hdr和普通拍摄有什么区别（HDR从入门到精通）

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就在几年前，当 4K/超高清在消费类视频领域爆发时，每个人都关注屏幕上像素数量的增加，从 HD (1920x1080) 的 2,073,600 增加到 UHD (3840x2160) 的 8,294,400。四倍的像素就是四倍的高清晰度，四倍的好效果，对吧？但真实情况是，除非你有一个巨大的屏幕——或者你坐在离屏幕非常近的地方——否则你可能看不到高清和超高清之间的分辨率差异。

然而，超高清不仅仅是提高空间分辨率。还有其他更明显的改进。其中包括更高的帧速率 (HFR)、更大范围的颜色（通常称为广色域或 WCG）、更高的峰值亮度以及代表每种颜色的更大位深度，从而提供从一种颜色到另一种颜色以及从一种亮度的更平滑的渐变水平到另一个。

最后两项改进相结合，可实现高动态范围或 HDR。这比增加像素数的效果还要重要。在 HDR 显示器上播放来自 UHD Blu-ray 流媒体提供商的 HDR 内容对几乎所有看到它的人来说都是一种巨大的提升。

在现代超高清电视上再现 HDR 很容易，它可以输出比 SDR 要求得更多的光。事实上，HDR 内容是在平板电视上准备的，主要用于平板电视。如果您在平板上观看该内容，您会看到与创作者在母版制作过程中看到的内容相对接近的内容。

但投影仪是另一回事。今天的模型可以比他们的前辈产生更多的光，但它们仍然无法接近平板的亮度。另外，简单地增加投影仪的亮度实际上可能适得其反。因此，投影仪制造商必须使用 HDR 内容是适应其产品的功能。那么，现代投影仪该如何处理 HDR 内容呢？请仔细阅读，找出答案...

动态范围基础

在我讨论 HDR 和投影仪之前，我想确保每个人都对动态范围有一个基本的了解。简单来说，视频动态范围是视频系统可以表示和再现的最暗黑色和最亮白色之间的差异——或者更专业地说，是比率。

它直接类似于音频动态范围，即音频系统可以表示和再现的最柔和和最响亮的声音之间的比率。在音频再现中，动态范围的低端是系统的本底噪声，对应于显示器的黑电平，高端是最大可再现幅度，对应于显示器的峰值亮度。

动态范围与对比度（视频显示器的常见规格）有何关系？它们基本上是同义词。根据 Sony Professional Solutions Europe 数字和家庭影院、模拟和娱乐投影产品经理 Christopher Mullins 的说法，“对比度通常用于描述显示设备的能力……并且在捕捉过程中更经常地使用动态范围和后期制作阶段，最近也用于显示设备。投影系统可实现的对比度越高，屏幕上可以显示的动态范围就越大。HDR 能力与投影系统的对比度直接相关。 ”

我们所看到的任何事物的亮度——或者更确切地说，是亮度——以称为坎德拉/平方米 (cd/m2) 的单位表示。但这是相当多的一口，所以更常见和更有效的术语是“尼特”。在谈论动态范围时，这个术语经常出现。

现实世界具有极大的动态范围（见图 1）。在低端，星光可以低至 0.000001 尼特，太阳辐射量超过 10 亿尼特。那是 10 15 :1！在摄影方面，大约需要 50 站。

图 1：现实世界具有极宽的动态范围。人类视觉系统也是如此，但并非一下子如此；在该图中，人类视觉的瞬时动态范围被标记为“娱乐动态范围”。标有“未来电视”的部分代表杜比对消费者偏好的研究结果，而“当前电视”是 SDR。（来源：杜比）

同样，人类视觉系统的感知动态范围非常大，但也没有那么大（见图 1）。视力正常的人可以感知大约 10 10 :1 或 33档的总动态范围——但不是一次性的。如果您曾经从明亮的户外直接进入黑暗的剧院，您可能会注意到有一段时间看不到太多东西。或者，您可能已经从黑暗的剧院直接进入明亮的户外，有一段时间眩光让您感到非常不舒服。

这些影响的发生是因为人类视觉系统的瞬时动态范围在任何给定时刻包含大约 10,000:1 或 13 停止，具体取决于环境中的环境光量。如果您在明亮的户外，您的动态范围会向上移动；如果你在黑暗的剧院里，它会向下移动。这些转变需要一些时间，因此当您从一个环境移动到另一个环境时，您的眼睛需要一些时间来适应。

什么是HDR？

在高清视频时代之前和之前，大多数消费类视频系统的动态范围从大约 0.1 nits 扩展到 100 nits，即 1,000:1 或大约 10 个档位（见图 1）。这称为“标准动态范围”(SDR)。在配备专业投影仪的传统商业影院中，图像的标准化峰值亮度为 48 尼特。（杜比影院的峰值亮度约为 100 尼特，黑电平要低得多。）因此，传统商业影院的动态范围仅为家庭 SDR 图像的一半左右。

有趣的是，虽然 SDR 的峰值亮度被定义为 100 尼特，但黑电平根本没有定义；它可以使用任何显示器的功能。0.1 尼特的值很常见，但像 Pioneer 的 Kuro 等离子电视这样的显示器达到的水平要低得多，这就是它们受到如此好评的原因。（“Kuro”在日语中的意思是“黑色”。）黑电平越低，显示的动态范围越大，图像“弹出”越多。

但即使在黑电平非常低的显示器上，SDR 也不能充分利用人类视觉系统的瞬时动态范围，这主要是由于当时使用的相机和显示器的限制。从那时起，技术有了显著改进，可以捕捉和显示更大的动态范围。因此，当 UHD 处于开发阶段时，决定将所谓的“高动态范围”（HDR）包括在 UHD 生态系统中。

为了准备这次升级，杜比对人类视觉、视觉图像的性质以及观众在峰值亮度方面的喜好进行了广泛的研究。该研究得出了几个结论，旨在尽可能地适应未来的 HDR。

首先，人类视觉系统对亮度变化的反应不是线性的；它大致是对数的。这不是新信息；它早已为人所知。简单来说，我们对较低级别的亮度变化比在较高级别时更敏感。这对于设计视频显示器如何根据不同的亮度值改变其光输出至关重要。

其次，重要的是要了解大多数视觉图像只有很小的超高亮度区域——例如，从汽车的镀铬保险杠反射的太阳，这被称为镜面高光。大多数图像的亮度要低得多；事实上，大多数电影大部分场景的APL（平均画面水平）都在100 nits以下——也就是在SDR的范围内。

第三，经过详尽的测试，杜比发现大多数观众更喜欢高达 10,000 尼特的镜面高光（见图 1）。没有任何商用显示器可以达到接近峰值亮度的任何地方，因此将 10,000 尼特作为上限有效地证明了 HDR 系统的未来。即使显示技术有朝一日能达到如此高的峰值亮度，也没有理由超过它，因为观众可能会抱怨不舒服。事实上，如果图像的一小部分甚至 1,000 尼特，他们可能会抱怨。

与 SDR 一样，没有定义 HDR 的黑电平。当然，它应该尽可能低，理想情况下，低于 SDR 显示器可以产生的。作为其认证过程的一部分，超高清联盟有两个最低规格。一方面，显示器必须具有至少 1,000 尼特的峰值亮度和不高于 0.05 尼特（20,000:1 或 13.5 档）的黑电平。这显然是针对液晶电视，其亮度高于 OLED 显示器。在另一个规范中，显示器必须具有至少 540 尼特的峰值亮度和不高于 0.0005 尼特（1,080,000:1 或 20 档）的黑电平。这显然是针对 OLED 电视的，它可以将像素关闭到纯黑色，但不能像 LCD 平板一样明亮。

不幸的是，几乎没有投影仪能够满足这些要求，至少在峰值亮度方面，并且没有这样的规格。

除了更深的黑色和更亮的高光外，与 SDR 相比，HDR 的另一个好处是颜色范围更广（通常称为广色域或 WCG）（见图 2）。这很容易成为单独文章的主题；就目前而言，SDR 的色域被称为 BT.709，而 HDR 的色域在技术上是 BT.2020。但是，很少有显示器能够真正显示 BT.2020 的全部范围，因此称为 P3 的中间色域通常用于 HDR 内容。

图 2：在此图中，SDR 的色域通常称为 Rec.709，但更准确地称为 BT.709。UHD 的最终色域是 BT.2020（在此图中称为 Rec.2020），但很少有显示器可以达到该颜色范围，因此大多数 HDR 内容使用称为 P3 的数字电影 (DCI) 色域。

关于 HDR 中的颜色的另一点。色域实际上是在一个亮度级别上可用的颜色范围。但由于 HDR 包含更广泛的亮度范围，因此重要的是要考虑不同亮度级别的颜色会发生什么变化。因此，颜色体积的概念得到了更广泛的讨论（见图 3）。HDR 的色彩量比 SDR 的色彩量大得多，并且色彩在更高的亮度水平下保持更饱和。

图 3：三维颜色体积考虑了亮度级别以及色调和饱和度。当亮度接近其最大值或最小值时，颜色的饱和度会降低。

HDR 相对于 SDR 的视觉改进是显着的。最好的例子之一是带有窗户的室内场景，在该场景中可以看到日光充足的外部（见图 4）。在 SDR 中，如果摄像机正确地为场景的室内部分曝光，则窗外的景色会严重过度曝光——这通常被称为“过曝”。相反，如果相机正确曝光了窗户中可见的镜头，则图像的室内部分会严重曝光不足，您将看不到房间内的任何东西。在 HDR 中，室内和室外可以同时适当曝光，让您在图像的两个部分都能看到细节。

图 4：在包含内部和外部窗口的镜头中，SDR 可让您为内部正确曝光，在这种情况下外部曝光过度，或者您可以为外部曝光，在这种情况下内部曝光不足。HDR 允许正确曝光图像的两个部分。（来源：商业内幕）

位深

在所有数字视频中，亮度由一个由若干位组成的数字表示。位数越多，连续亮度值之间的步长越小。只需几位，随着亮度的增加，人类就可以看到这些步骤。如果位数增加超过某个点，则步长低于我们的感知阈值，我们会看到亮度的平滑渐变（见图 5）。

图 5：使用较少的位，我们可以看到亮度渐变中的条带。随着位的增加，条带消失成平滑的渐变。（来源：ProjectorCentral）

在 SDR 视频中，每种颜色（红色、绿色和蓝色）的亮度用 8 位值表示。理论上，这些值的范围从 0 到 255，就像它们处理计算机视频一样，但实际上，黑色在广播和录制的视频中由值 16 表示，白色由 235 表示。这是在 1982 年建立的，以模拟模拟电子管技术，逐渐剪辑到白色上方并下降到黑色下方的本底噪声。将值设置为 16 和 235 允许数字信号以类似的方式运行而无需硬削波。

当动态范围增加到远远超过 SDR 时，8 位不再足够；连续值之间的步长变大，所以我们开始看到条带。因此，HDR 必须使用更多位来保持平滑的渐变。另一方面，更多的位意味着更大的文件和带宽要求，因此必须达到平衡。

最终决定是每种颜色使用 10 位（见图 6）。12 位本来会更好，但通过仔细分配从黑色到白色的亮度值，结果证明 10 位就足够了。与 SDR 一样，黑色和白色的值不是 0 和 1,024；他们是 64 和 960。

图 6：在 SDR（8 位）和 HDR（10 位）中，黑色和白色都没有定义为 0 和最大可能值，以模拟模拟电子管的软削波行为。

EOTF

与显示器的光输出相关的亮度值的分布由称为电光传递函数(EOTF) 的东西决定。该函数定义了视频信号中的亮度值与显示器发出的光量之间的关系。

在 SDR 视频中，EOTF 被称为伽马（见图 7）。它起源于 CRT 显示器，因为涂在屏幕内表面的磷光体如何响应激发它们发光的不同强度的电子束。有趣的是，它也恰好是人类视觉系统对数响应的倒数；随着亮度值沿着伽马曲线增加，显示器的亮度在我们的眼睛看来或多或少呈线性增加。

图 7：不同的伽马值决定了 SDR 显示“从黑色中出来”的速度。低伽马值会导致图像随着信号强度的增加而更快地变亮并且看起来更褪色，而高值会掩盖阴影细节，具体取决于房间中的环境光量。（来源：明基）

几乎所有的显示器都允许用户指定一个伽马值，它决定了显示器如何“从黑色中出来”。在低伽马值下，随着亮度值从 16 增加，显示器会迅速变亮。这让您可以轻松看到阴影中的细节，但图片看起来通常会褪色。在高伽马值下，随着亮度值的增加，显示器变亮的速度会更慢，这会使图片看起来更暗，阴影细节被遮挡。设置最佳伽马值部分取决于房间中的环境光量——明亮房间的伽马较低，黑暗房间的伽马较高。今天的 SDR 内容通常在暗室中以 2.4 的伽马进行母带处理。

伽马的另一个特征是它是相对的。它与以尼特为单位的特定亮度级别无关；它只是从最小亮度到最大亮度，而没有关于显示器发出多少光的信息。我们知道 SDR 的峰值亮度为 100 尼特，因此显示器应设置为在接收到最高亮度值时输出那么多的光。

杜比对 HDR 的研究的一个结果是一种称为感知量化器(PQ)的新 EOTF ，此后它已被正式化为称为 ST 2084 的 SMPTE 标准（见图 8）。与伽马一样，PQ 看起来有点像一条对数倒数曲线，从黑色缓慢上升，然后随着亮度值的增加而变得更陡峭。但是，伽马基于磷光体的行为并且恰好与人类视觉反应相关，而 PQ 实际上基于人类视觉反应，使其更适合其任务。

图 8：PQ 曲线定义了显示器应输出多少光以响应信号中给定的亮度值。（来源：洞察媒体）

与 gamma 不同，PQ 曲线只有一条；您不能像使用 gamma 一样选择不同的曲线。此外，PQ 曲线表示以尼特为单位的绝对亮度级别。例如，亮度值为480（50%码值）时，对应的光输出为100尼特；在亮度值为 720（75% 代码值）时，对应的光输出为 1,000 尼特。如您所见，大多数亮度值表示低于 1,000 尼特的光级，即使 PQ 在亮度值为 960（100% 代码值）时扩展到 10,000 尼特。

创建 HDR 内容

好的，既然我们已经了解了所有背景，现在是时候了解如何为商业分发准备 HDR 内容，这个过程称为母版制作（见图 9）。

图 9：在 SDR 中，母带制作过程需要大大降低捕获内容的动态范围；在 HDR 中，一直到消费者显示器都保留了更多的动态范围。

如果你一直关注到现在，你可能会在这里看到一个问题。回想一下，SDR 假设峰值亮度为 100 尼特，因此这是掌握它的水平，并且希望能在家中显示——这很容易。相比之下（双关语！），HDR 一直扩展到 10,000 尼特，但没有专业或消费类显示器可以接近如此高的峰值亮度。因此，必须以较低的峰值亮度来掌握 HDR 内容，同时牢记消费类显示器的功能。

那么，母带高峰应该是什么？许多现代液晶电视提供 1000 尼特甚至更高的峰值亮度，并且有几种常用的母带监视器具有相同的功能。因此，目前大多数 HDR 内容的峰值亮度为 1,000 尼特。使用称为 Pulsar 的特殊杜比监听器（它是液体冷却以防止过热！），一些标题以 2,000 甚至 4,000 尼特进行母带处理。为什么？我怀疑这是为了在消费者显示器可以达到 4,000 尼特峰值亮度的那一天对内容进行验证。

然后是使用哪种格式的问题。杜比的第一个 HDR 格式是 HDR10，它结合了具有 10 位亮度值的 PQ。此外，它还包括两个称为元数据的小块信息：MaxCLL 和 MaxFALL。MaxCLL（Maximum Content Light Level）是整个程序中任意单个像素的最大光照度，MaxFALL（Maximum Frame-Average Light Level）是整个程序中任意帧的最大平均光照度。因为这些元数据只与整个程序相关，所以统称为静态元数据。

MaxCLL 和 MaxFALL 的目的是通知显示器有关用于掌握内容的最大亮度级别。这允许显示器调整其操作以适应超过其原生能力的光照水平，这一过程称为色调映射（我将在稍后详细讨论）。

不幸的是，仅指定两个光照级别并不是很有用。例如，整部电影的一帧中可能有一个像素的亮度为 4,000 尼特，而大部分内容的亮度低于 1,000 尼特。（事实上，大多数电影和电视节目中的绝大多数图像都在 100-250 尼特的范围内；见图 10。）因此，显示器降低了整体亮度以补偿该单个像素，并且整部电影看起来比它应该的更暗。这是静态元数据的一个大问题。尽管如此，HDR10 可能是当今内容中最常用的 HDR 格式。

图 10：此图表显示了不同峰值亮度级别的代码值分布。在所有情况下，大多数值都用于不超过 250 尼特的普通对象。（来源：杜比）

HDR10 免收任何许可费用，这也是它如此普遍的原因之一。但是杜比提出了一种称为杜比视界的升级格式，其中包括有关每个场景甚至每个帧中亮度级别的元数据。这称为动态元数据，因为它允许显示器在内容播放时动态调整其设置，从而更忠实地呈现创作者的意图。它现在与 HDR10 一起被广泛使用，尽管杜比视界不是免许可的。

三星最近在 HDR10 中添加了动态元数据，称之为 HDR10 。这种格式不像 HDR10 或杜比视界那样广泛，但亚马逊、20 世纪福克斯、环球和华纳兄弟的内容以及三星、松下和 TCL 制造的显示器都支持它。

另一种 HDR 格式是 HLG（混合对数伽马），分别由英国和日本广播公司 BBC 和 NHK 开发。顾名思义，HLG 是一种混合格式，它对低亮度值使用伽马，对高值使用对数曲线，它根本不使用元数据（见图 11）。因此，它完全向后兼容 SDR 显示器。HLG 主要用于直播，而不是预先打包好的内容。

图 11：与 gamma 一样，HLG 不使用绝对亮度值；相反，它与显示器的功能有关。这意味着它与 SDR 显示器完全向后兼容。（来源：艺卓）

您可能认为多种 HDR 格式可能是个问题——又是一场格式大战。但是我将这些格式视为各种音频格式，例如 Dolby Digital 和 DTS。大多数音频设备几乎可以解码任何音频格式，因此任何特定内容使用哪种格式都无关紧要。同样，大多数视频源设备和平板显示器都支持大多数 HDR 格式，因此市场上拥有多种格式也没什么大不了的。

不幸的是，投影仪对面 HDR 格式的支持更为有限。所有支持 HDR 消费类投影仪都支持 HDR10，许多还支持 HLG。此外，三星 Premiere 超短焦投影机也支持 HDR10 。但是，没有支持杜比视界的消费类投影机。事实上，唯一支持它的投影机是杜比影院中使用的科视商用投影机。

从好的方面来说，即使整个屏幕是 100% 的白色，投影机也可以保持其最高亮度。如果屏幕的一小部分是 100% 白色，则平板必须降低其峰值亮度，以防止过热和烧坏。

您可能认为增加投影仪的光输出将有助于将它们进一步带入 HDR 世界。但除了一些非常昂贵的例外，它真的没有。如果您大幅增加投影仪的光输出，那么黑电平也会不成比例地增加。在所有投影仪中，来自光源的光都被导向成像器，无论是 DLP、LCD 还是 LCoS。尽管制造商尽了最大努力，光还是会在光路中的几个点上发生散射，其中一些光会从主镜头中泄漏出来，从而提高了黑电平。

另一个问题是房间反射。对于所有投影仪，从屏幕反射的一些光会在房间周围反射，最终再次撞击屏幕，从而使图像变暗。当您增加投影机的光输出时，您也会增加从房间反射返回到屏幕上的光量。当然，您可以使用深色墙壁和家具以及环境光抑制 (ALR) 屏幕来缓解此问题，但在许多实际情况中，投影仪的使用条件并不理想。

就 HDR 而言，依赖单独的屏幕是投影仪和平板之间的根本区别。平板是一个独立的系统，具有明确定义的亮度级别，而投影图像的最终亮度在很大程度上取决于屏幕的大小和类型。投影机不知道屏幕的特性或图像的最终亮度，这使得将 HDR 信号适应其功能变得更加困难。此外，大多数消费级平板都有抗反射屏幕，可减轻房间反射，而投影屏幕设计为反射性，导致上述问题。

接下来，考虑成像技术。为了产生黑色，DLP 旋转 DMD 芯片上的微镜，将光引导到“光汇”并远离投影镜头，但这远非 100% 有效地将杂散光排除在投影图像之外。LCD 和 LCoS 单元变暗以减少光线通过，但同样，这不是 100% 有效；总有一些光透过。（LCoS 通常具有最佳的原生对比度，可能是因为光必须通过其 LCD 层两次，而不是像 LCD 成像中的一次。）因此，增加照射到成像器的光量意味着更多的光将泄漏到暗部图像，提高黑电平并降低动态范围。

LCD 平板也有同样的问题——一些光线总是从已经关闭以产生黑色的单元中泄漏，这就是 LCD 电视传统上具有高黑色电平的原因。但是现在许多 LCD 电视都具有带局部调光 (FALD) 的全阵列背光，这允许图像暗部后面的背光部分或区域变暗，而图像亮部后面的区域变亮。这导致更低的黑电平和更高的动态范围。

不幸的是，几乎没有投影仪具有任何形式的局部调光。相反，大多数投影仪仅使用动态光圈或激光光源的动态调制进行全局调光。这提高了一个场景与另一个场景的对比度，但它对单帧或静态场景内的动态范围没有任何作用。

广为流传，Christie 的 Dolby Vision 投影机使用双调制——一组 DMD 形成图像，而另一组将其微镜划分为提供局部调光形式的区域——但杜比和科视都不会证实这一点。科视已确认其新型 Eclipse 投影机采用双调制技术来实现惊人的黑电平和对比度。（纽约市的海登天文馆最近安装了六台 Eclipse 投影仪，我们在此介绍过。）

唯一可以产生完美黑色的显示器是 OLED 和 microLED 平板显示器。这些是自发光技术，其中每个红色、绿色和蓝色子像素都发出自己的光，可以完全独立地将其调暗至 0 或调至最大。正如我之前提到的，OLED 电视的峰值亮度可以达到 700 尼特左右，而 microLED 显示器可以达到 1000 尼特左右。

顺便说一句，OLED 和 microLED 显示器会导致对比度谬误。由于它们可以在 0 尼特下实现真正的黑色，因此许多制造商声称这意味着它们具有无限的对比度。毕竟，任何数字除以 0 都等于无穷大，对吧？错误的。从技术上讲，除以 0 是不确定的。此外，如果黑电平为 0 尼特的显示器具有无限对比度，它的峰值亮度可能为 1 尼特，而对比度仍然是无限的！

说到对比度，重要的是要了解大多数显示器制造商根据分别测量全黑屏和全白屏来指定其产品的对比度。但 HDR 的真正价值在于扩大单次拍摄的动态范围。ANSI 对比度规范基于测量黑白棋盘格图案的正方形中的黑白电平，它可以更好地指示单次拍摄中可用的动态范围。

色调映射

SDR 使用一组定义明确且标准化的参数来创建和显示内容（100 尼特峰值亮度，BT.709 色域），而 HDR 则不然。可以以 1,000 尼特、2,000 尼特、4,000 尼特或其他的峰值亮度来控制内容。（在内容创建和显示期间，色域可能是 P3，但不一定是。）而且消费者将在具有 100 尼特到 1,000 多尼特峰值亮度的显示器上观看该内容。

因此，消费者显示器必须有某种方法来处理在不同峰值亮度级别掌握的内容，同时考虑显示器自身的峰值亮度。此过程称为色调映射，可根据需要将内容中的总亮度范围重新映射到显示器的亮度功能。

在平板的情况下，峰值亮度至少为 500 尼特，通常高达 1,000 尼特或更高，远低于面板峰值的亮度值通常准确显示在内容中的编码状态。请记住，大多数电影中的大多数场景的 APL 范围为 100-250 尼特，因此几乎任何平板都可以在不进行任何修改的情况下呈现该亮度级别。当亮度值接近并超过面板的能力时，它们会按比例缩小以保持在这些能力范围内。这是通过随着亮度值增加超过某个点而从 PQ 曲线“滚降”EOTF 来实现的。

例如，如果平板的峰值亮度为 1000 尼特，并且接收到使用 1,000 尼特 MaxCLL 编码的 HDR 信号，则不会执行色调映射。但是，如果内容的 MaxCLL 为 4,000 尼特，则任何高于 1,000 的值（以及稍低于该值的一些值）都会衰减，因此内容的整个亮度范围都在显示器的亮度范围内。

亮度值的确切下降方式完全取决于每个制造商；不幸的是，这个过程没有标准。对于静态元数据，有些人选择仅降低接近和高于面板峰值的值，这会产生整体更亮的图片，尽管高光并不明显高于图像的其他部分，而且它们看起来可能会被剪裁。其他人开始在远低于面板峰值的情况下滚落，这导致整体图像亮度降低，高光更显着，剪裁更少。有关这两种方法的示例，请参见图 12。

图 12：在这些带有 HDR10 静态元数据的示例中，MaxCLL 为 1,000 尼特，而显示器的峰值亮度为 500 尼特。在上面的例子中，色调映射曲线旨在尽可能保持原始信号的亮度，在低光场景中保留阴影细节，但会导致高光场景看起来被剪裁。在下部，色调映射曲线下降得更快，以牺牲较低水平为代价保留峰值高光中的细节，这导致整个图片看起来更暗。

杜比视界和 HDR10 中的动态元数据通过告诉显示器如何对每个场景甚至每个帧进行色调映射来避免这种妥协（见图 13）。

图 13：使用动态元数据，显示器调整色调映射曲线以适应具有不同 APL 的不同类型的场景。因此，所有场景看起来都是最好的，而不是为了高 APL 场景而牺牲低 APL，反之亦然。

色调映射的一个重要方面是保留超出显示器颜色体积的颜色的色调。例如，如果您降低蓝色的饱和度，它可能会变得有点紫色。所以任何好的色调映射算法都必须考虑到这一点。

投影仪中的色调映射

对于典型的家庭影院投影机来说，问题要严重得多，在可接受的大图像尺寸下，其最大输出亮度可能仅为 100 到 150 尼特。在这种情况下，必须对 HDR 内容中的整个亮度范围进行彻底的色调映射。Deep Dive AV 的 Kris Deering 是一位受人尊敬的视频行业顾问和校准员，他表示，投影仪中的色调映射有两种基本方法。

在一种方法中，工程师将 HDR 母版监视器上显示的 HDR 内容与投影仪产生的相同内容进行比较，然后他们调整投影仪的色调映射曲线，使其图像看起来尽可能接近母版监视器。在大多数情况下，高光和深阴影细节优先于亮度范围的中间，Deering 说这看起来有点人为。

另一种方法是模拟投影机峰值亮度能力的实际母带制作等级。这通常称为“修剪通道”，其中母带工程师使用与伽马非常相似的对数 EOTF 曲线将 HDR 内容重新分级，以获得峰值亮度，例如 100 尼特。当然，就峰值亮度而言，它变成了 SDR，但具有 4K/UHD 分辨率、宽色域和 10 位亮度等级的额外好处。Deering 说这种方法看起来更自然，但他强调这是个人选择。

在任何一种情况下，默认的色调映射曲线很可能是在一个黑暗的、光线控制的房间里建立的，就像母带工作室一样。但是，如果随后将投影仪安装在更明亮的环境中（例如家庭房间），图像会显得非常暗。因此，许多兼容 HDR 的投影仪提供了一种控件，可以针对不同的环境光量调整色调映射曲线。这些控件还提供了一些调整以解决不同 HDR 标题的不同亮度。Epson 把这个控件叫做 HDR10 Setting 或者 HLG Setting（取决于信号的格式），JVC 把它叫做 HDR Level，Sony 把它叫做 Contrast（HDR）。此外，JVC 的影院优化器功能会根据屏幕尺寸、材料、投射距离和灯泡使用时间自动调整画面级别以获得最佳屏幕亮度。

正如我之前提到的，没有消费投影机支持杜比视界的动态元数据，在撰写本文时，只有三星的 Premiere UST 投影机支持 HDR10 。因此，有几家公司开发了自己的动态色调映射技术。例如，JVC 的 Frame Adapt HDR 完全忽略元数据；相反，它实时测量每一帧的平均图像电平和峰值亮度，并相应地调整色调映射曲线。LG 还在其部分投影机中提供逐帧动态色调映射，称为动态色调映射，而索尼也在其最新投影机中提供一种称为动态 HDR 增强器的动态色调映射形式。

作为旁注，杜比影院的 HDR 内容是专门为他们使用的杜比视界投影机分级的。IMAX 激光影院也是如此，与传统影院相比，它也具有更高的亮度和更低的黑电平。结果，那些商用投影仪根本不使用色调映射；内容完全在投影仪的能力范围内。这是专业修整通行证的一个例子。

结尾

正如我在顶部提到的，HDR 结合了更高的亮度、更大的位深度和更宽的色域。结果是令人惊叹的画面，将 SDR 图像从水中吹出，尤其是在现代平板上。

不幸的是，SDR 和 HDR 之间的区别在投影仪上并不明显，主要是因为大多数投影仪的图像远不及任何平板显示器那么明亮。许多现代投影机确实比它们的前辈具有更高的亮度和更低的黑色，但它们不是真正的 HDR。许多业内人士认为，即使是杜比影院中的杜比视界，也不是真正的 HDR。充其量，他们称之为 EDR（扩展动态范围）。

这并不意味着 HDR 内容不能比投影仪的 SDR 看起来更好，但我们必须有现实的期望。此外，这在很大程度上取决于房间。如果环境光太多，图像中的中低层次细节将不可见。在这种情况下，您将调整 EOTF 控件以将动态范围压缩到更高级别，这实际上违背了 HDR 的目的。

这类似于音频母带制作中的“响度战争”，其中动态范围被压缩到接近最大电平的窄带中，因此可以在嘈杂的环境中听到一切——例如，通过汽车中的收音机。相比之下，为 SACD 或 DVD 音频制作的具有宽动态范围的音频捕获的微妙得多，但只能在安静的环境中完全欣赏。

同样，投影机可以将大部分动态范围压缩到它可以再现的最亮区域，这对于家庭房间等更明亮的环境来说是很好的。但是，如果投影仪牺牲一些整体亮度来在较低的光线水平下显示细节，那么在较亮的房间中，很多细节将是不可见的；它们只能在黑暗、光控的房间里看到，这是发烧友的领域，而不是普通消费者。

HDR 内容对投影仪提出了独特的挑战，但这是一个值得面对的挑战，尤其是如果您有一个黑暗的专用影院室。查找有关如何针对 HDR 优化和校准投影仪的后续文章，该文章将解释如何获得最佳的 HDR 图像。

同时，我对HDR投影的未来充满希望。也许某种类型的双调制，例如在 Christie's Eclipse 中使用的那种，将在消费投影仪中提供一种局部调光形式。一种称为光控制的技术，将投影仪激光的光从图像的暗区引导到较亮的区域，也可以大大增加每帧内的动态范围。

诚然，这些创新非常昂贵，目前仅限于投影研究实验室和专业商业应用。但在未来，他们可以将消费级投影仪一路带入HDR的世界，这对于我们这些看重只有投影仪才能提供的巨幕电影体验的人来说，将是美妙的。

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