索尼4K HDR制作 索尼中国专业系统集团 创新业务开发本部 技术总监 王亚明 2018年11月 南昌

UHD（超高清）电视技术标准 技术标准 实施标准 UHD 4K（超高清） HDR（高动态范围） 国际电信联盟：ITU-R BT.2020 超高清电视技术标准 中国广电总局：GY/T 307-2017 超高清晰度电视系统节目制作和交换参数值 HDR（高动态范围） 国际电信联盟： ITU-R BT.2100 高动态范围（HDR）技术标准 中国广电总局： GY/T 315-2018 高动态范围电视节目制作和交换图像参数值 实施标准 国际电信联盟：ITU-R BT.2408 HDR电视制作运营实践 中国广电总局：4K 超高清电视技术应用实施指南（2018版） HDR播出方案 HLG（无元数据） PQ：SL-HDR2（静态+动态元数据） 制作监视器峰值亮度：1000尼特

HDR播出方案 方 案 OETF 功 能 元数据 下兼容 层 BBC/NHK HLG HDR(SL) No Yes Single PQ只是EOTF 用PQ制作的节目播出/传输时必须加入元数据形成HDR方案 用PQ制作的节目可以用HDR10、HDR10+、Dolby Vision-1/2、SL-HDR1/2播出/传输 HLG无需元数据 用HLG制作的节目在播出/传输码流里插入识别符就可以直接播出 也可以加入元数据形成HDR方案（如SL-HDR3） 目前提出的部分HDR播出方案 已经被电视机行业采用的HDR方案有BDA/HDR10、 HDR10+、Dolby Vision，HLG 中国计划采用SL-HDR2（待定） 方 案 OETF 功 能 元数据 下兼容 层 BBC/NHK HLG HDR(SL) No Yes Single BDA/HDR 10 PQ Static HDR10+ Static+Dynamic Dolby Vision-1 HDR(BL)+EL Yes(with IP) Dual Dolby Vision-2 SDR(BL)+EL Dynamic SL-HDR1（Philips/Technicolor） SDR(BL) SL-HDR2（Philips/Technicolor） HDR(BL) SL-HDR3（Philips/Technicolor） HDRSL)

采用PQ OETF的HDR方案比较 兼容性 静态元数据：各方案相同 动态元数据：各方案不同 元数据产生 Dolby Vision和SL-HDR2下兼容SDR HDR10和HDR10+不兼容SDR 静态元数据：各方案相同 ST2086：监视器硬件性能，包括RGB基色坐标（色域），白色坐标，最大显示亮度，最小显示亮度 MaxFALL（maximum frame-average light level，最大帧平均亮度电平，简称FALL或平均亮度） MaxCLL（maximum content light level，最大内容亮度电平，简称CLL或最大亮度） 动态元数据：各方案不同 Dolby Vision：ST 2094-10 Philips：ST 2094-20 Technicolor：ST 2094-30 HDR10+：ST 2094-40 元数据产生 静态元数据：自动/手动（直播和录播链路可自动传输色域、白色坐标、HDR伽玛类型，亮度手动输入） 动态元数据：专用软件实时或非实时自动产生

HDR与SDR兼容方案 双层数据传输：Dolby Vision 单层数据传输 用PQ制作HDR母版经Dolby Vision编码后分成两层传输（卫星/地面无线/有线电视/网络等） 用于普通电视的基本层：现有SDR电视机/机顶盒可直接解码基本层信息，显示对比度和彩色正常的图像 包括HDR信息的增强层：支持Dolby Vision的电视机/机顶盒或显示设备检测到码流中的元数据后自动转入 Dolby Vision模式，可解码基本层和增强层的全部信息，显示HDR图像 单层数据传输 用PQ制作HDR母版后插入静态元数据传输：HDR10 支持HDR10的电视机或显示设备检测到码流中的元数据后自动转入HDR10模式，显示HDR图像 在现有SDR电视机上显示对比度、彩色不正常的灰暗图像 用HLG制作HDR母版后插入识别符传输：HLG 支持HLG的电视机或显示设备检测到码流中的HLG识别符后自动转入HLG HDR模式，显示HDR图像 在现有的SDR电视机上显示对比度正常、彩色饱和度降低的SDR图像

HDR与SDR兼容方案 单层数据传输（Philips/Technicolor） 用PQ制作HDR母版，插入元数据传输：SL-HDR1 经过处理后把HDR转换成SDR图像+静态/动态元数据传输，现有的SDR电视机能够显示对比度和彩色正常 的图像 支持SL-HDR1的电视机/机顶盒可以利用元数据在SDR的基础上重构HDR图像 用PQ制作HDR母版，插入元数据传输：SL-HDR2 传输HDR图像+静态/动态元数据，支持SL-HDR2的电视机可以直接显示HDR图像 支持SL-HDR2的机顶盒可以利用元数据在HDR的基础上重构SDR图像 用HLG制作HDR母版，插入元数据传输：SL-HDR3 传输HLG图像+静态/动态元数据，支持SL-HDR3的电视机/机顶盒直接显示HDR图像 在现有的SDR电视机上显示对比度正常、彩色饱和度降低的SDR图像

HLG向下（SDR）兼容 HLG方案只传输单层数据 100%动态范围时，HLG的电平是SDR（BT.709）的50% 利用其特殊设计的伽玛特性，实现了HDR与SDR的直接兼容 100%动态范围时，HLG的电平是SDR（BT.709）的50% HDR正常曝光时SDR电视机显示HLG HDR图像时会变暗 解决方案：在正常曝光的基础上，摄像机开大1档光圈或调色时增益提高1倍 100%动态范围时HLG的曲线与SDR电视伽玛+拐点/斜率性能相近，在现有的SDR电视机上可以显示正常 对比度的图像 由于HDR的动态范围比SDR大得多，增益提高对HDR画面的影响不大 实际上如果以SDR图像作为曝光基准，HLG HDR的图像实际上有些过曝光 无需双层数据、元数据传输，实现HDR与SDR直接兼容 由于HDR色域比SDR大，在SDR电视机上显示HLG HDR图像时彩色饱和度降低

4K HDR播出流程 播出/传输用PQ制作的HDR10或Dolby Vision节目时必须同时传输元数据 支持HDR10或Dolby Vision的HDR电视机/显示设备接收到元数据后自动进入PQ HDR的“绝对亮度”模式 播出/传输用HLG制作的HDR节目时必须同时传输HLG识别符 支持HLG的HDR电视机接收到HLG识别符后自动进入HLG HDR模式 依据HLG系统伽玛计算公式，电视机厂商为不同亮度的HLG电视机设置不同的系统伽玛值，可变伽玛自动调整 了电视机100尼特以下的平均亮度，使不同亮度电视机显示的平均亮度基本相同 4K HDR 监视器 SDI HEVC 编码 HEVC 解码 4K HDR 制作系统 播出 编码器 接收解码器 （机顶盒） HDR电视机 SDI HDMI 元数据/识别符 插入

HDR中间母版格式S-Log3 除了用播出的PQ和HLG格式制作HDR节目， 还可以用电影行业常用的对数伽玛作为中间母 版格式制作HDR节目，例如索尼的S-Log3 索尼建议的HDR中间母版格式S-Log3是索尼 摄影机使用的OETF，支持4000%动态范围 可利用成像器件的全部动态范围 基于Cineon数字负片性能设计，与电影行业 的Cineon对数伽玛几乎完全相同 已经获得大多数后期制作设备支持，调色师也 非常熟悉 既适合制作中间母版，也适合10比特接口传输 S-Log3是一个把HDR制作化繁为简的工具， 制作者只需考虑图像质量，无需考虑播出格式 10-bit Code Value 光圈级数关系 18% 灰

SR-Live：4K HDR与SDR同播/双播制作系统 索尼4K摄像机的基带处理器单元（BPU）支持多路数字信号处理引擎 可同时输出4K和高清信号，可将不同的OETF曲线分配到独立的输出格式上 使用一个摄像机系统同步制作的优势 图像的色调和观看效果能够在各种输出信号之间进行同步控制 对HDR和SDR输出信号的亮度电平进行优化调整 调整摄像机的光圈使SDR信号的白色基准电平相当于100%时HDR图像看起来对比度不足，如果将HDR信号的白电平扩展到300%左右SDR图像会过曝光 为解决这个问题索尼为摄像机系统研发了“SDR增益”调整功能，能够对HDR和SDR信号路径之间的差异进行设置，为每一路4K和高清信号完美地配置必须的亮度范围 在一般条件下，高亮度的拍摄场景应当使用相对较大的增益差值，昏暗的拍摄条件则最好选择较低的值 实际数值必须根据具体情况而确定，最常用的差值选择范围在-6dB 到-10dB之间 在多摄像机制作环境中设定SDR增益时，在所有的摄像机中应设置统一的SDR增益值，在实际拍摄过程中请勿更改SDR增益值 “SDR增益”性能的优势 视频工程师（VE）只要在拍摄前设定SDR和HDR信号路径之间适当的增益差，就能在普通SDR信号基础上进行实时图像调光操作 视频工程师可以根据自己之前进行高清节目制作时取得的经验和技巧使用高清波形监视器、SDR显示设备系统架构，确定制作图像的效果，节省设备投资

SR-Live：4K HDR与SDR同播/双播制作系统 BPU-4000/4500 HDR HDR Processor SDR处理器增益比HDR处理器降低10dB （HDR电平的1/3），HDR与SDR曝光都合适 SDR Processor HDC-4300 SDR

直播：4K HDR与SDR同播/双播制作系统 操作：监看HD SDR，制作4K HDR 双路输出 4K/HD HDR S-Log3/HLG/BT.2020 取景器 4K/HD HDR　 HDC-4300 HDC-4800 HDC-P43 BVM-X300 (4K HDR) SR-Live：视频工程师在SDR环境下能够完成HDR调光 HD SDR BT.709/709 gamma HD SDR VE BVM-E250 (HD SDR)

制作4K HDR节目后下变换得到的高清不一定是曝光准确的高质量节目 1000尼特 制作4K HDR节目后下变换得到的高清不一定是曝光准确的高质量节目 100尼特 HDR图像 光圈变化不敏感 SDR图像 光圈变化敏感 摄像机 1/2档光圈 亮度变化 亮度 1000尼特HDR监视器 100尼特SDR监视器

小 结 高质量4K HDR制作的关键是选择符合技术标准的监视器 HDR需要提高显示亮度，但只提高显示亮度并不是HDR HDR监视器的亮度 电视机亮度是个容器，相当于车厢，车厢越大能够运输的货物越多 亮度灰阶信息相当于被运送的货物，车厢不够大运载不了足够多的货物 只提高显示亮度不增加亮度信息量相当于只增大车厢不增加货物，降低了观看舒适度，容易出现视觉疲劳 HDR监视器的亮度 根据目前HDR监视器、电视机的技术和产品水平以及ITU、广电总局等标准的推荐，建议采用1000尼特HDR监 视器制作节目 记录元数据 无论制作哪种HDR格式，必须记录监视器峰值亮度等性能数据 相信自己的眼睛 在符合标准的监视器上高质量4K HDR节目看起来一定是舒适的，看着不舒服的图像一定有问题 4K、HDR是基础显示技术，不只用于电视行业 应用于所有显示设备，小如手机、大如LED显示屏等

索尼摄像机全面支持4K HDR拍摄制作 LIVE -Sports -Music -Stage Drama Movie Commercial PMW-F55/F5 PXW-FS5 HDC-4300 FS7Ⅱ LIVE -Sports -Music -Stage HDC-4800 HDC-P43 UHC-8300 VENICE Drama Movie Commercial Documentary Program Production Press/Coverage F55 EFP Style PXW-Z580 PXW-Z150 PXW-Z90/HXR-NX80 PXW-Z280/Z190 HDC-3500/3100 HDC-P50

全新的HDR监视器BVM-HX310 保持BVM-X300高质量，某些性能超越X300 与X300相比增加了功能 全新LCD面板技术，对比度1,000,000 :1 全屏1,000尼特 与X300相比增加了功能 12G-SDI 支持VPID 四分屏显示 User LUT

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