淺談Hybrid Log-Gamma[HLG]技術 [農步祥]

HLG和非HLG設備畫面對比 - 圖片來自互聯網

製造商=CANON;型號=CANON EOS 550D;焦距=20毫米;光圈=F3.5;測光模式=模式;感光度=ISO1250;白平衡=自動;曝光補償=0.0EV;曝光時間=1/200秒;曝光程序=快門優先;場景類型=標準;日期=2016.09.01 11:32:14

在了解HDR10和杜比視界技術後，相信不少讀者會將HDR功能視為未來電視機、顯示器甚至手機和平板電腦的必備功能。 既然HDR有著巨大的技術優勢，就更需要對HDR相關的技術有更多的一些了解， 選擇自己需要的功能，避免被廠商在產品宣傳上的文字遊戲所忽悠。有人的地方就有江湖，大熱門技術也會有技術標準的門派之爭，正確識別這些技術流派同樣重要，而今天就來簡單介紹一下HDR影像的另一個重要分支——HLG。

什麼是HLG？

HLG全名Hybrid Log-Gamma[混合對數型伽瑪]。是由兩大知名廣播電視企業BBC和NHK聯合研製並免費推廣的一種HDR標準。這裡的Log指的是高中數學必考內容的對數[logarithms]而非碼農職業病的某些口頭禪。由於Gamma[伽瑪]這詞在Soomal的各類屏幕相關的測評和科普文章中經常出現，其意義和重要性不再進行重複介紹。既然HLG是一種HDR保准，它自然也符合HDR的某些共同特點：

• 1、內容記錄的色彩空間擴展至廣色域級別[更多的色彩]
  2、至少400nits以上的高亮度範圍，更符合人眼對光影和色彩的觀感[更高的動態範圍]

支持三種HLG曲線記錄的索尼PXW-Z90攝像機 - 圖片來自互聯網

HLG同樣支持BT.2020級別的廣色域和最高1000nits的記錄以及2000nits的顯示回放亮度，支持HEVC、VP9、H.264/MPEG-4 AVC等視頻編碼格式。目前Android和iOS上的BBC iPlayer、谷歌YouTube等支持HLG格式視頻的回放。在2017年下半年以後的新品HDR電視機或是高端電視機型也逐漸開始提供HLG的支持。實際上，HLG在未來也能同樣成為數碼界的重磅話題，因為尼康、佳能、索尼、松下最新的高端全幅單反/單電相機和大量商用錄像設備將以HLG記錄HDR影像內容。

松下GH5支持HLG的HDR錄像和照片功能 - 圖片來自互聯網

HLG的特點

HDR10和杜比視界同屬一派，主要區別是前者免費而後者更為商業化，其重要的核心其實是感知量化器[Perceptual Quantizer，PQ，或被稱為SMPTE ST 2084]演算法帶來的高標準和顯示一致性，對色彩、亮度和不同設備的顯色一致性起到了非常重要的作用。PQ拓展的Gamma曲線使其能更好的展現圖像的光與影，尤其是大幅度拓展高光的顯示動態範圍。PQ的技術是來自杜比實驗室，而HLG本質上是另一套和感知量化器不同的Gamma記錄和回放標準。

HLG的核心是一種非線性的光電信號轉換演算法，它將圖像信號的Gamma分為兩部分，在接近SDR標準的0-100低亮度部分，採用常規的Gamma曲線、而偏向高光部分則採用特殊的非線性Gamma曲線進行記錄和回放，這也是HLG技術中混合一詞的緣由。由於考慮到有線電視的帶寬有限，因此HLG對回放標準更加寬容，而且不支持顯示元數據功能，

HLG的優點

在[[Doc]Link=00007791[/Doc]]中我們介紹了感知量化器的特點和優勢。既然HLG是全新的標準， 也同樣具有自己的特點和優勢。

SDR的Gamma曲線和感知量化器標準的Gamma曲線 - 來自蘋果官網

兼容非HDR顯示：由於感知量化器的伽瑪曲線更偏重於暗部和高光的大動態範圍，而徹底拋棄了持續了近30年的SDR標準，最典型的例子就是在非HDR顯示設備上由於不能識別PQ和顯示元數據信息，Gamma值會極大幅度低於sRGB的2.2或Rec.709的2.4。最終的輸出結果就是一片灰白黯淡，慘不忍睹的畫面。另一個例子就是如果一台相機使用HDR10作為色彩和灰階記錄標準，那麼最終HDR照片在非HDR顯示器上顯示時，暗部將嚴重發白而且充滿噪點。

PotPlayer播放HDR視頻截圖

PotPlayer播放HDR視頻截圖

雖然沒有HDR顯示器和電視機的用戶可以通過[[Doc]Link=00007575[/Doc]]等軟體方式通過一定的演算法將PQ的Gamma轉換至SDR的Gamma值，讓HDR視頻顯示正常的色彩和灰階反差，但由於madVR使用方式過於複雜且僅限於Windows平台，而且對電腦性能要求過於變態[4核英特爾7代CPU、GTX1060起步]，顯然是無法被99%的本站讀者所能掌握和接受的「兼容」方式。最終對於非專業用戶，出於好奇而下載觀看HDR視頻或者照片就變成了「如此糟糕和噁心的畫質」的印象體驗而最終嚇走很多還沒下決心掏大錢更換電視機和顯示器的消費者。

而HLG的好處就是混合Gamma的演算法，HDR內容的Gamma曲線即使在非HDR顯示設備上被壓縮後仍有較好的觀感，色彩和灰階表現和標準動態的影像相同，有更好的兼容性。

HLG的Gamma曲線對比SDR的Gamma曲線 - 圖片來自互聯網

顯示一致性：由於用戶使用電視機時，亮度普遍要遠超100nits，SDR內容為了適配擴展的亮度，不同品牌電視內置的轉換映射濾鏡差異導致了五花八門的顏色效果。而HDR10的視頻在非HDR電視上效果太糟，HDR的優勢也無從談起。而HLG的Gamma曲線可以保證在一定的亮度範圍內[約320nits以內]的SDR設備上的色彩顯示相對接近，對於很多高亮度、高色域的非HDR顯示器和電視機也能很好地發揮HDR視頻相對於SDR的色彩和動態的碾壓優勢。而相對於400nit以上符合HDR標準的設備，HLG同樣具備一套轉換標準保證顯示一致性。

總結和提示

數字影像的本質是數據處理和運算，伽瑪就是一個典型的數字視頻信號的顯示運算算術，相對來說，HLG對Gamma的演算法更為靈活的巧妙。總的來說，HLG是一個兼容性相對於HDR10[感知量化器]的優勢是能更好的兼容非HDR設備，在發揮HDR影像巨大優勢的前提下保持對非HDR設備的良好兼容，這對於過渡時期的潛在消費者來說，不需要更換設備就能感受到HDR視頻和照片的威力，鼓勵用戶和製作者在現有設備基礎上製作和播放HDR內容。

對於消費者來說，要如何選擇支持HDR的設備呢？首先，如果是三星、索尼、LG等大品牌的中高端電視機，2017年後的新品都加入了HLG的支持，而且可以自動識別HLG和HDR10的信號。而且HDR10轉換至HLG的演算法也是免費公開的，現有的支持HDR10的設備都可以通過系統更新的方式增加對HLG的支持。因此，HDR10和HLG可以在一台電視上並存，前者偏重遊戲娛樂和電影，後者更擅長數字電視廣播、攝影和錄像應用，兩者並不完全衝突。對於相機發燒友來說，手上達到專業設備在顯示HLG格式的視頻和照片時也有較好的顯示效果。儘管目前HLG的資源很少，但由於消費類相機和錄像機設備的支持，以及更偏向廣播電視行業的應用，HLG的資源也將必然會大量出現。

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在了解了HDR10、杜比視界和HLG後，相信大家對新電視的選購就可以非常明確了，除了了解屏幕的亮度、色域、延遲等硬體指標外，同時支持HDR10+HLG將是HDR電視的必然選擇標準，明確的HDR10+HLG支持也可以在購買諮詢中避免各類虛假宣傳的消費陷阱。

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