HDR影片編輯的入門磚-ASUS PA32UCG測評-基本介紹

ASUS ProArt Display PA32UCG是華碩繼ProArt PA32UCX、PA32UC後,針對HDR影像編輯所推出的第三款專業螢幕,更是截至撰稿時目前市面上一般人能夠買到、價格相對親民且規格符合HDR製作標準的專業顯示器。

本網站將推出一系列關於如何利用PA32UCG螢幕,搭配Adobe Premiere Pro與DaVinci Resolve編輯軟體編輯、調光製作HDR影片的教學;將陸續發布「基本介紹」「規格篇」「測量/校正篇」「編輯軟體設定篇」總共四則文章,提供給有對HDR影片編輯有興趣的朋友,作為HDR製作時軟、硬體設定入門的教學。

我一直想寫一篇如何使用HDR顯示器,製作、剪輯、調光HDR影片的教學文章。包含怎麼挑選適合用於HDR影像編輯的螢幕如何校正HDR螢幕,最重要的是如何設定HDR剪輯、調光軟體。

關於HDR影像的後期編輯,討論軟硬配置的中文資訊實在不多。有幸過去剛好從事相關工作,自己又對軟硬體設定與色彩科學、色彩管理有興趣,所以花了很多時間研究資料,加上本人喜愛分享的個性,自然是希望更多人能一起討論、學習。

本系列文並非商業置入,沒有收取任何費用。
測試使用的顯示器是由華碩無償提供的展示機,在此十分感謝相關人員協助。

  1. 前言
  2. 色準
  3. HDR螢幕重點-亮度
  4. HDR螢幕重點-色域
  5. 萬中選一
  6. 小節

為何會挑選ASUS PA32UCG撰寫HDR影像編輯示範?

答案很簡單,因為經過我自己執行驗證過:PA32UCG是一款無論在規格、功能、色準及校正測試以及相對應的價格上,表現都非常優異的產品,更是我個人認為十萬以下價位帶屈指可數適合用做HDR影像後期的外接顯示器。

如果根據HDR影片製作的需求向上尋找其他產品,除了系統被綁定在蘋果上的Pro Display XDR (新台幣159,900元)有稍微相近的規格外(互有優劣,但考慮平台適用性不太能列入一般監視器的比較行列),可能就來到價位3、40萬以上的標準影視用HDR監視器。

PA32UCG雖然不完美,但在這個價位區間帶,他帶給你們是近乎完整的HDR影視標準規格。


色準

專業影像編輯,必須要講求色準。
無法確認色準的螢幕,是沒有辦法拿來製作、編輯影像的,因為基本上,螢幕是你唯一可以用來確認檔案色彩的工具,它是我們連接數位與類比影像世界的窗口。

接下來簡單討論一下市面上常見的電腦螢幕,在顯示色彩的色準上有什麼什麼要留意的地方。

SDR標準動態的年代:sRGB/AdobeRGB/Rec.709

各大廠商推出的高階電腦顯示器,內建的特定色彩模式如sRGB、AdobeRGB,在我過去實際的校正經驗中,多數品質都算不錯色準不會太差,能滿足多數影像創作者的需求。近期甚至有廠商如華碩,特定型號的色差值標示為Delta E <1。(相關測試請參考本站Blog

台灣幾家大廠推出的高階專業機種,都有號稱Delta E <2以下的出廠色差表現

以PA32UCG為例,內建的AdobeRGB模式經原廠程式校正後,在不套用ICC Profiling校正描述檔下直接使用標準設定,也能提供非常優秀的色準表現。

下圖是使用ISO 14861標準的318色靶驗證,平均ΔE2000只有0.4的偏差,99%的色塊平均只有1.31的偏差。其他的SDR色彩模式也是類似的高水準。

使用ASUS ProArt Calibration校正內建的AdobeRGB色彩模式,能達到非常優異的色差表現

但請留意,廠商宣傳說的低色差,只限於sRGB、AdobeRGB等特定出廠校正過的SDR標準模式;一但切換到HDR模式,那就是完全另外一個世界。常規SDR色彩模式例如sRGB、AdobeRGB、DisplayP3、Rec.709等,原始標準定義的亮度在80~160 cd/m2之間。實際應用環境例如工作室、辦公場所,常見螢幕使用亮度則大概落在100~300 cd/m2

HDR高動態的年代:PQ/HLG

以一般純觀影的角度討論,現實中並沒有約束廠商標示「HDR顯示器」的硬性規格規範,例如亮度需要到達多少才能夠標示為HDR相容。不過,如果希望得到較好的HDR觀影體驗,那建議是找5、600 cd/m2以上並帶有分區背光FALD的機型。

關於網傳的一些HDR常見錯誤或爭議點,請參考本站相關專文「關於HDR的常見誤解

如果是為了製作HDR影片為目的挑選監視器,一般會希望能有1,000 cd/m2的峰值亮度。峰值亮度代表擁有更多的HDR展示性能,像PA32UCG就有非常高規格,峰值亮度一舉來到1,600 cd/m2

當螢幕亮度從過往2、300 cd/m2,一路向上來到動輒700、800,甚至1,000 cd/m2或更高的亮度,這時候維持色準就變得是一件非常困難事情。

你有見過電視、電腦螢幕的廠商,號稱過HDR模式下的色彩準確、色差值多少的嗎?
應該是沒有,對吧。

「色準」這個指標,其實是顯示器在"特定標準"下的顯示性能表現,而說到特定標準,就會討論到特定的色域大小,以及亮度/EOTF等參數。接下來討論關於HDR標準的一些特性,亮度與色域。

HDR螢幕重點-亮度

製作性能優異的HDR螢幕難處之一是高亮度。亮度提高,意味著螢幕背光原件輸出要更強,帶來的廢熱也勢必更多,色準等影像性能也會有所變化。

顏色在常見的色彩模型CIELAB下,可以將其解構為亮度色度兩個組成成分。在這個色彩模型中,亮度不是絕對值,亮度L的計算會先標準化normalized(常用D50做標準,將其CIE 1931 數值XYZ對Y=100參考白標準化)。在這樣的模型中,想像螢幕背光亮度的增減,應該對於最終視覺色彩僅是亮度這部份的改變,色度理論應該不會變化;實際上沒錯,一般傳統的螢幕稍微地調整亮度,的確不會對色度造成太多的改變。

但如果是HDR顯示器擁有高動態範圍,當最高亮度從100cd/m2,變為500、600 甚至1,000 cd/m2更高,那螢幕就很難維持色彩理想的線性變化了。

以目前最常見的背光單元LED為例,根據資料,不同溫度、電流都可能造成LED色彩偏移,亮度大幅提高帶來的干擾因素,可能需要做額外的修正才能保持良好的色彩準確性。因此,即便是使用目前製作技術、架構都很成熟的LED背光,HDR液晶顯示器,HDR模式下色準控制還是非常不容易。

以EIZO CG顯示器為例,更改螢幕亮度多數時候不需要另外校正,仍可保持良好的色準;
不過一旦調整超過預設安全值後,軟體便會標示紅色警示,代表色準偏差可能會超過理想值

對比/動態範圍

而且一昧的增加背光亮度並不能有效提高對比實際上,高對比其實才是HDR影像的核心

正因為單純提高被光亮度會使的影像暗部也相對被照亮。為了提升對比、解決暗部太亮的問題,高階顯示器需要加入動態分區背光FALD機構,或是使用雙層面板Dual-layer結構、或改用OLED等其他材料等。

以PA32UCG使用的Full-Array Local Dimming,FALD全陣列分區背光為例,是傳統LCD顯示器藉由動態調整背光明暗提升對比度/動態範圍的一種技術,過去常見於高階電視機上。目前由於HDR技術所要求的高對比顯示效果,逐漸往高階電腦螢幕甚至筆記型電腦上配置。

顯示器控制顏色明暗的的方式,從原本面板液晶層提供的階調變化,現在加入了調整背光明暗,讓顯示器能做更大幅度的亮度變化。

  • 傳統:液晶明暗變化+固定亮度背光
  • 動態背光:液晶明暗變化+可變化亮度背光。
更多關於LCD DIMMING控光技術的介紹,可以參考VESA協會網站的專文
https://displayhdr.org/lcd-dimming-in-hdr-displays-explained/

分區的數目,代表實際螢幕能夠調控明暗變化的數目。分區多寡會直接影響影像明暗的表現的正確性;最理想的控光數目就是像素對比可控光區域做到1:1,這類的顯示器只有出現在非常昂貴的雙層面板Dual-layer結構產品上,例如EIZO CG3145與SONY BVM-HX310,或是OLED也可以視為是這樣的控光模式。

華碩這台PA32UCG,使用1152 分區(橫36縱32)的規格,如果沒有意外,應該是目前消費級電腦螢幕中分區數最多的(其他相同數目的還有華碩PA32UCK與宏碁ACER CM7321K)。

使用分區動態背光固然能增加顯示器的對比,提供更大的動態範圍顯示更多的色彩,卻同時帶來維持色彩準確的挑戰。

參考HDR規格制定者之一Dolby杜比實驗室的資料。右側是一般常見的平面CIE色域圖,看不太出來SDR(Rec.709)與HDR(Rec.2020)模式之間的色彩亮度範圍差異;左側則是加入亮度軸Y後的立體圖像,就能清楚的理解彼此色彩上涵蓋色彩量的巨大差距。(請留意左側Y軸使用)

https://learning.dolby.com/hc/en-us/articles/360056547211-Module-1-2-Color-Grading-Prerequisites-

PQ曲線

高亮度與高對比度其實是HDR影像的表象,HDR核心技術是建立在一套全新的光電轉換函數EOTF之上(類似於Gamma概念),稱之為Perceptual Quantization (PQ)量化感知曲線。相較於傳統Gamma或是純線性、純對數的數值儲存方式,PQ曲線擁有更好的匹配人類視覺階調感受的能力,也意味著能夠更有效的利用、適度壓縮數據來提供更好的影像品質。

 Eilertsen, Gabriel (2018). The high dynamic range imaging pipeline. Linköping University Electronic Press. pp. 30–31. ISBN 9789176853023Archived from the original on 23 January 2021. Retrieved 22 August 2020.

在顯示器的實際使用上,其一特點是採取「絕對值」的設計;固定的數位數值必須對應到固定的類比亮度上。這意味著理想中HDR影片即便拿到不同顯示器上觀賞,影像的亮度、對比特性應該是相同的。要把數位與類比做到如尺規刻度關係的聯繫,非常考驗製作廠商的產品品質與校正。

另外也會因為顯示器實際性能的限制,沒辦法達到影像應該要顯示的亮度,此時不同的顯示器可能會對做影像做出不同的調整。

左圖是Panasonic 65吋EZ1000 OLED的亮度PQ EOTF追蹤曲線,播放影片標示最高亮度為1000 nits時的表現。黃色是標準值,灰色是實際測量值。左側縱軸是亮度nits,橫軸則是數位檔案編碼的數值(以百分比計)

可以觀察到這台OLED顯示器最高亮度大約是660~nits左右,實際沒辦法達到影片內容/播放端預設顯示的1000 nits。在400 nits以下低亮度時,基本上顯示器亮度與目標亮度是相同的,而400 nits以上會逐漸偏移目標值,顯示畫面暗於實際,做到一定程度的高光壓縮,截止至最高亮度660nits左右。

根據不同亮度,適度優化影像來達到顯示器最好的性能,這在一般消費型HDR螢幕上很常見到,但如果是用來作為HDR影像編輯之用,那你可能就會碰到大麻煩,因為顯示亮度變得不可能,可能總是失準的。這部分在下一章「規格篇」會有更詳細的討論。

HDR螢幕重點-色域

光有亮度還不足以稱為HDR螢幕,因為在HDR標準創建時還同時擴展了色域範圍。
相較於HDTV前最多使用到Rec.709的色域範圍,HDR一舉進步到Rec.2020極廣、極鮮豔的色度上。

目前較新穎的廣色域HDR顯示器,提升色度的方式一是使用藍光LED搭配紅色磷光粉PFS-KSF phosphor,例如華碩HDR系列第一代的PA32UC顯示器。另外也有如PA32UCG使用量子點薄膜Quantum dot film (QD film)技術。利用量子效應來增強藍光LED轉換紅、綠光的轉換率與色純度。目前前者能做到90%左右的Rec.2020覆蓋率,後者則大約是80~85%。

Quantum dot film
PFS phosphor

Rec.2020色域之廣,乃至於目前並沒有量產的顯示器產品*,能夠100%覆蓋Rec.2020色域,顯示這麼鮮豔的顏色,這帶來另一個問題:色域映射。

*目前已經有使用多色雷射光作為光源的消費級投影機產品能做到95%以上的Rec.2020覆蓋。


正確的色域映射

要能正確製作HDR影像的顯示器,理論上必須要在其面板所能呈現的色彩範圍內,盡可能維持各種色彩的正確性。例如顯示器實際上能覆蓋85%的Rec.2020色域,那理論上在這85%顯色範圍內,就應該要能正確顯示這些可用的顏色(這邊指的顏色包含亮度與色域,也就是上圖顯示的色容積Color Volume概念)。對於超出色域、亮度的部分,則應該以硬剪輯Hard Cilpping的呈現方式*,這點是HDR專業顯示器與一般民用HDR顯示器最大的差異之處。

*相關資料可以參考歐洲廣播聯盟EBU關於電視製作監視器規範的技術文件EBU Tech 3320

同時兼顧亮度/對比足夠高、色彩準確,且提供正確的顯示模式(硬剪輯),這樣的HDR顯示器才具備作為剪輯HDR影片的專業監視器。綜合種種,HDR顯示器亮度上要求對於製造廠商絕對是難中之難,必須同時對顯示器材料特性、製作工藝、影像演算法、品質管理等全面掌握,才有可能製作出高品質符合標準的產品。

萬中選一,至少目前是

ASUS PA32UCG在我的各種影像品質的實測中,除了「出廠色準」這個項目因為我使用藉測展示機已經不是全新的無法驗證外,「原廠校正程式」與「第三方校正程式」校正過後,包含SDR/HDR模式都能達到非常不錯的色準表現。

  • 對比度項目,原生對比(SDR模式下未開啟動態背光功能)實測大概是1200:1,略好於一般標準IPS面板。HDR模式下開啟動態背光後,就能提供接近無限大的對比度
  • PA32UCG可以提供全螢幕不衰減(或是說幅度很小)的1,000 cd/m2亮度持續輸出,不受自動亮度限制器(automatic brightness limiter,ABL)影響,是非常優異的性能。
測量全螢幕1,000 cd/m2白色畫面輸出,15分鐘後只有略降2~30cd/m2,實際使用基本上可忽略
色度偏移可能是時間或是溫度導致,本圖測試時沒有特別校正儀器與顯示器的白點。
  • HDR顯示能符合PQ曲線。如同前面討論所述,HDR影像核心技術使用的PQ曲線,要求採用絕對值的數位-類比計算,因此螢幕是否能正確的將影片的亮度匹配到螢幕所顯示的亮度上,就是非常重要的事情。PA32UCG無論是原廠校正程式或是第三方校正程式的驗證中,在PQ曲線追蹤上都做到非常優秀的準度。
  • PA32UCG實際覆蓋BT.2020色域達83%左右,而DCI-P3色域可以達95%左右。對於超出色域、亮度的部分,符合HDR標準監視器應該要的硬剪輯Hard Cilpping方式呈現。
  • 價格合理。
    目前售價不到10萬元,應該是大部分中小型動態影像工作室都能負擔的費用,如果要尋求規格類似,或是說能符合本文點出一台標準HDR監視器應該要的重點項目,那再往上的價格應該是以3、40萬計算的型號了*。

*這邊請留意,本文討論目標是「外接監視器」的類別,如果將筆記型電腦考慮進來,近期的新款帶有XDR顯示器的MacBook Pro是非常強勁的對手,價格甚至只要6萬不到就能擁有類似的顯示性能。但筆電內建螢幕與外接顯示器用途十分不同,很多時候沒辦法取代。

小結

本文雖然標題寫「前言」,但大致上已經把ASUS PA32UCG這台螢幕為何適合拿來用作HDR影片編輯、調光之用的優點說完了。如果你對於技術沒有那麼感興趣,那之後可能只要留意最後近日會發布的「編輯軟體設定篇」,教你如何正確設定HDR編輯軟體。

至於與市售其他HDR顯示器比較的部分,會在「規格篇」中說明。包含比較華碩之前推出的PA32UC與PA32UCK兩台HDR顯示器,為何我推薦目前新款的PA32UCG作為HDR影像編輯、調光之用。

實際性能測量與校正說明,包含華碩原廠校正程式ASUS ProArt Calibration和第三方校正程式Light Illusion ColourSpace的內容,會放在「測量/校正篇」中。

發表者:Miles 林

色彩管理顧問 之前任職影像後期/DIT 剪輯 調光 美國 ISF影像標準協會 認證校正員 通過 經濟部IPAS色彩計畫/色彩工程鑑定 印刷色管顧問 T-Lab 東煦色研所 合作夥伴

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