 |
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。
|
问：HDR制作对监视器有什么要求？
答：制作高质量HDR节目的最重要条件之一是必须配置符合行业技术标准、设置正确、经过校准和检测的HDR监视器。实践证明，很多失败的HDR作品都是用错了监视器或监视器设置不正确造成的。对HDR监视器的具体要求是：
- 峰值亮度400-2000尼特，建议1000尼特（制作PQ时峰值亮度越高越好，1000尼特是下限）
- 最低亮度低于0.01尼特（对应0电平的最低亮度越低越好，0.01尼特是上限）
- EOTF支持符合BT.2100标准的PQ、HLG
- 输入信号接口支持BT.2020色域（也称为“彩色空间”，即传输信息的容器为BT.2020大空间，容纳的彩色信息量比BT.709容器多）
- 转换矩阵支持BT.2020（输入YCBCR信号转换为RGB时的矩阵运算）
- 显示屏物理色域大于DCI-P3（物理色域越大越好，但目前所有类型的直接显示屏物理色域都达不到BT.2020标准，DCI-P3是下限）
校准和检测：为确保HDR监视器性能符合BT.2100标准，应使用监视器生产厂商推荐的光学探头（Light Probe）和专用软件对监视器进行定期校准，并用符合BT.2111标准的PQ或HLG彩条测试信号和亮度色度计（例如CS-100A）对黑电平和参考白基准电平对应的亮度、白色坐标进行检测。例如，显示HLG窄域彩条测试信号时，在峰值亮度1000尼特监视器上，彩条中100% HLG白电平对应的亮度应为1000尼特，75% HLG白电平对应的亮度应为203尼特，0电平（黑电平）对应的亮度低于0.01尼特，白色坐标x=0.3127，y=0.3290。
BT.2111 HLG窄域彩条
设置：尽管有些HDR监视器已经支持VPID（Video Payload ID），可以自动识别信号源VPID标识的色域、伽玛等元数据信息，但目前并不是所有设备都支持VPID标识和识别，为保险起见制作前应检查确认监视器的色域、色温、EOTF（伽玛）、转换矩阵是否与制作的HDR信号相符。
显示HLG信号时，首先根据BT.2408表3设置监视器的系统伽玛值，然后检查确认75% HLG电平在监视器上的显示亮度是否与表4的HDR参考白亮度值相符。实际操作时可用亮度色度计分别检测100%HLG与75%HLG电平对应的亮度，调整监视器的亮度和对比度使其与表4的亮度值对应。表4左侧是100%HLG电平对应的亮度，右侧为75%HLG电平对应的亮度。
由于高质量HDR监视器是非常昂贵的设备，一般来说符合上述要求的HDR监视器只能配置在制作系统中少数几个控制HDR质量的关键节点上，例如直播制作时的VE或视觉控制，HDR调光，以及后期制作时的调色等应用场景。
在只需要确认图像内容的直播信号源监看以及录播记录素材回放等非关键节点上，可以使用低成本HDR监视器、HDR电视机或传统的SDR监视器，在不影响HDR直播或成片质量的前提下降低制作成本。虽然SDR监视器的色域、峰值亮度、EOTF与HDR监视器不同，但由于HLG与SDR的兼容性，在SDR监视器上仍然能够呈现对比度基本正常、有些色偏移的欠饱和图像。很多新上市的SDR监视器支持BT.2020色域，能够显示彩色正常的HLG图像，不但可用于信号源监看，还可以用于HLG直播调光。
在SDR监视器上显示PQ或摄像机内置的对数伽玛素材时，图像将显得灰白、褪色，并会有一些色偏移，出现比较大的亮度和彩色失真。只要制作者了解这些差别，就可以用SDR监视器确认信号源或记录素材回放的内容而不会造成误解。
HDR监视器显示HLG图像
SDR监视器显示HLG图像
SDR监视器显示PQ图像
问：HDR制作对摄像机有什么要求？
答：制作HDR节目需要摄像机支持HDR拍摄，具体来说就是摄像机必须支持高动态范围和大色域，获得比传统SDR摄像机更多的亮度和彩色信息。
所谓支持高动态范围，用电视行业的相对概念就是动态范围应大于600%，用电影行业的绝对概念就是宽容度应大于13档光圈。如果是用于电视直播的摄像机，其OETF必须支持HLG或PQ（尽管目前几乎不可能用PQ直播），不支持HLG的摄像机应支持基于Cineon的厂商定义对数伽玛，如Log C、S-Log3、C-Log、V-Log、RED Log等，用对数伽玛制作后再用转换器转成HLG或PQ，或采用实时调色的方案把对数伽玛转换成HLG或PQ输出。
对非实时的录播来说，只要摄像机成像器件的动态范围足够大，无论记录的是16比特线性伽玛原始数据RAW，还是12或10比特对数伽玛文件，都可以在后期调色时任意改变参考白基准电平和彩色，输出PQ或HLG。也就是说，即使是几年前上市的、未标注支持HDR的大部分摄影机也适用于HDR拍摄。胶片（彩色负片）的特性相当于采用对数伽玛记录素材的数字摄影机（实际上是数字摄影机的设计模拟了彩色负片特性），当然也适用于HDR拍摄，因此底片扫描的DPX对数文件也属于HDR素材范畴。
所谓支持大色域，并非是指摄像机的物理色域一定大或等于BT.2020。采用单片成像器件的摄像机物理色域取决于成像器件自身，采用3片成像器件+分色棱镜的摄像机物理色域取决于分色棱镜。就像显示屏的物理色域一样，目前很多摄像机成像器件或分色棱镜的色域达不到BT.2020标准，只能覆盖BT.2020色域的80%左右，或只是大于DCI-P3色域，这仍然属于大色域的范畴。
就像监视器显示屏一样，摄像机的物理色域越大越好，目前部分单片摄像机产品使用的成像器件物理色域已经大于BT.2020，部分最新的3片成像器件摄像机产品其分色棱镜的色域也达到了BT.2020。对直播摄像机来说，无论其物理色域大小，输出信号的彩色空间必须支持BT.2020色域。
问：HDR制作的难点是什么？
答：目前HDR制作的难点主要有两个，一是电视行业对优质HDR图像的评价标准还未形成共识，二是制作HDR时必须考虑下兼容SDR。
技术是为艺术服务的，又反过来影响了艺术。HDR技术出现之前，电视行业对SDR拍摄和显示技术已经有了深刻的理解，深知电视技术无法再现人眼看到的全部彩色和亮度信息。基于这个认知，多年来电视行业在拍摄、照明、服装、化妆、道具、场景设计搭建等方面建立了完善的体系，导演、调色师和制作者对优质电视画面的判断也基于这个认知。
与传统的SDR相比，HDR大幅度提高了电视系统的亮度、对比度和彩色还原能力，使其接近了人眼的可视范围。HDR技术的发展使传统体系受到了很大冲击，基于HDR的新体系尚未及时建立，电视从业人员需要适应新技术带来的各种变化。就像一个经验丰富的厨师，已经习惯了用小锅炒菜，突然换成了大锅，反而会有无所适从的感觉。
HDR技术为电视艺术创作提供了更大的空间，技术发展必然会推动电视艺术的进步，打破多年来形成的SDR路径依赖。依托HDR这口“大锅”，电视行业亟需对优质HDR图像的评价标准达成新的共识，建立新的体系，这些都需要行业同仁的长期共同努力。
电视的发展经历了几次重大的技术变革：从黑白到彩色，从模拟到数字，从标清到高清，最近的这次则是从高清到4K，从SDR到HDR。电视技术的发展并非轻装前进，每次技术变革都不得不考虑“向前兼容”的问题。
例如，从标清发展到高清时，亮度、伽玛和色域都没有改变，只是提高了分辨率、改变了画面宽高比，因此制作完成高清节目后下转换成标清比较简单。从SDR发展到HDR既改变了亮度和伽玛，也改变了色域，如果说高清下转换标清是一元一次方程，那么4K HDR下转换高清SDR就相当于三元高次方程，其难度比高清转标清大得多。
在从高清SDR过渡到4K HDR期间，大多数观众观看的仍然是高清SDR节目，很多用4K超高清系统制作的HDR节目需要下转换成SDR在高清频道播出，或需要同时制作4K HDR与高清SDR。用完全独立的4K HDR和高清SDR制作系统同时分别完成大型活动直播是不切实际的，除了两个制作系统的设备和人员成本之外，拍摄现场可能没有足够的空间同时容纳HDR和SDR摄像机机位。因此，制作4K HDR节目后下转换高清SDR是不可避免的。
这就对4K HDR制作提出了更高的要求，实时直播时不但要确保4K HDR的图像质量，还必须保证下转换的高清SDR图像质量。同样地，目前制作4K HDR时使用一些高清SDR信号源也是不可避免的，制作时不但要确保这些SDR信号上转换后能与原生4K HDR信号完美匹配，还要确保下转换后的高清SDR与上转换前的高清SDR相同。
对用HDR调光制作HDR的实时直播或非实时的HDR录播来说，由于HDR的曝光宽容度远大于SDR，因此制作出高质量的HDR后，下转换SDR应采用自适应动态映射才能获得高质量SDR输出。动态转换器旨在优化不同场景HDR到SDR的映射曲线，从而适应比固定（或静态）增益差映射曲线更宽的曝光范围。目前动态转换器产品已经进入实用阶段，其性能仍在不断改进中。
综上所述，目前制作高质量HDR的难度比SDR高，如果再考虑下兼容SDR和使用SDR素材的上转换问题，可谓难上加难。针对这些难点，行业内已经研究了很多针对性的措施，如直播时采用SDR调光制作HDR，选择正确的上转换与下转换方式等，详细说明请参考之前的问答系列连载。
未完，待续