影视制作专业问答6

王亚明

在ITU R-BT.2408文件里谈到的各种映射是什么意思？

BT.2408文件里经常谈到上转换、下转换、上映射、下映射、场景参考映射、显示参考映射、直接映射、色调映射、反色调映射等名词。因此，有必要解释一下这些专业名词和彼此之间的关系。

·上转换（Up-Convert）

SDR转换为HDR的信号处理统称为上转换。

上转换时，以100%动态范围为分界线，100%动态范围以下的SDR内容用场景参考映射或显示参考映射上转换；高于100%動态范围的拐点部分用直接映射或上映射（反色调映射）上转换。

·场景参考映射（Scene Referred mapping，简称SR）

场景参考映射以100%动态范围对应的信号电平为基准。 100%动态范围对应的SDR、HLG和PQ电平分别为100% SDR（考虑拐点时大约98%）、75% HLG和58% PQ，采用场景参考映射上转换时，100% SDR峰值白电平分别映射为75% HLG或58% PQ电平，同时将BT.709色域映射为BT.2020色域，BT.709伽玛映射为HLG或PQ伽玛。

100% SDR峰值白电平用场景参考映射上转换后，在1000尼特HDR监视器上显示亮度为203尼特，与原生HDR图像100%动态范围对应的亮度一致，是SDR监视器显示峰值白亮度的2倍。

·显示参考映射（DisplayReferred mapping，简称DR）

显示参考映射以监视器的显示光为基准。100% SDR峰值白电平在SDR监视器上显示亮度100尼特，采用显示参考映射上转换时，100% SDR峰值白电平在1000尼特HLG和PQ监视器上的显示亮度仍然是100尼特，色域和伽玛的映射也遵循相同的原则，上转换后在1000尼特HDR监视器上显示的亮度、彩色、伽玛与SDR监视器相同。

由于显示参考映射上转换的SDR图像在HDR监视器上的显示亮度与SDR监视器相同，因此转换后其信号电平比场景参考映射上转换低。采用显示参考映射上转换，在1000尼特HDR监视器上显示100尼特亮度时，其电平分别为63% HLG或51% PQ，比场景参考映射上转换的75% HLG或58% PQ电平低。

用场景参考映射把SDR上转换到HDR后再用场景参考映射下转换到SDR时，75% HLG或58% PQ电平映射为100% SDR峰值白电平，与上转换时正好相反，所以经过上、下转换的往返后SDR信号的电平、伽玛、色域与转换前相同，符合SDR/HDR混合制作的要求。因此，HDR直播系统中使用SDR摄像机或HDR录播使用SDR素材时应采用场景参考映射上转换，实际上场景参考映射也是大多数转换器的默认设置。

上转换时，因为显示参考映射的HDR信号电平比场景参考映射低，所以用显示参考映射上转换到HDR后再用场景参考映射下转换到SDR时，经过上、下转换的往返后SDR信号的电平、伽玛、色域与转换前是不一样的，不符合SDR/HDR混合制作的要求。因此，除特殊要求外，目前不应在制作流程中使用显示参考映射。

·直接映射（Direct Mapping）

直接映射上转换时不对SDR信号中高于100%动态范围的拐点部分进行扩展处理，以保持原始SDR的观感。因此，在HDR监视器上显示的直接映射SDR图像与SDR监视器上显示的原始SDR图像在SDR的拐点部分具有相同的观感。

·上映射（Up-Mapping），反色调映射（Inverse Tone Mapping，ITM）

在BT.2408中，上映射也被称为反色调映射。反色调映射上转换时把SDR信号中高于100%动态范围的拐点部分扩展到了HDR范围，以模拟HDR内容的观感。因此，在HDR监视器上显示的上映射SDR图像与原始HDR图像具有类似的观感。

由于SDR中代表HDR内容的拐点部分被压缩到了10%左右的电平资源内，只保留了有限的亮度和彩色信息，采用反色调映射上转换时拐点部分的电平幅度被扩展了3至4倍但灰阶数量无法增加，损失的亮度和彩色信息无法恢复，扩展后很可能出现亮度和彩色的失真以及量化比特不足的条带现象。因此，除特殊要求外，上转换时应尽可能不采用反色调映射。

在大多数实际的转换器产品上，上转换时直接映射是默认设置。

·下转换（Down-Convert）

HDR转换为SDR的信号处理统称为下转换。

下转换时，以100%动态范围为分界线，100%动态范围以下的SDR内容用场景参考映射或显示参考映射下转换，高于100%动态范围的HDR内容用下映射（色调映射）或硬削波下转换。

采用场景参考映射下转换时，75% HLG或58% PQ电平映射为100% SDR峰值白电平，同时将BT.2020色域映射为BT. 709色域，HLG或PQ伽玛映射为BT.709伽玛。

采用显示参考映射下转换时，由于SDR监视器的峰值亮度低于HDR监视器，因此无法像上转换时那样在SDR监视器上再现HDR的绝对亮度，只能模拟HDR图像的观感。除特殊要求外，目前不应在制作流程中使用显示参考映射。

·下映射（Down-Mapping），色调映射（Tone Mapping，TM）

在BT.2408中，下映射也被称为色调映射。色调映射下转换时把HDR信号中高于100%动态范围的HDR内容压缩到了SDR信号的拐点处理范围内，与SDR摄像机处理HDR高光内容的方法一样。

·硬削波（Hard Clipping）

下转换时，在某些情况下硬削波而不是色调映射（类似于软削波）更为合适。通过硬削波，将超过阈值的所有信号都削波到该阈值。当要求来自HDR摄像机的信号看起来类似于无“拐点”的SDR摄像机提供的信号时，可以采用硬削波。

下图是HLG下转换到SDR时硬削波与色调映射的差别。从图中可以看到，场景参考映射下转换把75% HLG电平映射为100% SDR电平，色调映射下转换把高于75% HLG的HDR内容压缩到了SDR信号的拐点范围内，硬削波则把高于75% HLG的HDR内容削波到100% SDR电平。

由于高清SDR摄像机都采用了与色调映射一样的拐点处理HDR高亮度部分，为了使HDR下转换的高清SDR图像与原生SDR摄像机图像观感一致，不应在制作流程中采用硬削波。

在大多数实际的转换器产品上，下转换时色调映射是默认设置。

（未完，待续）