前情回顧

從靜态走向動态HDR，HDR畫質的進化之路

ST.2094是關于元數據的技術規範

ST.2094規定了不同HDR技術格式所采用的元數據類型

元數據當中包括了大量的畫面信息，并非隻有MaxCLL内容的最高亮度等級和MaxFALL平均幀最高亮度等級

不同HDR技術格式所采用的元數據技術規範類型

關于HDR技術格式的分類，除了從向下兼容的角度之外，我們還可以将HDR技術根據元數據與色調映射的不同，分為靜态HDR和動态HDR兩大陣營，其中HDR10屬于靜态HDR技術格式，而HDR10 和Dolby Vision則是屬于動态HDR技術格式。

在HDR技術之中，元數據Metadata是讓畫面能實現HDR高動态範圍效果的關鍵所在。元數據技術其實并不是什麼新技術。在我們所熟知的Dolby Atmos與DTS:X這類以聲音對象為核心的沉浸式三維音效，就使用了元數據來定位電影場景音效當中的位置與位移。對于HDR技術來說，元數據就記錄了電影畫面中非常重要的信息，其中主要包括了色彩和亮度兩大方面的信息，具體來看包括了影像的分辨率、色域範圍、色度取樣、色彩深度、碼率、編碼格式、幀率、畫面比例、制作端顯示設備的亮度等，其中有兩個元數據是非常關鍵的，分别是MaxCLL内容的最高亮度等級和MaxFALL平均幀最高亮度等級。通過這些信息，我們就能讓HDR顯示設備正确處理HDR畫面中的色彩與亮度細節，不會讓這些重要的細節層次信息丢失。

HDR10所采用的靜态元數據是指整部電影通過單一的元數據來控制每一幀畫面的亮度變化，并不會因為不同幀畫面中的場景差異而有所調整。這種靜态元數據的方式的優勢當然是簡單，不管是對制作方還是顯示設備而言，隻需要單一的元數據處理就可以了，因此在早期的HDR節目源，包括HDR藍光和國内外的流媒體節目源基本上都是采用HDR10，至于顯示設備方面則更是全面支持HDR10。而不足之處也同樣明顯，整部電影都采用同樣的元數據來控制光影變化，可是電影之中的每一幀畫面的動态範圍并非一樣，很容易會造成某些大動态場景的畫面的暗部或高光細節出現丢失，比如說雪山、黑夜等場景。這也是早期HDR顯示設備的HDR畫面表現并不如意的主要原因，有些時候黑位很紮實，陽光感十足，有些時候畫面容易出現過曝問題，高光層次丢失。

為了解決靜态元數據的這個問題，最佳的解決方案就是通過動态元數據的方式來實現，也就是不再使用單一的元數據，而是根據電影中不同的場景設定不同的元數據，以最大程度地優化HDR畫面的亮度表現，盡量保證每一個場景的畫面動态可以充分釋放，同時還能保留豐富的暗部與高光細節層次。HDR10 和Dolby Vision都采用了動态元數據，兩者在HDR的整體畫面表現上都要較HDR10要來得出色，而兩者不同的是，Dolby Vision還帶有專門的Trim Passes metadata微調元數據以及12bit色深增強處理等，針對支持Dolby Vision的顯示設備再優化，但在一定程度上也加大了後期制作端的流程。另外，想要支持Dolby Vision，還需要格外購買Dolby Vision編解碼芯片，并且支付授權費。

元數據與色調映射緊密相連，HDR也分為靜态色調映射與動态色調映射

動态色調映射會根據畫面中的不同場景的亮度标準設置不同的色調映射曲線

靜态色調映射采用單一的亮度曲線來處理所有場景的高光裁切處理與亮度變化

有了元數據，要實現正确的HDR畫面顯示，還需要進行正确的色調映射才能實現。所謂色調映射，簡單來說就是讓我們所觀看的顯示設備盡量貼合影視後期制作監視器效果的處理方式。由于目前家用領域的顯示設備性能，特别是亮度方面的性能，與後制監視器還是有着一定的距離，想要實現相近的畫面亮度、細節層次以及色彩，必須要進行整個畫面的色調映射轉換。顯示設備的色調映射，同樣也分為靜态映射與動态映射兩種方式。靜态映射會根據HDR節目源中的靜态元數據，對整部電影進行單一的色調映射，或者說采用單一的亮度曲線來處理高光滾落或高切點，對于顯示設備的HDR處理性能要求不高，較為容易實現，所有的HDR設備都支持靜态映射。這種簡單粗暴的色調映射方式面對那些動态範圍并不算太大的HDR節目源，又或者是本身亮度動态範圍比較大的顯示設備其實也夠用。但是當遇到某些HDR節目源在某些場景需要使用超高或超低的亮度時，又或者是亮度并不高的顯示設備，如家庭影院投影機的時候，就很容易會出現問題，低光的場景丢失暗部細節，高光的場景沒有陽光，畫面變灰。

于是，這兩年讨論熱度最高的動态色調映射就出現了。需要注意的動态映射并不等于動态元數據，兩者可以共同運行，而動态映射還可以單獨運行。從運行效率和正确率的角度來說，結合動态元數據的動态映射是最為理想的。通過HDR10 和Dolby Vision中的動态元數據，顯示設備并不需要配備高性能的處理器就能實現逐個場景甚至是逐幀的動态映射。這種方式屬于預處理的動态映射技術。那麼當遇到大量采用靜态元數據的HDR10節目源的時候，想要進行動态映射處理，就隻能依賴顯示設備内置的處理系統了。今年越來越多的平闆電視、激光電視、激光超短焦投影機以及家庭影院投影機開始加入動态映射相關的功能，一方面這需要依賴強大的運算能力，同時還需要有大容量的影像數據庫，确保在不同場景下能夠獲得正确的色調映射。需要注意的是，這種方式屬于後處理的動态映射處理，并不能保證畫面一定是正确的。也是因為這個原因，顯示設備中的後處理動态映射處理功能，往往還會留給用戶一定可調的空間，比如說預留高中低三個不同處理強度的設置檔位，用戶可以根據片源是偏向高光還是偏向暗部來自行選擇。而前面所提到的動态元數據和動态映射相結合的預處理動态映射模式，如HDR10 就基本上隻有開啟或關閉的選項。

未完待續

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