影视制作专业问答6——亚明专栏

王亚明先生 本刊特约撰稿人   王亚明先生在广播电视行业从业40年，具有深厚的专业技术背景，先后在业内多家公司从事技术工作。1998年加入索尼，2003年至2019年5月担任索尼中国专业系统集团技术总监，2019年6月担任宇田索诚科技股份有限公司技术总监，一直站在广电行业技术最前沿。

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问：在ITU-R BT.2408文件里谈到的各种映射是什么意思？ 

答：BT.2408文件里经常谈到上转换、下转换、上映射、下映射、场景参考映射、显示参考映射、直接映射、色调映射、反色调映射等名词。因此，有必要解释一下这些专业名词和彼此之间的关系。

·上转换（Up-Convert）

SDR转换为HDR的信号处理统称为上转换。

上转换时，以100%动态范围为分界线，100%动态范围以下的SDR内容用场景参考映射或显示参考映射上转换；高于100%动态范围的拐点部分用直接映射或上映射（反色调映射）上转换。

· 场景参考映射（Scene Referred mapping）与显示参考映射（Display Referred mapping）

场景参考映射简称SR，显示参考映射简称DR。HDR与SDR互转时首先把非线性的电信号转换成线性光信号，然后转换色域，再把转换了色域的线性光信号转换为非线性电信号。可以把非线性电信号转换为线性光信号的过程想象为用摄像机拍摄画面：SR是直接拍摄场景，把电信号转换为与场景光相同的线性光，DR是拍摄监视器显示的场景，把电信号转换为与监视器显示光相同的线性光。由于电视的系统伽玛OOTF是非线性的，因此场景光与显示光的对比度、彩色饱和度并不完全相同，SR与DR的转换结果也是有差别的。

SDR（BT.709）与HDR（PQ/HLG）的OETF比较

· 直接映射（Direct Mapping）

直接映射上转换时不对SDR信号中高于100%动态范围的拐点部分进行扩展处理，以保持原始SDR的观感。因此，在HDR监视器上显示的直接映射SDR图像与SDR监视器上显示的原始SDR图像在SDR的拐点部分具有相同的观感。

· 上映射（Up-Mapping），反色调映射（Inverse Tone Mapping，ITM）

在BT.2408中，上映射也被称为反色调映射。反色调映射上转换时把SDR信号中高于100%动态范围的拐点部分扩展到了HDR范围，以模拟HDR内容的观感。因此，在HDR监视器上显示的上映射SDR图像与原始HDR图像具有类似的观感。

SDR上转换到HLG时直接映射与上映射（反色调映射）的差别

由于SDR中代表HDR内容的拐点部分被压缩到了10%左右的电平资源内，只保留了有限的亮度和彩色信息，采用反色调映射上转换时拐点部分的电平幅度被扩展了3至4倍但灰阶数量无法增加，损失的亮度和彩色信息无法恢复，扩展后很可能出现亮度和彩色的失真以及量化比特不足的条带现象， 8比特SDR素材尤甚。因此，除特殊要求外，上转换时应尽可能不采用反色调映射。

在大多数实际的转换器产品上，上转换时直接映射是默认设置。

·下转换（Down-Convert）

HDR转换为SDR的信号处理统称为下转换。

下转换时，以100%动态范围为分界线，100%动态范围以下的SDR内容用场景参考映射或显示参考映射下转换，高于100%动态范围的HDR内容用下映射（色调映射）或硬削波下转换。

·下映射（Down-Mapping），色调映射（Tone Mapping，TM）

在BT.2408中，下映射也被称为色调映射。色调映射下转换时把HDR信号中高于100%动态范围的HDR内容压缩到了SDR信号的拐点处理范围内，与SDR摄像机处理HDR高光内容的方法一样。

·硬削波（Hard Clipping）

下转换时，在某些情况下硬削波比色调映射（类似于软削波）更合适。通过硬削波，将超过阈值的所有信号都削波到该阈值。当要求来自HDR摄像机的信号看起来类似于无“拐点”的SDR摄像机输出的信号时，可以采用硬削波。例如，摄像机下转换SDR输出采用硬削波后去除了拐点对高光部分的压缩，有利于调光师精确控制高光电平。

由于高清SDR摄像机都采用了与色调映射一样的拐点处理HDR高亮度部分，为了使HDR下转换的高清SDR图像与原生SDR摄像机图像观感一致，在制作和播出的主信号流程中不应采用硬削波。

下图是HLG下转换到SDR时硬削波与色调映射的差别。从图中可以看到，场景或显示参考映射下转换把75% HLG电平映射为100% SDR电平，色调映射下转换把高于75% HLG的HDR内容压缩到了SDR信号的拐点范围内，硬削波则把高于75% HLG的HDR内容削波到100% SDR电平。在实际的转换器产品上，色调映射的拐点起始点和斜率是可以调整的，硬削波电平也是可以调整的，通常硬削波电平的默认值是100%。

HLG下转换到SDR时硬削波与色调映射的差别

在大多数实际的转换器产品上，下转换时色调映射是默认设置。

（未完，待续）