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菁彩 HDR技术的专业术语 …上文介绍了HDRvivid的一些技术。今天从全局角度来看看HDR视频的处理流程HDR视频系统即建立一个比SDR视频更大的色彩/亮度坐标体系并改变系统的传输函数以再现更大的色域(WCG)和更高的亮度动态范围。
菁彩 HDR技术的专业术语
ITU 定义了两种 HDR 播出格式 ■ PQPerceptual Quantization定义了EOTF显示亮度绝对值 ■HLGHybrid-Log Gamma定义了OETF显示亮度相对值 视频处理相关 ■OETF Opto-Electrical Transfer Function光电转换特性 摄像机中被摄景物光亮度转换为电信号的特性 ■EOTF Electro-Optical Transfer Function 电光转换特性监视器电视机中电信号转换为显示光亮度的特性 ■OOTF Opto-Optical Transfer Function光光转换特性艺术加工或调整经过OETF/EOTF 抵消后遗留的特性从摄像机到监视器电视机的拍摄/显示系统总特性。
菁彩 HDR技术优势
菁彩 HDR 主要有 5 大优势 1兼容性强。不具备菁彩 HDR 支持能力的存量显示设备如手机PAD电视等接收到菁彩 HDR 信号后可直接将元数据丢弃按 HDR10 格式进行显示。 2一致性强。菁彩 HDR 采用动态元数据方案根据不同显示终端的显示能力分别生成适配不同亮度的映射曲线使得同一画面在不同终端上的显示效果基本保持一致最大化还原创作者意图。 3灵活性高。除了支持自动化的动态元数据提取方案之外菁彩 HDR 技术还支持根据创作意图个性化地对元数据进行手动调整形成属于自己的专属风格。 4应用场景适应性好。菁彩 HDR 支持多种场景的应用需求如网络视听、节目制播、短视频、游戏、教育、医疗等且同时支持 PQ 和 HLG 格式。 5开放性高。菁彩 HDR 是一个完全开放的标准从标准代码到实施规范等全部资源均可通过指定渠道免费获取。
菁彩 HDR应用优势
菁彩 HDR 坚持技术标准与实际产业应用紧密结合的理念坚持“高质量 HDR 呈现定义、完善的端到端标准、高效的制播工具以及产业应用友好”四大价值主张促进技术标准方便、快捷地应用到产业带来实际商业价值。 1高质量 HDR 呈现定义 菁彩 HDR 技术标准公开、完整地阐述了菁彩 HDR 定义从源头上确保高质量。
2完善的端到端标准 菁彩 HDR 标准体系已经完成端到端技术规范、应用集成规范、认证测试规范等并持续进行标准演进以实现快速、可持续、高质量的发展。 3高效的制播工具 菁彩 HDR 技术提供高效制作工具制作端不修改已有的 PQST2084和HLG HDR 制作流程只增加动态元数据产生环节提供自动化动态元数据生成工具和实现个性化创作意图的手动调节工具采用符合调色习惯的图形界面。 4友好的产业应用 作为中国主导的 HDR 标准菁彩 HDR 拥有开放、安全、知识产权政策友好等应用优势。
端到端解决方案 为保证最优显示效果准确把握每一个环节要点与要求菁彩 HDR 构筑了端到端解决方案: (1)源端输入为 PQ/HLG 格式的 HDR 视频 (2)前处理模块可以基于HDR 视频进行分析生成静态元数据与动态元数据 (3)编码传输模块可以将 HDR 视频与元数据进行编码封装输出菁彩 HDR 码流 (4)解码模块可以对码流进行解码分析得到 HDR解码视频与元数据 (5)HDR 和 SDR 显示模块会结合元数据与目标显示终端参数对 HDR视频进行相应的显示适配处理并在显示终端上正确显示。
基于HEVC的端到端处理流程
以最简单的Y’CbCr 4:2:0的HDR10(正式名称为HDR10 Media Profile)为例它的内容包括 基于HEVC的端到端处理流程如下图所示: 首先进行OETF电光转换处理HDR10使用的OETF是PQ曲线它定义在ST2084:2014-SMPTE中。OETF处理本质上是模拟电压/电平(量化比特)资源的分配方案模拟电平和量化值的关系如下 在HDR的技术标准ITU-R.BT2100中建议了2种不同的传输函数其中PQ定义了EOTF显示亮度的绝对值OETF OOTF Inverse EOTF一个使用PQ的HDR系统模型如下图所示 HLG定义了OETF显示亮度的相对值且EOTF Inverse OETF OOTF一个使用HLG的HDR系统模型如下图所示
实际上OETFEOTFOOTF这三者之间是互相关联的比如OETF和EOTF互为逆变换而OETFEOTF处理OOTF只要知道任意两个就可以提出第三个。
一般OETF存在于摄像机中用于将自然/景物光亮度转换为电信号而EOTF存在于显示器(电视机)中用于将电信号转换为显示光亮度OOTF则是处于艺术加工或画面调整环节是从摄像机到显示器的拍摄/显示系统总特性。如下图所示
从OETF和EOTF曲线上来看它们的关系如下所示 理论上所有对数伽玛OETF/EOTF都可以用于HDR视频的制作/播放中但目前行业里被广泛接受的两种OETF/EOTF是PQ(ST2084)和HLG(ARIB STD B67)HDR10所用的PQ(ST2084)具体公式如下
采集/编辑端对HDR视频的处理 HDR的端到端系统处理步骤包括 1浮点类型线性光RGB经过OETF的处理以后得到10bit的非线性R’G’B’ 4:4:4 2使用BT.2020标准里面的矩阵系数将R’G’B’转成10bit的Y’CbCr 4:4:4具体转换公式如下 310bit的Y’CbCr 4:4:4进行浮点转定点(量化)处理 4色度分量降采样获取10bit的Y’CbCr 4:2:0 注意浮点定点化以及色度降采样这一步目前没有标准去规定具体的公式有一些灵活性。比如色度降采样常用算法有FAST, MEAN, BRIGHT, BRIGHT MEAN和FILTER等。 510bitY’CbCr 4:2:0送到HEVC编码器进行压缩编码。 注意 在编码的时候设置profile为main10并将色域和传输函数等信息写到VUI对应的语法元素中HEVC编码HRD视频的VUI语法最终得到HDR视频的HEVC码流。
端到端系统中的解码端处理流程则是以上采集/编辑过程的反处理最后将得到含有失真的浮点类型的HDR线性光像素RGB如果此时显示器刚好支持HDR视频特性(高动态宽色域宽位深)那么就可以考虑直接显示画面内容否则可能需要HDR到SDR的tone mapping处理。 参考文献https://www.csmpte.com/download/CHAL1396264998772200/20161024/2016102407052574568.pdf Norkin A.Fast algorithm for HDR video pre-processing[C]//Picture Coding Symposium. IEEE, 2016. SMPTE ST 2084: “High Dynamic Range Electro-Optical Transfer Function of Mastering Reference Displays”
