索尼HDR制作技術(shù)概述

    影視制作發(fā)展的歷史就是不斷地追求更高的圖像質(zhì)量。與圖像質(zhì)量有關的因素是分辨率、色域、量化精度、幀率和動態(tài)范圍，與標清相比高清電視通過提高分辨率提升了圖像質(zhì)量，4K超高清電視不但在分辨率方面超越了高清，還擴展了色域、提高了量化精度和幀率，加上最新的高動態(tài)范圍（HDR）技術(shù)，4K超高清電視能夠呈現(xiàn)出比高清更驚艷的視覺效果。

    HDR技術(shù)簡介

    受拍攝、制作和顯示技術(shù)的影響，影視制作不可能也沒必要完全再現(xiàn)實際景物的動態(tài)范圍，但與人眼的視覺特性相比，目前電視系統(tǒng)的動態(tài)范圍還是太小了�，F(xiàn)有電視動態(tài)范圍的標準是根據(jù)顯像管性能制定的，而目前顯像管已經(jīng)被淘汰，拍攝、制作和顯示技術(shù)都比顯像管時代有了長足的發(fā)展。因此，影視行業(yè)需要制定新的技術(shù)標準提升系統(tǒng)的動態(tài)范圍。

    標清時代早期電視攝像機的動態(tài)范圍只有150%，之后提高到了300%、600%，能夠再現(xiàn)的光比約為1,000:1，相當于10檔光圈寬容度，高清時代亦然。標清和高清顯像管監(jiān)視器的標準亮度為100尼特（cd/m2），對比度大于1,000:1，顯像管伽瑪（EOTF，電光轉(zhuǎn)換特性）2.4（ITU-R BT.1886），與顯像管伽瑪相對應的電視伽瑪（OETF，光電轉(zhuǎn)換特性）配合攝像機拐點/斜率支持的寬容度傳輸能力1,000:1。在現(xiàn)有的電視系統(tǒng)中，拍攝、制作、傳輸和顯示的寬容度均為1,000:1，10檔光圈。

    根據(jù)ITU（國際電聯(lián)）、EBU（歐廣聯(lián)）、SMPTE（美國電影電視工程師協(xié)會）和ARIB（日本電波產(chǎn)業(yè)會）等國際、地區(qū)和國家的標準化組織研究建議，HDR的目標是把電視系統(tǒng)的寬容度從1,000:1提高兩個數(shù)量級達到100,000:1，相當于從10檔光圈提高到16.7檔，達到與人眼瞳孔無調(diào)節(jié)時相當?shù)某潭取?/P>

    近年來數(shù)字攝影機大量應用于電影拍攝，為了實現(xiàn)與彩色負片相同的寬容度性能，35mm全畫幅成像器件的寬容度已經(jīng)超過了14檔光圈。最新的OLED顯示屏亮度達到了1,000尼特，對比度超過1,000,000:1（20檔光圈），配置了動態(tài)背光技術(shù)的液晶顯示屏亮度達到了4,000尼特，對比度超過10,000:1。目前，在拍攝和顯示技術(shù)方面已經(jīng)達到或接近了HDR的要求，但現(xiàn)有的顯像管伽瑪（EOTF）和電視伽瑪（OETF）配合攝像機拐點/斜率支持的寬容度傳輸能力只有1,000:1，成了實現(xiàn)HDR的瓶頸。

    HDR就是在提高了拍攝和顯示動態(tài)范圍的基礎上采用新的OETF和EOTF，用更高的量化精度把電視系統(tǒng)表達寬容度的能力提升到100,000:1，并兼容現(xiàn)有的SDR（標準動態(tài)范圍）收看設備。

    簡單來說，HDR就是建立了一個比SDR更大的坐標系，以再現(xiàn)更大的色域和更高的亮度動態(tài)范圍。

    顯示設備的EOTF是指數(shù)特性，制作系統(tǒng)的OETF是對數(shù)特性，OETF利用人眼的非線性對數(shù)特性對動態(tài)范圍進行壓縮以節(jié)省傳輸資源，EOTF對被OETF壓縮了動態(tài)范圍進行擴展，兩種曲線的方向相反，必須成對配合使用，才能再現(xiàn)正確的灰度和彩色。目前，很多廠家、研究和廣播機構(gòu)提出了多種用于HDR播出、發(fā)行的EOTF，其中兩種被市場廣泛接受，一種是杜比公司建議的PQ，已經(jīng)成為SMPTE ST2084標準，另一種是NHK與BBC建議的HLG（Hybrid Log-Gamma），正在申請成為ITU-R標準。

    在美國，OTT和演播室表演類節(jié)目（電影和連續(xù)劇）引領了HDR發(fā)展，根據(jù)CEA（Consumer Electronics Association，美國消費電子產(chǎn)品協(xié)會）發(fā)布的規(guī)范，其播出格式為HDR10，即10比特量化、4:2:0取樣、R.2020色域，EOTF采用PQ（SMPTE ST 2084），SDR兼容方案為Dolby Vision；歐洲推動HDR發(fā)展的主要是衛(wèi)星和實況直播體育節(jié)目，SDR向下兼容性受到高度重視，因此EOTF優(yōu)先考慮采用兼容性好的HLG（Hybrid Log Gamma）；日本的狀況與歐洲類似。

    索尼HDR制作

    由于播出、發(fā)行的EOTF至少有兩種選擇，因此制作HDR電視節(jié)目時無論選擇哪種做母版都有風險，有必要引入與EOTF/OETF無關的中間母版（Mezzanine Master）制作格式。基于影視制作的豐富經(jīng)驗，索尼建議采用S-Log3作為HDR的制作母版。S-Log3預留了4,000%的動態(tài)范圍，與Cineon對數(shù)伽瑪幾乎完全相同，便于調(diào)色，非常適合10比特HDR電視母版制作和HDR直播。

    索尼所有專業(yè)4K攝像機/攝影機都支持HDR拍攝，采用4K OLED顯示屏的BVM-X300監(jiān)視器支持大部分主流HDR的EOTF和R.2020超高清色域，HDR模式時最高亮度1,000尼特，對比度大于1,000,000:1，能夠滿足各種4K HDR節(jié)目的制作需求。