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[其它] 老中医谈眼下HDR方案乱炖之大乱局

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本帖最后由 chncwk 于 2018-5-9 17:48 编辑

【摘要】12月7日,2016 NAB Show Shanghai在中国上海浦东嘉里大酒店已进入第二天。本次活动由国家对外文化贸易基地(上海)国际高科技文化装备产业基地(TCDIC)与美国国家广播电视业协会(NAB)联合主办,旨在为跨媒体行业奉上一场接轨国际智慧与创新的“盛宴”。在特色论坛——4K及超高清发展论坛上,国家新闻出版广电总局科技委员会副主任杜百川发表了主题为4K的发展现状及前瞻的演讲。

以下为演讲全文:

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奥朗德电器(索尼电视)
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c胖又来偏分
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发表于 2018-5-9 20:29 | 显示全部楼层
本帖最后由 C生活 于 2018-5-9 20:35 编辑


以下为演讲全文:

本帖隐藏的内容4K的发展现状及前瞻

  各位专家各位来宾,今天我要讲的题目是“SDR和HDR兼容问题”。大家都很关心4K,实际上我觉得4K这个名字是不对的,因为4K可能会引起不同的解释,电影也有4K,电影的4K跟我们的4K不一样,所以标准名字是“超高清”,为什么大家不喜欢用“超高清”,而喜欢用“4K、8K”,因为大家对4K、8K比较容易理解,但同时忽略了“超高清”里许多最重要的东西,比如说HDR。原因是HDR比较难以理解,所以要说清楚不是很容易,但是我尽量。

  超高清实际上不单单是清晰度,还包括了高的动态范围(HDR)、宽的色域、高帧率和高质量环绕声或者3D声音。HDR就是高动态范围,你要发展HDR就必须考虑和原有的SDR兼容,所以HDR和SDR如何兼容是一个非常关键的问题。尤其是在目前超高清推广初期,而且并不是那么简单,这个兼容的问题涉及到拍摄环节、编码环节、分配分发环节、接收环节;甚至包括显示器的连接环节和显示环节,以往我们所说4K好像很简单,不会牵涉这么广,但HDR已经牵涉到原来电视系统怎么形成的一些关键问题。

  我稍微介绍一下HDR的系统特性的设计,实际上是重新定义光电转换函数(OETF)和电光转换函数(EOTF)。很多人理解光电转换函数就是在拍摄端,而电光转换函数就是在终端,实际上不是这样的;也就是说经常在拍摄端也有这两个转换,在终端也可能会有,所以这些问题都是目前大家要弄清楚的。为什么要重新定义?就是因为原来的电视,尤其是CRT,一直是作为我们显示的主体,到后来有了LCD,亮度有了很大提高。实际上对于终端的EOTF差不多是在CRT快要灭亡的时候才提出来的。原来制订的电视系统的亮度范围比较小,是因为原来CRT本身亮度就比较低。这两个标准就是原来的标准——SDR的EOTF和OETF的标准,一个就是BT.709标准,大家都知道这是OETF,BT.1886就是EOTF,这两个就是我们目前高清晰度电视的转换函数的定义。

  我们可以看一下这个定义,最上面这个红线就是BT.709,到了白的时候就切掉,所以为什么到了白的时候我们看到过亮的部分没有层次,就是这个原因。后来,尤其是在摄像机里面,在略低的地方加一个拐点,拐点以上白的部分就会有层次,这就是现在目前用来解决动态范围扩大的一个办法。原来的系统实际上OETF是有的——就是伽马,为什么要伽马是因为人对暗的噪声比较敏感,对亮的噪声不敏感,所以在拍摄的时候就把亮区压缩,然后到CRT显示的时候再把亮区扩展,噪声还是不大看得出来,低端还可以看得比较好。这就是原来的伽马,也有动态范围扩展的作用。伽马一直起了非线压缩的作用,能够把动态范围扩大的因素,但是不管怎么说,原来的电视系统的最大亮度只定到100nits,而新的标准定到了1000,底下到了0.01,甚至到0.005,这个七次方的范围就会有比较高的动态范围。这时伽马就不够了,要采用新的方法。

  或者我们可以看一下NTSC的伽马是2.2,PAL是2.8,MAC是1.8,PC没有,所以为什么用计算机做视频不用PC,因为PC没有伽马,所以看起来PC的图像会非常非常的灰和平就是这个原因。动态范围的单位是“档”,是最大亮度和最小亮度之比的对数。OETF关键在什么地方?一是要有较大的动态范围,二是要数字化后看不见两个量化级或亮度级之间的区别。根据实验,人的眼睛对刚好能识别的亮度间隔阈值与亮度成正比,比如上一级要比下一级宽2%,或是下一级的1.02倍,这个叫“Weber定律”,或者0.02就叫“Weber分数”。1.02的233次方等于100,这就是说100nits用这样的233级量化就可以看不到亮度间的分界线,8bit 256级,用其中的233级亮度,还要去掉上下几级,用8bit就刚好。这就是我们所说的“感知量化级”,用刚好能识别亮度电平差作为量化级的量化方法,这个方法称为“感知量化”,或者叫做“PQ”。为了提高动态范围,克服BT.709的局限性,大多数摄像机都有自己的特性,所有这些东西所得到的动态范围都是不一样的。除了PQ以外,还有一种叫做“HLG”,也就是“混合伽马”。我们用下面几个曲线来解释,第一个曲线是Barten曲线,在曲线上是能够看到量化界线,曲线下看不到量化界线。下一个图是15bit的伽马,在亮的区有浪费,而如果是13bit的LOG我们看到正好相反,在暗区有浪费。PQ曲线和Barten曲线拟合,而处理HLG在暗区用伽马,在亮区用LOG,这样跟PQ有异曲同工,还有它的其他好处我一会儿再说。

  这个图可以把这四条曲线放在一起看得更清楚一点,这就是原来的BT.709,这个就是加拐点,绿蓝的线就是PQ,这个线就是HLG,这个HLG我们可以看到,它在暗区是跟伽马是一样,在亮区用的是LOG。它有个好处是暗区跟SDR是一样的,因此可以与SDR接收兼容,所以HLG就有这个好处。有一个公司对所有摄像机做出了测量,比如说对Arri、索尼、佳能一直到松下的动态范围都做了测量,这里面还是Arri最高,从这个角度看,OETF曲线是关键,也就是说你能不能得到比较高的动态范围,关键是OETF转换函数的曲线。这是索尼的S-Log3和S-Log2的比较,可以看到,除了动态范围,中部图像的亮度也很重要,所以S-Log3会比S-Log2亮一点,所以这个曲线的形状对我们的HDR有非常大的作用。EOTF最后从电转到光,实际上BT.1886很晚才形成,当然EOTF不一定非要完全是OETF的反函数,有一个关键因素是“OOTF”,也就是“光到光的转换函数”。很多人觉得OETF到EOTF当然就是OOTF,但是其实不然,如果你要是把自然光线直接反射到你的电视机上的话确实是,但是大多数的节目制作都有一个创作,尤其是搞电影的,都会希望我的图像系统体现某种创作意图——或者暖色调、灰色调——像这些用来影响情绪的一些东西,我必须让它能够从拍摄的前端一直能够保持到我的拍摄的终端。因此,通常首先决定的是OOTF,OOTF放在什么地方就是关键——要先确定什么样的创造意图,再确定在整个范围当中应该怎么办。

  这就是HDR的关键参数OETF、系统伽马和呈现意图(OOTF)。国际电联在今年七月份颁布了TT2100用于节目制作和国际节目交换的高动态范围图像参数值,这里面规定了一系列的参数,我们就不说了。看看这个要求背景和周围亮度,背景亮度是5个nits,周围亮度也是5个nits,最小的亮度是0.005,这个都是我们需要关注的,所以将来看超高清的电视,周围的亮度是不能高的,如果高那么你0.005根本看不见的。这个都是做了一系列实验才能得出来的,这个我不多说了。这个里面一个是PQHLG,一个关键问题在于OOTF放在什么地方。对于PQ来说,原来设计的模式是把OOTF放在摄像机端,我们可以看到OO直接在摄像机里面就有OO,这个也就是说创造意图是用摄像机这边实现,这有什么缺点?就是你要使得OOTF能够保持到接收端,那么你中间必须精确地来重现,因此为什么PQ要求什么?要求绝对亮度,把绝对亮度规定了,最后要显示出来的图像跟绝对亮度是相关的,但是HLG跟传统的有相关,OOTF放在接收端,在这个阶段我们就发现,它可以允许一定偏差,这个允许偏差可以用最后的OOTF来完全的校正,这样一来就有一个好处,还有一个好处传输过程的兼容性就会比较好,它的要求就没那么严格,不是要求绝对亮度,没有跟绝对亮度完全在一起。

  兼容的问题有很多的方案,比如说单一的HDR制作:所有的东西转成HDR,再转成我想要的东西,这是一种方法。还有一种:分两层,一种是HDR和SDR同时传输;还有一种就是我只传输一个信号,或者传输SDR或者传输HDR,但是另外一个信号都是从这个信号中提取出来的单一信号传输。两种办法里面,HDR直接传输的和SDR直接传输的都必须跟元数据相关,也就是说剩下的部分都放在元数据,所以如果单层兼容系统,必须要有元数据来支持,而元数据的支持就必须是端到端是系统。我们可以看到目前来说有这两大类的方法,一大类就是单层,一大类就是双层,单层目前HEVC是可以的,用main10显示可以用一般的HDR显示。如果用HLG,HDR信号可以直接在SDR电视机上显示,也不需要元数据;或者你用专有的编码器,或者SHVC的编码方式,这个方式目前用单层来传输,现在只有Technicolor,传送用SDR,加上表示HDR的元数据,接收端普通SDR电视机直接可以收看,HDR接收机将元数据中的HDR信息加上SDR成为HDR信号。也就是说Technicolor是能够以单层SDR的传输方式,能够兼容HDR,也就是说HDR信号我可以从SDR的元数据再重新恢复。所以这个就是分单层还是双层的问题。

  元数据也有制作元数据、还有分发元数据;还分为动态元数据和静态元数据。静态元数据不逐帧变化,动态元数据的元数据逐帧变化。HLG系统不需要任何内容相关的元数据,一个超高清的显示只需要知道出现在其输入端的是HLG的信号就可以,从这个角度说兼容性是比较好。因为时间关系我就不多说了,目前大概有四种不同的系统,一个系统是HDR10,第二是Dollby,第三就是BBC/NHK,前面三种不多说了,最后说一下Technicolor和飞利浦的HDR,是因为目前这个已经成为ETSI的标准,单层直接与SDR兼容的HDR系统,它有非常具体的节目制作和显示的规定,标准号是今年八月份通过的。这个说明要使HDR要能够在我们现在的环境当中顺利推广,一个关键的问题不在于4K、8K,而在于你怎么能够做到与现有的系统更好的兼容,谢谢。还有一些观看条件系统和显示器标定等等,我就不详细说了。

  这里面的关键感知量化,也就是说OETF关键在什么地方?我要变成数字的时候,我最好能看不到这个档之间的差别,根据外部的实验,人眼睛对光线预示的亮度差别的预值跟亮度成正比,这个叫“Weber定律”或者“Weber分数”。如果用8bit 256级,用其中的233级亮度还要去掉,用其中的233正好能够表达我看不见两边有差别的这样一个结果,这就是我们所说的“感知量化级”,用刚好能识别亮度电平差作为量化级的量化方法,这个方法称为“感知量化”,或者叫做“PQ”。为了提高动态范围克服BT.709的局限性,大多数摄像机都有自己的特性,所有这些东西所得到的动态范围都是不一样的。除了PQ以外,还有一种叫做“HLG”,也就是“混合伽马”。为什么这么说,如果从人的眼睛曲线来说是这样的曲线,也就是说在这上面是可以看到两个级别之间有界限的,而在这下面是看不见的,如果是15bit的伽马是这样的线,在亮的区有浪费掉了,而在如果是13bit的LOG我们看到正好,按照在暗区有浪费,处理办法叫做混合,也就是说在暗区用伽马在亮区用LOG,这样跟PQ有异曲同工,还有它的好处我一会儿再说。

可以看到这张图,把这三张图放在一起,15bit的伽马和12bit的PQ,这就是HLG。这个图可以把这四条曲线看的更清楚一点,更明显这张就是原来的BT.709,这个就是加拐点,绿蓝的线就是PQ,这个线就是HLG,这个HLG我们可以看到它在暗区是跟伽马是一样,在亮区用的LOG,它有个好处跟SDR接收器完全兼容,所以HLG就有这个好处。有一个公司对所有摄像机做出了测量,比如说对Alexa、索尼,一直到松下的动态范围做了测量,这里面还是Alexa最高,从这个角度看,这个曲线是关键,也就是说你能不能得到比较高的动态范围,关键是OETV访问函数的曲线。这是索尼的Log3和Log2的比较,这个曲线可以做很多的调整,所以会比SLOG亮一点,上面比较缓一点,所以这个曲线的形状对我们的HDR有非常大的作用。OETF最后从电转到光,实际上1886很晚才形成,当然EOTF不一定非要完全OETF的反函数,当然还有一个OOTF,也就是光到光的转换函数,很多人觉得OETF到EOTF当然就是OOTF,但是其实不然,如果你要把自然光线直接反射到你的电视机上确实是,但是大多数的节目制作,都有一个创作,或者说我希望(的),尤其是搞电影的,希望我的图像体现某种我的创作议题,或者暖色调,灰色调,像这些来影响情绪的一些东西,我必须让能够从拍摄的前端一直能够保持到我的拍摄的终端,这种OOTF放在什么地方就是这两个其中的一个关键,光转到电电转到光就是OO,实际上OO是创作意图,要先确定什么样的创造意图,再确定在整个范围当中应该怎么办。

  也就是说,我们说的呈现意图,系统伽马和OOTF,这个我们就不多说了。国际电联在今年七月份颁布了TT2100用于节目制作和国际节目交换的高动态范围图像参数值,这里面规定了一系列的参数,看看这个要求背景和周围亮度,背景亮度是5个nits,周围亮度也是5个nits,最小的亮度是0.005,这个都是我们需要关注的,所以将来看超高清的电视,周围的亮度是不能高的,如果高那么你0.005根本看不见的。这个都是做了一系列实验才能得出来的,这个我不多说了。这个里面一个是PQHLG一个关键问题在于OOTF放在什么地方,对于PQ来说,原来设计的模式是把OOTF放在摄像机端,我们可以看到OO直接在摄像机里面就有OO,这个也就是说创造意图是用摄像机这边实现,这有什么缺点?就是你要使得OOTF能够保持到接收端,那么你中间必须精确的来重现,因此为什么PQ要求什么,要求绝对亮度,把绝对亮度规定了,最后要显示出来的图像跟绝对亮度是相关的,但是HLG跟传统的有相关,OOTF放在接收端,在这个阶段我们就发现,它可以允许一定偏差,这个允许偏差可以用最后的OOTF来完全的校正,这样一来就有一个好处,还有一个好处传输过程的兼容性就会比较好,它的要求就没那么严格,不是要求绝对亮度,没有跟绝对亮度完全在一起。

  兼容的问题有很多的方案,比如说单一的HDR制作,所有的东西转成SDR,再转成我想要的东西,这是一种方法。还有一种分两层,一个是HDR和SDR同时传输,还有一种就是我只传输一个信号,或者传输SDR,或者传输HDR,但是另外一个信号都是从这个信号提取出来的,单一信号传输,两种办法里面,HDR直接传输的和SDR直接传输的都必须跟元数据相关,也就是说剩下的部分都放在元数据,所以如果单纯兼容机构,必须要有元数据来支持,而元数据的支持就必须是端到端是系统。我们可以看到目前来说有这两大类的方法,一大类就是单层,一大类就是双层,单层目前SHVC是可以的,显示可以用一般的HDR显示,如果用HLG的就可以大家它的SDR,在我们SDR的电视机上存放。或者你是用专有的,或者SHVC的编码方式,这个方式目前用单层的传输,现在只有Technicolor,元数据提取出来变成SDR不提取直接可以在SDR上面观看,这是它的一种兼容方式,也就是说Technicolor是能够以单层DSR的传输方式,能够兼容HDR,也就是说HDR信号我可以从SDR的元数据再重新恢复。所以这个就是分单层还是双层的问题。

  元数据也有制作元数据,还有一大类是静态元数据,还有动态元数据,这两种HLG系统不需要任何内容相关的元数据,一个超高清的显示只需要知道出现在其输入端的是HLG的信号就可以,从这个角度说兼容性是比较好。因为时间关系我就不多说了,目前大概有四种不同的系统,一个是系统HDR10,第三就是BBT,前面三种不多说了,最后说一下Technicolor和飞利浦的HDR,是因为目前这个已经成为ETSI的标准,单层直接与SDR兼容的HDR系统,它有非常具体的节目制作和显示的,它的标准号是今年八月份通过的。这个说明SDR和HDR,或者HDR要能够在我们现在的环境当中顺利推广,一个关键的问题不在于4K、8K,而在于你怎么能够做到现有的系统更好的兼容,谢谢。还有一些观看条件系统的标定等等,我就不详细说了。


光腚肿菊的发言又臭又长,按光腚的操行,我说一句吧,五年之内这东西在广电领域是普及不了的,五年以后,现在最高端的电视基本上也都淘汰了!

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* chncwk
既然广电普及不了,那就长虹就应该大力推广2K SDR机器,否则就是不领会上意,给领导抹黑。  详情 回复 发表于 2018-5-9 22:01
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 楼主| 发表于 2018-5-9 22:01 | 显示全部楼层
C生活 发表于 2018-5-9 20:29
以下为演讲全文:

本帖隐藏的内容4K的发展现状及前瞻

既然广电普及不了,那就长虹就应该大力推广2K SDR机器,否则就是不领会上意,给领导抹黑。
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本来就不存在一下子普及,今年国庆节央视开播4K HDR

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是HLG的HDR吗  详情 回复 发表于 2018-5-10 14:00
SONY KD-75X9400D (2016)
SONY KLV-46X300A (2008)
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其實廣電720P都有困難,所以用這話來詆毀4K的!!!
http://www.jd-bbs.com/thread-5712114-1-1.html【糾結電視選擇的請仔細看
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老中医啊
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