聊聊HDR映射！这个功能的意义是什么？怎么才算好的映射

之前做小米S Pro的测试时，我们就认为小米S Pro在HDR映射部分的表现很糟糕，在播放超出自身亮度的HDR视频时，会出现高亮部分完全无细节的表现。很多读者表示这部分不是很理解，也有读者认为HDR映射对于电视来说，并不是一个非常重要的功能。那么关于HDR映射，这个功能的意义是什么，它对于电视来说真的不那么重要么？今天我们就来讨论一下。

从我们的角度来看，一款电视的HDR效果好不好有三个因素，首先是本身的硬件条件，也就是包括色域、亮度等部分；其次是在播放HDR视频时，它是否能相对完美地表现HDR视频的亮度信号，说简单点就是亮度信号是多少，电视就能表现出现符合的亮度，不会出现过亮或者过暗的问题；最后是当HDR视频的亮度信号超出显示设备的范围时，电视或者显示器能否尽量保留图像的细节和颜色。

第一点我们就不多说了，这个电视出厂就基本固定，可以用设备测试出来亮度以及色域；第二点我们可以用PQ EOTF曲线来表现，也能通过软硬件测试，比如在一定范围的亮度下，电视的亮度表现是否和HDR亮度信号接近，也接近也就表示越好，如果偏离过大的话，就可能出现电视比应有的画面亮度偏高或者偏低，也就是过亮或者过暗。

比如在上图这个PQ EOTF测试中，黄线就代表着视频的亮度信号，而灰线则代表着电视的实际情况。这个测试中，电视的亮度大多数在黄线之上，也就是代表着大多数时候它都过亮了。这种情况在不少电视上都能见到，比如三星的Mini LED电视，很多时候都会显得过于明亮鲜艳。客观上这当然不会是正确的效果，但实际表现如何，一部分可能还需要用户主观来确定。所以我们一直在也表明一个态度：不同用户的喜好不同，对于画质的态度也不同。而我们只能以一个相对客观的标准来做判断。

不过现在我们主要是讨论第三种，也就是HDR视频的亮度信号超出电视亮度的范围时，电视应该有什么样的表现。也就是我们今天要聊的“HDR映射”，当然HDR映射本身是一个很复杂很繁琐的东西，我们尽量将其简化一些，同时我们也无法保证我们的观点和论据完全没有任何问题，所以也欢迎大家指正以及交流。

HDR映射是一个比较简单的说法，实际应该叫HDR色调映射Tone Mapping，这门技术或者功能的意义就是让HDR视频的高亮度内容在低亮度显示器上还能保留图像细节和颜色。从可以应用在视频亮度超出电视本身亮度的时候，也能应用在将HDR视频在SDR设备上播放的时候。从本质而言，色调映射就是模拟相机把HDR内容从高亮度映射到低亮度从而实现压缩动态范围，通过调整亮度同时改变图像对比度和动态范围，从而让效果更好，或者说尽量达到HDR视频原来的画面，当然除了亮度。

从广义来看，HDR映射通常有局部、全局和时域三种模式，其中局部主要是用于图片，而全局则用于视频居多，这个很好理解。而且全局映射实现简单运行速度快，外加是直接映射每个像素的亮度，所以自然也就应用在视频上了。这种HDR映射并不局限在SDR或者HDR设备上，HDR转SDR也好，HDR高亮度信号在低亮度设备上播放也好，它都会起到关键作用。

全局映射实际上对电视来说，就是调整暗部和亮部的曲线函数。这就有点像我们做图拉直方图的曲线，然后图片亮度、对比度就有变化一样。电视的HDR映射其实就是把高亮度的信号进行压缩，让暗的地方不要过于明亮，同时让明亮的地方尽量接近原生信号的亮度，也就是接近电视的最大亮度。这个曲线函数有个普遍的特点就是S型，前半部分"Toe"防止暗的部分太亮，后半部分"shoulder"把亮部映射到接近最大亮度，中间部分就是"mid tone"接近线性。 HDR映射曲线本质上就是一个缩放函数起到调节亮度的作用，整个函数本身的作用是用来调节亮度，而这个过程中的映射曲线则改变了动态范围，颜色也可能因此而改变。

HDR映射的缩放模式有很多种，没有完全统一，而且动态HDR其实是不需要考虑这个问题的，杜比的杜比视界和三星的HDR10+，都有自己一套映射逻辑，厂商不会去更改，而且效果都不错，无论多高的亮度，在电视上映射出来的画面都比较准确（除了亮度之外）。所以电视在HDR映射这部分主要是针对的HDR10+和HLG这样的静态HDR，我们在电视上看到的HDR映射选项，也都是针对HDR10和HLG的，不会针对动态HDR格式。

通常来说，为了在HDR色调映射前后保持色调一致，需要对RGB进行统一缩放。一般来说，步骤是先放大成绝对亮度(参考白值为1的相对亮度)；然后把RGB的亮度和参考白值的亮度代入色调曲线，再相除得到色调映射后的亮度；色调映射后的亮度除以色调映射前的亮度得到缩放值；最后RGB乘以缩放值就是色调映射的RGB。

但问题是，这些步骤虽然是必要步骤，但具体的缩放方式则有很多种，而且厂商也会根据自己的调教趋向来设计，所以每个厂商的HDR色调映射肯定是不同的。这个要谈深了就非常复杂，而且也不是说每个厂商最终的效果就一定会非常好，除了厂商技术人员自己的取向之外，也和技术本身水准有比较大的关系。

比如上图是一个1000nits信号下的画面，电视亮度足够的话是不需要做压缩映射的，只需要实时反映正确的亮度信息即可。但如果这样的画面从1000nits亮度信号上升到4000nits甚至10000nits，那么现在的电视大多数都无法达到这样的亮度，那就需要做HDR色调映射了。这个时候厂商在这部分的调教水平就会比较清晰了。

之前我们做小米S Pro的测试时，就已经展示过相应的画面。在4000nits下，小米S Pro的FM模式几乎是采用了一刀切的方式，超过自己亮度的画面直接以接近自己电视最高亮度显示，几乎谈不上什么缩放映射，这样高光细节全部丢失，唯一的优点就是颜色部分还比较准确；而TCL的Q10G的HDR映射则比较明显，高亮细节比较清晰，但出现了动态丢失，导致发色暗淡的问题，包括马的颜色和地上草地的颜色。这种问题其实也出现在我们测试的其他一些TCL的机型上，随着HDR映射亮度的提升，TCL机型颜色部分可以更接近正确，但高亮细节则会出现一定程度的丢失，尽管不像小米这样夸张！

当然也有像LG和飞利浦这样在HDR映射部分寻找一个平衡的，尽量在亮度不够的时候展现高亮细节，同时保持颜色尽量准确的。但是和实际不需要压缩亮度的画面相比，还是有一些差距和不同，主要还是体现在高亮细节部分。所以这部分，要说哪个电视厂商做得完美可能很难，每个厂商都有自己的优缺点，但是小米S Pro那样直接一刀切几乎将高亮细节丢失完肯定是不行的，具体如何用户可能更需要不同电视之间的AB对比才能得到结论。

当然如果有兴趣，用户也可以自己装一台电脑接入电视，用MadVR插件自己来调试HDR的映射，通过GPU足够的算力，如果能配置适当的参数是可能获得比较好的HDR映射效果。不过一些人也有自己的想法，表示HDR映射其实没那么重要，理由是目前绝大多数UHD蓝光都是峰值1000nits的亮度信息，目前大多数中高端电视都能达到这个亮度，所以无需压缩亮度映射，那么这个HDR映射能力也就没有用武之地了。

但事实真的如此么？首先我们承认大多数目前的HDR电影和电视剧，是1000nits的峰值亮度，但这并不表示更高亮度的电影和电视就缺失了。在肉眼可见的日子中，4000nits的电影是越来越多，原因之前我们的文章曾经说过，好莱坞工作室逐渐开始采用索尼4000nits峰值亮度的监视器，那么后期峰值亮度也会越来越多使用4000nits的峰值亮度，这还不说其他高亮度的演示片和纪录片。老一点的片子比如《边境杀手2》《鬼入侵》等，都采用了4000nits峰值亮度，最新的包括《碟中谍7》也是4000nits的峰值亮度，所以HDR映射意义不大这个说法，其实并不准确。

当然了，一些片子采用杜比视界，如果使用支持杜比视界的蓝光播放器或者安卓播放器的话，HDR映射不是什么问题，因为我们说过动态HDR有自己的一套映射逻辑。但是考虑到电视本身的播放器以及广大用户使用的KODI、Infuse等并不会支持双层杜比视界的UHD蓝光原盘，所以在播放这些4000nits电影的时候，都是以HDR10来播放，这个时候HDR映射就显得很关键了，何况TCL、海信、小米等电视的播放器都已经可以支持M2TS的格式。

当然了，对用户最简单的方案来说，就是购买一台峰值亮度足够高的电视，至少超过观看视频亮度信号的电视。比如1000nits的电影电视剧，那么购买一台峰值亮度超过1000nits亮度的电视就行，这当然毫无难度。如果针对4000nits的电影，现在市面上海信、TCL、长虹也有峰值亮度超过5000nits的电视。如果觉得囊中羞涩的话，那么拥有一款HDR映射足够好的电视，似乎是一个更好的选择！