淺談Hybrid Log-Gamma[HLG]技術
農步祥 于 2018.04.05 03:13:22 | 源自:www.soomal.com | 版權:原創 | 平均/總評分:09.80/431
  • 制造商=CANON;型號=CANON EOS 550D;焦距=20毫米;光圈=F3.5;測光模式=模式;感光度=ISO1250;白平衡=自動;曝光補償=0.0EV;曝光時間=1/200秒;曝光程式=快門優先;場景類型=標準;日期=2016.09.01 11:32:14
  • 在了解HDR10和杜比視界技術后,相信不少讀者會將HDR功能視為未來電視機、顯示器甚至手機和平板電腦的必備功能。 既然HDR有著巨大的技術優勢,就更需要對HDR相關的技術有更多的一些了解, 選擇自己需要的功能,避免被廠商在產品宣傳上的文字游戲所忽悠。有人的地方就有江湖,大熱門技術也會有技術標準的門派之爭,正確識別這些技術流派同樣重要,而今天就來簡單介紹一下HDR影像的另一個重要分支——HLG。

    什么是HLG?

    HLG全名Hybrid Log-Gamma[混合對數型伽瑪]。是由兩大知名廣播電視企業BBC和NHK聯合研制并免費推廣的一種HDR標準。這里的Log指的是高中數學必考內容的對數[logarithms]而非碼農職業病的某些口頭禪。由于Gamma[伽瑪]這詞在Soomal的各類熒幕相關的測評和科普文章中經常出現,其意義和重要性不再進行重復介紹。既然HLG是一種HDR保準,它自然也符合HDR的某些共同特點:

    • 1、內容記錄的色彩空間擴展至廣色域級別[更多的色彩]
      2、至少400nits以上的高亮度范圍,更符合人眼對光影和色彩的觀感[更高的動態范圍]
  • HLG同樣支援BT.2020級別的廣色域和最高1000nits的記錄以及2000nits的顯示回放亮度,支援HEVC、VP9、H.264/MPEG-4 AVC等視訊編碼格式。目前Android和iOS上的BBC iPlayer、谷歌YouTube等支援HLG格式視訊的回放。在2017年下半年以后的新品HDR電視機或是高階電視機型也逐漸開始提供HLG的支援。實際上,HLG在未來也能同樣成為數位界的重磅話題,因為尼康、佳能、索尼、松下最新的高階全幅單眼/單電相機和大量商用錄像裝置將以HLG記錄HDR影像內容。

  • HLG的特點

    HDR10和杜比視界同屬一派,主要區別是前者免費而后者更為商業化,其重要的核心其實是感知量化器[Perceptual Quantizer,PQ,或被稱為SMPTE ST 2084]算法帶來的高標準和顯示一致性,對色彩、亮度和不同裝置的顯色一致性起到了非常重要的作用。PQ拓展的Gamma曲線使其能更好的展現圖像的光與影,尤其是大幅度拓展高光的顯示動態范圍。PQ的技術是來自杜比實驗室,而HLG本質上是另一套和感知量化器不同的Gamma記錄和回放標準。

    HLG的核心是一種非線性的光電訊號轉換算法,它將圖像訊號的Gamma分為兩部分,在接近SDR標準的0-100低亮度部分,采用常規的Gamma曲線、而偏向高光部分則采用特殊的非線性Gamma曲線進行記錄和回放,這也是HLG技術中混合一詞的緣由。由于考慮到有線電視的頻寬有限,因此HLG對回放標準更加寬容,而且不支援顯示元數據功能,

    HLG的優點

    在[《什么是HDR? 》[作者:農步祥 ] ]中我們介紹了感知量化器的特點和優勢。既然HLG是全新的標準, 也同樣具有自己的特點和優勢。

  • 兼容非HDR顯示:由于感知量化器的伽瑪曲線更偏重于暗部和高光的大動態范圍,而徹底拋棄了持續了近30年的SDR標準,最典型的例子就是在非HDR顯示裝置上由于不能識別PQ和顯示元數據資訊,Gamma值會極大幅度低于sRGB的2.2或Rec.709的2.4。最終的輸出結果就是一片灰白黯淡,慘不忍睹的畫面。另一個例子就是如果一臺相機使用HDR10作為色彩和灰階記錄標準,那么最終HDR照片在非HDR顯示器上顯示時,暗部將嚴重發白而且充滿噪點。

    雖然沒有HDR顯示器和電視機的用戶可以通過[《使用madVR或mpv軟體轉換HDR視訊至非HDR裝置播放 》[作者:農步祥 ] ]等軟體方式通過一定的算法將PQ的Gamma轉換至SDR的Gamma值,讓HDR視訊顯示正常的色彩和灰階反差,但由于madVR使用方式過于復雜且僅限于Windows平臺,而且對電腦性能要求過于變態[4核英特爾7代CPU、GTX1060起步],顯然是無法被99%的本站讀者所能掌握和接受的“兼容”方式。最終對于非專業用戶,出于好奇而下載觀看HDR視訊或者照片就變成了“如此糟糕和惡心的畫質”的印象體驗而最終嚇走很多還沒下決心掏大錢更換電視機和顯示器的消費者。

    而HLG的好處就是混合Gamma的算法,HDR內容的Gamma曲線即使在非HDR顯示裝置上被壓縮后仍有較好的觀感,色彩和灰階表現和標準動態的影像相同,有更好的兼容性。

  • 顯示一致性:由于用戶使用電視機時,亮度普遍要遠超100nits,SDR內容為了適配擴展的亮度,不同品牌電視內置的轉換映射濾鏡差異導致了五花八門的顏色效果。而HDR10的視訊在非HDR電視上效果太糟,HDR的優勢也無從談起。而HLG的Gamma曲線可以保證在一定的亮度范圍內[約320nits以內]的SDR裝置上的色彩顯示相對接近,對于很多高亮度、高色域的非HDR顯示器和電視機也能很好地發揮HDR視訊相對于SDR的色彩和動態的碾壓優勢。而相對于400nit以上符合HDR標準的裝置,HLG同樣具備一套轉換標準保證顯示一致性。

    總結和提示

    數字影像的本質是數據處理和運算,伽瑪就是一個典型的數字視訊訊號的顯示運算算術,相對來說,HLG對Gamma的算法更為靈活的巧妙。總的來說,HLG是一個兼容性相對于HDR10[感知量化器]的優勢是能更好的兼容非HDR裝置,在發揮HDR影像巨大優勢的前提下保持對非HDR裝置的良好兼容,這對于過渡時期的潛在消費者來說,不需要更換裝置就能感受到HDR視訊和照片的威力,鼓勵用戶和制作者在現有裝置基礎上制作和播放HDR內容。

    對于消費者來說,要如何選擇支援HDR的裝置呢?首先,如果是三星、索尼、LG等大品牌的中高階電視機,2017年后的新品都加入了HLG的支援,而且可以自動識別HLG和HDR10的訊號。而且HDR10轉換至HLG的算法也是免費公開的,現有的支援HDR10的裝置都可以通過系統更新的方式增加對HLG的支援。因此,HDR10和HLG可以在一臺電視上并存,前者偏重游戲娛樂和電影,后者更擅長數字電視廣播、攝影和錄像應用,兩者并不完全沖突。對于相機發燒友來說,手上達到專業裝置在顯示HLG格式的視訊和照片時也有較好的顯示效果。盡管目前HLG的資源很少,但由于消費類相機和錄像機裝置的支援,以及更偏向廣播電視行業的應用,HLG的資源也將必然會大量出現。

    在了解了HDR10、杜比視界和HLG后,相信大家對新電視的選購就可以非常明確了,除了了解熒幕的亮度、色域、延遲等硬體指標外,同時支援HDR10+HLG將是HDR電視的必然選擇標準,明確的HDR10+HLG支援也可以在購買咨詢中避免各類虛假宣傳的消費陷阱。

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    發表于2019.05.08 16:21:57
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    一般來說,PQ用于電影行業(杜比公司提出的),定義的是EOTF 電光轉換函數。每個電訊號對應一個準確的亮度值。如果收看環境符合要求,顯示效果是最好的。但是制作復雜,需要元數據。對SDR顯示裝置的兼容性差。
    HLG用于電視行業(BBC和NHK提出的),定義的是OETF 廣電轉換函數。元數據不是必須的,符合電視快速制作的要求。對SDR顯示裝置的兼容性較好。
    不同的攝像機還有不同的LOG曲線,LOG曲線保留了攝像機能采集到的更多亮度細節,為后期制作保留了較大的空間。
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    發表于2019.04.29 09:47:56
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    發表于2019.02.13 16:31:55
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