1）显示器中的HDR10、HDR400、HDR600有什么区别？
2）为什么显示图像要做Gamma矫正？
3）HDR中的PQ和HLG曲线有何不同？

显示器中的HDR10、HDR400、HDR600有什么区别？

HDR10和HDR400、HDR500、HDR600、HDR1000等看似是类似的概念，都是HDR后面带了一个数字，但实际意义却相差甚远。

HDR10是一种使用最普遍、最广泛的HDR格式，是指显卡与显示器之间传输HDR内容的协议与标准，是一个开放标准，不需要支付任何版权、认证费用。

HDR400、HDR500、HDR600、HDR1000、HDR1400则是VESA对的DisplayHDR等级划分，DisplayHDR是衡量显示器HDR效果的标准，是在支持HDR10基础之上，进而根据显示器的亮度、色域、色深、调光类型、黑电平（black level）等划分等级，各等级以峰值亮度来命名。（市面上有部分供应商提供的HDRxxx并没有得到VESA认证，这里我们主要讲的HDRxxx实际是DisplayHDRxxx。）

HDR400，仅要求显示器峰值亮度不低于400nit、原生8bit色深、95%RGB色域、全局调光。

• 全局调光（Global dimming）：屏幕只有一个背光分区，只能全屏统一调节，要么全屏更亮，要么全屏更暗；
• 区域调光（Local dimming）：屏幕背光划分为多个区域，各区域能够独立调节亮度。

HDR500及以上，认证要求才有了质的提高：区域调光、10bit色深、90% DCI-P3色域等，其中最重要的就是区域调光，能够极大地提高对比度和动态范围，实现真正的HDR体验，10bit色深和P3广色域同时也能带来更好的色彩观感。

为什么显示图像要做Gamma矫正？

先简单说一下Gamma（伽玛）值是什么？

Gamma值的广义定义就是输入值和输出值的Gamma幂指数关系，用来补偿人眼对自然亮度的非线性感知。输入与输出关系如下图所示：

输入和输出的关系可表达为：输出 = 输入^(Gamma)

Gamma=1，斜45°直线，不校正，输出=输入；
Gamma>1，曲线下压，输出值<输入值；
Gamma<1，曲线上拱，输出值>输入值。

为什么要将输出和输入做Gamma运算？

上面提到，Gamma为了解决人眼对自然亮度非线性感知的问题，其二是因为记录存储的有限性。举个例子：一间黑屋子中，点亮了一只灯泡A，人眼会感觉照亮整间屋子，持续点亮第2个、第3个……灯泡后，人眼会感觉屋子逐渐变得明亮，此时再点亮第N+1个灯泡，其实人眼没有什么感觉甚至微乎其微。这是因为亮度对人眼的刺激是非线性的，第1个和最后一个灯泡点亮对人眼的刺激感觉是不同的；人眼感觉黑到白的范围“有限”，灯泡可以无限，但感觉会趋于一个有限制值。

分析：此时输入是灯泡的强度，输出是人眼的感觉，大自然中，感觉的差别阈限随原来刺激量的变化而变化，这是著名的韦伯定律，下图显示了自然界线性增长的亮度和人心理感觉的灰阶关系图：

当物理亮度达到白色的20%左右的时候，人已经感受到了中灰色（即0.5处）的概念。而剩下的一半高光区的灰阶，需要用白色80%的物理能量才能照亮成人感觉到的白色。根据输入和输出的关系，可确定此时的Gamma大约在1.8~2.5，而现在大多数用2.2。

所以，Gamma值的应用非常多，如图像拍摄中的相机的Gamma、图像显示中的显示器的Gamma、图像输出中的打印机、印刷机的Gamma等，不同设备的Gamma描述的都是此设备的信号值对应的亮暗关系，而且，这些关系都是非线性的。

显示器的Gamma值：

显示器的Gamma值表示了输入信号的颜色值以及发光的亮度之间的关系，也就是输出时从黑到白的亮度过渡。下面是使用不同的Gamma值显示同一幅图像：1.0（左，线性响应），1.8~2.2（中，较暗的图像），3.0（右，过暗的图像）。

可见，较低的Gamma值有一个较亮较平稳的显示；而较高的Gamma值有更高对比度的较暗的显示。一般显示器用8bit色深的RGB来记录数字图像，所以最大的数据存储量就是2^8 2^8 2^8 = 16,777,216，如果使用线性的方式进行存储自然中的亮度，那可能根本不够用。所以拍摄的图像先用Gamma进行压缩，保留了大部分的中间和暗调细节，再通过Gamma释放（校正）并显示，展示给人眼看见，保证了人眼在显示器上感觉和自然中相同。

HDR中的PQ和HLG曲线有何不同？

简单来说，PQ 和 HLG 指的是由 SMPTE（电影和电视工程师协会）和 ITU（国际电信联盟）标准化的Gamma（伽马）曲线。

为了正确显示HDR图像，仅仅提高亮度是不够的，以与人类视力相匹配的方式显示色彩和色调至关重要，而色彩和色调受每个输入和输出设备的Gamma输入 - 输出特性的影响。BT.2100标准提供了两条伽玛曲线作为不同类型生产工作的标准：

• PQ (Perceptual Quantization，感知量化)
• HLG (Hybrid Log Gamma，混合对数伽玛)
  

绝对与相对：

【绝对】PQ伽玛曲线的最高亮度固定为1,000 cd/m² （或更高），无论显示设备的最高亮度如何，伽玛曲线始终相同，从而实现一致的图像再现。

【相对】HLG伽玛曲线的最高亮度与显示设备的最高亮度无关，因为伽玛曲线根据显示设备的最高亮度而变化，即使在现有的SDR显示器上，伽玛曲线也可允许接受观看HDR内容，并且图像劣化较小。

总而言之，PQ在图像质量和可显示的亮度范围方面要好得多，但如果从摄像机到最终显示器的整个广播链没有得到适当的监控，那么要想保证图像的正确显示就会变得复杂又昂贵；PQ伽马曲线基于人类视觉感知的特性，更适合应用在电影制作和互联网视频流中。

HLG伽马曲线基于较旧的SDR（709）标准，并对其进行了扩展，以便能够显示更高的亮度范围，这对于人类视觉系统来说并不是最佳选择，但就制作而言HLG更易操作也更具有兼容性，允许在现有SDR电视上显示更高动态范围的内容，更适合应用于广播电视和直播视频中。