在电影放映领域,不管是传统投影显示方式还是新型自发光显示方式,高动态范围 (HDR)技术均可为增强影院观影体验提供新的契机,但HDR的高质量应用需要合理规范的技术参数作指导,因此数字电影倡导组织 (DCI)组织图像专家和普通观众实施了双盲图像测评,以确保HDR 内容能够在审片室和影厅均获得最佳放映效果。

1 DCI针对HDR应用先后实施两轮双盲图像测评

迄今DCI针对HDR 应用进行了两轮双盲图像测评,以确定HDR 放映的最佳技术参数,尤其是黑电平和峰值亮度。双盲图像测评即测评人员对测评图像序列的技术参数未知,单一图像序列均随机生成,长度约10秒,测评图像序列由4个单一图像序列的SDR 版和HDR 版组成,长度约40 秒,并按照 “SDR-HDR-SDR-HDR”或 “HDRSDR-HDR-SDR”的顺序依次呈现,最后由评测人员进行打分。

第一轮双盲图像测评的目标在于确定黑电平指标,测评图像包括SDR 版和HDR 版,峰值亮度有48 cd/m和100 cd/m两种,并具备多种不同的黑电平。虽然第一轮测评针对黑电平得出了较为满意的指标,但针对48 cd/m和100 cd/m两种峰值亮度尚未形成一致结论,还需进行针对峰值亮度的定性测评,因此数年后DCI再次针对不同峰值亮度实施了双盲图像测评。为保证测评变量仅限于峰值亮度和黑电平,不涉及色域问题,DCI的两次测评均在DCI P3色域进行。

2017年12月,第一轮测评在迪士尼公司进行,使用RGB激光放映系统放映了24组图像序列,测评人员包括128 名专业和非专业人员,分别来自DCI成员公司、美国电影艺术与科学学院 (AMPAS)、美国摄影师协会(ASC)和美国影院业主协会(NATO)。测评内容包含6段不同图像序列,每段图像序列均有7个版本(表1)。

表1 测评内容的7个版本

首轮测评结果表明,更低的黑电平能获得更好的放映效果。测评人员对所有测评片段的平均打分随着黑电平的降低而增加,达到0.005 cd/m时曲线开始变平,即黑电平低于0.005 cd/m时视觉差异不再明显。由此可见,高于该数值的黑电平不足以实现令人满意的HDR放映效果,低于该数值的黑电平不会提供显著附加值,因此DCI将0.005 cd/m作为HDR 放映系统的黑电平标准。

2020年1月-2月,第二轮测评在索尼影业公司进行,使用索尼CLED 显示系统放映了10 组测评画面,测评人员共计157人。测评内容共包含8段不同图像序列,每段图像序列均有多个不同版本,并根据索尼CLED 显示系统进行了专门调色 (表2)。

表2 8段不同图像序列

为防止测评人员疲劳,测评时在短时间内进行了大量比较,每一组随机生成的测评片段被控制在4分钟以内,每组测试之间有1分钟的时间用于评分,每个参与者的测评总时间为30分钟,这导致每个测评人员无法测评每个组合,测评结果存在一定误差。

对于不同版本之间的每组对比,测评人员还计算了不同片段之间的平均分。与SDR (平均得分为0.54)相比,对100 cd/mHDR 版本的偏好极其微弱,但对300 cd/m或更高亮度水平的HDR 内容的偏好显著增加,平均得分分别为1.46 (300 cd/m)、1.66(500 cd/m)和1.38 (800 cd/m)。进一步对比高亮度级别(300 cd/m、500 cd/m和800 cd/m)之间的放映效果表明,所有这些版本的评分基本相同,这表明对于300 cd/m以上的亮度,观众并未表现出更多偏好。

以上测评结果表明,对于HDR内容,300 cd/m的峰值亮度提供了优质的观看体验,低于这个水平的亮度无法获得令人满意的HDR 放映效果,高于300 cd/m的亮度水平表现相近,不会提供显著的附加值。因此,DCI将300 cd/m作 为HDR 投 影显示和直接显示影院放映系统的峰值亮度标准。

2 基于双盲图像测评结果,DCI调整了HDR 电影放映系统相关技术参数

根据上述两轮测评结果,DCI于2021年7月发布《高动态范围 (HDR)数字电影补充条款草案》(DRAFT High Dynamic Range D-Cinema Addendum)0.96版,并持续向行业征求意见,为之后正式版规范发布做准备。《草案》规范了HDR 数字电影发行母版合规放映的相关条件,包括HDR 基准显示设备和控制环境、审片室和放映厅内HDR 基准显示设备的关键图像参数容差等,以满足图像色彩显示的一致性和可重复性。

对比DCI在2018年11月发布的0.9版,0.96版根据双盲图像测评结果调整了峰值亮度,因此多项技术指标也随之进行调整。技术指标对比详见表3。

表3 《HDR 数字电影补充条款草案》0.9版和0.96版技术指标对比

传统2D氙灯电影放映机的峰值亮度是48 cd/m、3D 是12～24 cd/m;杜比影院 (Dolby Cinema)结合杜比视界 (Dolby Vision)技术,与科视(Christie)联合开发激光电影放映系统,其2D 峰值亮度为106 cd/m、3D 为48 cd/m;以HDR 作为技术优势的Éclair峰值亮度为103 cd/m;目前巴可(Barco)、索尼 (Sony)等主流电影放映设备品牌均推出了具有HDR 功能的影院放映系统,但峰值亮度均未达到300 cd/m,因此未来仍倾向于应用LED 电影放映系统解决HDR 内容放映的高亮度需求。

3 0 .9 6 版草案较0 .9 版草案新增HDR-DCDM和HDR-DCP等内容

本次修订新增了对HDR-DCDM 和HDR-DCP的规定。HDR-DCDM 包含的图像和字幕应针对HDR 放映系统进行调色,并同时满足SMPTE ST 2084 对电光转换函数 (EOTF)的要求。HDRDCP由HDR-DCDM 编码加密打包而成,其解包解密解码后的图像在视觉效果上应与HDR-DCDM 中的图像保持一致。

0.96版整体增加了对素材交换格式(MXF)的要求。在规范性引用文件中增加了SMPTE ST 377:2004,《素材交换格式—文件格式规范》 (Material Exchange Format (MXF) —File Format Specification);在设备行为部分 (Device Behavior)增加了对MXF传输特性中HDR 图像信号的要求,即在MXF 和CPL 的元数据中均需体现HDR 标识(HDR flag);增加了追踪性能 (Tracking P erformance)部分,并规定带有HDR 标识的MXF图像追踪文件须使用MXF 通用图像属性描述符 (Generic Picture Essence Descriptor)的传输特性表明其电光转换函数符合SMPTE ST 2084标准,其UL 值应为06.0E.2B.34.04.01.01.0D.04.01.01.01.01.0A.00.00。HDR-DCDM 输入要求部分除原有的4096×2160 分辨率要求外,新增了2048×1080,并对HDR 基准显示设备中4K/2D/48fps 和4K/2D/60fps做出了要求。