HDR也存在自己的问题，因为HDR图像的平均画面水平将比等效的SDR图像显得更暗淡。这是由于HLG中定义的漫反射白，低于在家庭观看环境中的SDR电视设定的200到250尼特的实际峰值亮度。

元数据

基于PQ的高动态范围（HDR）利用嵌入信号中的元数据向接收显示设备，提供调色监视器上得到的图像内容参数信息，接收设备使用该信息“猜测”其最佳配置以显示图片内容。

基于PQ的HDR元数据有两种形式——静态和动态。

静态和动态元数据都包括主控监视器的RGB原色度坐标，白点色度坐标和最小/最大亮度（Min DML ＆ Max DML）。它还包括最大帧平均亮度水平（Max Frame-Average Light Level,Max FALL），即给定程序/序列中最高的帧平均亮度水平，以及最大内容光亮度（Max Content Light Level, Max CLL），它定义了最亮像素的亮度。

静态元数据在给定程序的整个持续时间内使用相同的值，而动态元数据根据需要随时更改——可能是基于逐帧的。

HDR10使用静态元数据，而Dolby Vision和HDR10+使用动态元数据。

元数据——是否真的需要呢？

元数据被需要的原因其实只有一个——在引入HDR时，还没有电视能够匹配制作/调色监视器的峰值亮度和色域覆盖范围，特别是峰值亮度。由于PQ HDR的“绝对”特性，如果与制作监视器没有相同的峰值亮度，图像就会裁剪。为了试图解决这个问题，于是引入了元数据，使得HDR电视重新映射图像内容，以解决其性能不足的问题——使用映射将其向下映射入EOTF/伽马曲线。

如何生成这些动态元数据也有助于确定它在播放中的工作方式，有助于理解整体是如何实现的。

但现实是，使用元数据会扭曲导演和调色师对最终观看图像的意图，可能会失去调色所产生的预期情感反应。

请参阅下面的《HDR——现实与相关问题》。

元数据的生成与应用

在调色/母带制作期间生成元数据的基本方法是先使用专业的高动态范围（HDR）监视器对HDR内容进行调色，不使用任何形式的压缩/色调映射，使用可用的最高亮度和色域（通常是P3色域，介于1000到4000尼特之间）。然后，将经过HDR调色的镜头传递到分析系统中，该系统将重新映射HDR图像到SDR，并尝试保持原始的HDR调色意图，通过添加动态元数据来定义HDR原始版本与SDR版本之间的差异。通常，调色师会通过“调整”调色进行辅助，以帮助保持最原始的艺术创作意图。

这样，元数据描述了从HDR母带到SDR版本的"调色"更改。

有了这些元数据，在使用峰值亮度和/或色域小于原始母带显示设备的HDR显示设备上播放HDR镜头时，显示设备会基于播放使用电视的能力，使用动态元数据将镜头重新映射到介于SDR分级和完整的HDR调色之间的某个点。

问题是，很少有家庭电视准确应用正确的映射，这极大地扭曲了画面的原始艺术意图。

然而，许多家庭电视现在越来越接近匹配调色监视器的峰值亮度和色域能力，特别是因为大多数HDR母带都是在具有1000到2000尼特之间的峰值亮度的监视器上进行调色的，这使得对元数据的需求成为一个有趣的问题。如果观看电视可以匹配到调色监视器，为什么还需要元数据呢？答案是没有必要...

不基于PQ的HDR（如HLG）没有元数据的需求。使用基于相对值的HDR标准是其中一个主要区别。

HDR显示设备校准比较

理解上述关于元数据需求与否的内容，引发了一个有趣的思考，即如何比较不同的HDR显示设备。

假设现代HDR显示器都可以达到给定的最低峰值亮度水平，比如1000尼特，使用符合UHD规范的90％P3色域制作的1000尼特的HDR源，在播放时不应触发任何基于“元数据”的处理（色调映射/滚降），从而允许直接比较不同显示设备的基本校准精度。

从这个第一次比较开始，然后可以采取一个相对简单的附加步骤，使用以2000+尼特为主导、具有完整P3色域的不同视频源来比较同一显示器，从而分别比较显示器的色调映射/滚降（roll-off）。

基于这个概念，ColourSpace拥有Sub-Space功能，例如可以在Rec2020容器内对P3进行配置。

（未完待续）