Gamma(伽馬)及BT1886淺談

chhanthony

本文章最後由 chhanthony 於 2015-7-24 17:51 編輯

Gamma(伽馬)及BT1886淺談



先來個免責，以下是在各論壇找到及在自家系統所實淺後所得，希望能為各畫面調校愛好者分享一些經驗，如當中的解術有任何錯誤，歡迎大力指正。



什麼是Gamma伽馬



電視還在CRT(顯像管)的年代，因為其不線性的表現令畫面光度不能如輸入電量般遞升，例如增加10%的輸入電量不會增加10%的光度，而這情況在低光時更加明顯(下稱“CRT曲線”)。



為解決這問題，當時的做法是將一個CRT曲線完全相反的曲線加入攝錄機，這樣的話在CRT上重播攝錄機拍攝出來的反CRT曲線內容時會得到一個正確的線性畫面(反CRT曲線)。

看看下圖會較易明白

這個做法用了幾十年，而因為CRT的非線性特性是一致，所以當時的電視未有Gamma這個調校選項。這情況直到簿屏電視的出現打破了。



現代的簿屏電視已可以做到線性地輸入及輸出，即增加10%的輸入電量會增加10%的光度，但是攝錄機的反CRT曲線還是在用，而在簿屏電視出現之初在專業後制的領域內有很多的制作公司還是用專業的CRT做後制。



因此電視廠商為電視加入Gamma這個調校功能，一般來說當中會有: 由1.8、2.0、2.2、2.4、2.6到2.8的選項(視乎不同的電視)。越低的Gamma設定如:1.8、2.0，光度在低亮度時(5%-30%IRE)會有較快的遞升速度，換句話說越低Gamma將越易看到暗位的細節，但因為光度遞升了令到黑位變得比較灰。反相越高的Gamma設定如2.6、2.8光度在低亮度時(5%-30%IRE)會有較慢的遞升速度，這個設定可獲得較深沉的黑位，但暗位的細節會有所流失。



以往Gamma建議的設定在2.22這個水平，忘記了是從那裏走出來。但一般的發燒友大多喜愛較高的Gamma設定，如2.4甚至是2.6，因為可得到較深沉的黑位而畫面看起來對比度較高。



當然Gamma度和觀看環境有直接關係，較少光害的環境可用較高的Gamma設定以獲得深沉的黑位，相反較多光害的環境應用較低的Gamma以確保暗位細節不會流失。


下圖可看到不同Gamma設定的表現

什麼是BT.1886



從這裏看來Gamma的設定没有一個標準，視符情況而定嗎? 直至2011年3月業界權威組織International Telecommunication Union (國際電信聯盟)發表了一個名為“Reference electro-optical transfer function for flat panel displaysused in HDTV studio production” 的建議標準，簡稱為ITU-R BT.1886，這個建議制作高清節目時應跟隨。



該建議的內提及過往的計算Gamma的方法是假定0% IRE時是全黑的情況下運算出來，但世上是没有直正全黑的顯示器，因此過往的Gamma曲線未必在現時的顯示器合用。



同時他們亦建議用Electro-Optical Transfer Function (電光轉送功能)簡稱EOTF這個令用家較易明白的名稱以取替令人摸不著頭的Gamma (伽馬)，摄錄機一方是稱為Optical- Electro Transfer Function OETF。



這個建議其實是一個運算方法，因每個顯示器的最低光(全黑)畫面不盡相同，因此建議應將EOTF的設定改為利用不同顯示器在0% IRE時發出的不同光度及全光(全白)100% IRE時發出的光度計算出不同器材的EOTF曲線。



而這個運算方法亦是模擬CRT的不線性表現，在最低光是絕對零光度的情況下BT.1886建議出來的曲線是等同舊Gamma的2.4。但當最低光的光度不是零的話演算出來的曲線就不一樣了。



一般來說依照BT. 1886的建議來設定EOTF的曲線，在低光遞升的速度比傳統的Gamma快同時該曲線是由該顯示器能顯示的對低光度時計算出來，因此一般不會因環境而令暗位的細節流失。



但問題是如何跟據BT.1886的建議來調校EOTF的曲線呢?

首先要有一個量度自己顯示器的器材及軟件(即光譜儀或色度計)。

另外是顯示器要有BT.1886的曲線設定或十段的Gamma的設定。



而符合了以上兩個條件是否畫面必定很美呢? 現實是否定，在AVS Forum中有很多畫面調校專家對是否跟隨BT.1886建議有不同的看法，原因如下:-



1.     調校畫面是為了在家中可看到制作人在制作該影片時看到的畫面，而ITU-R BT. 1886這個建議只是對制作人一個…...建議標準，不跟隨不會罰錢、亦不會坐監。而在現時在巿面出售的成品(Blu-ray Disc)上不會通知用家制作公司是用2.22、2.4還是BT.1886的曲線來制作。

2.     而有用家投訴用上BT.1886的建議會令到大部份影片的色調變淡，同時看似有帶灰(washed out)的問題出現，當然亦有跟隨建議的擁護者指出BT.1886令畫面的暗位節細更多，同時黑位更實，反而用傳統的Power law Gamma會令暗位錯誤(crushed)。



分別用Gamma 2.22及BT.1886來看過不少電影，發現以上兩種說法均正確，有些電影用上BT.1886的確會washed out，但Gamma 2.22的設定令暗位細節流失。



現時做法是同時保留兩個設定，一般來說會用BT.1886而在實際看電影時發覺帶灰(washed out)的情況太利害則用回Gamma 2.22的設定。



有最好、最標準嗎? 對不起，因用家無從得知制作人用那一個曲線來制作電影，所以没有最好、最標準，換句話說在EOFT的設定上是没有對錯。

chhanthony

本文章最後由 chhanthony 於 2015-7-24 17:47 編輯

24/07/2015補完:-

以下是從AVS Forums抄來的BT.1886曲線的計算方法，而現時Calman 5，Chromapure、HCFR及LightSpace CMS這類測量軟件均內設了BT.1886的EOTF曲線選揀，用家輸入量度到顯示器分別在0% IRE及100% IRE的光度，測量軟件就會自行計算出用家器材應設定的EOTF曲線。

Input signal (V) ~~~~~~~~~ Luminance(L)
0 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~10
10 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 14.3901
20 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~19.5425
30 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~25.7497
40 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 32.9765
50 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 41.2658
60 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 50.6583
70 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~61.1922
80 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 72.9041
90 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 85.8289
100 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~100

下圖是不用Power Law Gamma設定時的光度輸出(圖片取自Chromapure官網):-

從下圖可看到Power Law Gamma 2.22、SRGB及BT.1886的分別(圖片取自Chromapure官網):-

附上SMPTE Perceptual EOFT的影片

要提提的是這個BT. 1886的建議是適用於高清(HD)的制作，到了Ultra-HD及用上REC-2020及High Dynamic Range (HDR)的時候應該不合用了，因為Dolby Vision用於HDR的Perceptual Quantizer又是另一樣東西了。

如選揀了跟隨BT.1886的建議就不要太著意調校後得出的平均Gamma值，因為這個曲線是顯示器量度出來最低的光度所運算出來，平均值是多少已没太多意思，只要知道現時顯示器的EOTF曲線是依據其本身及環境限制所模擬了CRT的非線性特性就可以了。


(以上圖片全取自網絡)

-全文完-

JUDAS

感謝分享~很棒的文章~
請問若是顯示器只能調固定的Gamma(2.2、2.4....等等)
沒有10點Gamma調整的話，是不是就不能調BT.1886了呢?

chhanthony

本文章最後由 chhanthony 於 2015-7-29 14:29 編輯

JUDAS 發表於 2015-7-28 21:38
感謝分享~很棒的文章~
請問若是顯示器只能調固定的Gamma(2.2、2.4....等等)
沒有10點Gamma調整的話，是不是 ...

Judas兄

没有10點Gamma調整的話就不能依BT.1886的建議，
AVS上有反對BT.1886建議的用家會選擇用Power Law Gamma 2.2 、2.4後加上用亮度作暗位補償Dark Compensation(BT.1886 是要先用亮度(brightness)調好black level後再用10點Gamma調校至BT.1886，當調好後就不會再調亮度)。