电影研习社

这个主题包含: 1 阅读 和 0个回复.
1 阅读
0个回复
  • 作者
    回复
  • #5626
    real
    参与者

    HDR介绍——针对调色师和电影后期制作


    第1章 HDR介绍——针对调色师和电影后期制作 | 第1课 HDR介绍——针对调色师和电影后期制作

    教学主讲 · Final Color / Kevin Shaw

     

    HDR-简介

    什么是HDR?为什么说HDR影响重大?HDR会有未来吗?我们该如何看待它?凯文·肖(Kevin Shaw)对这项技术做了些解读。
    自2014年以来,“HDR”这个词频频出现,显然,它是电影行业中一次重要且备受争议的发展。令人困惑的是,HDR现在指代三种不一样的事物:
    1、HDR在摄影中使用时的含义:通过多次曝光合并以捕捉比通常情况下可得的更大的动态范围。
    2、HDR在视觉效果中使用时的含义:在场景线性环境中运行时,可对真实光线进行精准建模。
    3、使用亮部明显更亮和暗部通常更暗的显示设备来显示比当前标准(rec 709和DCI P3)更高的动态范围。
    显然,需要事先声明一下。本文将不会讨论前两种应用场景——HDR捕捉——也称为HDR照片合成或HDR成像(HDRi)。相反,我们将聚焦于 HDR显示设备——尤其聚焦于以下几个问题:HDR显示设备为什么会出现?它们有何不同?还有,为什么使用HDR显示设备(的效果)更好?

    什么是HDR?

    HDR之类的术语,其含义是相对而言的,且经常随着技术的进步而变化。例如,“HD”经常被用来描述新标准。当黑白405线电视被625线彩色电视取代时,当时的新技术被称为“高清”,不过,这个叫法确实也被用于形容许多更新近的技术变化。
    但是,在对HDR一探究竟之前,我们需要摒弃其他一些根深蒂固的迷思。
    HDR并不是一时的狂热。它是一种技术转变,且会持续存在。
    HDR观看起来并不会让人难受或疲惫。这是一个主观的说法,就像说有人说5.1音频太大声了一样。可能个别情况确实会如此,但凡事都有好例子和坏例子。
    HDR没有单一的标准,而且可能永远不会有。高清也没有单一的标准,所以这并不新鲜。
    经过提升的亮度本身并不等同于HDR。例如,以1000尼特显示的BT.709图像并不会是HDR,且看起来会很糟糕。HDR是种完全不同的格式,而不仅仅是一种显示技术。
    HDR不依赖于4K分辨率、更宽的色域或任何其他与之捆绑的改进。HDR要求图像至少要有10位,并且要求显示设备有足够的动态范围可以处理HDR格式。

    HDR会持续存在
    HDR并不是应影视业需求而生。更为广泛的市场推动了它的应用,现在供应商不太可能会继续同时生产SDR和HDR显示设备了。总会有一种技术在同类中胜出,类似的例子不在其数。
    上世纪90年代——CRT被LED、等离子和对电视不那么够格的技术所取代。为什么?因为CRT体积大,无法适配笔记本电脑。我们执着于维持标准,确实也做出了如今出色的屏幕,但情况并非始终如此。
    2012年——4K屏幕问世,尽管电影行业中少有人宣扬它们的优越。4K捕捉的出现是有理由的——但交付端却不尽然。甚至消费端媒体也承认4K对家庭使用没有什么好处。然而,计算机和游戏行业需要这种技术,以便在屏幕上显示更大的GUI和更多的窗口。因此,4K会被广泛使用,我们也已经适应了它。
    2016年——屏幕越来越亮,以至于标准的BT709内容——继承CRT特性以100尼特制作母版——看起来都不太对劲了。但手机和平板电脑行业需要更亮的屏幕,以使其显示设备在日光和环境光强的区域都清晰可读。此外,研究表明,观众更喜欢HDR显示设备——对立体显示设备和4K设备则没有这种偏好。制造商最终会坚持生产更亮的屏幕,而不供应低至100尼特的任何屏幕(无论如何,现在大多数电视的屏幕都比100尼特亮)。

    那么,这个最新的变化意味着什么呢?HDR的重要性通常会拿来和HD的引入作比较,但实际上,拿从黑白到彩色的转变作类比会更为贴切。
    应用HD需要整个后期制作相应升级,但工作流的许多方面与SD(标清)相同。HD规格主要基于SD。在两者过渡时期,我们有机会采用单一标准,但现实是我们获得了更多的标准。

    我们如何讲解HDR?

    杜比为GTC举办的“HDR拍摄”研讨会

    另一方面,(黑白)向彩色的转变与其说是关于技术,不如说是关于审美。黑白内容可以保持黑白并因此为人欣赏,但全球观众更喜欢彩色,并且一旦技术允许,彩色就成了常态。这种转变导致了戏服、化妆及调色等方面的巨大变化。从黑白到彩色的变化更多关乎创意而不是技术,HDR也是如此。两者都是通过技术实现的,但专注于硬件往往是不得要领的做法。
    实际上,最大的问题在于试图明确讲解HDR的概念。文字做不到,非HDR显示设备上的图表或图像也做不到。这就像试图解释为什么彩色图像比黑白图像更好看一样。有时,黑白图像可能会更好看,但通常人们会说,彩色图像更逼真细腻。哪怕在同一台或并排的显示设备上显示HDR和SDR,也可能会令人困惑,因为人眼无法同时调整以适应这两种模式。
    了解HDR的最佳方法是在SDR显示设备上观看极好的SDR图像,然后在相同的观看环境中在HDR显示设备上观看正确制作的HDR图像。如果你是一位有条件进行恰当监看的调色师,你还可以再做进一步的实验。像往常一样对SDR图像进行调色,然后重新开始,在HDR显示设备上以至少1000尼特进行调色。
    这种比较的关键在于,SDR显示设备本身的色彩表现本来可能还不错……但如果在它旁边放一台HDR显示设备就不尽其然了。(对比之下)它的色彩会变得暗淡且平(flat),因为人眼会适应(HDR)增加的动态范围。我以前用监视器和电影院的投影仪向观众展示过这个实验。结果每次都是HDR色彩表现更好——如果不是的话,那一般是调色的问题,而不是格式的原因。

    观看体验的改进HDR的重要性

     

    自 2012年四倍HD(又名4K或UHD)问世以来,人们已经对观看体验的改善进行了大量的研究。此前,人们普遍认为像素越高越好。然而,我们所在行业——以及不久之后的消费端评论家——很快意识到,4K分辨率对家庭观看设备来说没有什么改进。随之而来的幻灭感使EBU和其他机构开始重新考虑观看的未来。
    他们确定了六个需要改进的领域:分辨率、更高的帧率(HFR)、更宽的色域(WCG)、更高的动态范围(HDR)、更深的色深和更有身临其境感的音频。在这些方面,测试表明HDR是最受欢迎的解决方案,是制作成本最低,也是最容易实现的方案之一。然而,还有第七个需要考虑的因素:压缩。4K像素需要4倍的数据,也会导致更好或更严重的压缩。更好的压缩技术确实会有所帮助,但人们也着实担心技术上更优的图像在经过更高压缩率的压缩后,会导致其在家庭观看设备上的观感更差。4K分辨率意味着数据增加了400%,但收益甚微,而HDR仅仅增加了大概20%的数据,但却带来了巨大的改进。
    从下图可以看到,建议改进的领域以六条轴显示,并以标准分辨率为起始端、最高期望值为末端的评估方法按比例显示。以色域为例,图中标明的就是我们实际可见的范围。

    在图表中,左图为我们当前HD电视的情况,右图为UHD Premium(超高清高阶)的情况(UHD Premium已经可通过亚马逊Prime、奈飞和其他公司的流媒体供家庭设备使用)。
    显然,这代表了一次很大的进步,也可以说是挑战了影院放映的优势。类似的改进也正在引入电影院,例如杜比视界电影院就是4K、HDR和WCG。全球有70多家杜比影院在运营,且有大约50部电影已经在其中放映。预计到2017年杜比影院上映的电影数量将再翻一番。(原文最初写于2012-2017期间)*
    *2020年更新:现在全球有超过200家杜比影院,并计划再增加200家。杜比视界影院已上映300多部电影。

    HDR的好处
    为什么HDR可以提供更好的观看体验?在探讨原因之前,有一点值得我多说几次,那就是,说再多还不如亲身体验一遍。本文不会有HDR前后对比式的展示,因为如果不是在HDR显示设备上看,这些对比都是毫无意义的。
    动态范围就是最亮的白色亮度值与最暗的黑色亮度值的比值。因此,提高白色值和降低黑色值都会增加动态范围。OLED显示设备可以关闭光线,实现非常暗的黑色。这看起来不错,但可能有误导性:任何亮度除以0,动态范围都是无限的,这意味着引用的对比度值可能具有欺骗性。
    因此,虽然黑色色深的微小变化很重要,但实际上明显更亮的白色更有视觉效果。更亮的白色并非均匀地分布于整个节目内容中,而是散落在各处将反射性白色(如纸张、衬衫和涂料)与光谱高光和光源(如灯、窗户、火和天空)区分开。无论如何,出于实用和经济原因,许多HDR显示设备无法在整个显示区域内实现最大亮度。但额外的高光细节为图像增添了真实感和深度感。
    HDR增加的动态范围也带来了对比度的增加,让图像看起来也更清晰了——意味着HDR对清晰度的影响比4K更大。也不是说所有内容都必须使用全部动态范围,但HDR确实创造了更多选择。有了HDR,暗部也不会显得很平。

    纪录片《纳米比亚:荒野的精神》(2016)里的蓝天

     

    HDR增加的亮度也改善了调色盘。标准动态范围(SDR)的有限亮度限制了色彩的鲜艳度。所有RGB系统都通过将红绿蓝亮度值设置为最大值来实现最亮的白色,这意味着可能就没有饱和度了。例如,在100尼特(正常BT.709)下,蓝天会随着亮度的增加而变为青色或去饱和,因为当蓝色达到最大亮度值时,红色和绿色通道就会继续增加。在HDR中,蓝色亮度值可以更高,同时可以保持纯粹和饱和。这也是为什么HDR需要至少10位来避免色带(banding)问题的原因。
    HDR标准
    多年来,电视一直在变亮,我们不需要新的标准,那么为什么现在要改变呢?其实,我们目前的电视和电影的标准都基于伽玛。我们通常制作10位母版(1024级灰阶),其中黑色代码值为0,白色代码值为1023。有合法范围和全范围的规格,但这个概念仍然有效。多年来,我们采用100尼特作为电视标准,48尼特(14英尺朗伯)作为电影的标准。
    电影院的低亮度被屏幕尺寸和低环境光所抵消。电视的BT.709母版则基于CRT显示器的响应(技术上称为电光转换函数或EOTF),因为在很长一段时间内,这是唯一的显示器。随着LED、等离子和OLED屏幕的出现,更精确地定义CRT风格就有了必要,且2011年,ITU-R BT. 1886将伽玛添加到了Rec.709标准中。连我们的DCI影院母版也基于伽玛。

    BT.709在一系列不同亮度的设备上显示

     

    伽玛曲线方法在一定范围的显示亮度和观看条件下效果很好,但超过约500尼特,观看效果就下跌了——尤其是在较亮的区域——图像显示的对比度也开始变得过高。有趣的是,我们在数字摄影机中使用log曲线来捕捉更宽的动态范围。Log曲线是基于胶片底片的曝光,而不是CRT显示器的。Log材料在新的较亮的显示设备上看起来几乎正常,但随着显示器越来越亮,Log图像的阴影就会看起来很平或被提升。
    通过研究在高达10,000尼特的亮度范围内,人眼对光线的感知“差别阈限”(just noticeable difference,缩写JND),杜比开创了一种新方法。其结果即为感知量化(Perceptual Quantization,缩写PQ)EOTF,并于2014年被列入ITU-R BT. 2084。PQ曲线与伽玛有个非常基础的不同面。伽玛忽略了显示亮度,或者更准确地说,它假定的最高亮度较低,约为100尼特。另一方面,PQ曲线是绝对的,因此不同最高亮度的显示设备需要达到正确(显示)level的信号不同——要么需要新的修剪调色,要么需要自动色调映射。另外,4000尼特以上的内容在1000尼特的显示设备上也会被裁切。

    BT. 2084(PQ)在不同显示设备上图像亮度保持一致

    信号裁切的问题有三种解决方法。
    HLG(混合对数伽玛)
    早期的杜比演示让BBC印象深刻,于是BBC着手研究了如何在广播电视应用HDR。但他们很快确定,任何元数据的使用都会非常复杂,尤其是对直播来说。因此,他们开发了另一种方法,称为混合对数伽玛(Hybrid Log Gamma,缩写HLG)。顾名思义,简单地说,HLG使用伽玛到伽玛无法用于HDR屏幕的程度,再切换到Log曲线。其结果就是在Log曲线最弱的阴影部分不使用Log曲线,而在伽玛曲线表现不佳的高光部分不用伽玛曲线。
    杜比视界
    信号裁切问题的理想解决方案是,在可用的最亮显示设备上进行调色——即目前4000尼特的杜比参考级监视器,然后至少进行一次逐个场景的修剪,以将level降至 100尼特。杜比工作流中使用“内容映射单元”(Content Mapping Unit,缩写CMU)来显示BT.709输出,使用的是这些修剪的元数据。杜比视界显示设备使用经许可的技术来读取和显示杜比视界内容。这也受到索尼、LG和Vizio等制造商的支持。杜比视界许可的一个显著优势是,所有屏幕都使用相同的技术,因此这是有史以来第一次不同类型的显示设备之间可以没什么区别,更重要的是,观众看到的内容很可能会前所未有地接近调色后的母版。

    HDR10
    在PQ曲线的应用上,对于不选用杜比视界的其他公司,他们最常用的是HDR10。HDR10使用与杜比视界相同的PQ曲线,但使用的是静态元数据,并对整个项目进行单一调整。这听起来似乎牺牲了图像质量,但大多数HDR10母版是以1000尼特进行调色的,这是UHD Premium的标准,而如果消费级显示设备也能达到1000尼特,则不需要静态元数据。
    对于本系列提及的HDR的三种标准,有很多关于某种标准优于其他标准,以及未来选择某种标准的必要性的说法。然而,每种标准都有其用处,并且ITU-RBT.2100支持上述所有标准。对此,音频的发展就提供了一个很好的类比:广播电视通常使用立体声传播节目,而电影院和家庭娱乐市场如今对音频的期望是不低于5.1声道。这些声道中,有些是杜比编码的,有些不是。
    好在HDR格式之间的转换相对简单。对于后期制作来说,最实用的方法是从杜比视界母版开始做——最好以4000尼特调色,这需要逐个场景进行修剪并保存为元数据。由此就可以导出HDR10静态元数据,也可以进行HLG转换。从HDR10的1000尼特开始调色,可能没法在更高的亮度电平下显示出重大变化。有时在修剪通道中,有必要对母版的调色进行修改,以便将色调映射到较低亮度时能有更好的成效。如果从HLG母版开始调色,这些变化可能会丢失。

    学院ACES性能指标

     

    美国电影艺术与科学学院(Academy of Motion Picture Arts and Sciences,缩写AMPAS)在很早之前就认识到,在标准变化越来越快的世界中,存档和工作流管理是个问题。例如,有许多电影是用胶片拍摄的,它们是先用胶转磁技术针对电视制作的母版,然后再重制成HD,也可再重制成UHD Premium。每个新版本都很昂贵,且即便如此,也无法确定胶片的画质体验是否得到了保留。为了解决这个问题,AMPAS开发了ACES——一种文件格式、色彩空间和一套完整的工作流,以保留捕捉设备的完整信息,哪怕在后期制作中也是如此。显示格式由一系列输出转换完成,使得从ACES母版导出不同标准变得更容易些。ACES是开源的,受到存档者的青睐,也符合开放档案信息系统(Open Archival Information System,缩写OAIS)的推荐做法。从上面的六轴图表就可以看出,ACES项目未来可期!作为一种封装格式,ACES有足够位深和动态范围来适配10,000尼特的亮度峰值。作为色彩空间,它覆盖了整个可见光谱并且独立于帧率、像素和分辨率。

    • 该话题由zunzheng 于 7月前 修正。
    • 该话题由zunzheng 于 7月前 修正。
Topic tags

您必须登录才能回复此主题。