发布时间：2023年10月19日
Rec.709，也称为Rec.709、BT.709和ITU 709，是由ITU-R开发的用于高清晰度电视的图像编码和信号特性的标准。
最新版本是2015年发布的BT.709-6。 BT.709-6将图片特性定义为具有16：9的（宽屏）宽高比、每图片1080个活动行、每行1920个样本和正方形像素宽高比。
该标准的第一个版本于1990年被CCIR批准为Rec.709（也有CCIR Rec.709）XA/11 MOD F，1989年），其目标是全球HDTV标准。 ITU于1992年取代了CCIR，并于1993年11月发布了BT.709-1。这些早期的版本仍然留下了许多未解之谜，而且对于全球HDTV标准缺乏共识是显而易见的。 因此，一些早期的HDTV系统，如1125/60和1250/50，直到2002年BT.709-5仍然是标准的一部分。
技术细节
该标准可在国际电联网站上免费查阅，该文件应作为权威参考。 要点概述如下。
图像分辨率
ITU-R BT.709-6建议定义了一种通用图像格式（CIF），其中图像特性与帧速率无关。 图像为1920 x1080像素，总像素数为2，073，600。
BT.709的先前版本包括诸如1035 i30和1152 i25 HDTV系统的传统系统。 这些现在已经过时，并被2015年ITU BT.709-6中定义的系统所取代。
帧速率
BT. 709提供了多种帧率和扫描方案，沿着将图像尺寸与帧率分离，为BT. 709成为HDTV的全球标准提供了灵活性。 这允许制造商为全球所有市场创建单个电视机或显示器。
BT.709-6规定了以下帧速率，其中P表示逐行扫描帧，PsF表示逐行分段帧，I表示隔行扫描：
24/P、24/PsF、23.976/P、23.976/PsF与剧场版电影的帧率相匹配。 包含分数速率是为了与NTSC使用的“下拉”速率兼容。
50/P、25/P、25/PsF、50/I（25 fps）片段，以前使用50 Hz系统，如PAL或SECAM。 没有分数率，因为PAL和SECAM没有NTSC的下拉问题。
60/P、59.94/P、30/P、30/PsF、29.97/P、29.97/PsF、60/I（30 fps）、59.94/I（29.97 fps）区域，以前使用60 Hz系统，如NTSC。 这里再次，分数速率是为了与传统NTSC下拉速率兼容。
图像捕获、编码和分发
根据BT.709，摄像机可以以逐行或隔行形式捕获。 作为逐行捕获的视频可以作为逐行或作为逐行分段帧（PsF）被记录、广播或流传输。 使用隔行模式捕获的视频必须以隔行分布，除非在后期制作中应用去隔行处理。
在逐行捕获的图像以分段帧模式分布的情况下，分段/场频率必须是帧速率的两倍。 因此，30/PsF与60/I具有相同的场速率。
请注意，红色、蓝色和yG与EBU Tech 3213（PAL）原色相同，而xG介于EBU Tech 3213的xG和SMPTE C的xG之间（PAL和RGB是两种类型的BT.601-6）。 在CIE 1931颜色空间的覆盖中，Rec. 709色彩空间（以及衍生的sRGB色彩空间）几乎与Rec. 601例，占35.9%。它还覆盖了CIE 1976 u ‘v’的33.24%和CIE 1931 xy的33.5%。白色点为2°标准观察器中规定的D65。
原色色度
请注意，红色、蓝色和yG与EBU Tech 3213（PAL）原色相同，而xG介于EBU Tech 3213的xG和SMPTE C的xG之间（PAL和RGB是两种类型的BT.601-6）。 在CIE 1931颜色空间的覆盖中，Rec. 709色彩空间（以及衍生的sRGB色彩空间）几乎与Rec. 601例，占35.9%。它还覆盖了CIE 1976 u ‘v’的33.24%和CIE 1931 xy的33.5%。白色点为2°标准观察器中规定的D65。
传输特性
Rec. 709指定了非线性OETF（光电传递函数），其被称为“相机伽马”，并且其描述了HDTV相机如何将线性场景光编码为非线性电信号值。 Rec.709没有规定描述HDTV显示器如何将非线性电信号转换成线性显示光的显示器EOTF（电光传递函数），这在ITU-R BT.1886中完成。 Rec.709是“场景参考的”，这意味着原色的改变应该发生在场景线性光上（通过应用逆OETF，改变原色并再次应用OETF，仅在此之后，您使用EOTF转换为显示线性光）。
Rec. 709 OETF如下：
[math]\displaystyle{ V=\开始{cases} 4.500 L & L \lt 0.018\ 1.099 L^{0.45} – 0.099 & L \ge 0.018 \end{cases} }[/math]
这里
- [math]\displaystyle{ V }[/math] is the non-linear electrical signal value, in the range [math]\displaystyle{ \left[0, 1 \right] }[/math].
- [math]\displaystyle{ L }[/math] is the linear scene luminance, in the range [math]\displaystyle{ \left[0, 1 \right] }[/math].
- 1.099 is called α and is the approximate of α = 1 + 5.5 * β = 1.099296826809442…
- 0.018 is called β and is the approximate of the value 0.018053968510807…
- 0.099 is α – 1
- Those values are coming from these simultaneous equations that are required to connect the two curve segments smoothly: [math]\displaystyle{ \begin{cases} 4.5\beta = \alpha\beta^{0.45} -\alpha +1 \\ 4.5 = 0.45 \alpha\beta^{-0.55} \end{cases} }[/math]
Rec.709 OETF在底部是线性的，然后对于范围的其余部分是伽马为0.45（约1/2.2）的幂函数。 整体OETF近似于具有伽马0.50-0.53（约1/1.9 – 1/2.0）的纯幂函数。 使用任何纯gamma作为OETF是不可能的，因为压缩成非线性值将立即消除大量靠近黑色阴影的区域。 因此，发明了线性段，并且0.45的伽马值已用于功率段。 旧CRT的EOTF为2.35纯伽马[15]，因此，为获得EOTF线性图像（如果假设端到端伽马为1.2），709 OETF的相应校正为1.2 / 2.35 = 0.51 = 1/1.9608的纯伽马。 苹果一直以这种方式使用它，直到Display P3设备出现。
在典型的生产实践中，调整图像源的编码函数（OETF），使得最终图片具有期望的美学外观，如在昏暗的参考观看环境（根据ITU-R Rec. BT.2035在日本为D 65或D93的10勒克斯）。
Rec. 709，OETF的逆
描述了非线性电信号值到线性场景亮度的转换。 具体如下：
[math]\displaystyle{ L=\begin{cases} \dfrac{V}{4.5} & V \lt 0.081\\ \left ( \dfrac{ V+0.099 }{ 1.099} \right ) ^{\frac{1}{0.45} } & V \ge 0.081 \end{cases} }[/math]
HDTV的显示器EOTF（有时称为“显示器伽马”）不是相机OETF的逆。建议中未规定EOTF。709. 它在EBU Tech 3320中进行了讨论，并在ITU-R BT.1886中指定为2.4的等效伽马，这取决于黑色的深度而在黑色区域中偏离它。这是一个比Rec的大约gamma 2.0更高的gamma。709 OETF。 HD电视系统的最终端到端系统伽马（OOTF）约为1.2，并且其被有意地设计为提供对暗淡环绕效果的补偿。
Rec. 709和sRGB共享相同的原色色度和白色点色度;然而，sRGB被明确地输出（显示），其参考2.2的等效伽马（实际函数也是分段的，以避免近黑问题）。显示器P3使用具有其线性段的sRGB EOTF，需要通过使用ICC v4的参数曲线编码或通过使用斜率限制来改变该段。
HDTV的显示器EOTF（有时称为“显示器伽马”）不是相机OETF的逆。[19]建议中未规定EOTF。709. 它在EBU Tech 3320中进行了讨论，并在ITU-R BT.1886中指定为2.4的等效伽马，这取决于黑色的深度而在黑色区域中偏离它。[20][21]这是一个比Rec的大约gamma 2.0更高的gamma。709 OETF。 HD电视系统的最终端到端系统伽马（OOTF）约为1.2，并且其被有意地设计为提供对暗淡环绕效果的补偿。
Rec. 709和sRGB共享相同的原色色度和白色点色度;然而，sRGB被明确地输出（显示），其参考2.2的等效伽马（实际函数也是分段的，以避免近黑问题）。显示器P3使用具有其线性段的sRGB EOTF，需要通过使用ICC v4的参数曲线编码或通过使用斜率限制来改变该段。
数字表示
Rec.709定义了R ′ G ′ B ′编码和Y ′ CBCR编码，每个编码在每个颜色通道中每个样本具有8比特或10比特。 在8位编码中，R ‘、B’、G ‘和Y’通道具有，CB和CR通道的标称范围为128为中性值。 因此，在有限范围R ‘G’B’中，参考黑色为（16，16，16），参考白色为（235，235，235），在Y’ CBCR中，参考黑色为（16，128，128），参考白色为（235，128，128）。 标称范围之外的值是允许的，但通常它们将被箝位用于广播或显示（除了超白和xvYCC）。 值0和255被保留作为定时参考（SAV和EAV），并且可能不包含颜色数据（对于8位，对于10位，保留更多的值，并且对于12位甚至更多，在文件或RGB模式或全范围YCbCr数字模式（如sYCC或opYCC）中不保留值）。 Rec.709的10位编码使用的标称值是8位编码的标称值的四倍，为了简化转换，它使用简单的填充作为参考值，例如，240只是用两个尾随的零填充，并给出960作为10位最大色度。建议709的标称范围与国际电联建议709中定义的范围相同。601.
标准转换
视频帧速率和颜色编码的不同标准之间的转换一直是通过具有不同标准和要求的区域分发的内容制作者的挑战。 虽然BT.709已经缓解了消费者和电视机制造商的兼容性问题，但广播设施仍然使用基于区域的特定帧速率，例如北美的29.97或欧洲的25，这意味着广播内容仍然需要至少帧速率转换。
转换标准清晰度标准清晰度节目和内容的庞大遗留库带来了进一步的挑战。 NTSC、PAL和SECAM都是纵横比为4：3且分辨率相对较低的隔行扫描格式。 将它们放大到具有16：9宽高比的HD分辨率提出了许多挑战。
首先是由于隔行扫描视频内容导致的分散注意力的运动伪影的可能性。 解决方案是以相同的场速率仅上转换为隔行BT.709格式，并独立地缩放场，或者使用运动处理来去除场间运动和去隔行，从而创建逐行帧。 在后一种情况下，运动处理可能引入伪影并且可能处理缓慢。
第二个问题是将SD 4：3宽高比容纳到HD 16：9帧中的问题。 裁剪标准清晰度框架的顶部和/或底部可能有效，也可能无效，这取决于合成是否允许，以及是否有图形或标题需要剪切。 或者，柱框可以通过在左侧和右侧留下黑色边框来显示整个4：3图像。 有时，这种黑色充满了图像的拉伸和模糊形式。
此外，在北美标准定义中使用的SMPTE C RGB原色与BT. 709的不同（SMPTE C通常被称为RGB，但它是一组不同的原色，并且与1953年的RGB不同的白色点）。 PAL和SECAM的红色和蓝色原色与BT. 709相同，但绿色原色有所变化。 精确地转换图像需要LUT（查找表）或颜色管理工作流来将颜色转换到新的颜色空间。然而，在实践中，这往往被忽视，除了在mpv，因为即使播放器是颜色管理（其中大多数是没有，包括VLC），它只能看到BT.709或BT.2020原色。
亮度系数
当对Y ‘CBCR视频进行编码时，BT. 709使用矩阵系数0.2126、0.7152和0.0722（它们加在一起等于1）创建伽马编码的亮度（Y’）。 BT.709-1使用略有不同的0.2125、0.7154、0.0721（在BT.709-2中改为标准值）。 虽然世界范围内达成了一个单一的R ‘G’B’系统与建议。709中，对于Y ′ CBCR采用不同的亮度系数（因为这些系数是从原色和白色点导出的）要求对于标准清晰度和高清晰度使用不同的亮度-色度解码。
转换软件和硬件
这些问题可以通过视频处理软件来处理，但速度可能很慢，或者通过硬件解决方案来处理，这些解决方案允许实时转换，并且通常具有质量改进。
胶片再转移
一个更理想的解决方案是回到最初的电影元素的项目起源于电影。 由于国际发行的遗留问题，许多在电影上拍摄的电视节目使用传统的底片切割过程，然后有一个单一的电影母版，可以用于不同格式的电视电影。 这些项目可以以合理的成本将其切割的负片母版重新电视电影化到BT.709母版上，并获得电影全分辨率的好处。
另一方面，对于起源于胶片但使用视频在线方法完成其在线母版的项目，将需要重新电视电影化个人所需的胶片，然后重新组装，在这种情况下，与电视电影化一致的底片相比，需要显著更大量的劳动力和机器时间。 在这种情况下，为了享受电影原件的益处，将需要高得多的成本来使电影原件符合新的HD母版。
与sRGB的关系sRGB是在Rec.709的早期开发之后创建的。 sRGB的创建者选择使用与Rec.709相同的原色和白色点，但改变了色调响应曲线（有时称为伽马），以更好地适应办公室和比在黑暗的客厅观看电视更明亮的条件下的预期用途。
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