王亞明

在ITU R-BT.2408文件里談到的各種映射是什么意思？

BT.2408文件里經(jīng)常談到上轉(zhuǎn)換、下轉(zhuǎn)換、上映射、下映射、場景參考映射、顯示參考映射、直接映射、色調(diào)映射、反色調(diào)映射等名詞。因此，有必要解釋一下這些專業(yè)名詞和彼此之間的關(guān)系。

·上轉(zhuǎn)換（Up-Convert）

SDR轉(zhuǎn)換為HDR的信號(hào)處理統(tǒng)稱為上轉(zhuǎn)換。

上轉(zhuǎn)換時(shí)，以100%動(dòng)態(tài)范圍為分界線，100%動(dòng)態(tài)范圍以下的SDR內(nèi)容用場景參考映射或顯示參考映射上轉(zhuǎn)換；高于100%動(dòng)態(tài)范圍的拐點(diǎn)部分用直接映射或上映射（反色調(diào)映射）上轉(zhuǎn)換。

·場景參考映射（Scene Referred mapping，簡稱SR）

場景參考映射以100%動(dòng)態(tài)范圍對(duì)應(yīng)的信號(hào)電平為基準(zhǔn)。 100%動(dòng)態(tài)范圍對(duì)應(yīng)的SDR、HLG和PQ電平分別為100% SDR（考慮拐點(diǎn)時(shí)大約98%）、75% HLG和58% PQ，采用場景參考映射上轉(zhuǎn)換時(shí)，100% SDR峰值白電平分別映射為75% HLG或58% PQ電平，同時(shí)將BT.709色域映射為BT.2020色域，BT.709伽瑪映射為HLG或PQ伽瑪。

100% SDR峰值白電平用場景參考映射上轉(zhuǎn)換后，在1000尼特HDR監(jiān)視器上顯示亮度為203尼特，與原生HDR圖像100%動(dòng)態(tài)范圍對(duì)應(yīng)的亮度一致，是SDR監(jiān)視器顯示峰值白亮度的2倍。

·顯示參考映射（DisplayReferred mapping，簡稱DR）

顯示參考映射以監(jiān)視器的顯示光為基準(zhǔn)。100% SDR峰值白電平在SDR監(jiān)視器上顯示亮度100尼特，采用顯示參考映射上轉(zhuǎn)換時(shí)，100% SDR峰值白電平在1000尼特HLG和PQ監(jiān)視器上的顯示亮度仍然是100尼特，色域和伽瑪?shù)挠成湟沧裱嗤脑瓌t，上轉(zhuǎn)換后在1000尼特HDR監(jiān)視器上顯示的亮度、彩色、伽瑪與SDR監(jiān)視器相同。

由于顯示參考映射上轉(zhuǎn)換的SDR圖像在HDR監(jiān)視器上的顯示亮度與SDR監(jiān)視器相同，因此轉(zhuǎn)換后其信號(hào)電平比場景參考映射上轉(zhuǎn)換低。采用顯示參考映射上轉(zhuǎn)換，在1000尼特HDR監(jiān)視器上顯示100尼特亮度時(shí)，其電平分別為63% HLG或51% PQ，比場景參考映射上轉(zhuǎn)換的75% HLG或58% PQ電平低。

用場景參考映射把SDR上轉(zhuǎn)換到HDR后再用場景參考映射下轉(zhuǎn)換到SDR時(shí)，75% HLG或58% PQ電平映射為100% SDR峰值白電平，與上轉(zhuǎn)換時(shí)正好相反，所以經(jīng)過上、下轉(zhuǎn)換的往返后SDR信號(hào)的電平、伽瑪、色域與轉(zhuǎn)換前相同，符合SDR/HDR混合制作的要求。因此，HDR直播系統(tǒng)中使用SDR攝像機(jī)或HDR錄播使用SDR素材時(shí)應(yīng)采用場景參考映射上轉(zhuǎn)換，實(shí)際上場景參考映射也是大多數(shù)轉(zhuǎn)換器的默認(rèn)設(shè)置。

上轉(zhuǎn)換時(shí)，因?yàn)轱@示參考映射的HDR信號(hào)電平比場景參考映射低，所以用顯示參考映射上轉(zhuǎn)換到HDR后再用場景參考映射下轉(zhuǎn)換到SDR時(shí)，經(jīng)過上、下轉(zhuǎn)換的往返后SDR信號(hào)的電平、伽瑪、色域與轉(zhuǎn)換前是不一樣的，不符合SDR/HDR混合制作的要求。因此，除特殊要求外，目前不應(yīng)在制作流程中使用顯示參考映射。

·直接映射（Direct Mapping）

直接映射上轉(zhuǎn)換時(shí)不對(duì)SDR信號(hào)中高于100%動(dòng)態(tài)范圍的拐點(diǎn)部分進(jìn)行擴(kuò)展處理，以保持原始SDR的觀感。因此，在HDR監(jiān)視器上顯示的直接映射SDR圖像與SDR監(jiān)視器上顯示的原始SDR圖像在SDR的拐點(diǎn)部分具有相同的觀感。

·上映射（Up-Mapping），反色調(diào)映射（Inverse Tone Mapping，ITM）

在BT.2408中，上映射也被稱為反色調(diào)映射。反色調(diào)映射上轉(zhuǎn)換時(shí)把SDR信號(hào)中高于100%動(dòng)態(tài)范圍的拐點(diǎn)部分?jǐn)U展到了HDR范圍，以模擬HDR內(nèi)容的觀感。因此，在HDR監(jiān)視器上顯示的上映射SDR圖像與原始HDR圖像具有類似的觀感。

由于SDR中代表HDR內(nèi)容的拐點(diǎn)部分被壓縮到了10%左右的電平資源內(nèi)，只保留了有限的亮度和彩色信息，采用反色調(diào)映射上轉(zhuǎn)換時(shí)拐點(diǎn)部分的電平幅度被擴(kuò)展了3至4倍但灰階數(shù)量無法增加，損失的亮度和彩色信息無法恢復(fù)，擴(kuò)展后很可能出現(xiàn)亮度和彩色的失真以及量化比特不足的條帶現(xiàn)象。因此，除特殊要求外，上轉(zhuǎn)換時(shí)應(yīng)盡可能不采用反色調(diào)映射。

在大多數(shù)實(shí)際的轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品上，上轉(zhuǎn)換時(shí)直接映射是默認(rèn)設(shè)置。

·下轉(zhuǎn)換（Down-Convert）

HDR轉(zhuǎn)換為SDR的信號(hào)處理統(tǒng)稱為下轉(zhuǎn)換。

下轉(zhuǎn)換時(shí)，以100%動(dòng)態(tài)范圍為分界線，100%動(dòng)態(tài)范圍以下的SDR內(nèi)容用場景參考映射或顯示參考映射下轉(zhuǎn)換，高于100%動(dòng)態(tài)范圍的HDR內(nèi)容用下映射（色調(diào)映射）或硬削波下轉(zhuǎn)換。

采用場景參考映射下轉(zhuǎn)換時(shí)，75% HLG或58% PQ電平映射為100% SDR峰值白電平，同時(shí)將BT.2020色域映射為BT. 709色域，HLG或PQ伽瑪映射為BT.709伽瑪。

采用顯示參考映射下轉(zhuǎn)換時(shí)，由于SDR監(jiān)視器的峰值亮度低于HDR監(jiān)視器，因此無法像上轉(zhuǎn)換時(shí)那樣在SDR監(jiān)視器上再現(xiàn)HDR的絕對(duì)亮度，只能模擬HDR圖像的觀感。除特殊要求外，目前不應(yīng)在制作流程中使用顯示參考映射。

·下映射（Down-Mapping），色調(diào)映射（Tone Mapping，TM）

在BT.2408中，下映射也被稱為色調(diào)映射。色調(diào)映射下轉(zhuǎn)換時(shí)把HDR信號(hào)中高于100%動(dòng)態(tài)范圍的HDR內(nèi)容壓縮到了SDR信號(hào)的拐點(diǎn)處理范圍內(nèi)，與SDR攝像機(jī)處理HDR高光內(nèi)容的方法一樣。

·硬削波（Hard Clipping）

下轉(zhuǎn)換時(shí)，在某些情況下硬削波而不是色調(diào)映射（類似于軟削波）更為合適。通過硬削波，將超過閾值的所有信號(hào)都削波到該閾值。當(dāng)要求來自HDR攝像機(jī)的信號(hào)看起來類似于無“拐點(diǎn)”的SDR攝像機(jī)提供的信號(hào)時(shí)，可以采用硬削波。

下圖是HLG下轉(zhuǎn)換到SDR時(shí)硬削波與色調(diào)映射的差別。從圖中可以看到，場景參考映射下轉(zhuǎn)換把75% HLG電平映射為100% SDR電平，色調(diào)映射下轉(zhuǎn)換把高于75% HLG的HDR內(nèi)容壓縮到了SDR信號(hào)的拐點(diǎn)范圍內(nèi)，硬削波則把高于75% HLG的HDR內(nèi)容削波到100% SDR電平。

由于高清SDR攝像機(jī)都采用了與色調(diào)映射一樣的拐點(diǎn)處理HDR高亮度部分，為了使HDR下轉(zhuǎn)換的高清SDR圖像與原生SDR攝像機(jī)圖像觀感一致，不應(yīng)在制作流程中采用硬削波。

在大多數(shù)實(shí)際的轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品上，下轉(zhuǎn)換時(shí)色調(diào)映射是默認(rèn)設(shè)置。

（未完，待續(xù)）