剖析如何將HDR技術(shù)運用至顯示器實(shí)現傳輸不失真

　　在圖像分布曲線(xiàn)成功還原后，HDR 將“亮度”及“色域”兩路分開(kāi)處理，Dolby的處理方式之一是將YCbCr色域先轉為IPT色域，再處理亮度及色彩飽和度。而色域映射(Gamut mapping)更提出由更復雜的3D查找表(3D LUT)來(lái)完成。

　　當然，使用這種HDR的技術(shù)在EOTF線(xiàn)性還原之后，并不一定要使用與上述一模一樣的處理方式，多數的芯片都具備有其他定制化處理方式，差別在最終的畫(huà)質(zhì)好壞而已。

　　圖4：PQ-HDR IPT處理方式之一。

　　2. 制作環(huán)境參數后送

　　要能使顯示器正確的還原圖像，錄像及后制的環(huán)境因素必須傳輸給顯示器，才能得到更精確的圖像還原。制作HDR環(huán)境參數必須包含以下幾項重要信息(CEA-8614.3規范及HDMI2.0a規范皆可看到詳細信息定義)：

　　——信號源的RGBW色域范圍

　　——顯示器的最大/最小亮度值

　　——視頻內容的最大亮度值(MAX CLL)

　　——一個(gè)畫(huà)面中的最大亮度平均值(MAX Fall)

　　在實(shí)際應用案例上，例如宜特實(shí)驗室收到多數送來(lái)測試的HDR視頻，大多都以DCI P3色域及Mastering 4000 Cd/m2占多數，其他部分有些資料并不正確，因此顯示器在處理時(shí)可能要有一些機制判斷環(huán)境參數是否為合理值。

　　在HDR信號處理完畢之后，顯示器在處理系統時(shí)，還必須設法把亮度曲線(xiàn)校正為較適合人眼的Gamma 2.0～2.4，以及顏色還原到顯示器定義的色域范圍，才能完成HDR的顯示流程。

　　所以，正確的校正流程應該是由信號源產(chǎn)生HDR的亮度信號，并產(chǎn)生對應的環(huán)境參數，顯示器收到環(huán)境參數后計算出適當的還原曲線(xiàn)，并校正為符合顯示器規格的亮度分布。

　　(二) BBC/NHK的HLG-HDR對應方案

　　英國B(niǎo)BC及日本NHK電視臺，也提出了對應的HDR 方案，稱(chēng)之為對數伽瑪分布(Hybrid Log-Gamma;HLG)，相對于Dolby 的PQ-HDR，HLG在應用上的方便性，是不需要Meta data 的傳輸，并在大部分既有的顯示芯片上經(jīng)過(guò)運算就可以執行，最后，再經(jīng)過(guò)最終顯示器亮度及色域的校正，便能達到HLG所宣稱(chēng)的效果(技術(shù)細節參考ITU-R BT.2100.0規范)。此版本也成為業(yè)界沿用HDR產(chǎn)品的第二代規范。

　　圖5：HLG-HDR處理方塊圖

　　與PQ-HDR類(lèi)似的，HLG-HDR也同樣提出對應的OETF曲線(xiàn)，但是在HLG的作法上比較單純也相對精確，信號源部分將亮度依照HLG OETF分布編碼。而顯示器部分則根據反向的OETF (OETF-1)，先將信號線(xiàn)性化再做定制化的亮度及色彩修正，最后再根據顯示屏幕的最大、最小亮度及環(huán)境亮度還原為HLG定義的亮度分布，稱(chēng)之為光-光轉換功能(OOTF)。

　　OOTF部分HLG特別加入了環(huán)境的亮度，實(shí)驗的結果是以對數(Log)的方式呈現，關(guān)系式如下：

　　r=1+(1/5) *Log(Ypeak / Ysrround)

　　完整的EOTF則包含OOTF部分：

　　Yd=αYsr+β

　　α=Lw-Lb (for Y range 0～1)，β=Lb

　　Lw： 標準亮度峰值

　　Lb： Display luminance for black.

　　目前，HLG的最大亮度只在1，000Cd/m2下討論，并不像PQ-HDR可以延伸到4000甚至10，000Cd/m2。有趣的是在ITU-R BT.2100附錄中提到了PQ-HLG相互轉換的方式，其實(shí)只要能夠還原成線(xiàn)性曲線(xiàn)，各規范之間互轉其實(shí)都做得到的。

　　為HDMI導入HDR及其對應認證標準

　　由于HDMI是顯示型消費性產(chǎn)品的主要接口，多數顯示產(chǎn)品會(huì )傾向先取得HDMI HDR的認證(HDMI2.0a)，作為導入HDR產(chǎn)品的第一步。

　　HDMI協(xié)會(huì )在2015公告了HDR的標準后，便成為第一個(gè)導入HDR的有線(xiàn)傳輸界面，不再局限于圖像串流的應用。

　　HDMI目前對于HDR的認證僅限于協(xié)議(Protocol)的部分，認證項目包括：

　　——HF1-53：Source Dynamic Range and Mastering InfoFrame–High Dynamic Range

　　——HF2-54：Sink EDID–HDR Static Metadata Data Block

　　——HF3-21：Repeater Repeated Output Port HDR

　　——HF3-22：Repeater Repeated Output Port Source Functionality HDR

　　——HF3-23：Repeater Repeated Input Port HDR

　　——HF3-24：Repeater Repeated Input Port Sink Functionality HDR

　　從作者在宜特信號測試實(shí)驗室協(xié)助客戶(hù)取得HDMI2.0a認證與HDR定制化算法調校與量測的實(shí)際經(jīng)驗中發(fā)現，大部分的客戶(hù)顯示器機種，除了“延伸顯示辨識編碼”(EDID，即有關(guān)廠(chǎng)商名稱(chēng)分辨率與序號等屏幕數據)的編輯可能有些小問(wèn)題之外，客戶(hù)通常都可以非常順利取得認證。