馮    寧，宋    利，解    蓉 
( 上海交通大學 圖像通信與網絡工程研究所，上海   200240) 
摘要: 爲了提升對 HDＲ 技術整體認知以及其發展情況的整體把握，本文介紹了 HDＲ 相關的特點及基本知識，然後具體介 紹了 HDＲ 相關的轉換函數及兼容性等關鍵技術，並對現有的主流 HDＲ 編解碼進行了詳細介紹和對比，最後總結了 HDＲ 最新的標準化進展情況。 
關鍵詞:  高動態範圍; 寬色域; 轉換函數; HDＲ  編解碼; HDＲ  兼容性

The  analyses  of  key  technologies  and  standardization  of  HDＲ 
FENG  Ning，SONG  Li，XIE  Ｒong 
( Image  communication  and  network  engineering  institute  of  Shanghai  Jiaotong  University，Shanghai  200240 ，China) 
Abstract: In order to boost cognitive of HDＲ technology and the overall grasp of the development of HDＲ，this paper first intro- duces the characteristics and corresponding general knowledge． Key technologies of HDＲ，such as TF and compatibility are then presented，followed by the detailed description of schemes of HDＲ encoding and decoding． At the end，the latest information about HDＲ standardization is summarized． 
Key  words:  HDＲ;  WCG;  EOTF / OETF;  HDＲ  encoding / decoding;  compatibility  of  HDR

HDＲ / WCG 技術是超高清視頻服務的關鍵技術 之一，是現階段提升視頻服務用戶體驗的主要驅動 力，帶動了整個超高清視頻服務從拍攝、製作、傳輸 到播放、顯示等全鏈路的技術演進，成爲當前標準化 組織和產業聯盟的關注焦點。由於存在多種不同的 技術途徑，並且各個陣營努力都在努力推廣自己的 技術方案，導致不同標準組織中出現和多個技術規 範建議。這種多標準、多方案的局面儘管使得視頻 服務和應用有了更多的靈活度，但也給 HDＲ / WCG 技術方案的選擇和實施帶來了不少困惑。本文通過 對 HDＲ 關鍵技術的深入分析，結合當前相關標準化 的最新進展，對代表性技術方案進行了分析比較。 論文首先介紹了 HDＲ 技術基礎，接着對 HDＲ 顯示 相關的技術進行了分析，包括 HDＲ / SDＲ 兼容性問 題、靜態 / 動態 metadata、SDＲ / HDＲ 的轉換等。進一 步，通過對代表性的 HDＲ 編碼技術提案的詳盡介 紹，比較不同方案的技術特徵和侷限性。最後，論文 總結了 HDＲ 標準化的最新進展。

1        HDＲ  技術基礎 

1． 1        高動態範圍 

HDＲ( High   Dynamic   Ｒange ) ，即高動態範圍圖 像，指的是圖像區域中最亮像素與最暗像素的比值。 影響顯示質量的因素主要有 5  個因素: 時間分辨率、 空間分辨率、灰度分辨率、色彩空間範圍和亮度動態 範圍。而當前主流的 HDＲ  綜合了其中的多個因素， 其中最主要的就是動態範圍有了很大的提升，並且 將色彩空間由原來的 BT．  709   提升到 BT．  2020。對 一幅圖像來說，動態範圍指的是畫面中最大亮度與 最小亮度的比值。高的動態範圍可以提升圖像對亮 部和暗部細節的表現。相比傳統的 SDＲ  圖像，HDＲ 圖像可以提供更高的動態範圍，還能提供更廣的色 域和更高的亮度，可以更加真實地還原場景。

1． 2        寬色域 

傳統的 BT． 709   引入了 Gamma0．  5   的冪指數預 校正，可以根據顯示器的亮度範圍均衡化噪聲，從而使得整體顯示效果更佳。但由於 BT． 709 對高亮區 域進行了壓縮，並且將顯示器的最高亮度限制在 100nit，因此 BT． 709 已經限制了現有顯示器的顯示 能力。BT． 2020 標準是 ITU － Ｒ 在 2013 年發佈的面 向超高清視頻製作和顯示系統的新一代標準，支持 分辨率爲 3840 × 2160 /7680 × 4320 的超高清畫面。 一方面，相比上一代標準 BT． 709，BT． 2020 將色深 由原來的 8bits 提高到了 10 bits /12 bits，從而使灰階 過渡更加平滑，可以提升圖像的細節表現; 另一方 面，BT． 2020 色域範圍比 BT． 709 增加了 70% ，如圖 1 所示，這意味着圖像具有更加豐富的顏色表現。 除此之外，BT． 2020 在 gamma 校正方面也進行了一 定的修正。

1． 3        Gamma  校正 

Gamma 最早來自於 CＲT 顯示器。由於物理設 備中，電信號的輸入和亮度輸出並不是呈現線性關 系，而這種非線性關係又會隨着顯示器的不同存在 差異，這種非線性程度即稱爲 gamma。因此，爲了使 同樣的圖像在不同的顯示器上顯示相同的效果，必 須對其進行校正使其呈現線性關係，如圖 2 所示。 Gamma 校正就是通過一個相反的非線性轉換，來補 償不同顯示器之間的顯示效果差異性。通常 gamma 校正的過程是在圖像的拍攝過程中進行的，如圖 3 所示爲拍攝及顯示與 gamma 的關係。 傳統的 CＲT 顯示器固有 gamma 值爲 2． 4，通常通過 gamma 爲0． 5 的預校正使得其校正後的系統 gamma 值爲 1． 2，適 於室內較暗的環境下觀看。