SDR → HDR

SDR 到 HDR 的色彩科学演变

1. 亮度动态范围：HDR 把"能显示多亮"提高了 10–100 倍

SDR 电视的峰值亮度上限是 100 nit；超过这个值，颜色就被压成白色。HDR 把上限推到 1,000–10,000 nit，让高亮区域在更亮的同时还能保持颜色饱和度。两者的核心差距不在于"整体更亮"，而在于 高光区域能否同时"亮"与"有色"。

拖动下方滑块改变 HDR 峰值，上方四个数字会同步更新。图表横轴为对数刻度——这反映了人眼对亮度的感知方式：暗部差异比亮部差异更敏感。

SDR 峰值白 100 nit BT.709 / BT.1886 标准上限

HDR 参考白（图形安全白） 203 nit BT.2408 规定，比 SDR 亮 2 倍

当前 HDR 峰值 1,000 nit 由滑块控制

相对 SDR 峰值倍数 10× 高光余量扩展幅度

HDR 峰值亮度 1,000 nit

SDR 可用范围（到 100 nit） HDR 高光余量（100 nit → 峰值） 203 nit HDR 参考白

当前 HDR 峰值：1,000 nit；比 SDR 高出 10×

SDR

标准动态范围 · BT.709

峰值白：100 nit（硬上限）
编码标准：BT.709 OETF + BT.1886 EOTF
高光处理：超过 100 nit → 颜色压白，饱和度丢失
编码位深：8 bit，256 个亮度级别
颜色空间：BT.709（约覆盖 36% CIE 色域）

HDR

高动态范围 · BT.2100

峰值白：1,000–10,000 nit（可变）
编码标准：PQ (ST 2084) 或 HLG (BT.2100)
高光处理：203 nit 以上仍保持颜色饱和度
编码位深：10/12 bit，1,024–4,096 个亮度级别
颜色空间：BT.2020（约覆盖 76% CIE 色域）

高亮颜色对比：SDR 通道剪切 vs HDR 保持饱和（真实 HDR 图片）

每一行是同一颜色的"亮度阶梯"，从左到右 1 nit → 1,000 nit。左半屏模拟 SDR（每个 RGB 通道在 100 nit 处硬剪切，导致橙色→黄色等色相偏移）；右半屏是真实 HDR 渲染。

SDR · 100 nit 剪切

HDR · 1,000 nit PQ

※ 图片为 AVIF · BT.2020 · SMPTE ST 2084 (PQ) · 10-bit · MaxCLL 1,000 nit。在支持 EDR 的 macOS 显示器（XDR / Pro Display XDR / mini-LED MacBook Pro / iPhone Pro）+ Safari 17 或 Chrome 116+ 上自动渲染为真 HDR；其他环境降级为 SDR JPEG（仍能看到色相偏移差异，但右半屏不会真的"更亮"）。

2. Gamma：从 CRT 缺陷到主动利用视觉

PDF 中强调了一个关键转变：早期伽玛像是在“校正 CRT 非线性”，但到了现代显示与数字编码，伽玛更像是在主动压缩动态范围、提高量化资源利用率。下面把 OETF、EOTF、OOTF 分开看，避免把拍摄编码、显示解码和系统观感混在一起。

信号链关系

OETF场景光 → 信号

→

EOTF信号 → 显示光

OOTF场景 → 屏幕

组合关系：OOTF = EOTF ∘ OETF

SDR 近似：γ_OOTF ≈ γ_OETF × γ_EOTF = 0.5 × 2.4 ≈ 1.2

这里的乘法指幂函数指数相乘，不是把亮度值直接相乘。

显示端天生非线性

显像管 EOTF 近似 V^2.2，摄像机端用约 L^0.45 预失真抵消。

低反差记录，高反差放映

底片低伽玛压缩动态范围，发行拷贝高伽玛扩展反差，本质也是感知编码。

BT.709 OETF

暗部线性段 + 0.45 幂函数段，实际近似 0.5，成为 SDR 拍摄制作基础。

BT.1886 EOTF

把平板、OLED、投影等“非 CRT”显示规范到接近 2.4 的显示伽玛。

BT.2100 HDR

PQ 与 HLG 进入同一 HDR-TV 标准框架，2025 版 BT.2100-3 继续更新图像参数建议。

① 转换函数

先选信号链中的哪一段

② 曲线选择

把要比较的曲线拉进同一张图

③ 显示参数

HLG 峰值 1000 nit

移动指针读取标准曲线数值

OETF：拍摄/编码端

OETF 把场景相对亮度变成视频信号。BT.709 是 SDR 摄像机伽玛；HLG 的 OETF 是 BT.2100 定义的 HDR 广播编码曲线。PQ 是显示亮度到码值的绝对亮度编码，可在上方切到“PQ 编码”单独查看。

场景光
Scene light

→

信号
OETF 编码

→

显示光
EOTF 解码

当前只看 OETF：Y 轴是归一化视频信号，不是 nit。这里保留 BT.709 与 HLG 两条真正的 OETF 曲线。

3. PQ 与 HLG：HDR 的两条路线

PQ（ST 2084）把码值映射到绝对显示亮度，面向精准母版、元数据与显示适配；HLG 把传统广播链路放在首位，信号相对、兼容 SDR 观看，但依赖终端根据峰值亮度设置系统伽玛。

在曲线上移动鼠标或触控，查看同一归一化信号在 PQ、HLG、SDR gamma 下对应的近似亮度。切换对数坐标会更容易看清暗部码值分配。

HLG 显示峰值 1000 nit

移动指针读取曲线

PQ — 绝对亮度体系

Display Referred EOTF

ST 2084 / PQ 的设计上限为 10,000 cd/m²。码值直接对应绝对显示亮度（与终端无关），因此同一信号在不同显示器上试图呈现相同的 nit 值。适合精确调色母版、电影与流媒体。
⚠ 低亮度显示器无法还原母版中超出自身峰值的部分，需要 Tone Mapping 或元数据辅助。

1. 先把码值 V 做感知反压缩

N = V^1/m₂

2. 计算归一化亮度比例

Y = ( max(N − c₁, 0) / (c₂ − c₃·N) )^1/m₁

3. 转成绝对显示亮度

L = 10000 × Y cd/m²

常量：m₁=2610/16384 · m₂=2523/32 · c₁=107/128 · c₂=2413/128 · c₃=2392/128

HLG — 相对亮度体系

Scene Referred OETF

HLG 定义的是拍摄端 OETF，码值表示相对场景亮度，与终端显示峰值无直接绑定。EOTF 随终端峰值自动调整系统伽玛（BT.2100：γ = 1.2 + 0.42·log₁₀(Lw/1000)），可在不同峰值显示器上自适应。不强制动态元数据，对广播链路友好。

1. 低亮段：保留暗部细节

E′ = √(3E), 0 ≤ E ≤ 1/12

2. 高亮段：用对数压缩高光

E′ = a·ln(12E − b) + c, E > 1/12

3. 两段交界

E = 1/12 时，E′ = 0.5，曲线连续

常量：a=0.17883277 · b=0.28466892 · c=0.55991073

PQ流程

通知模式（Notify）

PQ 制作需要传递母版显示信息（ST 2086）、MaxCLL、MaxFALL 等静态元数据；动态格式（HDR10+/Dolby Vision）还会逐场景或逐镜头给出映射建议，指导显示端自适应 Tone Mapping。

HLG流程

约定模式

HLG 制播更像 SDR：前端与终端按约定解释信号。终端峰值越高，系统伽玛随之增大（BT.2100：γ = 1.2 + 0.42·log₁₀(Lw/1000)），自动压低平均亮度，保持中间调观感稳定。

🔑 HDR 参考白：203 nit（BT.2408 规定）

PQ 和 HLG 共用同一参考白亮度 203 cd/m²，但对应的信号电平不同：

PQ：58% 电平 = 203 nit

100% PQ 对应 10,000 nit；在 1000 nit 监视器上，58% 是 HDR 制作参考白基准，51% 对应 100 nit（SDR 参考白）。

HLG：75% 电平 = 203 nit（HLG75）

HLG 参考白基准定在 75%（BT.2390 / BT.2408），早期曾用 50%（HLG50，已废弃）。波形监视器上的"1000 nit"刻度即指 75% HLG 电平。

PQ 母版分级（BT.2408 操作实践）

PQ 是绝对亮度体系，100% 电平固定对应 10,000 nit，参考白 203 nit 固定对应 58% 电平。
不同峰值监视器上制作的母版，其信号电平上限不同：

PQ600

600 nit 监视器
最高电平 ≈ 70%

PQ1000

1000 nit 监视器
最高电平 ≈ 75%

PQ2000

2000 nit 监视器
最高电平 ≈ 83%

PQ4000

4000 nit 监视器
最高电平 ≈ 90%

4. 色彩空间：从 BT.709 到 BT.2020

HDR 通常伴随更宽色域。BT.709 是 HDTV/SDR 的常用工作空间；DCI-P3 来自数字电影；BT.2020 是 UHD/HDR 传输容器，覆盖更大范围，但现实显示器常只能覆盖其中一部分。

点击右侧色域卡片，SVG 色度图会突出对应三角形。覆盖率为 CIE 1931 xy 色度图近似面积占比：BT.709 约 35.9%，P3 约 53.6%，BT.2020 约 75.8%。

BT.709 / sRGB

R 0.640,0.330 · G 0.300,0.600 · B 0.150,0.060

典型覆盖：35.9%

DCI-P3 / Display P3

R 0.680,0.320 · G 0.265,0.690 · B 0.150,0.060

典型覆盖：53.6%

BT.2020

R 0.708,0.292 · G 0.170,0.797 · B 0.131,0.046

典型覆盖：75.8%

在色度图上移动鼠标可读取 xy 坐标

ICtCp

BT.2100 推荐的 HDR / WCG 色差编码

传统 Y'CbCr 在 HDR 和宽色域下会产生明显的色调旋转误差（hue rotation error）——高饱和色在量化后色相偏移。ICtCp 基于 PQ 或 HLG 的感知均匀色差空间，使色差分量对高亮高饱和颜色更线性。

I（Intensity）承载亮度；Ct 为蓝-黄方向色差（tritan 轴）；Cp 为红-绿方向色差（protan 轴），对应人眼最敏感的两条色差轴。

特性	Y'CbCr	ICtCp
色调旋转误差	明显	极小
感知均匀性	低	高
适用范围	SDR / BT.709	HDR / WCG
传递函数基础	Gamma	PQ 或 HLG
典型用途	广播、编码存储	后期、质量评估

5. 色彩体积：色域 × 亮度，不只是三角形变大

色彩空间只描述 xy 平面上的色度范围；色彩体积把亮度轴也加进来。HDR 的价值在于：高亮区域仍能保留颜色，而不是像 SDR 那样接近白色剪切。

调节峰值亮度和色域，观察“可表达颜色的三维空间”如何增大。实际显示还受面板峰值、ABL、色彩管理和色调映射影响。

xyY 几何体积：18.9× SDR基准

峰值亮度 1000 nit 色域底面 BT.2020 xy面积 0.2119

SDR

BT.709 色域 × 100 nit。高亮颜色容易向白色压缩，色彩体积有限。

HDR

BT.2020 容器 × 更高亮度。霓虹、火焰、金属反光等可以同时“亮且有色”。

计算口径：V_xyY = A_xy × L_peak；A_xy = 1/2 |Σ(x_iy_i+1 − x_i+1y_i)|。

6. HDR 格式与对比：元数据决定“如何适配显示器”

HDR10、HDR10+、Dolby Vision、HLG、HDR Vivid 都可承载 HDR，但它们对 EOTF、元数据、授权、兼容性和场景适配的选择不同。

先切换标签理解每种格式，再用下方表格横向比较。核心判断不是“谁更亮”，而是谁能把创作者意图更稳定地映射到不同峰值、黑位和色域的终端上。

HDR10：PQ + BT.2020 + 静态元数据

HDR10 是最基础、最广泛的 HDR 媒体配置。它使用 ST 2084 / PQ EOTF、10 bit、BT.2020 容器，以及 ST 2086 母版显示信息、MaxCLL、MaxFALL。弱点是静态元数据只给整部内容一个全局描述，显示适配较粗。

EOTFPQ / ST 2084

元数据静态

位深10 bit

适合UHD Blu-ray、流媒体基础层

HDR10+：在 HDR10 上加入动态元数据

HDR10+ 使用 ST 2094-40 动态元数据，可逐场景或逐帧给出显示映射信息。2025 年 HDR10+ Technologies 推出 HDR10+ Advanced，强调更精细的亮度映射、环境适配和游戏等扩展体验。

EOTFPQ / ST 2084

元数据动态 ST 2094-40

授权相对开放的认证生态

适合流媒体、电视、移动端

Dolby Vision：动态元数据与端到端显示映射

Dolby Vision 以逐场景/逐帧动态元数据和 Dolby 专有的显示映射链路为核心。元数据分层（L1 自动动态亮度、L2/L8 手动 Trim、L6 可选 MaxCLL/MaxFALL），允许调色师精确控制不同终端能力下的再现效果。常见发行链路多为 PQ / ST 2084，但 Dolby Vision 也有 HLG 兼容配置：Profile 8.4 使用 HLG base layer、BT.2020、HEVC Main10，并叠加 Dolby Vision RPU 元数据，非 Dolby Vision 设备可按 HLG 基础层显示。

传递函数PQ / ST 2084；Profile 8.4 可为 HLG base layer

元数据动态：Dolby / ST 2094-10

位深最高 12 bit 工作流

授权专有认证生态（厂商付费）

Dolby Vision 2（2025 年 9 月发布）新特性：

Precision Black：精细黑位控制，极暗场景不再因 ABL 崩色；
Light Sense：结合环境光传感器动态调整内容映射，适应不同观影环境；
Authentic Motion：运动场景与游戏内容的高帧率优化；
Content Intelligence：内容智能分析，自动优化场景分类与映射策略。

HLG：广播优先的相对 HDR

HLG 由 BBC 与 NHK 推动，进入 BT.2100。它不依赖 HDR10 式元数据；非 HDR 终端可把 HLG 当作类似 SDR 的信号显示，通常不会完全崩坏，适合直播和电视播出。

传递函数HLG OETF/OOTF

元数据可无

兼容性较适合广播 SDR 共存

适合直播、体育、新闻、电视台

HDR Vivid：中国超高清产业的动态元数据 HDR 方案

HDR Vivid 由中国超高清视频产业联盟（CUVA）制定，标准编号 CUVA 005-2021，并于 2021 年 3 月正式发布。它同时支持 PQ 和 HLG 两种传递函数，通过动态元数据实现场景级亮度映射、SDR 下转兼容及多终端自适应显示。

EOTFPQ 或 HLG（双模式）

元数据动态：CUVA 005-2021

位深常见 10 bit

标准机构CUVA（中国超高清视频产业联盟）

动态元数据功能：逐场景提供亮度范围、色域范围与映射参数；支持 SDR 回退——非 HDR 终端可通过内嵌 SDR 层正常播放；支持显示设备能力自适应，不同峰值与色域终端均可获得优化映射。

产业链覆盖：

内容制作：央视、爱奇艺、优酷、腾讯视频等
传输分发：IPTV、互联网 OTT 平台、有线/卫星
终端设备：国产主流电视品牌（海信、TCL、创维等）
4K/8K 超高清频道：4K 超高清频道（CCTV 4K）

综合对比表

搜索或点击表头排序，快速比较格式差异。

MaxCLL 与 MaxFALL：静态元数据的核心参数

MaxCLL（Maximum Content Light Level）：整段内容中单个像素出现的最高亮度，单位 cd/m²。显示端用它判断高光峰值，决定映射曲线的上限锚点。

MaxFALL（Maximum Frame-Average Light Level）：整段内容中帧平均亮度的最高值。反映"最亮的一帧总体发光量"，用于控制 OLED 等依赖 ABL 的显示器，防止过热或亮度骤降。

典型值：影院母版 MaxCLL ≈ 1000–4000 nit，MaxFALL ≈ 100–400 nit。HDR10 用这两个值作为全片唯一的静态描述；HDR10+ / Dolby Vision 则在此基础上叠加逐场景动态元数据。

亮度时间轴示意（横轴=时间，纵轴=亮度）

▬ MaxCLL（单帧峰值像素） ▬ MaxFALL（帧平均亮度）

格式	传递函数	位深	元数据	色域	生态	典型用途

7. 技术词汇表

把 HDR 学清楚，通常不是参数不够，而是这些词的边界混在一起。这里给出最短可用定义。

页面中的虚线词也可以悬浮查看解释。

OETF

场景光到电信号。摄像机或制作编码端使用。

EOTF

电信号到显示光。监视器/电视的解码显示函数。

OOTF

场景光到显示光的整体系统观感，包含创作意图与观看环境补偿。

基于人眼感知的绝对亮度 EOTF，标准上限 10,000 nit。

HLG

相对 HDR 传递函数，暗部 gamma、亮部 log，适合广播兼容。

MaxCLL

整段内容中最高像素亮度，用于显示端判断高光映射。

MaxFALL

最大帧平均亮度，反映一帧总体发光负载。

色彩体积

色域面积与亮度范围共同构成，决定“亮而有色”的可表达范围。

资料来源

本地 PDF：HDR Production_210705.pdf，王亚明，《HDR制作、转换与播出》，2021。
ITU-R BT.2100-3（2025-02）：HDR-TV PQ 与 HLG 图像参数值，最新版本。
ITU-R BT.2390-9：用于制作和国际节目交换的 HDR 电视技术报告。
ITU-R BT.2408-4：HDR 电视制作操作实践指南（含 203 nit 参考白规定）。
ITU-R BT.2446-1：HDR 与 SDR 内容互转方法。
ITU-R BT.1886：SDR 平板显示参考 EOTF（γ = 2.4）。

ITU-R BT.709 与 BT.2020：HDTV / UHDTV 色域原色与图像参数。
SMPTE ST 2084：PQ EOTF 规范；SMPTE ST 2086：母版显示色域元数据（MaxCLL/MaxFALL 容器）。
SMPTE ST 2094-10（Dolby）/ ST 2094-40（HDR10+）：动态元数据框架规范。
ARIB STD-B67：HLG 传递函数日本广播标准（BBC/NHK 联合提交基础）。
CUVA 005-2021 / HDR Vivid：中国超高清视频产业联盟动态元数据 HDR 标准。
HDR10+ Technologies、Dolby Vision、Dolby Vision Recommended Source Formats（Profile 8.4 HLG base layer）官方技术资料。