Arri官方HDR问答，请自习｜HDR自习室

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相对于2019年初我开始撰写《HDR自习室》系列，当下关于HDR节目拍摄制作发布的自学内容越来越丰富。Arri中文官网提供了一个《HDR常见问题解答》页面，从主流数字摄影机厂商的角度，诠释了Arri对HDR节目拍摄、制作、监看、分享的理解。我把该页面分享在这里，全文6000+字，重要的部分我使用蓝色标注，如果不能通读全文，蓝色部分一定要学习一下。

什么是HDR？

HDR是“高动态范围”的字母缩写，代表画面有更黑的暗部和更亮的白场，获得过去不可能获得的高对比度。过去几年里，HDR主要用来描述动态范围更大的新型显示技术，也就是能够以更大的动态范围显示图像。画面的对比度提高了，这很好，同时，它也让画面看起来更锐利、色彩更饱和、更有空间深度，并且支持更丰富的画面风格。

HDR被视为图像显示技术的一次重大进步，因为它立刻改善了画质的观感，这种提升与画面分辨率、显示尺寸或观看距离无关，即使从未接受过训练的普通人也能立刻看出它的与众不同。此外，HDR的数据码率增加量微不足道，因此对带宽成本影响很小，但视觉冲击力大幅提高了。

什么是SDR？

SDR对应于HDR，意思是“标准动态范围（Standard Dynamic Range）”。我们从普通电视机或一般电影院看到的都是SDR画面。

视频的HDR和照片的HDR是同一个概念吗？

在平面摄影中，HDR代表通过不同快门速度多次曝光在单一画面中呈现更高动态范围的拍摄和修片技法，生成的画面（针对标准SDR显示设备）有一种“超现实”的观感。最近，智能手机也开始用这种方式来拍摄HDR照片。

影视行业的HDR是指捕捉和显示HDR动态图像，画面的高光和暗部区域有更多细节，在HDR显示设备上显示。ARRI的数字摄影机，比如ALEXA 65、ALEXA、ALEXA Mini或AMIRA，拥有所有数字摄影机中最高的动态范围，因此从2010年问世时起，ALEXA就已经在录制HDR了。与平面摄影的HDR不同，ARRI数字摄影机的画面直接就是HDR，不使用多次曝光再合成的手法，所以没有任何运动模糊。

什么是HDR录制？

HDR录制是为了以HDR格式发行和在HDR显示设备上展示而进行的高动态范围拍摄。假如你的任务是拍摄一档需要HDR输出的节目，那么务必确认你所采用的影像传感器/图像处理管线从一开始就拥有足够大的宽容度。HDR图像的丰富和逼真程度、调色空间是在录制阶段就决定了的。

什么是HDR显示技术？

只要能够呈现比“标准”对比度更高对比度的显示技术都可被视为HDR显示。过去，电视机最大亮度只有100尼特，电影院放映最高只有48尼特。到底要多亮才能算是HDR显示没有一个明确的定义，目前唯一的影院HDR放映机是基于激光技术的，最高亮度108尼特。最近出现的HDR消费级电视机基于主动式背光或OLED背光技术，最高亮度500-1000尼特。

目前存在哪些HDR标准？

有一个通用的HDR标准（Rec 2100）和多个不同的发行标准。在这些发行标准中，有三种最为流行：

– Dolby Vision

– HDR10

– 混合对数伽马（HLG）

说明这些HDR标准时，不可避免会提及一些名词。关于它们的详细内容见后。

-EOTF

-PQ

-SMPTE ST 2084

-Rec 2020

-Rec 2100

我为什么要以HDR录制，好处是什么？

笼统地讲，HDR的特点是“画面更生动，暗部更深，白场更明亮”。想象一下从窗口望出去的感觉：HDR的目的是重现我们从真实生活中观察到的色彩艳丽度和真实度，突破性地给2D画面增加了空间深度，最终带来身临其境的观赏体验。

越来越多的制作项目，无论是电视节目还是电影，都要求提供HDR。希望打上“UHD Premium”标签的内容必须以HDR标准制作母带。

有些电影公司的UHD影片全部仅以HDR标准制作母带（例如福克斯影业）。

如何用ARRI摄影机录制HDR内容？

HDR显示设备最近才出现，但ARRI数字摄影机早就开始录制高动态范围了。从2010年刚刚问世开始，ARRI数字摄影机就是HDR摄影机。所有以ALEXA广色域/Log C编码的ProRes以及ARRIRAW都是制作和输出HDR的理想素材。

HDR是否存在运动伪影？

不存在。ARRI数字摄影机可一次捕获所有图像数据，因此无需像照相时通常所做的那样混合不同的曝光。

ARRI摄影机与HDR兼容吗？

自2010年问世以来，ARRI数码摄影机就具有很高的动态范围，因此非常适合拍摄HDR图像。目前，大多数HDR产品都是使用ARRI数码摄影机拍摄的。

使用ARRI摄像机进行HDR拍摄有什么优势？

ARRI数码摄影机可捕捉迄今为止所有数码摄影机中最高的动态范围。从几乎过度曝光到完全过度曝光，高动态范围提供了柔和的过渡，从而避免了高光的硬剪切。ARRI数码摄影机的低本底噪声非常适合VFX，也是HDR调色所必须有的，因为较高的动态范围会在图像的暗部显示更多细节。这因为所有这些原因，ARRI数码摄影机最适合捕获HDR内容。

ARRI色彩处理的比特数是多少？如何存储图像？

摄影机中的图像以16比特线性进行处理，然后以12比特记录在记录介质上。

为什么ARRI以12比特对数格式存储16比特线性图像？

16比特线性编码既无效率，也无必要记录图像。可以将图像从16比特线性转换为12比特对数，而不会丢失任何信息或质量，但可以大大节省数据码率和数据量。

ARRI的ALEV III传感器可捕获16比特图像数据；我们的图像处理链使用12比特对数刻度将数据打包到ARRIRAW或ProRes图像中。这将为每个档位分配基本等量的代码值，这比16比特线性效率更高，并且可以更好地表示人眼如何感知光线。

以编码值划分的档位分布

应该在现场监看HDR吗？

拍摄HDR交付成品时，最好在现场监看HDR，以便尽早发现HDR图像的问题（SDR时可能不需要担心）。HDR监看必须使用HDR监视器，因为在SDR监视器上无法看到HDR的效果。

如何在现场监看ARRI摄影机的HDR？

使用HDR监视器来判断HDR中的图像。ARRI提供了画面风格文件和3D LUT，可使用SMPTE ST-2084（“PQ”）编码将Log C图像转换为HDR。这些画面风格文件可在以下摄影机中使用：ALEXA SXT、ALEXA Mini和AMIRA。通过BNC电缆把监视器连接到摄影机的SDI输出。监视器必须设置为SMPTE ST-2084（PQ）编码。

当使用其他ALEXA型号时，请使用LUT盒将Log C转换到PQ编码。某些HDR监视器允许使用3D-LUT进行转换。

如何为HDR曝光/照明？

通常来说，做法和SDR没有什么不同。以下是一些要注意的问题：

——拍摄HDR时正确曝光至关重要。裁剪后的高光在HDR中看起来会很分散注意力，因为在图像的很大区域里都将没有细节。

——在现场通过HDR监视器查看摄影机的图像，以判断背景高光和框中的实际光以及演员脸部之间的比率。在HDR中，这个比率是不同的，并且会把观众的注意力从演员身上引开。

——由于HDR成片的动态范围大于SDR成片，因此减少了对图像再做后期的可能性。高光或阴影细节的丧失在HDR状态下可能会变得更加明显。

——对比度越高，噪点约明显。尽量避免产生噪点。

——较高的对比度可能会把本应隐藏在阴影中的细节显示出来。

——较高的对比度会突出背光、边缘光、窗户和服装、珠宝上的眩光等等。

——较高的对比度使物体看起来更清晰。检查化妆，服装和布景。还要检查背景。在SDR中有点过爆的背景在HDR中可能不会过爆，因此看起来很假。

——较高的对比度会增加运动抖动，这是由于高对比度边缘在屏幕上移动而引起的频闪效果。摇镜的速度可能得调整，并且必须仔细监看在大块明亮区域前的移动。

在没有设置HDR监视器的情况下进行HDR拍摄时是否有隐患？

在框中的任何非常亮的地方都可能是一个问题，例如实际中闪亮的高光，背光，边缘光，窗户和服装或珠宝上的眩光。在HDR图像中，与SDR相比，当以HDR显示时，这些地方可能会变得太亮太分散注意力。避免这种情况的最佳方法是在HDR中进行监视。

拍摄HDR时，对镜头有什么特殊要求吗？

当您想要拍摄对比度很大的场景时，杂散光或眩光就是您的敌人。因此，镜片涂层的质量非常重要。具有许多镜片组的长焦镜头最有可能出现眩光。镜头前的外部滤镜也会增加眩光。

存在哪些母带制作的HDR标准？

当前，有三种将HDR视频分发到家庭的发行标准：-

-HDR10

-Dolby Vision

-混合对数伽马（HLG）

以及电影院发行标准

-Dolby Vision影院

HDR样本工作流程如何？

HDR工作流程与当前的工作流程没有太大区别。ALEXA广色域/ Log C（或ARRIRAW）素材被加载到色彩校正系统中。然后使用3D LUT将图像转换为监视器输出。需要针对不同种类的HDR更改此3D LUT。ARRI提供了这样的3D LUT，但每个产品都可以自由设计自己的画面风格并用在摄影机内，也可以用于母版制作。

我应该在HDR中编辑吗？

因为能看到图像中的可用信息，这点对剪辑师很有好处，所以最好在HDR中进行剪辑。这可以通过使用SMPTE 2084（PQ）EOTF创建编辑文件并在编辑中使用HDR监视器来完成。请注意，计算机显示器连接到编辑器将无法正确显示该图像（因为是用SDR监视器显示HDR图像），因此这种做法可以忽略。

我可以在ACES工作流程中生成HDR母版吗？

可以，基于参考的渲染转换，ACES系统包含了HDR输出转换（ODT，输出显示转换）。

我应该先对HDR还是SDR进行调色？

关于哪种调色策略更好，业界尚未达成共识。如今，两种方法都被用于HDR制作。先对SDR调色的优势在于，当前大多数显示器仍为SDR，因此这就是先对最大的受众进行调色，然后进行HDR下变换，生成HDR成片。而首先对HDR调色的优势在于，我们经常发现，这反过来做能得到更好的SDR调色。但是，看过HDR的客户会对SDR成片不满意。

将ARRI的3D LUT用于HDR和SDR调色并在Log C空间中执行所有调色操作时（将3D LUT用作最后的调色步骤），可以通过交换3D LUT轻松地在SDR和HDR之间切换，反之亦然 。切换3D LUT后都需要下变换，以便把您的创意保存在新格式里。

我需要特殊的软件来编辑/后期制作HDR电影吗？

您不需要任何特殊软件。任何可以使用Log C数据和3D LUT的系统都可以用来生成HDR母版。但是，您可能需要特殊的软件才能创建特定的发行格式。

是否可以将SDR主设备上转换为HDR？

可以的，某些调色工具提供了此类功能。质量很可能不如Log C原始文件（或胶片扫描）的质量。但是，由于现有的SDR内容很多，并且对HDR内容的需求很高，因此通常都这样做。

是否可以将HDR成片向下转换为SDR？

可以，但是由于更改图像亮度时颜色会发生变化，因此您必须在颜色校正中进行修整。

在家里怎么观看HDR内容？

要在家里体验HDR必须同时满足两个条件：

a) 你的电视机必须支持HDR显示。第一批至少支持其中一种HDR发行标准（HDR10、Dolby Vision Home、HLG）的显示设备已经在CES 2016出现过了。

b) 播出的内容本身必须是HDR。几大流媒体服务商已经开始提供越来越多的HDR内容，同时，大量新发行的UHD蓝光影碟也是使用HDR重制的。

面向家庭发行的HDR内容使用什么格式？

面向消费级产品的HDR流媒体传输正在使用HEVC（H.265）编码。

现在有哪些公司在播出HDR内容？

有几家流媒体服务商正在提供HDR节目，其中包括Amazon、Netflix、Vudu等。据我们了解，目前还没有HDR电视频道。

在电影院怎么观看HDR内容？

请确保你前往的影院是“Dolby Vision Cinema”——Dolby公司计划在2024年之前部署完成大约200套Dolby Vision放映系统。每一家Dolby Vision Cinema的放映厅都需要通过专门的Dolby认证，至少达到Dolby要求的最低技术标准。Dolby Vision Cinema使用两台激光放映机放映HDR内容。激光放映机相比传统的氙气灯放映机，对比度更高，亮度更高，色彩范围更广。

什么是Dolby Vision？

Dolby Vision是一套“高品质、高动态范围与广色域的娱乐内容输出系统”（摘自《Dolby Vision白皮书》）。

目前Dolby Vision存在两个版本：

1. 用于电视播出的Dolby Vision Home

2. 用于电影放映的Dolby Vision Cinema

Dolby Vision使用SMPTE 2084（PQ）EOTF转换，Dolby Vision Home使用额外的动态元数据（SMPTE ST-2094）来兼容SDR显示设备。

Dolby Vision的亮度范围在0至10000尼特。现今的显示技术（截止2017年）亮度能力在0.005至4000尼特（如Dolby Vision母带显示器）。作为比较，标准动态范围的显示亮度在0.05至100尼特。

什么是HDR10？

这是CTA（消费者技术协会）推出的HDR格式，获得UHD Premium标准采纳。HDR10使用静态元数据（SMPTE ST-2086）来描述母带显示设备和母带色彩空间。目前，HDR10不兼容SDR电视机。

什么是混合对数伽马（HLG）？

混合对数伽马曲线是由NHK和BBC基于ITU Rec BT.2100标准制定的一种HDR标准。HLG更接近过去采用的电视传输曲线（ITU Rec 1886），为传统显示设备提供了一定程度的兼容性。HLG信号接近Rec 1886的0.6，高光编码变成了对数，使得HLG不需要元数据就能向下兼容SDR显示设备。

上图是最大亮度100尼特SDR信号与最大亮度1000尼特HLG信号的对比。注意，纵轴是对数分布。

什么是“UHD联盟”？

UHD联盟是由制造商、影业公司和内容发行商组成的共同体，负责制定标准，围绕全新的观赏体验塑造生态系统。UHD联盟早在2016年就制定了“UHD Premium”（HDR10）标准。ARRI是UHD联盟的成员。

什么是UHD Premium？

UHD联盟根据以下最低条件为消费级产品和内容推出的ULTRA HD PREMIUM认证和Logo：

-分辨率：3840 x 2160 (4K UHD)

-色彩深度：10 bits发布，10 bits显示回放

-色彩空间：BT.2020

-母带显示设备：SMPTE ST 2084（最低100% P3色彩空间，最低亮度1000尼特，黑场电平低于0.03尼特）

-内容传输函数: SMPTE ST 2084 (PQ)

-回放显示: SMPTE ST 2084（最低90% P3色彩空间，最低亮度1000尼特和黑场电平低于0.05尼特，或峰值亮度超过540尼特和黑场电平低于0.0005尼特）

名词“尼特”是什么意思？

“尼特”（Nit）是每平方米烛光（（cd/m2））的另外一种说法，它是亮度单位。“尼特”来源于拉丁文“闪耀”：nitere。

参考数据：录影棚监视器的峰值亮度在100到120尼特之间，而现代电视机或桌面显示器的亮度则可能会高到200甚至300尼特，为室外运用所设计的特殊监视器亮度还会更高。我们应该注意一点，HDR代表“高动态范围”，和“超亮”不是一回事，它关键的特性是最大亮度和黑场电平两者之间的高比值。

HDR有HDMI标准吗？

HDMI是传输UHD-1和UHD-2内容到消费级显示设备的接口。传输静态元数据（SMPTE ST 2086）HDR内容，系统必须拥有符合HDMI 2.0a标准的接口。

什么是广色域（WCG）？

WCG是对色域大于Rec 709（例如Rec 2020、DCI-P3等）的色彩空间的一种统称。

什么是Rec 2020?

Rec 2020的色彩空间大于Rec 709，它也是目前HD行业标准采用的色彩空间。Rec 2020能够提供更加精美的画面，不过仅有新的显示技术才能正确显示，传统的Rec 709显示设备（例如电视机或普通的计算机显示器）不支持Rec 2020。

Rec 709（ITU-Recommendation BT.709建议标准的缩写）是HDTV的编码色彩空间，而Rec 2020是UHD的编码色彩空间，三原色光谱覆盖更大，因此能够在画面中呈现更饱和的色彩。

Rec 2020是一个编码标准，电视机或显示器不见得能支持它的整个色域。然而，在显示设备自身具备的色域范围内显示的内容是没有偏差的。以电视机举例来说，要获得UHD联盟颁发的“UHD Premium”标志，这台电视机所支持的色域不能低于P3色域的90%。

Rec 2020会替代DCI-P3吗？

DCI-P3最早是数字放映机的色彩空间，大约覆盖72.9%的Rec 2020色彩空间。随着显示和激光技术的发展，Rec 2020在UHD TV之外也取得了领先。数字电影包（DCP）既不使用DCI-P3也不使用Rec 2020——DCP是用XYZ色彩空间编码的。对于HDR DCP，在DCP封装容器中有一个元数据标示为“HDR on”。

OETF是什么？

摄影机的OETF（光电传输函数）是线性场景光线与数字输出信号之间的关系，它决定摄影机如何将光信号转换成可录制的电子信号。

EOTF是什么？

EOTF（电光传输函数）是一种把数字信号转换成可见光的方式，显示设备使用它来将录制好的或接收到的信号转变成光，因此 EOTF对于任何HDR规范来说都不可或缺。由于CRT显示器的EOTF是一个幂函数，因此针对HD显示的EOTF常被称作“伽马曲线”。ITU Rec 1886指出参考EOTF的幂函指数应为2.4。HDR显示使用两种新的EOTF曲线：PQ（感知量化）和HLG（混合对数伽马）。

什么是PQ？

感知量化（PQ）传输曲线是杜比实验室定义的，已经标准化为SMPTE ST-2084。PQ是用于HDR发布的一种新的EOTF函数。

什么是SMPTE ST 2084？

SMPTE ST-2084是HDR显示的EOTF的新标准，它还有一个大家熟悉的名字叫PQ曲线。这个EOTF标准使用一个非线性的传输函数来精细匹配肉眼视觉系统，在固定的bit深度下获得非常宽广的亮度范围。这个传输曲线编码的绝对亮度最大值达到了10000尼特，在之前的EOTF定义基础上有根本性的提升。

什么是ITU R-BT 2100？

这个ITU标准定义了两种不同的HDR显示EOTF：PQ传输函数和HLG传输函数。它的目的是用PQ曲线进行更加戏剧化的内容制作，而将HLG曲线用于广电领域。这个标准进一步强调观看环境和显示设备的参数，对HDR内容是如何被呈现的提出了更严格的要求。

来源：UGC学院