高動態範圍影像 (HDR)

動態範圍(dynamic range)是信號最大值和最小值的比值,高動態範圍影像(high-dynamic-range video)可以呈現更多明暗細節,以及不直接相關的更多色彩。對於顯示設備電視來說,支援HDR代表具備更高的對比、更高的亮度、以及更多的色彩,並且可以解碼HDR格式。

影像處理過程可以分為三部分,截取、傳輸、與成像。影像截取由攝影機把真實世界的光轉換成電子訊號(OETF, Optical-Eletro Transfer Function),顯示設備成像則是將電子訊號轉換成光(EOTF)來還原影像,由於電子元件特性與訊號最佳化處理,攝影機與顯示設備轉換訊號並不是直接的反函數,中間需要另一個轉換函數(OOTF) [1]。

目前主要的HDR標準有三種,HDR10、Dolby Vision、與HLG (Hybrid Log-Gamma)。HDR10與Dobly Vision在影像截取後直接把訊號轉換成參考顯示設備(mastering display)的光訊號(OOTF),再以EOTF的反函數轉換成電子訊號,把重點放在EOTF的最佳化上(PQ, Perceptual Quantizer) [2],影像傳輸的是參考顯示設備的絕對訊號(display referenced)。由於最終顯示設備與參考顯示設備能力不同,需要將參考顯示設備的資料(metadata)傳送給最終顯示設備做為訊號轉換參考(OOTF),HDR10整部影片使用同一組參考資料(static metadata),而Dolby Vision則是每個畫面可以有不同的參考資料(dynamic metadata),所以訊號轉換可以比較不失真 [3]。HLG跟目前SDR (Standard Dynamic Range)做法類似,影像傳輸的訊號為攝影機直接截取轉換後的電子訊號(OETF),為真實世界記錄下的相對訊號(scene referenced),在最終顯示設備才對攝影機的訊號做轉換(OOTF),因此不需要參考顯示設備的參考資料(metadata),較適合用於直播節目。

在影片與電視的支援度上,以開放標準的HDR10最廣,Dolby Vision需要授權及硬體晶片,目前只有在中高階電視,HLG因為最晚標準化,目前支援度最低,不過跟HDR10一樣,可以透過韌體更新支援。

參考資料:

[1] ITU-R BT.2100–0 Image parameter values for high dynamic range television for use in production and international programme exchange

[2] Perceptual Signal Coding for More Efficient Usage of Bit Codes

[3] SMPTE ST 2094 and Dynamic Metadata