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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：为什么有些文献把PQ称为显示参考，HLG称为场景参考？
把PQ称为显示参考（di s p l a y-referred）的原因，是PQ只定义了显示设备的电-光转换特性EOTF，因此PQ的EOTF曲线是唯一的，不变的，与设备无关。PQ OETF=PQ OOTF×PQ EOTF-1，为了与SDR兼容，ITU建议PQ OOTF与SDR OOTF相同，也是1.2。但SDR的峰值亮度100尼特，PQ最高峰值亮度10000尼特，需要把SDR OOTF的特性扩展到PQ HDR，扩展的计算方法详见BT.2390第5-3-1节。如果改变了PQ的OOTF，则PQ的OETF是可变的，不是唯一的。例如，可以把PQ EOTF-1当作PQ OETF，这时PQ的OOTF=1， OETF与EOTF互为逆函数，显示画面的对比度和彩色饱和度与实际场景相同，而OOTF=1.2时显示画面的对比度与彩色饱和度都比实际场景高一些。其实refer也有以...为基准的意思，如果把display-referred翻译成以“显示为基准”可能更达意。
PQ只定义了EOTF，其OETF是PQ OOTF与PQ EOTF-1的乘积
把H LG称为场景参考（Sc e n e Referred）的原因，是HLG只定义了拍摄设备的光-电转换特性OETF，HLG的OETF曲线是唯一的，不变的，与设备无关。HLG EOTF=HLG OETF-1×HLG OOTF，为了与SDR兼容，ITU建议HLG OOTF与SDR OOTF相同，也是1.2。如果显示设备的峰值亮度不同或改变了HLG的OOTF，则HLG的EOTF曲线是可变的，不是唯一的。
HLG只定义了OETF，其EOTF是HLG OETF-1与HLG OOTF的乘积
问： HDR制作需要注意哪些问题？
ITU推荐了PQ和HLG两种HDR伽玛，用这两种伽玛制作时需要注意的问题并不完全相同。在影视行业HLG主要用于电视制作，PQ既用于电视也用于电影制作。一般来说HLG节目既可能是拍（直播）出来的，也可能是做（调色）出来的，而PQ都是做（调色）出来的，不是拍（直播）出来的。
HLG
HLG与SDR的制播流程是相同的，其特点是既不产生也不传输元数据，显示设备无法获得节目源属性信息实现自动设置、适配，因此HLG的制播流程是一种约定模式，必须事先约定拍摄、制作和显示设备的性能才能正确再现画面。
HLG制作、播出/分发流程
根据ITU的建议和影视行业惯例，直播HLG节目时摄像机伽玛应设置为HLG OETF，制作监看或录播调色监视器伽玛HLG EOTF，峰值亮度1000尼特，伽玛值1.2，量化电平为窄域（Narrow Range），色域BT.2020。接收端显示设备的伽玛必须是HL G EOTF，量化电平为窄域，峰值亮度可变，其伽玛值应依据BT.2100的公式随峰值亮度高低增减，色域BT.2020。
PQ
PQ与SDR的制作、播出流程差别比较大。几乎所有PQ节目都是用非实时调色流程制作的，拍摄素材大多是线性（14或16比特）或对数（10或12比特）伽玛记录的原生（Native）色域原始数据（RAW），保留了成像器件能够拾取的全部灰度和彩色信息，制作/调色空间使用比素材空间更大的32或更高比特线性伽玛+ACES（或XYZ）色域，输出和监看空间为PQ伽玛+BT.2020（或DCI-P3）色域。
PQ制作、播出/分发流程
虽然ITU建议制作PQ时使用峰值亮度1000尼特的监视器，但实际上PQ制作/调色时监视器的峰值亮度有更多选择，而且量化电平既可以用窄域（Narrow Range）也可以用全域（Full Range）。与HLG制作时只有HLG伽玛+BT.2020色域一种组合相比，PQ制作时不同峰值亮度+不同色域+不同量化电平（全域/窄域）的组合比HLG多得多。
因此，为了能正确再现画面，PQ制播流程采用了通知模式，制作、播出/分发用PQ制作的节目时必须产生并传输能够准确描述调色监视器（显示空间）性能的静态元数据，使接收端显示设备能获得节目源属性并自动控制显示设备的设置与之适配。目前，产生静态元数据的方式主要是制作者手工记录、输入，这就意味着如果记录或输入了错误的静态元数据，或制作流程中传输/识别元数据错误都会导致终端显示图像异常。例如，很多设备在SDI的辅助数据或IP码流、图像文件中找不到元数据时会默认为最低格式如BT.709（甚至BT.601）色域、SDR伽玛，如果实际色域是BT.2020、伽玛是PQ，显示图像的彩色和亮度肯定会出现问题。
窄域(Narrow Range)与全域(Full Range)
用编码值表达Y'、R'G'B'、C'B、C'R电平的方式有窄域或全域两种。以10比特量化为例，在窄域中代表黑色最低亮度的编码值为64，代表白色最高亮度的编码值为940；而在全域中则分别为0和1023 （文件存储）或4和1019（SDI传输）。 HLG与SDR一样只用窄域，而PQ既用窄域也用全域。
当信号源端与显示端采用的电平表达方式相同时显示设备能够正确再现图像，信号与显示两端采用不同的电平表达方式时，再现图像的暗部和亮部就会出现“不黑不白”或“缺黑少白”的现象，如图所示。例如，信号源端窄域、显示端全域时不能显示纯黑，原有的黑色暗部显示为暗灰，而且原有的高光不够亮。为电视播出制作的节目电平都是窄域，这些图像在电脑、平板、手机终端上显示时如果没有把窄域电平映射成全域就会出现图中所示的现象。信号源端全域、显示端窄域时纯黑部分缺失，原有的暗部层次无法显示，而且高亮部分缺失，原有的高光层次无法显示。为电影、电脑、平板、手机等全域显示设备制作的节目电平都是全域，这些图像在电视机上显示时如果没有把全域电平映射成窄域就会出现图中所示的现象。因此，采用PQ制作时必须在静态元数据中传输电平表达方式才能确保正确再现图像。
信号源端与显示端电平表达方式不同时出现的问题
用LUT实现HDR与SDR转换时同样需要注意转换器设置的电平表达问题。不同的LUT都是按其实际应用场景设计的，这些与设备相关的场景包括了全域与窄域设置，LUT文件只是输入与输出电平（编码值）的映射关系，实际输入输出电平是由加载LUT转换器的接口设置确定的。假设某LUT是基于窄域电平设计的，如果转换器设置为全域就会出现问题。
例如，OBS提供了3个用于不同场景的LUT，每个LUT都有TYPE A和TYPE B两个版本，TYPE A用于转换器窄域设置，TYPE B用于全域设置，如果加载了TYPE A文件但转换器设置为全域，其转换特性就会与同样加载了TYPE A文件但设置为窄域的设备特性不同。不同厂商的转换器只有在其电平表达设置与LUT设计相符的情况下才能确保获得LUT设计者期望的特性。在设置正确的情况下，无论哪个厂商的转换器产品加载相同LUT后性能是完全相同的。
BBC根据不同的电平表达方式把LUT分为3类，TYPE I只处理窄域内的内容，即使输入信号包括了窄域之外的内容也全部放弃，TYPE II处理全域内容但输出HLG时压缩为窄域，TYPE III也是处理全域内容，与TYPE II的差别是输出不做电平缩放，而是用全域处理包括超黑和超白在内的所有窄域内容。因此，使用LUT前应仔细阅读相关文档并根据说明正确设置电平表达方式。有些转换器的电平表达方式设置直接对应BBC的3种类型，例如，当这种转换器设置为TYPE III时应加载OBS的TYPE A LUT。
问：什么是衍射极限（Diffraction Limit）？
像差是导致镜头MTF(Modulation Transfer Function，调制传输函数)下降的主要因素之一。因为存在像差，用镜头拍摄光点时成像不是光点，而是由光点晕散成的模糊光斑。理想的、能够成像光点的镜头被称为无像差镜头，然而，无像差镜头的成像也会有些模糊，这是衍射现象造成的。产生衍射的原因是光具有波的特性，虽然光一般是沿直线传播的，但它具有像水面上的波浪一样经过物体后转向的特性，光的这种特性导致无像差镜头成像模糊，同样会使镜头MTF下降。
光圈越小，衍射现象越明显
实际的镜头产品都会存在残余像差，像差与光圈大小成正比，镜头光圈越大（F值越小）像差造成的模糊区域越大。衍射的影响与光圈大小成反比，镜头光圈越小（F值越大）衍射造成的模糊区域越大。最大光圈时衍射产生的模糊区域很小，像差造成的模糊比衍射大得多，因此大光圈时衍射的影响可以忽略。镜头光圈从大逐渐缩小时像差也随之减小，MTF增加，当光圈的F值缩小到大约5.6时像差降到最小，MTF达到最大值。继续缩小光圈MTF不再上升而是开始下降，因为光圈越小衍射产生的模糊区域越大，所以小光圈时衍射造成的模糊比像差大得多，像差的影响可以忽略。由于衍射的影响镜头光学系统存在一个极限，无论像差减小到什么程度镜头的性能也无法提升，这就是衍射极限（Diffraction Limit）。
理论上无像差镜头MTF与光圈、成像器件尺寸、分辨率的关系
像差与镜头的设计、材料和制造工艺相关，因此不同品牌、类型、型号的镜头像差也不一样，镜头质量越高像差越小。而衍射是一种光学现象，衍射极限是物理极限，只和光圈大小、像素尺寸相关，与镜头质量无关，是不能通过人工手段减小或消除的。目前高质量镜头的像差已经可以控制在很小的范围，即使在最大光圈时像差对图像质量的影响也比小光圈时衍射的影响小得多，因此高分辨率、小尺寸成像器件摄像机应尽可能使用大光圈，不要用小光圈拍摄，以避免衍射现象造成的图像质量劣化。
从衍射的成因可以看到，除光圈外，成像器件的像素尺寸越小衍射的影响就越大。具体来说，成像器件尺寸相同时，分辨率越高衍射的影响越大，分辨率相同时，成像器件尺寸越小衍射的影响越大。例如，同样是2/3英吋成像器件，4K分辨率时其像素面积只有高清分辨率的1/4，因此衍射对4K的影响比高清大的多，8K分辨率时像素面积只有高清的1/16，由于衍射的影响太大不适合应用于实际产品。同样是8K分辨率， 1.25英吋成像器件的尺寸比S35小，衍射对1.25英吋摄像机的影响比S35更大。
成像器件尺寸比较
实际拍摄时缩小光圈就可以看到衍射的影响。光圈值小于某个临界点时成像分辨率会急剧下降，因此拍摄时应配合使用ND中性密度灰片，始终保持光圈的F值大于临界点。例如使用2/3英吋4K成像器件摄像机时光圈小于F/11图像出现模糊，就像聚焦不准一样，但无论怎样调整焦距都无法使图像清晰，必须开大光圈才能恢复清晰度。为避免衍射的影响，S35 8K摄像机拍摄时光圈值应始终大于F/13，2/3英吋4K摄像机大于F/11，1.25英吋8K摄像机大于F/8。
成像器件尺寸、分辨率、像素尺寸、像素密度、光圈值临界点之间的关系