PQ vs HLG 不是說非得分個高下

Hej

好久不見夥計們

對於HDR應該有越來越多的朋友開始有所接觸，HDR內容也隨著iPhone X等設備的普及而開始普及，老早以前在知乎上提的找片源的問題陸陸續續有了回答

本文譯自去年的舊聞，可能對一些前輩而言已不算新鮮，不過作為一個很(ai)負(tuo)責(yan)的公眾號我還是把草稿箱里沉寂幾個月的文章給大家呈上

對於OETF EOTF OOTF 還暈頭轉向的同學可以

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首先要明白的是，PQ和HLG都是系統，而不是簡單的轉換曲線。這些系統的設計都是為了從原始場景的光線中獲取圖像，並將其轉化為最終顯示的光線，同時保留內容創作者的藝術意圖。這裡我們將重點介紹系統方面，而不是HLG和PQ轉換曲線的細節。

另一件需要了解的事情是PQ系統是由杜比開發的，杜比是一家以電影為主的公司，而英國廣播公司和NHK聯合開發的HLG系統是兩家主要關注電視的組織。

最後，試圖解釋PQ和HLG系統之間的區別必須使用三個術語：

OETF: Opto-Electronic Transfer Function 光電轉換。這是落在相機感測器上的光與相機產生的數字電子信號之間的非線性關係。

EOTF: Electro-Optical Transfer Function 電光轉換。這是顯示器接收到的數字電子信號與顯示器發出的光之間的非線性關係。

OOTF: Optical-Optical Transfer Function 光-光轉換。這是在圖像感測器上的光線和從顯示器出來的光線之間的整體關係。

OOTF關係在攝像機到顯示器信號鏈中通常不是線性的，並且通常以Gamma值為特徵。了解PQ vs HGL問題的一個關鍵是觀眾和創作者們的觀看環境所決定的OOTF-伽馬值，這些觀看條件包括顯示設備的亮度和環境光。

在電影院中，觀眾的觀看條件通常可以得到很好的控制。顯示的亮度被確定在約48 cd /m2（或者說尼特），用於常規的電影內容，環境光線也非常低。Dolby Cinema 杜比影院的亮度則能達到75 - 106 cd/m2的範圍。即便如此，對於通常在較高環境光下觀看的電視來說，這樣的亮度也是非常低的。標準動態範圍（SDR）的電視機通常在200 - 300 cd/m2的範圍內，有些甚至更亮。

SDR手持設備通常在600 cd /m2範圍內。目前市售的HDR電視機可達1000 - 2000 cd/m2，而杜比視界（Dolby Vision），可以支持高達10,000 cd/m2 的內容。顯然，對於在48或100 cd/m2標準下所創建的內容，需要針對通常在更光亮的環境中觀看的，更亮的顯示設備來調整OOTF。杜比視界（Dolby Vision）和HDR-10（10bit版免費開放PQ）通過發送元數據和視頻信號來告訴顯示內容該如何控制。

然後，顯示設備再調整EOTF，適配不同的亮度和觀看環境。目的就是為了即使觀眾在不同的環境下去觀看也能展現創作者的藝術意圖。

當最終用戶觀看環境與編輯過程中使用的觀看環境相匹配時的PQ和HLG信號鏈。無論是PQ信號鏈還是HLG信號鏈都不需要信號調整，並且都能有相當的圖像質量。值得注意的是，在PQ系統中，OOTF嵌入在編碼部分，而在HLG系統中，OOTF則嵌入在解碼部分。

這種方法被稱為「顯示相關（Display-Referred）」。視頻信號包含了顯示設備應該有多亮的信息。在PQ系統或任何其他顯示相關係統（如DCI或ACES）中，電子信號告訴顯示器要顯示多少尼特，以及每個像素應該具有的顏色。

在顯示設備和環境與主監視器不匹配的顯示設備上顯示PQ信號時，使用來自主控環境的元數據來調整OOTF。

在顯示相關的電視系統中，如果不進行調整，在2000 cd/m2專業監視器上創建的畫面在1000 cd/m2的電視上顯示的內容將會簡單粗暴地削掉1000 cd/m2以上的所有白色電平。顯然這是不可接受的，所以我們需要元數據，以匹配不同的顯示設備。

另一方面，電視一直是「場景相關（Scene-Referred）」系統。即，視頻信號包含基於每個像素的原始場景的亮度和顏色的圖像信息。在諸如模擬電視或SDR HDTV之類的場景相關係統中，最終顯示設備（The Final Display）可以將場景的亮度與觀眾看到的顯示設備的亮度進行比較，並調整OOTF，而不需要任何元數據來描述主監視器的亮度或觀看環境。在這個系統中，電視機可以單純地根據包括顯示屬性和環境光在內的本地數據來調整用於最終顯示畫面的OOTF。

在顯示

設備和環境與主監視器不匹配的顯示設備上顯示HLG信號時，使用基於觀看環境和顯示屬性的本地數據來調整OOTF。不需要來自主控環境的元數據。

HLG系統比PQ系統有更多優勢。由於HLG OETF類似於SDR TV的OETF，並且不存在元數據，所以由HLG系統編碼的每個HDR視頻信號都自動向下兼容SDR TV。不僅僅是電視機，還包括內容創作和發行行業的所有後期製作、數據存儲、編輯和流媒體軟硬體。將SDR工作流程轉換為HDR工作流程所需的唯一的支持的HDR軟硬體是HDR相機和HDR主監視器。

與HLG系統不同，PQ系統並不能自動向下兼容SDR。有PQ系統的向下兼容的情況，但這是基於SDR，再通過附加元數據來提升至HDR。這樣SDR將基本SDR數據顯示為正常的SDR圖像，並忽略添加的HDR元數據。從某種意義上來說，這只是一個解決問題的特殊方法，而不是一個通用、完整的解決方案：電視內容「創建，發布，廣播和顯示」鏈中的太多部分忽略了元數據，並且不會將其傳遞到需要的地方。

雖然用於電視內容時並不太好，但PQ系統卻適用於電影。電視內容太寬泛的觀看條件，包括屏幕尺寸，屏幕亮度和環境光線，使得針對不同情況來對整體的OOTF調整成為必不可少的。PQ可以通過使用元數據來做到這一點，只要滿足元數據的傳輸環境就能很好的工作。由電視工程師根據多顯示平台上電視的特殊要求設計的HLG系統就可以更好地服務於電視。

目前很多HDR內容採用了PQ系統。從PQ系統到HLG系統的內容轉換沒有問題，反之亦然，圖像質量沒有明顯的損失。特別是從採用PQ的電影內容到採用HLG的電視內容的轉碼並不會犧牲圖像質量。至於將電視內容轉換回大屏幕的話，非常少見但也不是不可能。 - Matthew Brennesholtz

其實個人覺得HDR目前還在茁壯發展階段，還有很多方面需要標準制定者們去改進，需要設備廠商繼續研發（騷尼10000nit小太陽在路上），同時也需要業內工作者們去適應和習慣，尤其是對於調色環…

圖片來源 Mixinglight.com

節……

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