【精选】标准动态范围和高动态范围转换方法研

我国4K超高清视频采用HDR技术来获得比SDR更好的视觉体验，而传统的高清电视系统则采用SDR技术。因此，在高清SDR向4K HDR过渡阶段，系统还存在大量的SDR和HDR转换需求，如4K节目制作时将高清SDR素材上变换为4K HDR进行制作（SDR到HDR转换）、4K HDR节目下变换成SDR节目在高清频道播（HDR到SDR转换）、制作过程中将SDR信号转换为HDR进行制作最后再转换回SDR进行播出（SDR-HDR-SDR往返转换）等。SDR和HDR转换不仅仅是转换曲线的简单映射，还可能涉及基准信号电平的映射、色调映射等处理。处理不好很容易引入色偏、层次丢失等问题，无法满足应用需求。

实际应用测试发现，不同厂家的转换设备转换方法各异，不同配置下转换效果也存在很大差别，因此需要对各环节的转换过程谨慎处理，确保多次转换后仍然能保证质量。本文在对当前SDR和HDR转换技术发展现状跟踪的基础上，梳理场景参考映射和显示参考映射两类转换的转换流程，并采用测试信号对转换效果进行评估，给出实际应用中转换方法的选择建议。

国际电联（ITU）针对SDR和HDR转换，发布了相关标准和报告。ITU-R BT.2390[1]和ITU-R BT.2408[2]提出了基于直接映射的SDR到HDR转换方法，由于SDR范围小于HDR范围，这种转换是把小容器里的内容放在大容器中，转换后不会损失信息，转换前后动态范围不会发生改变。

ITU-R BT.2446[3]给出了三种基于动态转换的SDR和HDR相互转换方法，转换前后动态范围会有所改变。SDR和HDR转换过程中可能还会涉及到BT.709色域和BT.2020色域的转换。除了基于信号处理的SDR和HDR转换方法外，基于人工智能（AI）的转换技术也在不断的被提出，但国内外都还没有完全满足需求的可商用产品。

从市场应用情况来看，设备厂商主要采用的仍然是ITU-R BT.2087和ITU-R BT.2390提出的基于直接映射的转换方法（也称为基于固定参数的转换），配合艺术性调整或动态检测来获得最佳转换效果。为了实现方便，大部分设备支持查找表（LUT，LookUp-Table）的方式，可以同时包含多套转换参数。

本文重点介绍基于直接映射的SDR和HDR转换方法，包括场景参考映射和显示参考映射，分析SDR到HDR转换、HDR到SDR转换和SDR-HDR-SDR往返转换流程，对比评估场景参考映射和显示参考映射的转换效果，给出不同应用场景转换方法的选择建议。

对于一个电视系统，摄像机利用传感器对自然场景的场景光进行拍摄，并通过光电转换函数（OETF）将光信号转换为电信号进行传输，显示终端通过电光转换函数（EOTF）将接收到的电信号转换为用于显示的显示光。对于整个系统而言，可以看作是场景光通过光光转换函数（OOTF）转换为显示光。

对于SDR系统，拍摄采用BT.709[6]规定的OETF（拍摄伽玛近似为0.5），显示采用BT.1886[7]规定的EOTF（显示伽玛为2.4），因此OOTF的系统伽玛近似为1.2，显示光比场景光的对比度和饱和度更高。对于HLG系统，最高亮度为1000 cd/m2时，OOTF对应的系统伽玛为1.2，显示光与场景光的对比度和饱和度也不一致。

文章来源：《分析测试技术与仪器》 网址: http://www.fxcsjsyyq.cn/zonghexinwen/2021/0309/517.html