超高清电视的高动态范围(HDR)技术

摄像机
OOTF
艺术效 果调整
传输
拍摄 参数调整
创作目的
理想 HDR画
面
参考监视器 参考观看环境
非参考 显示器
显示 调整
非参考观看环境 7
光电转换函数（OETF）与电光转换函数（EOTF）
OOTF = OETF EOTF
OETF：实现光电转换，一般位于摄像机内部 EOTF：实现电光转换，一般位于显示器内部
10
HDR和3D Audio专题工作组
在现有AVS联合推进工作组的框架下，成立高动态范围（HDR）和三维 声（3D Audio）两个专题组，进行技术分析研究及标准制订工作。
AVS技术应用联合推进工作组
HDR专题工作组
3D Audio专题工作组
HDR 技术组
HDR测试 评估组
总体组 知识产权组
协同组
阳光直射 109 108
阳光 106 104
室内光 102 100
月光 10-2 10-4 10-6
星光
夜间视觉
白昼视觉
人眼视觉
无瞳孔调节时
典型范围
~105 :1
信号电平
拍摄制作
SDR技术
传输
终端显示
>105 : 1
摄像机具备 16bit 处理 能力
103 : 1
8比特传输
103 : 1 CRT电视 LCD电视
静态元数据 静态元数据扩展 动态元数据数据结构 杜比方案 飞利浦方案 TECHNICOLOR方案 三星方案 飞利浦—TECHNICOLOR联合方案
静态元数据 • ST.2086 ：Display Primaries 、Chromaticity of White Point 、
Maximum Display Mastering Luminance 、Min Display Mastering Luminance • CEA-861.3：ST. 2086基础上，新增Maximum Content Light Level、 Maximum Frame-average Light Level
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2
广州柯维新数码科技有限公司
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3 北京牡丹视源电子有限责任公司
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4
南京青衿信息科技有限公司
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5
华为技术有限公司
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6
上海兆芯集成电路有限公司
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7 北京朝歌数码科技股份有限公司
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8
杭州国芯科技股份有限公司
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9
北京大学
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武汉大学
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11 四川九州电子科技股份有限公司
9
HDR相关技术国际标准化情况
编码
• AVS2国标《信息技术 高效多媒体编码 第2部分 视频》（GB/T 33475.2-2016) 、广电
行标《高效音视频编码 第1部分：视频》（GY/T 299.1-2016）颁布；我国的HDR技术
标准将应用与AVS2编码标准使用；
• 国际上有基于HEVC的HDR技术标准，如HDR10。
transfer functions;） • Non-Constant Luminance Y'C'BC'R signal format; • Constant Intensity ICTCP signal format; • Digital 10- and 12-bit integer representation; • Annex 1: The relationship between the OETF, the EOTF
and the OOTF; • Annex 2:Conversion between HLG and PQ signal3 ST.2094-1 ST.2094-10 ST.2094-20 ST.2094-30 ST.2094-40 ETSI TS 103 433 V1.1.1
国内企事业单位32家；国外 企业8家；台湾企业3家；院 校8家。
成员单位涵盖了院校和科研 院所、芯片厂商、终端厂商、 整机厂商、编解码器厂商等 产业链上的各环节。
目前正在办理国内三家整机 厂商成员申请受理工作。
14
中国HDR标准需求概述
适用于UHDTV（4K）广播电视信号面向大尺寸家庭显示 终端的应用，不包括手机、平板等小尺寸移动显示终端
3D Audio 技术组
3D Audio测试 评估组
11
HDR和3D Audio专题工作组
在现有AVS联合推进工作组的框架下，成立高动态范围（HDR）和三维 声（3D Audio）两个专题组，进行技术分析研究及标准制订工作。
AVS技术应用联合推进工作组
HDR专题工作组
3D Audio专题工作组
HDR 技术组
光信号
摄像机
OETF
艺术效 果调整
Artistic OOTF 传输
EOTF
拍摄 参数调整
创作目的
EOTF
参考 显示器
参考观看环境
非参考 监视器
显示 调整
非参考观看环境 8
HDR相关技术国际标准化情况
节目制作与交换参数
BT. 709
BT. 1886
ITU BT. 2020 标准 BT. 2100
BT. 2381
超高清电视的高动态范围（HDR）技术
潘晓菲
2017年3月21日
1
4K/UHDTV产业发展趋势
4K电视逐渐成为全球终端市场主流选择
2016年全球4K电视出货量超过5300万台，4K电视占比达到24% 目前市场上以4K电视机以LCD为主，OLED电视占比低于1% 全球4K以上电视占比预计将在2020年超过50%
——数据来源：Gartner
2
High Dynamic Range
4K/UHDTV能带给我们什么
High Fidelity Audio
High Resolution
Wide Color Gamut
High Bit Depth
High Frame Rate
3
实际景物：1015 :1
亮度等级 [尼特 nit（cd/m2 ）]
加入专题组
知识产权缺省许可
按照合理且
HDR 专题组
3D音频专 题组
非歧视性的 条款免费许
加入专利池
FRAND许可
可
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52 青岛海尔多媒体有限公司
53 康佳集团股份有限公司
54 四川长虹电器股份有限公司
截至2017年2月底两个专题组共 有成员单位51家：
HDR专题组38家；3D Audio专 题组36家。
105 : 1 LCD-LD/QD
电视 OLED电视
压缩（BT.709）
实景光信号
受限于SDR 处理曲线和传 输通道，尽管 摄像机和电视 具备105:1能 力，观众仍只 能收看最高亮 度100nit内容
显示光信号
还原（BT.1886）
信号电平
4
实际景物：1015 :1
亮度等级 [尼特 nit（cd/m2 ）]
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上海国茂数字技术有限公司
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13 北京泰瑞特检测技术服务有限责任公司 √
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14 北京流金岁月文化传播股份有限公司 √
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15 深圳东方酷音信息技术有限公司
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16
青岛海信电器股份有限公司
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17
北京中星微电子有限公司
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18
联咏科技
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19 北京三星通信技术研究技术有限公司 √
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序 号
单位名称
41 北京数码视讯科技股份有限公司 上海下一代广播电视网应用实验室
42 有限公司
43 北京理工大学 44 中央人民广播电台 45 京东方科技集团股份有限公司 46 松下电器（中国）有限公司 47 杭州米谟科技有限公司 48 深圳市大疆创新科技有限公司 49 深圳TCL新技术有限公司 50 乐视控股（北京）有限公司 51 微鲸科技有限公司
HDR具有更高的亮度范围，能细腻呈现画面亮部、暗部细节 WCG具有更宽广的色域，与HDR结合呈现更广阔的色空间 HDR+BT.2020；（UHD）SDR+BT.709？
6
光-光转换函数（OOTF）
OOTF
实现由 拍摄端实际场景光信号 到 显示端显示器输出光信号 间的非线性变换功能
光信号
Artistic OOTF
实景光信号
HDR重新设 计变换曲线并 提高传输比特 数，能够最大 限度将原始场 景呈现在电视 屏幕上
显示光信号
105 : 1 LCD-LD/QD
电视 OLED电视
还原（BT.2100）
信号电平
5
HDR与SDR在色域和色空间的对比
空空间间
Color SoHliDdR伽玛
Rec.2020色域
色域范围
RReecc..770099伽伽玛玛 RReecc..770099色色域域
20 晨星软件研发（深圳）有限公司
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加入专题组
知识产权缺省许可
序 号
单位名称
按照合理
HDR 专题组
3D音频 专题组
且非歧视 性的条款
加入专利 池
FRAND许可
免费许可
21
广州广晟数码技术有限公司
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22
天津大学
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23 乐金电子（中国）研究开发中心有限公司 √
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24
飞利浦（中国）投资有限公司
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BT.2100 • Reference viewing environment for critical viewing of
HDR programme material; • PQ system reference non-linear transfer functions; • Hybrid Log-Gamma (HLG) system reference non-linear
SDI • ST 425-3/5将增加了 UHDTV 色度的有效载荷标识
符信令，修正目前传送 UHDTV 的 SDI 接口不能将 有效载荷标识符中的色度变成信号的问题； • 正在制定《流接口的 HDR 和 WCG 信令》，将定 义 HDR 和 WCG 的信令承载机制。
UHDA2016年发布ULTRA HD REMIUM终端认证标准， 2017年2月发布Mobile HDR PREMIUM终端认证标 准。
SMPTE 标准
BT. 2390
SMPTE ST.2084
高清节目制作与交换参数，涉及高清SDR节目的OETF转换曲线 高清节目制作的参考EOTF曲线 超高清节目制作与交换参数，涉及2020色域等 HDR节目制作与交换参数，主要涉及PQ和HLG两条制作曲线 HDR电视需求 对2100的进一步解释 High Dynamic Range ElectroOptical Transfer Function of Mastering Reference Displays（PQ）
需求涉及采集、制作、播出、分发、接收、显示等广播电 视信号制作传输和处理的各个相关环节
应用领域包括有线电视、直播卫星、地面广播、IPTV和 OTT
编码层使用AVS2编码方式
15
显示终端亮度及色域范围要求
SDR 显示设备
LCD显示设备亮度范围：0.5~300nits 色域：ITU-R BT.709
阳光直射 109 108
阳光 106 104
室内光 102 100
月光 10-2 10-4 10-6
星光
夜间视觉
白昼视觉
人眼视觉
无瞳孔调节时
典型范围
~105 :1
信号电平
拍摄制作
HDR技术
传输
终端显示
105 : 1
摄像机具备 16bit 处理 能力
105 : 1
10或12比特传输
压缩（BT.2100）
HDR测试 评估组
总体组 知识产权组
协同组
3D Audio 技术组
3D Audio测试 评估组
12
HDR和3D Audio专题小组成员单位情况
加入专题组
知识产权缺省许可
序 号
单位名称
按照合理
HDR 3D音频专 且非歧视 专题组 题组 性的条款
加入专利 池
FRAND许可
免费许可
1
澜起科技（上海）有限公司
25
上海交通大学
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26 上海数字电视国家工程研究中心有限公司
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27
中国传媒大学
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28
索尼（中国）有限公司
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29
芯原微电子（北京）有限公司
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30
北京捷成世纪科技股份有限公司
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31
Auro 3D
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32
深圳创维-RGB电子有限公司
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33
清华大学
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34
Realtek
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35 工业和信息化部电子工业标准化研究院 √
接口
系统层
ETSI TS 101 154 V2.3.1 2017年2月发布，针对TS层，定义了端到端系统层方案
EN 300 468 V1.15.1
SI标准
HDMI • HDMI 2.0支持4k 60p • HDMI 2.0a支持CTA-861.3：PQ EOTF、静态元数据 • HDMI 2.0b 支持HLG OETF • HDMI 2.1 支持动态元数据（ CTA-861-G ）
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36
北京动听效率顾问有限公司 （Fraunhofer IIS)
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37 杜比实验室国际技术服务（北京）有限公司 √
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38 Technicolor Technology Licensing,LLC
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39
深圳市华星光电技术有限公司
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40
电子科技大学
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13
HDR和3D Audio专题小组成员单位情况