【CCBN】潘晓菲:超高清电视高动态范围技术及HDR相关国际标准介绍

2017-03-21 10:44:05 来源:AsiaOTT 热度:
3月21日,CCBN—BDF论坛之超高清发展论坛在北京皇家大饭店召开。会上,中央电视台技术制作中心高级工程师潘晓菲作了题为《超高清电视的高动态范围技术》的精彩演讲。
 

潘晓菲首先对中国HDR研究小组在超高清动态范围HDR技术上的一些探索和标准化的一些情况:
 
对广电来说,每一次从标清到高清、高清到超高清,4K超高清开始是以终端大屏迅速发展而引发的。数据表明,2016年的全球4K电视机的出货量已经超过了5300万台,从整个市场来看,4K电视机渗透率发展得非常迅速,这也是为什么中央电视台现在如此关注4K超高清技术。
    
从整个业界来讲,对4K和超高清的认识经历了这样几个发展阶段,首先是来自于它是更高的分辨率、更高的帧率,以及更多的比特率。
 

2015年底、2016年初,超高清有一个更高的动态范围以及一个更宽的色域,从技术本身的研究表明,宽色域和高动态范围是不能分离地看的。
 
除了在视觉方面的冲击之外,音频上也有变化——一个点的单声道到一个线的立体声,一直到高清时代的环绕声,现在到了超高清时代发展到了3D音频。在此基础上,对超高清的认识从最开始的三维变成五维,以至于到了现在的六维,视听上带来更深的沉浸感越来越强。
 
到底什么是HDR?
 
潘晓菲讲到,目前中国HDR研究小组所做的所有关于HDR和SDR的研究工作都是基于超高清来展开的。
 
在原来的自然光中,实际的景物亮度和暗度可以到10的15次方比1,摄像机最开始大于10的5次方比1的动态范围,把人眼能够识别的动态范围的亮度信息全部采集到。
    
这时候显示和传输是什么样子呢?潘晓菲用一组曲线向我们展示了动态范围的亮度信息的转换过程,通过相关技术把一个10的5次方比1的内容显示到10的3次方比1的量上来。这个过程中,原来电视台制作的时候就会把这个内容从原来更高的动态范围压到最低的动态范围内,终端虽然有这个显示能力,但因为细节已经显示掉了,到了终端即便电视机可以再打开,这部分的细节已经没有了。在这样的需求之下就产生了SDR技术。
 
国内电视机是高端和中低端路线并行发展
 
国内电视机的发展其实更多的要看整个市场的布局情况。这里,潘晓菲表示在工作组内部,他们对整个产业的终端电视机的色域的结合水平展开了调查,发现中国与欧洲不太一样——一些欧洲大多数实际上到了4K时代,色域首先都转成了BT2020。在国内,实际上电视机是高端和中低端路线并行发展,从目前的趋势来看,它并不一定存在高端,随着4KSDR电视机的发展会逐步替代原来的电视机,他们发现国内日后会出一段HDR和SDR并存、2020色域和709色域并存的一种现象。
 
整体的HDR相关国际标准化的情况
 
 
第一类是节目制作和交换参数。主要是包括ITU发布的一系列的标准和SMPTE发布的标准,而元数据是整个HDR处理过程中必须的一部分。就元数据来讲。业界比较认可的类别上大致分成两类,一类叫做静态元数据,一类是动态元数据。静态元数据指的是制作域在制作的时候,制作人员监视器的一部分元数据,在BT2086的基础上增加了两个值一个描述的是当前这段内容最高的亮度,一个描述最亮的那一帧的平均亮度,这两个值是面向消费电子来提出的,所以这个值更多的是去指导终端显示器。
 
动态元数据最有名的就是SMPTE2094,里面包含的这几部分,主要是前处理和后处理之间的关系。此外还有一些标准,包括系统层的和接口层。
 
中国HDR研究小组成立了两个联合专题小组,一个是SDR技术,一个是3D Audio技术。潘晓菲本人在SDR工作组工作,SDR工作组大概是2016年成立,2017年2月底工作组已有51家成员单位,包括了HDR两个专题组和3D Audio专题组,涵盖了科研院所、芯片厂商、整机厂商、编解码,形成了端到端的成员应用。
 
传输分发领域一定要采用已经发布国标的AVS2标准
 
主要是面向大屏,手机类的小屏不在考虑的范围内。标准其实结合成员单位是涵盖了所有的细节,涉及从采集、制作、播出、分发、接收、显示终端上的显示各个环节,所有涉及HDR技术的都会在本标准中涉及到。
 
 
标准对SDR设备和HDR设备也进行了一定的定义。HDR技术最开始是面向非直播,因为它是来自于电影,在应用场景里,电视台应用除了后期制作和一线制作需求之外,非常重要的要求就是一定要支持面向直播的要求,整个HDR的核心就是为了传递一种格式的信号,在终端能恢复生成两种。在传输分发领域里面,我们一定要采用已经发布国标的AVS2标准。此外面向终端的后处理也包含在此次标准的制定中。
 
17年6月完成广电行标(整个HDR的标准)的制定工作
 
按照部署方式来讲,整个方案参照了国际上特别是像欧洲这种已经有大量的支持HEVC编码的市场现状,所以工作组提出了按两个阶段部署的考虑,并在此基础上再进行提案更新。整个方案主要是以传递SDR的内容为主,通过元数据在终端可以恢复成HDR显示和SDR显示。对中国的市场来讲,与欧洲市场相比有一些自己的特色,比如我们所有的HDR要和AVS2的编解码联合在一起使用,不用考虑这一部分市场兼容性的问题。
 
经过基本的调研,他们发现中国市场上的SDR电视机其实有一大部分已经超过了100比特,达到了300比特这样的水平。如果还以传播100比特的电视机为主,它就可以把本来可以显示的这部分东西抵消掉。很多研究表明,在传递SDR的情况下,它会较传递SDR节省码率,这部分码率可以高达20%。
    
演讲最后,潘晓菲谈到,工作组在过去一段时间里面展开了许多测试工作,并在2016年底一次4K超高清的拍摄序列,使得他们对整个HDR、对宽色域、对传输标准都有了新的认识,她预计,在2017年6月完成广电行标(整个HDR的标准)的制定工作,HDR芯片的部署也会按照时间点逐步地推进。

责任编辑:王刚

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