河套IT TALK 63：（原創(chuàng)）由淺入深說高清——HDR的標(biāo)準(zhǔn)之爭

當(dāng)我們談?wù)?a href="http://www.ttokpm.com/v/" target="_blank">視頻技術(shù)時，超高清視頻（Ultra High Definition，簡稱UHD）無疑是當(dāng)今最令人興奮的領(lǐng)域之一。上期，我們簡單介紹了一下高動態(tài)范圍（HDR）的一些技術(shù)指標(biāo)和參數(shù)，以及HDR和SDR的區(qū)別。本期，我們將談一下當(dāng)下HDR復(fù)雜的標(biāo)準(zhǔn)狀況，以及這些標(biāo)準(zhǔn)之間的差異性。

關(guān)聯(lián)回顧

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由淺入深說高清——聊聊高動態(tài)范圍（HDR）

杜比視界 (Dolby Vision) 是杜比實驗室在2014 年為高動態(tài)范圍(HDR) 視頻推出的一組技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。它涵蓋內(nèi)容創(chuàng)建、分發(fā)和播放。因為推出時間最早，使其成為第一個可用的HDR 格式。

杜比視界支持的最大分辨率為 8K，色深高達 12 位，最大峰值亮度為 10,000 尼特。由于在 SDR 影院中使用 2.6 伽瑪和 48 尼特，杜比影院中使用的 108 尼特已經(jīng)是 HDR。然而，根據(jù)杜比視界白皮書，截至 2018 年，杜比視界 HDR 參考監(jiān)視器等專業(yè)參考監(jiān)視器目前的峰值亮度限制為 4,000 尼特。黑電平：最高0.005尼特。對比度：至少 200,000:1。

杜比視界的傳遞函數(shù)（亮度曲線），采用感知量化器（PQ）。色域色彩空間使用ITU-R Rec. BT.2020 in YC B C R或IPTPQc2。

和HDR10不同，它支持動態(tài)元數(shù)據(jù)，內(nèi)容創(chuàng)建者可以根據(jù)其意圖調(diào)整和優(yōu)化 HDR 視頻的每一幀的亮度、顏色和清晰度，以匹配顯示色量（即最大和最小亮度能力和色域），以適應(yīng)消費者顯示器的能力。它可以使用靜態(tài)元數(shù)據(jù) (SMPTE ST 2086) 對母版顯示色度信息進行編碼，還可以為每個場景或幀提供動態(tài)元數(shù)據(jù)（SMPTE ST 2094-10，杜比格式）。這種動態(tài)元數(shù)據(jù)或動態(tài) HDR 允許根據(jù)需要逐個場景甚至逐幀調(diào)整亮度和對比度（實際上是色調(diào)曲線），并在視頻/電影期間多次調(diào)整。

感知量化器( PQ ) 是由杜比開發(fā)的亮度曲線，通過替換SDR中使用的伽瑪曲線來實現(xiàn)HDR顯示。PQ于2014 年由電影電視工程師協(xié)會（SMPTE）標(biāo)準(zhǔn)化，發(fā)布為SMPTE ST 2084。ITU在2016年的ITU-R Rec. 2100（簡稱：BT.2100）中也包含了PQ。

PQ是HDR 視頻格式（杜比視界、HDR10和HDR10+）的基礎(chǔ)，也用于HDR靜態(tài)圖片格式。PQ不向后兼容BT.1886 EOTF（即SDR的伽馬曲線），而HLG（編者注：混合對數(shù)伽瑪，后面會詳細講）是兼容的。

PQ 是一種基于人類視覺對條帶感知的非線性傳遞函數(shù)，能夠在 12 位中產(chǎn)生無可見條帶。擴展到 10000 cd/m 2的冪函數(shù)（在標(biāo)準(zhǔn)動態(tài)范圍應(yīng)用中用作 EOTF）將需要 15 位。

HDR10是美國消費者技術(shù)協(xié)會（CTA）于 2015 年 8 月 27 日宣布的開放式高動態(tài)范圍視頻(HDR) 標(biāo)準(zhǔn)。HDR10 是一種開放標(biāo)準(zhǔn)，但HDR10 不向后兼容SDR。它包括HDR 靜態(tài)元數(shù)據(jù)但不包括動態(tài)元數(shù)據(jù)。它不提供以基于內(nèi)容創(chuàng)建者意圖的方式針對消費者顯示器的能力優(yōu)化內(nèi)容的能力。

HDR支持10位的位深?；冢篒TU-R BT.2020 的原色色彩空間。HDR10 在技術(shù)上限制為最大 10,000 尼特的峰值亮度，但是常見的 HDR10 內(nèi)容的峰值亮度為 1,000 至 4,000 尼特。

HLG是混合對數(shù)伽瑪（hybrid log–gamma）的英文縮寫。是英國廣播公司BBC和日本廣播公司NHK聯(lián)合再2015年開發(fā)的用于高動態(tài)范圍(HDR) 顯示的亮度曲線提案。

HLG 也是一種HDR 格式，它使用 HLG 亮度曲線、BT.2020 原色和10 位位深度。HLG 旨在向后兼容SDR UHDTV。當(dāng)接收器與 BT.2020 彩色容器兼容時，向后兼容性允許它們與現(xiàn)有傳輸標(biāo)準(zhǔn)一起使用，從而降低設(shè)備制造商和內(nèi)容分銷商的復(fù)雜性和成本。但是，HLG 并不打算與無法解釋 BT.2020 比色法的傳統(tǒng) SDR 顯示器完全向后兼容。

HLG 傳輸函數(shù)和 HLG 格式都是免版稅的。該提案在5月份，提交給國際電信聯(lián)盟( ITU)。2016年，國際電聯(lián)正式心啊HLG的內(nèi)容，宣布了Rec. 2100定義了兩個 HDR 亮度曲線，即 HLG 和 PQ。該亮度曲線也被無線電工業(yè)和商業(yè)協(xié)會( ARIB)批準(zhǔn)為ARIB STD-B67。ATSC 3.0、數(shù)字視頻廣播(DVB) UHD -1 Phase 2 都包含了對HLG的支持。

HDR10+是HDR10的升級版，將靜態(tài)元數(shù)據(jù)替換為動態(tài)元數(shù)據(jù)。動態(tài)元數(shù)據(jù)用于根據(jù)內(nèi)容創(chuàng)建者的意圖調(diào)整和優(yōu)化 HDR 視頻的每一幀以適應(yīng)消費者顯示器的能力。動態(tài)元數(shù)據(jù)可用于更準(zhǔn)確地逐個場景或逐幀地將亮度級別調(diào)整到整個 PQ 代碼值范圍（最大亮度 10,000 尼特）。HDR10+ 是作為HDMI 2.1標(biāo)準(zhǔn)一部分的動態(tài)元數(shù)據(jù)的默認變體。

HDR10+是 2017 年 4 月 20 日由三星和亞馬遜視頻發(fā)布的。該技術(shù)在電影電視工程師協(xié)會的SMPTE ST 2094 -40中進行了標(biāo)準(zhǔn)化和定義。和HDR10一樣，HDR10+也是一種開放標(biāo)準(zhǔn)，免版稅。

2017 年 8 月 28 日，三星、松下和20 世紀(jì)?？怂箘?chuàng)建了HDR10+ 聯(lián)盟以推廣 HDR10+ 標(biāo)準(zhǔn)。

菁彩HDR（HDR Vivid）是世界超高清視頻產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（UWA）在2020 年聯(lián)盟發(fā)布技術(shù)團體標(biāo)準(zhǔn)（編者注：UWA的前身是中國超高清視頻產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（UHD Alliance））。2022 年廣電行標(biāo)《高動態(tài)范圍電視系統(tǒng)顯示適配元數(shù)據(jù)技術(shù)要求》GY/T 358—2022 發(fā)布。

HDR Vivid支持動態(tài)元數(shù)據(jù)。支持10/12bit位深，色域支持BT.2020 或DCI-P3，亮度曲線支持PQ和HLG。HDR Vivid和SDR有非常高的兼容性。HDR Vivid也是一個開放性標(biāo)準(zhǔn)，從標(biāo)準(zhǔn)代碼到實施規(guī)范等全部資源均可通過指定渠道免費獲取。

HDR Vivid自發(fā)布以來，各大企業(yè)相繼加入生態(tài)圈，F(xiàn)ilmLight公司的Baselight 5.3、Blackmagic Design公司的DaVinci Resolve Studio 18、索貝的EditMax 11.5等制作工具都已支持HDR Vivid。華為鯤鵬和昇騰服務(wù)器支持HDR Vivid的轉(zhuǎn)換。愛奇藝、華為視頻、咪咕視頻、騰訊視頻等均已上線HDR Vivid內(nèi)容。微信、快手、抖音、微博、小紅書等短視頻平臺也都正在適配HDR Vivid。

該標(biāo)準(zhǔn)的核心技術(shù)已實現(xiàn)在超高清視頻內(nèi)容制作、編碼、接收、解碼、顯示等端到端的全產(chǎn)業(yè)鏈布局，率先應(yīng)用于北京冬奧會、冬殘奧會的相關(guān)轉(zhuǎn)播活動。

截至到2022 年10 月，電信運營商IPTV 用戶超過3.7 億，4K/8K 智能機頂盒支持菁彩HDR，會為用戶提供更真實的菁彩超高清視頻體驗。根據(jù)電信運營商IPTV 業(yè)務(wù)規(guī)劃和集采要求，中國電信4K 智能機頂盒、移動魔百和均支持菁彩HDR。

在2022 年11 月卡塔爾足球世界杯, 中國移動攜手世界超高清視頻產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟共同推動菁彩HDR、Audio Vivid 商用落地，打造纖毫畢現(xiàn)、聲臨其境的視聽盛宴。這也是我國自主超高清音視頻標(biāo)準(zhǔn)首次用于世界杯直播，國產(chǎn)超高清音視頻標(biāo)準(zhǔn)進入“移動端規(guī)?；逃谩睍r代。

最后，我們通過表格的方式，簡單比較一下各種HDR格式標(biāo)準(zhǔn)：

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