當我們談論視頻技術時，超高清視頻（Ultra High Definition，簡稱UHD）無疑是當今最令人興奮的領域之一。上期，我們簡單介紹了一下高動態范圍（HDR）的一些技術指標和參數，以及HDR和SDR的區別。本期，我們將談一下當下HDR復雜的標準狀況，以及這些標準之間的差異性。

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由淺入深說高清——聊聊高動態范圍（HDR）

自 2014 年以來，出現了多種 HDR 格式標準，包括：HDR10、HDR10+、Dolby Vision和HDR Vivid。有些格式是免版稅的，有些則需要許可證。這些格式的功能各不相同。今天我們就梳理一下這些標準異同點。Dolby Vision

杜比視界 (Dolby Vision) 是杜比實驗室在2014 年為高動態范圍(HDR) 視頻推出的一組技術標準。它涵蓋內容創建、分發和播放。因為推出時間最早，使其成為第一個可用的HDR 格式。

杜比視界支持的最大分辨率為 8K，色深高達 12 位，最大峰值亮度為 10,000 尼特。由于在 SDR 影院中使用 2.6 伽瑪和 48 尼特，杜比影院中使用的 108 尼特已經是 HDR。然而，根據杜比視界白皮書，截至 2018 年，杜比視界 HDR 參考監視器等專業參考監視器目前的峰值亮度限制為 4,000 尼特。黑電平：最高0.005尼特。對比度：至少 200,000:1。

杜比視界的傳遞函數（亮度曲線），采用感知量化器（PQ）。色域色彩空間使用ITU-R Rec. BT.2020 in YC B C R或IPTPQc2。

和HDR10不同，它支持動態元數據，內容創建者可以根據其意圖調整和優化 HDR 視頻的每一幀的亮度、顏色和清晰度，以匹配顯示色量（即最大和最小亮度能力和色域），以適應消費者顯示器的能力。它可以使用靜態元數據 (SMPTE ST 2086) 對母版顯示色度信息進行編碼，還可以為每個場景或幀提供動態元數據（SMPTE ST 2094-10，杜比格式）。這種動態元數據或動態 HDR 允許根據需要逐個場景甚至逐幀調整亮度和對比度（實際上是色調曲線），并在視頻/電影期間多次調整。

PQ

感知量化器( PQ ) 是由杜比開發的亮度曲線，通過替換SDR中使用的伽瑪曲線來實現HDR顯示。PQ于2014 年由電影電視工程師協會（SMPTE）標準化，發布為SMPTE ST 2084。ITU在2016年的ITU-R Rec. 2100（簡稱：BT.2100）中也包含了PQ。

PQ是HDR 視頻格式（杜比視界、HDR10和HDR10+）的基礎，也用于HDR靜態圖片格式。PQ不向后兼容BT.1886 EOTF（即SDR的伽馬曲線），而HLG（編者注：混合對數伽瑪，后面會詳細講）是兼容的。

PQ 是一種基于人類視覺對條帶感知的非線性傳遞函數，能夠在 12 位中產生無可見條帶。擴展到 10000 cd/m 2的冪函數（在標準動態范圍應用中用作 EOTF）將需要 15 位。

HDR10

HDR10是美國消費者技術協會（CTA）于 2015 年 8 月 27 日宣布的開放式高動態范圍視頻(HDR) 標準。HDR10 是一種開放標準，但HDR10 不向后兼容SDR。它包括HDR 靜態元數據但不包括動態元數據。它不提供以基于內容創建者意圖的方式針對消費者顯示器的能力優化內容的能力。

HDR支持10位的位深。基于：ITU-R BT.2020 的原色色彩空間。HDR10 在技術上限制為最大 10,000 尼特的峰值亮度，但是常見的 HDR10 內容的峰值亮度為 1,000 至 4,000 尼特。

HLG

HLG是混合對數伽瑪（hybrid log–gamma）的英文縮寫。是英國廣播公司BBC和日本廣播公司NHK聯合再2015年開發的用于高動態范圍(HDR) 顯示的亮度曲線提案。

HLG 也是一種HDR 格式，它使用 HLG 亮度曲線、BT.2020 原色和10 位位深度。HLG 旨在向后兼容SDR UHDTV。當接收器與 BT.2020 彩色容器兼容時，向后兼容性允許它們與現有傳輸標準一起使用，從而降低設備制造商和內容分銷商的復雜性和成本。但是，HLG 并不打算與無法解釋 BT.2020 比色法的傳統 SDR 顯示器完全向后兼容。

HLG 傳輸函數和 HLG 格式都是免版稅的。該提案在5月份，提交給國際電信聯盟( ITU)。2016年，國際電聯正式心啊HLG的內容，宣布了Rec. 2100定義了兩個 HDR 亮度曲線，即 HLG 和 PQ。該亮度曲線也被無線電工業和商業協會( ARIB)批準為ARIB STD-B67。ATSC 3.0、數字視頻廣播(DVB) UHD -1 Phase 2 都包含了對HLG的支持。

HDR10+

HDR10+是HDR10的升級版，將靜態元數據替換為動態元數據。動態元數據用于根據內容創建者的意圖調整和優化 HDR 視頻的每一幀以適應消費者顯示器的能力。動態元數據可用于更準確地逐個場景或逐幀地將亮度級別調整到整個 PQ 代碼值范圍（最大亮度 10,000 尼特）。HDR10+ 是作為HDMI 2.1標準一部分的動態元數據的默認變體。

HDR10+是 2017 年 4 月 20 日由三星和亞馬遜視頻發布的。該技術在電影電視工程師協會的SMPTE ST 2094 -40中進行了標準化和定義。和HDR10一樣，HDR10+也是一種開放標準，免版稅。

2017 年 8 月 28 日，三星、松下和20 世紀?？怂箘摻薍DR10+ 聯盟以推廣 HDR10+ 標準。

HDR Vivid

菁彩HDR（HDR Vivid）是世界超高清視頻產業聯盟（UWA）在2020 年聯盟發布技術團體標準（編者注：UWA的前身是中國超高清視頻產業聯盟（UHD Alliance））。2022 年廣電行標《高動態范圍電視系統顯示適配元數據技術要求》GY/T 358—2022 發布。

HDR Vivid支持動態元數據。支持10/12bit位深，色域支持BT.2020 或DCI-P3，亮度曲線支持PQ和HLG。HDR Vivid和SDR有非常高的兼容性。HDR Vivid也是一個開放性標準，從標準代碼到實施規范等全部資源均可通過指定渠道免費獲取。

HDR Vivid自發布以來，各大企業相繼加入生態圈，FilmLight公司的Baselight 5.3、Blackmagic Design公司的DaVinci Resolve Studio 18、索貝的EditMax 11.5等制作工具都已支持HDR Vivid。華為鯤鵬和昇騰服務器支持HDR Vivid的轉換。愛奇藝、華為視頻、咪咕視頻、騰訊視頻等均已上線HDR Vivid內容。微信、快手、抖音、微博、小紅書等短視頻平臺也都正在適配HDR Vivid。

該標準的核心技術已實現在超高清視頻內容制作、編碼、接收、解碼、顯示等端到端的全產業鏈布局，率先應用于北京冬奧會、冬殘奧會的相關轉播活動。

截至到2022 年10 月，電信運營商IPTV 用戶超過3.7 億，4K/8K 智能機頂盒支持菁彩HDR，會為用戶提供更真實的菁彩超高清視頻體驗。根據電信運營商IPTV 業務規劃和集采要求，中國電信4K 智能機頂盒、移動魔百和均支持菁彩HDR。

在2022 年11 月卡塔爾足球世界杯, 中國移動攜手世界超高清視頻產業聯盟共同推動菁彩HDR、Audio Vivid 商用落地，打造纖毫畢現、聲臨其境的視聽盛宴。這也是我國自主超高清音視頻標準首次用于世界杯直播，國產超高清音視頻標準進入“移動端規模化商用”時代。

HDR 標準格式比較

最后，我們通過表格的方式，簡單比較一下各種HDR格式標準：

	HDR10	HDR10+	Dolby Vision	HDR Vivid
標準開發者	CTA	三星	杜比	UWB
開放性	免費	內容免費 設備制造商年費	私有	免費
亮度曲線	PQ	PQ	PQ/HLG	PG/HLG
位深	10bit	10bit或以上	10bit	10/12bit
亮度峰值	10,000 nits	10,000nits	10,000nits	10,000nits
色彩空間	Rec. 2020/P3-D65	Rec. 2020/P3-D65	Rec. 2020/P3-D65	Rec. 2020/P3-D65
元數據	靜態	靜態+動態	靜態+動態	靜態+動態
后相兼容	不兼容	HDR10	相對較高	相對較高

從上述的描述，大家可以看出來，HDR存在多種技術標準共存的現實狀況。標準之間的兼容性較差，不能覆蓋主流終端的適配、認證以及測試過程，導致終端呈現效果差異明顯，用戶難以獲得一致的視覺體驗。下一次，我們就會專門談一談HDR發展面臨適配性、流程復雜、兩極化三大問題。

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