随着比特率和质量问题日益清晰,HDR 开始流行

随着亚马逊、沃尔玛旗下的 Vudu、21 世纪福克斯公司推出 HDR 内容,以及康卡斯特、Netflix 等公司承诺在不久的将来推出 HDR 内容,市场采用高动态范围增强视频的步伐加快了。

虽然关于 HDR 格式的争论仍在继续,但现在某些观点比几个月前更加清晰,这在一定程度上要归功于蓝光光盘协会 (BDA) 发布的新蓝光超高清规格以及消费电子协会 (CEA) 推荐的 HDR 规格公告。但是,当内容创作者、供应商和发行商努力解决带宽影响等关键问题时,还有很长的路要走,因为主流消费的电视显示器的质量足以值得提供 HDR 增强的内容,并以令人瞠目结舌的活力在太多和太少之间找到平衡(见第 8 页)。

推动进步的是一种普遍的愿望,即为消费者提供更好的观看体验,而无需等待格式化为 4K 全像素密度的内容出现。正如爱立信电视压缩技术高级副总裁兼电影电视工程师协会 (SMPTE) 执行副总裁 Matthew Goldman 所指出的那样,越来越多的 4K UHD 电视机正在进入市场,它们能够通过模仿 4K 在 3840 x 2160 像素下提供的更高像素密度效果的渲染技巧来升级 HD 1080p。

因此,Goldman 指出,观众在合理观看距离下看到的纯 4K 和升级的 1080p 高清内容几乎没有什么区别。他补充说,虽然 1080 隔行扫描内容给升级过程带来了一些挑战,但这些挑战并非不可克服。

“经验法则是,您可以在三个图像高度的距离(大约两米半,这是人们家中的典型观看距离)处获得高清的全部影响,”他继续说道。 “为了充分发挥 4K 的优势,也就是说,要看到真正的差异,你必须与屏幕保持一半的距离,这不是人们所习惯的。”

所有这些都在焦点小组测试和 4K 原创内容提供商的测试中得到证实,正如之前报道的那样,他们发现消费者对这种体验并不感兴趣。相比之下,高盛指出,对于 HDR,无论是与 4K 还是 2K 像素密度结合使用,“您都可以从房间的另一边看到 HDR 的影响。”

考虑到带宽限制,以四倍高清密度提供 4K 可能是一个成本高昂的提议,与 HDR 相比,网络容量分配的回报微乎其微。 “这一切都是为了带来更多的回报,”戈德曼说。

除了 4K 之外,为 HDR 增加带宽所需付出的代价取决于许多因素,但即使 HDR(和 4K)编码的采样率至少为 10 位(与业界目前使用的 8 位编码相比),价格也会低得多。 “我们的实验表明,比特率的增加可能小至 0,也可能高达 20%,具体取决于多种因素,”Goldman 说。

爱立信发现,凭借当今的动态编码功能,不同图像序列的压缩级别和带宽利用率差异很大,与高清相比,黑暗空间中的 HDR 实际上允许更多压缩,而不影响图像质量。爱立信业务线压缩战略主管 Carl Furgusson 指出,这往往会平衡明亮区域,在明亮区域捕捉细微差别需要减少压缩量并提高比特率(与高清类似场景的比特率相比)。

根据定义,HDR 意味着可接受的逐帧压缩率比传统电视中使用的标准动态范围 (SDR) 存在更多的非线性。正如 ITU Rec-709 标准所体现的那样,SDR 的亮度范围为 100 尼特(坎德拉每平方米),色域为 1678 万种颜色,而 HDR 支持数百甚至数千尼特和数十亿种颜色,具体取决于使用哪种 HDR 格式、显示器类型以及使用两种高级色域中的哪一种、当前的电影 DCI P3 标准或 ITU 的2020 年建议。

“我们发现,通过 HDR,您可以达到更深层次的黑色,这意味着 SDR 内容的高水平压缩可能产生的伪影是无法察觉的,因此您可以通过 HDR 达到该压缩级别,”Furgusson 说。 “在给定的压缩级别下,在亮度的最高点,您会看到 HDR 比高清有更多的伪像,因此您必须花费更多的比特率来避免这种情况。”

他补充说,需要进行更多测试来制定有关 HDR 比特率预期的指南。当被问及 CableLabs 测得的 HDR 额外带宽 10-15% 的影响范围是否在大致范围内时,他回答道:“在这方面你不能用直接的经验法则。但 HDR 不会对比特率产生人们预期的影响。”

杜比实验室 CTO 办公室技术战略执行总监兼 SMPTE 教育副总裁 Patrick Griffis 表示,像杜比视界这样使用 12 位而不是 10 位编码的 HDR 格式将产生更大的带宽影响,可能达到 20-25% 的范围。但如果不需要向后兼容,则可以将双流压缩为一个,从而降低带宽损失。 “我们已经与主要芯片供应商合作,以确保这两种选择都包括在内,”格里菲斯说。

本月在阿姆斯特丹举行的 IBC 上,即将被爱立信收购(待股东批准)的 Envivio 生动地演示了如何使用其编码技术来降低具有 4K 像素密度的杜比视界 HDR 单流版本的比特率。该演示在预计于年底商业发布的新型 1,000 尼特 Vizio 显示器上运行,展示了 HDR 增强版电影中的快动作预告片片段遗忘比特率仅为 12 Mbps。

据 Envivio 官员称,12 位杜比视界系统的单流版本对总比特率的影响在 1 到 2 Mbps 之间,或者说在 10% 到 20% 之间。为了达到 12 Mbps 比特率而必须在编码过程中做出的妥协,通过在任何给定场景的观看焦点区域之外使用激进的压缩级别来巧妙地掩盖,从而带来了高质量的观看体验,赢得了演示的必要批准。遗忘导演约瑟夫·科辛斯基。

Griffis 指出,让 HD 成为 HDR 范式一部分的想法(现在被标记为 HDR+)实际上是对 UHD 原始概念的回归,即它更多地关注动态范围而不是像素密度。 “UHD 确实是为了创造一种身临其境的观看体验,但由于 CE 制造商推出 4K 电视机,该行业一度偏离了方向,因为这将 UHD 的讨论集中在像素密度上,”他说。 “现在事情又回到了最初的目的。”

这一意图得到了 SMPTE 2094 的开发的支持,该标准草案正在逐步采用,它为颜色转换过程引入了比 SMPTE 2086 提供的更多活力,SMPTE 2086 也称为“支持高亮度和宽色域的主显示颜色量元数据”。 SMPTE 2086 是 SMPTE 2084 电光传输函数 (EOTF) 引用的元数据组件,它是传统伽马或光电传输函数 (OETF) 的替代方案,现已成为 BDA 的 UHD 标准和消费电子协会推荐的 HDR 规范的一部分。

SMPTE 2094(杜比视界中使用的元数据指令集的改编版)通过提供一种为电视显示器的颜色渲染分配动态亮度维度的方法,通过 10 位和 12 位采样系统带来完整的 HDR 体验。现在,BDA 和 CEA 的 HDR 配置文件中都指定了 SMPTE 2084 和 ITU Rec-2020 色域,相当清晰的 HDR 路线图已经就位,让各个行业参与者决定是否要使用 Dolby Vision 和 Technicolor 开发的 12 位格式,还是三星和其他公司提供的 10 位格式。

杜比在其 IBC 展位上生动地演示了杜比视界如何使用 SMPTE 2094 在 HDR 和 SDR 显示器上的传输函数中映射源自 HDR 的内容。该演示使用尚未商用的 2,000 尼特显示器,生动地展示了此类显示器进入市场后 HDR 的外观。

同时,借助实时 2094 映射功能,杜比还展示了如何渲染通过双流杜比视界系统的 Rec-709 组件传送的 HDR 内容,与不使用 SMPTE 2094 映射功能的内容的 SDR 显示相比,可大大增强该内容的 SDR 显示。这是基于网络的分销商考虑向后兼容性及其对带宽的影响时必须权衡的另一个因素。

“业界在向后兼容性问题上存在分歧,”爱立信的高盛表示。 “有些人说这是必要的;另一些人则认为没有必要。”即使对于那些确实支持向后兼容的方法,除了依赖双流选项之外,还有其他方法正在考虑中,这些方法涉及对 HDR 内容进行单独处理以进行 SDR 分发。

但随着 REC 2020 即将启用的更高亮度显示器支持 687 亿种颜色,发行商必须尽快开始决定他们想要采用哪种 HDR 格式和采样率。鉴于使用 SMPTE 2094 和双流 12 位格式带来的增强 SDR 质量的额外好处,在确定 12 位双流路由是否值得额外的带宽成本时必须考虑一个新的好处。


2025年社会救助宣传月 | 政策解读(四):刚性支出困难家庭救助政策
抵抗 惩罚-PSP