基于感知的量化器

基于感知的量化器（英语：Perceptual Quantizer）或感知量化（英语：Perceptual Quantization）是一种用于高动态范围（HDR）图像的传递函数^[1]。它可用于亮度水平在0.0001尼特到10000尼特间的图像的复现。^[1]

PQ是一种基于人类视觉对条带的感知的非线性传递函数，它在编码HDR内容时较BT.1886（英语：ITU-R_BT.1886）更为高效。仅使用12位色深，PQ便可以将条带控制在人类可感知的范围外。而同等峰值亮度下，BT.1886需要15位色深才能达到类似效果。^[2]

PQ由杜比^[3]开发，2014年由电影电视工程师协会（SMPTE）标准化为SMPTE ST 2084^[4]。2016年，ITU在Rec.2100（英语：Rec.2100）中推荐HDR TV使用HLG（英语：Hybrid_log–gamma）和PQ两种传递函数。^[5][6]

PQ是多种HDR视频格式的基础（如杜比视界^[1][7]、HDR10^[8]和HDR10+^[9]），也被用于HDR静态图像格式^[10][11]。PQ与BT.1886 EOTF（即SDR使用的伽马曲线）不兼容，而HLG与后者相兼容。

技术细节

PQ EOTF（电光传递函数（英语：Transfer_functions_in_imaging））如下：^[5][12]

${\displaystyle F_{D}=EOTF[E']=10000\left({\frac {\max[(E'^{1/m_{2}}-c_{1}),0]}{c_{2}-c_{3}\cdot E'^{1/m_{2}}}}\right)^{1/m_{1}}}$

PQ逆EOTF如下：

${\displaystyle E'=EOTF^{-1}[F_{D}]=\left({\frac {c_{1}+c_{2}\cdot Y^{m_{1}}}{1+c_{3}\cdot Y^{m_{1}}}}\right)^{m_{2}}}$

其中：

• ${\displaystyle E'}$代表非线性信号值，范围为${\displaystyle \left[0,1\right]}$。
• ${\displaystyle F_{D}}$代表显示亮度，单位为cd/m²（坎德拉/平方米）
• ${\displaystyle Y=F_{D}/10000}$是标准化的线性显示值，范围为[0:1]（其中${\displaystyle Y=1}$代表峰值亮度10000cd/m²
• ${\displaystyle m_{1}={\frac {2610}{16384}}={\frac {1305}{8192}}=0.1593017578125}$
• ${\displaystyle m_{2}=128{\frac {2523}{4096}}={\frac {2523}{32}}=78.84375}$

• ${\displaystyle c_{1}={\frac {3424}{4096}}={\frac {107}{128}}=0.8359375=c_{3}-c_{2}+1}$
• ${\displaystyle c_{2}=32{\frac {2413}{4096}}={\frac {2413}{128}}=18.8515625}$
• ${\displaystyle c_{3}=32{\frac {2392}{4096}}={\frac {2392}{128}}=18.6875}$

扩展阅读

• 应用在图像中的传递函数（英语：Transfer functions in imaging）
• HDR电视（英语：High-dynamic-range_television）

参考

1. Dolby Laboratories. Dolby Vision Whitepaper (PDF). [2016-08-24]. （原始内容存档 (PDF)于2016-06-04）.
2. Adam Wilt. HPA Tech Retreat 2014 – Day 4. DV Info Net. 2014-02-20 [2014-11-05]. （原始内容存档于2014-11-01）.
3. Dolby. Dolby Vision Whitepaper - An introduction to Dolby Vision (PDF). [2021-02-14].
4. ST 2084:2014. IEEE Xplore. [2020-07-24]. ISBN 978-1-61482-829-7. doi:10.5594/SMPTE.ST2084.2014. （原始内容存档于2020-07-24）.
5. BT.2100 : Image parameter values for high dynamic range television for use in production and international programme exchange. International Telecommunication Union. 2016-07-04 [2021-01-25]. （原始内容存档于2019-04-27）.
6. ITU announces BT.2100 HDR TV standard. Rasmus Larsen. 2016-07-05 [2016-07-26]. （原始内容存档于2016-07-10）.
7. Dolby. Dolby Vision Profiles and Levels Version 1.3.2 - Specification (PDF). [2021-02-12]. （原始内容 (PDF)存档于2020-09-29）.
8. Consumer Technology Association. CEA Defines 'HDR Compatible' Displays. 2015-08-27 [2021-02-12]. （原始内容存档于2019-06-11）.
9. HDR10+ Technologies, LLC. HDR10+ System Whitepaper (PDF). 2019-09-04 [2021-02-12].
10. AV1 Image File Format (AVIF). aomediacodec.github.io. [2021-01-31].
11. Canon EOS-1D X Mark III Review. The-Digital-Picture.com. [2021-02-15].
12. BT.2124 : Objective metric for the assessment of the potential visibility of colour differences in television. www.itu.int. [2021-04-29].