索尼HDR制作技术概述

    影视制作发展的历史就是不断地追求更高的图像质量。与图像质量有关的因素是分辨率、色域、量化精度、帧率和动态范围，与标清相比高清电视通过提高分辨率提升了图像质量，4K超高清电视不但在分辨率方面超越了高清，还扩展了色域、提高了量化精度和帧率，加上最新的高动态范围（HDR）技术，4K超高清电视能够呈现出比高清更惊艳的视觉效果。

    HDR技术简介

    受拍摄、制作和显示技术的影响，影视制作不可能也没必要完全再现实际景物的动态范围，但与人眼的视觉特性相比，目前电视系统的动态范围还是太小了。现有电视动态范围的标准是根据显像管性能制定的，而目前显像管已经被淘汰，拍摄、制作和显示技术都比显像管时代有了长足的发展。因此，影视行业需要制定新的技术标准提升系统的动态范围。

    标清时代早期电视摄像机的动态范围只有150%，之后提高到了300%、600%，能够再现的光比约为1,000:1，相当于10档光圈宽容度，高清时代亦然。标清和高清显像管监视器的标准亮度为100尼特（cd/m2），对比度大于1,000:1，显像管伽玛（EOTF，电光转换特性）2.4（ITU-R BT.1886），与显像管伽玛相对应的电视伽玛（OETF，光电转换特性）配合摄像机拐点/斜率支持的宽容度传输能力1,000:1。在现有的电视系统中，拍摄、制作、传输和显示的宽容度均为1,000:1，10档光圈。

    根据ITU（国际电联）、EBU（欧广联）、SMPTE（美国电影电视工程师协会）和ARIB（日本电波产业会）等国际、地区和国家的标准化组织研究建议，HDR的目标是把电视系统的宽容度从1,000:1提高两个数量级达到100,000:1，相当于从10档光圈提高到16.7档，达到与人眼瞳孔无调节时相当的程度。

    近年来数字摄影机大量应用于电影拍摄，为了实现与彩色负片相同的宽容度性能，35mm全画幅成像器件的宽容度已经超过了14档光圈。最新的OLED显示屏亮度达到了1,000尼特，对比度超过1,000,000:1（20档光圈），配置了动态背光技术的液晶显示屏亮度达到了4,000尼特，对比度超过10,000:1。目前，在拍摄和显示技术方面已经达到或接近了HDR的要求，但现有的显像管伽玛（EOTF）和电视伽玛（OETF）配合摄像机拐点/斜率支持的宽容度传输能力只有1,000:1，成了实现HDR的瓶颈。

    HDR就是在提高了拍摄和显示动态范围的基础上采用新的OETF和EOTF，用更高的量化精度把电视系统表达宽容度的能力提升到100,000:1，并兼容现有的SDR（标准动态范围）收看设备。

    简单来说，HDR就是建立了一个比SDR更大的坐标系，以再现更大的色域和更高的亮度动态范围。

    显示设备的EOTF是指数特性，制作系统的OETF是对数特性，OETF利用人眼的非线性对数特性对动态范围进行压缩以节省传输资源，EOTF对被OETF压缩了动态范围进行扩展，两种曲线的方向相反，必须成对配合使用，才能再现正确的灰度和彩色。目前，很多厂家、研究和广播机构提出了多种用于HDR播出、发行的EOTF，其中两种被市场广泛接受，一种是杜比公司建议的PQ，已经成为SMPTE ST2084标准，另一种是NHK与BBC建议的HLG（Hybrid Log-Gamma），正在申请成为ITU-R标准。

    在美国，OTT和演播室表演类节目（电影和连续剧）引领了HDR发展，根据CEA（Consumer Electronics Association，美国消费电子产品协会）发布的规范，其播出格式为HDR10，即10比特量化、4:2:0取样、R.2020色域，EOTF采用PQ（SMPTE ST 2084），SDR兼容方案为Dolby Vision；欧洲推动HDR发展的主要是卫星和实况直播体育节目，SDR向下兼容性受到高度重视，因此EOTF优先考虑采用兼容性好的HLG（Hybrid Log Gamma）；日本的状况与欧洲类似。

    索尼HDR制作

    由于播出、发行的EOTF至少有两种选择，因此制作HDR电视节目时无论选择哪种做母版都有风险，有必要引入与EOTF/OETF无关的中间母版（Mezzanine Master）制作格式。基于影视制作的丰富经验，索尼建议采用S-Log3作为HDR的制作母版。S-Log3预留了4,000%的动态范围，与Cineon对数伽玛几乎完全相同，便于调色，非常适合10比特HDR电视母版制作和HDR直播。

    索尼所有专业4K摄像机/摄影机都支持HDR拍摄，采用4K OLED显示屏的BVM-X300监视器支持大部分主流HDR的EOTF和R.2020超高清色域，HDR模式时最高亮度1,000尼特，对比度大于1,000,000:1，能够满足各种4K HDR节目的制作需求。