HDR杂谈

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*一些必要的链接由于不能插入外链的限制，这里我用二维码的方式方便大家访问。

*部分图片仅作模拟HDR效果的示意，不能代表真实情况

写在前面

HDR为我们带来更高的亮度上限的同时，其实也为我们带来了更多可显示的色彩，更加逼真的视觉体验，更加丰富的画面细节等等。随着HDR内容的越来越多，相信许多创作者已经跃跃欲试。在这里我们来聊一聊，作为影视工作者的我，如何去看待HDR这一发展势头迅猛的内容表现形式。

本次讨论我将分为几个部分，中间尽量采用更加便捷但不一定严谨的表述帮助大家理解，行业大神看到请微微一笑，新人小白可以深入地去查询更加严肃的讨论文章以正确地吸收相关知识。阅读时间稍长，希望大家喜欢。

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HDR是什么？

HDR扩展了我们在屏幕上看到的画面的亮度上限和下限，以及更加丰富色彩。

真实世界的亮度范围可以是没有界限的，我们的双眼能看到的亮度范围也非常的广阔，大大超出了目前显示设备还原任何一种图像的能力。HDR能够实现的，就是更大的色彩范围（体积），使我们有了更多的能力去展现摄影机拍摄到的画面，让创作者们在画面中有了更大的施展空间，需要用到的时候就尽情地利用，不需要的时候也可以精确地利用想用的部分。

改变的不仅是亮度

你要是简单地认为HDR只是画面更亮就大错特错了，不然厂家使劲怼显示器的背光亮度，再号召大家把显示器亮度调到最高不就行了？换个角度，更多的色彩也需要更细致的描述，也就是说我们需要更高的画面质量来满足HDR的显示要求。

【深度】

绝大多数SDR画面，往往因为运算量、显示面板等等限制，采用的是8位，也就是2^8=256级的色位深度。例如Rec.709所建议的100nit范围内，8位的色深我们这么多年以来双眼早已习惯这样的画面，虽然很多情况下对于显示面板而言只是6抖8。并不是说从黑到白的256个等级对人眼来说就足够，排除比较过分的画面压缩，实际上很多情况下大家还是可以看到因为色深有限而造成的色带现象。

只要我们能看出这一现象，说明当前亮度下此时的数据量便不足以展现这样的画面，对观众对创作者而言这都是不愿意看到的。好在大多数情况下我们还可以接受，大家想想在网络卡顿的时候选择的画质下限，偶尔出现一下还勉强算了；我们还有“巧妙”的抖动算法，让大家在资源有限的情况下尽量掩盖这一问题。

一旦在HDR的前提下，我们假若还使用8位的色深，这下带来的不适感将更加严重，简单地类比，相当于将本来就有色带的画面全加大了对比，均匀干净的天空出现了一圈圈的纹理…这将会是一次非常糟糕的体验。

因此色深越高当然越好，但是也要考虑数据量和运算能力，不考虑的话709的标准下强制怼亮理论上也可以实现HDR的，但是会造成巨大的浪费。目前的HDR标准则建议采用10位/12位的方式。

再深入一点，你可能会说人眼在不同亮度情况下对画面的敏感度不同啊。要弄清楚的话，这里就不得不提到Barten曲线。

简单概括就是：Barten曲线划定了不同亮度条件下人眼能感受到的最小的反差等级，低于这条曲线阈值的就被认为人眼无法分辨。在图表中它不是平直的一条线，在不同亮度的情况下（横轴），越暗的部分人眼对反差的变化更敏感。图里展示的几种不同的曲线，虽然色深越高，每级反差越小越难以察觉，毕竟太多也是浪费，于是才有了PQ曲线，几乎就是贴着Barten曲线的下方掠过，用12位的情况下，就能尽可能满足至多10000nit的要求。可以说，除非以后科技突飞猛进，显示能力超过了10000nit的天花板，或者人眼集体基因突变，采用PQ的ST.2084标准还能再用很多年。

【广度】

对于HDR而言自然是色域越广越好，比如2020。但是毕竟要受到现在显示技术的限制，现如今还没有完整覆盖2020色域的显示设备问世，无论消费级还是专业级，顶多是“支持”2020色域输入和处理而已（截止2020年初），超过的部分照样无法显示。其中自然是有非常多难以逾越的技术鸿沟，这里我们就只有期待一下尽可能满足2020色域的产品问世。

所以目前为止大多数情况下我们只有退而求其次采用P3色域来满足我们对HDR画面的要求。毕竟支持P3色域的设备已经有了可观的数量（没错说的就是水果家的iDevice们，对于电视相信已不是什么难事）。

当然对于HDR还少不了峰值亮度的问题。不同于传统的SDR，虽然是建议100nit，但是实际上对这一亮度的需求早就超过了这个值。PQ规定的是一个绝对的亮度值，一台显示设备的峰值亮度并不是一个我们可以任意调整的值，通常对一个型号的面板或者设备有一个它固定的属性。也就是它被设计的峰值亮度是多少尼特，我们在观看HDR内容时需要对信号输入后，配合画面元数据作出转换，然后对应亮度范围内的画面才会被准确显示，高光超出的部分会加以处理。HLG就更“友善”一点，采用的是相对亮度，也没有元数据在画面背后配合控制显示，我们可以根据需要手动调整，仅会因为显示设备的能力所限（后面我们会谈到因设备限制并不会随时都能100%达到标称的峰值亮度）。因此我们在讨论不同型号HDR显示设备时需要额外注意一下它们的峰值亮度这一参数。

HDR显示器与监看

近年来支持HDR的显示器产品渐渐丰富了起来。

此前有关注这方面的你可能会问了，为什么在电视产品线中支持HDR这么早，手机也不紧不慢赶上了步伐，而尺寸居二者之间的显示器（包括但不限于笔记本、PC的显示器）则晚了这么久，更别不用说专业监看，可选项更是少得可怜。

这里就不得不提到HDR所用到的面板问题。为了获得更高的峰值亮度的同时，更好地控制画面黒位不因为各种问题的影响，最常见的方式就是采用OLED面板。毕竟OLED的自发光属性，每个像素之间影响甚微，该亮的使劲亮，该黑的直接关掉，甚至黑到0.0005nit（后面我们来说说这有多“鸡肋”），因此对于HDR而言，只要你够亮，就能满足数百万比一的静态对比度的要求。而OLED面板的生产研发一直控制在为数不多的几个厂家手里（国B产O品E牌们已经崛起了），而且OLED面临的色彩、寿命还有良品率问题，使得尺寸要求略高（差不多24'起步）PPI要求也不低（FHD还好卖么）的OLED显示器迟迟不能普及。当然截止至现在18年10月，已经有了上十款产品面市，以后也会越来越多。

那么支持HDR的显示器都有哪些呢。这里有一个很简单的方式：去年底VESA发布了DisplayHDR标准，该标准主要是为消费者提供一个明确的参考，有这一认证的显示器就说明它达到了规定的三个等级之一的要求。认证的产品列表里我们可以尽情选择，详细要求见下图。

这里我们看到认证按峰值亮度分为了三个等级：400、600、1000。很明显400这个等级略带忽悠人的特性，600基本能满足多数挑剔的眼睛的日常需求，1000则已经往专业级靠拢。可见有了这一标准还是可以帮助大家更方便地选择，当然就算没有拿到这个认证的产品，大家能查到相关参数或测试结果也可以。

就电视而言，各大电视厂商都有在官网显眼的位置标注出支持HDR显示的电视型号，相信这算不上什么复杂的事。倒是有一点比较有趣，更高端的HDR电视不一定采用的是OLED面板，各种黑科技也是非常丰富：QLED、局部（区域）背光的LCD，以及快要见面的Micro LED等等。显然OLED是有缺点的，正如上文所说，OLED的色彩表现不尽人意，最头疼的还是寿命问题，也就是【烧屏】。

对于HDR而言还有一个不那么显眼的问题就是OLED因为需要自发光，要达到一个理想的峰值亮度，例如1000nit，会非常吃力，过高的功率会带来大量的热量，随之而来的像素寿命也在加速减少。所以在高端电视和监视器领域，采用OLED面板的产品并不一定吃香。例如Sony采用OLED的A9F的峰值亮度表现被Z9F打趴，传说级的x300也被采用LCD的HX310逐渐替代…

有了显示器 观看更容易

目前桌面系统中，Win10在1709后就加入了对HDR的支持，只要你的显示器或者电视支持HDR，连接线缆满足最低要求（建议HDMI 2.0a以上），即可打开HDR开关。在玩支持HDR的游戏，或者播放HDR电影（Netflix等）的情况下自动切换进HDR模式。这里给大家两个来自巨硬官网的参考。

macOS目前暂未加入对HDR的系统级的良好支持（国外论坛还有建议在Mac上安装Win10以实现的），这点离iOS、tvOS还有一定的距离，猜测可能是因为MacBook Pro和iMac(Pro)的内建屏幕的性能无法跟上，OLED面板色彩表现达不到水果的要求；如果可以又可能会牺牲一定的厚度…当然具体原因很难说，指不定Mac Pro上线之后就有了呢？（当时真没想到这么快就安排上了）

对了，使用最新版本Final Cut Pro X的创作者们，则可以参考以下三个链接详细链接相关设置，如何在HDR下工作

如果你还想问为什么我在Win10中切到HDR模式后画面并没有什么变化（如果有奇怪的变化，处理方式详见上文官网链接），那就对了。我们此前一直提到的是HDR内容，这就并不是说买了HDR显示器/电视，开了HDR我就立刻能享受到崭新的的世界。毕竟我们绝大多数的操作环境还是在以sRGB为代表的SDR下，没有人想将网页中的sRGB图片映射后顶满10000nit吧…更何况多数HDR内容需要画面元数据的支撑，以满足母版制作环境与当前监看环境不一致的情况，也不能随便拿一部电影一键点击转换就能如愿，况且影片质量并不能总是足够高；当然现在HDR的片源和游戏也越来越多，大家可以欣赏到的内容也越来越丰富。

专业监看更放心

能制作HDR影片的监看日渐增多。对于色彩的表现我就不在各位前辈面前班门弄斧了。上文提到了OLED面板的寿命问题。现在有白光OLED面板（WOLED）每个子像素都是发出白光+滤色成像，寿命相对更平等，但色彩和亮度表现较弱；非白光OLED面板的RGB三种像素直接自发光，会产生三种不同的消耗速度，如果是采用这类面板的屏幕作为监看，如果某个片子整体都是很冷的色调，则会较多的消耗面板中的蓝色子像素，不巧的是红蓝色子像素往往寿命最短……

考虑到显示效果、工艺、良品率等等原因，现在电视的大尺寸面板（LG）有采用WOLED的产品，手机等小屏幕则更多选择RGB三原色直接自发光的OLED，而高端的电视和专业监看若使用OLED，则可能会采用一些独特的设计保证其显示效果。具体到某个型号大家还是需要自己去查阅相关的数据或者询问厂家，以方便大家判断。

好在厂商为了尽可能地延长显示面板的工作年限，会设计例如Pentile（周冬雨排列）这样的像素排列方式抵消一部分寿命差异。同时还会为其设计大量的散热结构以减少热量对面板的影响（任何面板都会面临这个问题），即便是杜比的Pulsar（以及目前许多高端的HDR监视器），也会在略显夸张的厚度背后加入够劲的冷却装置，以满足4000nit的瞎眼亮度，并提供同样不菲的高fèi功diàn率表现。所以下次再听到监看启动时的噪音，想想还是能忍了吧

如果是非OLED面板，就基本不用担心寿命问题。我所在的公司采用的局部背光LCD的某款监看，色彩的表现还是令人满意的，HDR画面的表现在厂家的演示中，以及我们自己的后续使用中都有一个很“扎实”的表现。唯一不足之处就是黑场的表现，毕竟LCD面板无法“遮住”100%的背光，在开启局部背光控制开关后，显示一些带有高光的夜景画面时会出现黒而不均匀的情况（这个真要眼见才能理解，这里我做了一个模拟的对比图大家感受一下）。

原因很简单。背光阵列中，每一个单元为一个区域的像素提供背光，图中有岩浆的区域必须要提供一个很高的亮度，而临近的黑色像素就无法黑下去，而四周大面积的黑色则只需要一丁点背光，所以这里的黑色能给人以一个很合适的效果，这样的差别在暗室中观看体现较为凸出。如果很介意这一现象，此时可能唯一的解决方式便是关掉局部背光控制（这款监的局部背光有强弱两个档位），牺牲一下黑色“下潜”的能力，以换取其均匀性。现在的设备随着背光阵列越来越密集，就会越来越接近理想的状态，黑而不均匀的情况将会得以改善。

专业HDR监看目前还有一些路要走，国内已经有厂家开始努力追赶。相信去过展会现场观看的各位应该有所体会。或许来年各大厂家将会给我们带来更多的黑科技，我们拭目以待吧。

各个不同的标准

HDR发展至今，少不了各个行业标准化组织们的推动。好在HDR的标准目前并不算复杂，在应用阶段还不至于让人摸不着头脑。

HLG作为一枚OETF，可向下兼容SDR，亮度的衡量并不像是PQ那样是绝对亮度，可以根据设备的不同“自行调整”，因此也不需要metadata的支持，制作过程就更接近传统的SDR。这样使得HLG在广电领域占有非常大的优势，毕竟是BBC和NHK牵头推出。当然作为“记录格式”，HLG素材也可以任意编辑，转到709/PQ是没有什么问题的。

这里我们更多的讨论PQ。我们能看到，走在最前面的Dolby所推出的Dolby Vision杜比视界、更加开放的HDR10、以及介于二者之间的HDR10+。这里讨论的杜比视界主要是指 Home 版，而非 Cinema。

对于创作者而言，杜比视界相对于另外两者更加友好，毕竟有明确的技术标准、从头到尾整个流程的质量把控，调色师可以放心大胆地沉浸于创作中而不用因为一些技术问题受到干扰；当然，这些是需要付费的，其他几个标准在制作环节则不需相关的授权费用，但和杜比一样对设备厂家有相应的费用产生，虽然这些成本会转嫁到消费者身上（删掉）。

对于观众而言，我们可以在三者之间任意选择。国内外几大流媒体平台都能支持HDR10和杜比视界（HDR10+去哪了），只要你的设备支持就能很方便地观看。电影的话现在也有很多HDR蓝光碟逐步发售，当然此时的门槛就是需要蓝光播放器的支持了。采用HDR10的X版电影自然也越来越多。

制作HDR内容的小建议

要制作HDR版的影片，我们需要认识到HDR与SDR从内容表达，以及观众的观感上有所不同。在开始制作前你可能需要参考以下几点建议：

在HDR的调色过程中我们需要一个标准的参考，也就是如达芬奇自带的HDR模式的示波器。它会告诉你我们的画面元素所处的亮度范围。这不是一个绝对的标准，但是一个很可靠的建议值。毕竟HDR主要是扩展了高光区域的范围，而画面中大多数的元素，尤其是人的皮肤，都处在“亚光”状态下，来自多方的建议是将画面大部分元素控制在100-300nit的范围上下，而非一个劲地将画面整体提亮。

当然，示波器中看到的画面内容分布并不代表着我们成片的高光区域的数据被压缩掉很多。下图告诉了我们PQ曲线的数据分布与对应亮度之间的关系。可以看到我们常说的中间调占比还是很高的，为了阴影和高光处的细节也有相当的比例用来记录，在不同的峰值亮度等级的情况下他们之间的比例大致能够协调，不造成浪费

最重要的还是观感。HDR的调色过程中会相对于SDR更多地去理解画面元素之间的亮度关系，画面中需要提亮的元素可以给你充分的空间去提亮，以帮助你的表达。

这里我们还会遇到一个关于视觉习惯的问题。许多时候为了画面“自然”、“不违和”，可能需要注意光源的重要性。毕竟我们能看到的光都是由光源发出，理论上，光源处自然会比其余任何漫反射表面更加明亮。

如果画面中可以被直视到的灯光，窗外的天光等，暗于身穿的白色衣服或者书本纸张，可能会给观众一种错误的引导，甚至让人产生纸张自身在发光的错觉。

除了亮度外，得益于广阔的色域，明亮而鲜艳的物体也需要控制其饱和度。过于饱和的时候同样会给人以“发光”的感受，从而感觉很“假”。

当然这些问题在SDR也存在，只是HDR的表现力更强，会将这些“问题”放大更多。我们在考虑一个画面能否给人以“真实的体验”之时，合理地控制画面，才能让观众更加地沉浸于影片传递给人的感受中。

除了调色环节自身，再往前，我们同样需要考虑到HDR带给我们的改变。

可能在剪辑时注意镜头前后衔接时画面对观众的影响。例如我们从一个明亮的镜头切到非常黑暗的场景中时，这中间过大的光比，让观众的眼睛需要一个适应的过程，虽然可能就短短一两秒，有时候就得考虑到此时对影片剪辑节奏的影响，如果过暗的场景很短，观众可能还没看清就切走了。这一点很多人在看过HDR影片之后都有这样的体会。

就视效而言，例如合成环节，由于监看环境的限制（总不能要求所有的合成艺术家都配上HDR的监视器吧），SDR对于高光的“压缩”会影响艺术家在创作时对高光区域的判断，对后续的HDR画面调整可能会带来一些困扰。得益于绝大多数合成工具内部的线性计算，我们可以在拥有合理的色彩管理的基础上，创作时调整画面的曝光以观察各个部分的效果；同时也可能会增加这些环节的工作量。

当然这里我仅仅是抛砖引玉，更多更深的体会和经验还是需要在实际工作中去感受和总结。正是HDR带给我们更广阔的色彩显示能力，我们更应重新思考该如何利用画面来更好地为我们的内容服务。

以上部分内容如果各位有不同的见解也可以在评论区展开讨论

HDR的限制与不足

这段写起来太伤心了

我就丢个图来作为结尾吧