别人家的婚礼：向全球19亿人来了一次HDR直播

谈到HDR，更多的我们还是停留在基于非实时的制作流程上，而对于电视行业来说，HDR也在逐渐带来一些新的可能性，比如HDR直播。

在全球范围内，HDR直播只由BBC在今年上半年进行了非常小范围的测试，并且直播效果并不是十分完美。因为，HDR直播技术目前正面临着一个非常关键的瓶颈技术问题。

最近，这个问题似乎得到了解决。

BBC HDR直播车

两个月前，英国广播公司(BBC)专家宣布，他们已经找到了一个目前HDR直播面临的关键技术问题的解决方案，这个问题困扰着电视行业HDR直播的转型——即不损害标准动态范围信号。

BBC的技术人员开发了一种方法来确保从HDR工作流派生出来的SDR内容信号在颜色和亮度方面保证完全的一致，以便后续分发。

这种scene-light format conversion（场景-光线转换）技术经历了大规模的测试后。BBC在今年5月的英国皇家婚礼上，为哈里王子与著名女演员梅格汉·马克尔，来了一次真· 4K HDR直播。

HDR现场直播是一个巨大的挑战

BBC研发首席技术专家Andrew Cotton说：简单的scene-light format conversion（场景-光线转换）技术起初似乎是完成HDR制作生态系统的一小步。实际上，与SDR制作工作流程相比，如何确保从HDR工作流程中获得的SDR信号内容具有完全相同颜色的问题是整个行业一直试图在解决的问题。到目前为止，这个问题已成为推进实时HDR制作的最大障碍”。

英国广播公司一直在iPlayer上进行小规模的现场UHD HDR流媒体直播，特别是4月份的约克城骑士团(York City Knights)和加泰罗尼亚龙队(Catalans Dragons)比赛，BBC与OB的供应商合作，开发了BBC现场HLG HDR制作工作流程。

BBC解释到，现场HDR制作面临的挑战要比非现场制作要困难得多。现场制作不仅只有一次机会把事情做好，而且还需要处理大量不同的信号来源(例如图片、HDR摄影机、SDR摄影机、预先录制好的插入片段、慢动作回放等)，所有这些内容都以不同的信号格式提供，并且需要无缝地融合到一个节目中。

随着HDR格式转换技术的广泛应用，也许你认为只需要一个简单的转换器就能够搞定这些信号的匹配，但到了实际操作层面却非常困难。BBC一直在ITU-R的报告起草小组内工作，以记录当前HDR电视制作的最佳实践案例。

去年10月，他们的研究结果发表在BT.2408报告中[https://www.itu.int/pub/R-REP-BT.2408]，该报告借鉴了来自世界各地的广播工程师、色彩科学家和调色师的经验和专业知识。

除了指定信号参数、摄影机阵容水平和SDR / HDR格式转换方法外,它还记录了BBC R＆D关于监看图像亮度的调查结果，以确保观众能够在家中舒适地观看HDR图像，以及其适应HLG系统的工作gamma以确保参考监视器之外屏幕达到最高的图像一致性。同时在该报告的最新版本[ https://www.itu.int/pub/R-REP-BT.2408-1-2018 ]中还对肤色信号水平也做了相应工作。

这些都是为了英国皇家婚礼的UHD HDR制作而实施的。

对于此次活动，NEP UK配置了76个UHD摄像机（包括三个UHD无线摄像机），采用宽色域，BT.2100混合对数伽马（HLG）HDR制作。一个重要的要求是，UHD HLG HDR信号必须转换为传统的SDR BT.709以进行前端分配（因为很多家庭播放设备并不能满足HDR信号的接收和播放要求，所有SDR还是这次直播的重要信号输出）。

“它需要看起来与传统SDR摄影机可用的SDR信号完全相同，”Cotton解释道。“SDR信号不会因为从HLG HDR信号中提取出来而受到任何影响和损害。”

显示相关转换

事实证明这种转换特别难实现。 Cotton说：“这是因为市场上大多数HDR下变换设备（HDR信号转换为SDR信号的设备），包括BBC自己的下变换设备，都是基于“display-light”转换技术。

“这意味着转换器会计算输入信号的参考监视器发出的光，然后将这个信号转换成一个输出信号格式参考监视器发出的光完全相同的信号”Cotton说。（听起来有些绕，总之就是为了保证不同屏幕之间的观看效果更加一致的一种信号转换技术）。

它们可能会进行一些调整，例如在HDR显示器上显示SDR图像时，会让他看起来更亮。通过这样做，在将信号转换为新格式时，“display-light”转换技术保持了原始生产格式的艺术视觉感受。

Display-light 转换技术适用于非实时的调色项目中，但是对于现场实时直播中并不是很实用。

由于现场实时工作流程经常需要在SDR和HDR生产格式之间进行转换，无论使用哪种格式，都会产生问题，因为每种格式都会产生不同的视觉感受。

Cotton说:“由于设计上的缘故，SDR的图像往往比自然色彩更丰富。” “以前，当我们在昏暗的阴极射线管(CRT)显示屏上（就是老式的大头电视）观看节目时，这样的设计能够改善观看感受，因为在低亮度水平下，眼睛对颜色的敏感度较低。”但在今天，随着CRT的淘汰，SDR画面的这个特性成为了与HDR画面匹配的一个障碍。

在英国皇家婚礼直播中可以看到一个很好的例子，在SDR信号画面中温莎城堡的墙壁似乎是由淡黄色砂岩建造的，而不是真正白色的石灰岩。

“相比之下，HLG HDR图像在设计上非常自然。我们不再需要SDR那种“色彩增强”，因为HDR图像旨在更现代和更明亮的显示器上观看，并且呈现出HLG的自然视觉感受，同时也使得它更容易在一系列不同亮度标准的屏幕上呈现出基本一致的画面感受。”

因此，使用传统的display-light转换技术在SDR BT.709和HLG之间进行转换，虽然能够保留原始格式的基本视觉感受，但并不一定能够满足现场制作所需的所有要求。

BBC解释，BT.709摄影机信号通过“display-light”方式转换为HLG的信号，在直播切换镜头时，经过转换出来的信号看起来会比原生HLG摄影机信号更饱和”。相反的，从HLG HDR摄像机到BT.709“的“display-light”方式转换看起来比来自同一场景的摄像机的SDR信号更加欠饱和。”

之所以出现差异，是因为不同格式（SDR、HDR）落在摄影机传感器上的光，与显示器发出的光之间具有不同的关系 - 我们称为OOTF（光学传递函数）。使用与其他HDR制作格式的display-light转换也会遇到类似的问题。

相反，BBC需要的是“scene-light”（场景-光线）格式转换，在这种情况下，这些问题是可以避免的。

由UHD摄影机处理HDR

为了进一步了解这一过程，Cotton概述了UHD摄影机的HDR处理特性。

Cotton：”许多摄影机都同时提供了两个输出源， 一个HDR，一个BT.709。来自摄影机传感器的线性光信号在0到1的范围内被归一化。在实践中，可以使用其他标准化来实现期望的信号水平和噪讯性能。

来自传感器的线性光信号通过HDR摄像机OETF（光电转换方程）将其转换为HDR电信号以进行输出。针对HDR输出调整摄影机曝光，SDR信号由传感器对线性场景光施加固定增益得到，然后是传统的BT.709 OETF（光电转换方程）。

SDR摄影机通常是经过调整的，这样，在受控的光亮度，SDR信号可以达到90%反射率测试图的全范围，也就是说，一张卡片可以反射掉90%的光线。在实践中，在不同的光照条件下，比如在室外直播中，摄像机会根据皮肤色调的正确曝光进行调整，但它们的设置大致相同。

ITU-R BT.2408建议同样的90%反射卡应该发出大约73%的HLG信号。通过计算可以发现，在使用SDR .709 OETF之前，对线性场景光信号的增益为4.193 (12.4 dB)，可以保证SDR和HDR信号的正确曝光。“在实际工作中，往往摄影机通道还会有其他的增益调整，”Cotton说。“我们发现，我们必须在我们使用的摄影机中加 9.0 dB，以获得所需的曝光量。”

在皇家婚礼直播上，BBC研发部门需要在超高清的切换台后面去获取HDR信号，然后下变换为SDR信号。为了做到这一点，RGB HLG信号通过HLG反向的OETF再现由摄像机传感器产生的线性场景光信号。然后， scene-light 信号通过摄像机中相同的SDR处理链——4.193的增益，然后是剪切阶段，最后是标准的BT.709 OETF。

HLG到SDR的转换可以应用在从HDR到SDR色彩管理更加复杂感性的colour management（颜色映射）中。

据BBC报道，scene-light转换的最终结果非常好，它的视觉工程师能够像往常一样使用SDR监视器和CCU的SDR输出。

“直播那天，他们对转换充满信心，我和我的研发同事西蒙·汤普森(Simon Thompson)来负责监看HDR，以及随后HDR信号降至SDR BT.709的转换。”

Cotton报告说，转换后的SDR结果跟摄影机直接拍摄出来的SDR结果对比时，尽管摄影机通道上存在一些差异，但主观视觉感受的差异非常细微。

“两个并无明显的好坏差别，视觉主管对结果非常满意。”

因此HLG到SDR的下转换成为了国际1080i SDR feed的信号源，全球观众估计达到19亿人次。（当然这19亿人接受到的只是HDR下变换来的信号，如果你想观看真正的原生HDR信号，你需要在英国安装支持4K HDR电视，并且订阅Sky的Multiscreen平台，使用与Sky Multiscreen套件相关的Sky Q 2TB接收器进行信号接收才能够看到真正的HDR画面）。

观众需要Sky Q Receiver和Sky Multiscreen订阅才能访问实时4K Feed

BBC认为这种新的工作流程“在不影响质量的前提下，极大地简化了HDR生产”。

小编也认为，BBC通过这种便捷可靠的方案，直接拍摄HLG信号，同时服务HDR和SDR的直播方式是未来电视直播的一个发展方向。

既然这个解决方案已经被证明是如此有效，而且被如此大规模的应用过:“我们希望它能够使HLG HDR电视产量显著增加。”—— Adrian Pennington

本文最初发布于SVG网站：https://www.svgeurope.org/blog/headlines/bbc-claims-to-solve-live-hdr-production-puzzle/