當我們談論視頻技術時,超高清視頻(Ultra High Definition,簡稱UHD)無疑是當今最令人興奮的領域之一。前幾期,我們在高清視頻方面分別介紹了超高清視頻的各項技術,包括:HDR、編解碼、三維聲、超分技術、數字版權、虛擬演播室和云端視頻制作,今天我們來展開談一下國內高清視頻的標準HDR Vivid。
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全圖說電視的發展歷史
全圖說視頻編解碼的發展歷史
由淺入深說高清——聊聊高動態范圍(HDR)
由淺入深說高清——HDR的標準之爭
由淺入深說高清——HDR的適配性與流程化的挑戰由淺入深說高清——讓人眼花繚亂的超高清視頻編解碼格式由淺入深說高清——超高清視頻的三維聲技術由淺入深說高清——基于深度學習的超分技術由淺入深說高清——超高清視頻的數字版權管理由淺入深說高清——沉浸式的虛擬演播室技術由淺入深說高清——高效的云端視頻制作技術1.前言
我們前面用了9期來談超高清視頻相關的各種技術,相信大家應該已有了深刻的認知。超高清絕對不是4K/8K分辨率這么簡單。只有更高的視頻刷新幀率、高動態范圍、更廣的色域,更廣的視角,更好的HEVC編解碼技術、三維聲,終端顯示畫面能力、以及以5G、Wi-Fi、光傳輸和CDN為代表的通信技術等配搭,才促成了超高清視頻時代的來臨。才會給用戶帶來了更為清晰的視頻畫面、更廣闊的視野、更逼真的色彩、更流暢的畫面,更具臨場感的沉浸式音視聽視頻體驗全面升級。
當然,超高清視頻的產業升級,不僅僅是消費領域拉動的。航空航天、醫療影像和安防監控領域,都依仗著超高清技術的加持,才能讓天文學家探索更遙遠的茫茫宇宙,才能幫助醫生更精準地診斷病患和完成復雜手術,才能營造一個安全和諧的社會。
超高清視頻的產業升級和生態繁榮,一定離不開標準規范的加持。從前幾期的介紹我們也看到了,超高清視頻很多相關技術領域都存在標準共存,相互角力的狀況,高動態范圍(HDR)也不例外。
2. 為什么需要HDR Vivid?超高清視頻不僅是用戶高質量視聽體驗的剛需和趨勢所在,也已成為全球范圍內視頻產業競爭的重要賽道之一。
前面幾期有介紹,在2015年8月27日發布的高動態范圍標準HDR10是靜態HDR標準技術,盡管它是全球開放免費的。但是靜態元數據,意味著整個視頻使用單一的元數據來控制所有畫面的色彩和細節。不能動態適應不同場景、不同亮度的視頻片段和終端形態。這種元數據無法充分展露HDR的最大表現力。
杜比視界(Dolby Vision)和HDR10+盡管都支持動態元數據,但它們都是針對場景的動態元數據調整。這意味著元數據可以優化每個單獨場景的亮度、對比度和顏色,從而更準確、更逼真地呈現內容。這可以帶來更一致的跨場景觀看體驗,尤其是在從一個場景到另一個場景的照明或顏色發生顯著變化的情況下。但是,在單個場景中亮度、對比度和顏色快速變化的情況下,此方法可能效果不佳,因為元數據可能無法跟上變化。產業需要逐幀都動態調整標準。
另外,我國是全球最大的電視市場,市場對HDR技術的需求很高。然而,HDR技術最初是由歐美公司主導的,他們在HDR技術標準上持有著較大的話語權,且收取高額的專利費。我國也是高清視頻產業設備生產大國,整個價值鏈的高成本和有限的設備支持阻礙了生態系統的發展。因此自主研發HDR技術標準有助于打破對歐美公司的依賴。
也正是基于這種背景,HDR Vivid應運而生。
3. HDR Vivid標準發展歷史
世界超高清視頻產業聯盟(UWA)突破技術瓶頸,正式發布了HDR Vivid (菁彩)高動態范圍視頻團體標準,成為動態HDR視頻標準領域的新勢力。HDR Vivid的誕生與發布,不僅填補國內關鍵技術空白,更是超高清產業生態中特別是在內容制作及內容生產力工具上的又一次革新與顛覆。
HDR Vivid標準工作組在2019年12月份成立。經過CUVA(中國超高清視頻產業聯盟,UWA的前身)成員與主要視頻企業的多次磋商,2020年5月份,HDR Vivid標準第一稿制定完成,并在次月對外公開征求意見。HDR Vivid的第一部分:《高動態范圍(HDR)視頻技術第1 部分: 元數據及適配》,在2020年7月份發布。如今HDR Vivid標準已經延展到系統集成、后期制作、顯示播放設備、軟件、編解碼等等領域:
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《高動態范圍(HDR)視頻技術 第1部分 元數據及適配》
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《高動態范圍(HDR)視頻技術 第2-1部分:應用指南 系統集成》
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《高動態范圍(HDR)視頻技術 第2-2部分:應用指南 后期制作》
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《高動態范圍(HDR)視頻技術 第3-1部分:技術要求和測試方法 顯示設備》
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《高動態范圍(HDR)視頻技術 第3-2部分:技術要求和測試方法 便攜式顯示設備》
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《高動態范圍(HDR)視頻技術 第3-3部分:技術要求和測試方法 播放設備》
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《高動態范圍(HDR)視頻技術 第3-4部分:技術要求和測試方法 播放軟件》
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《高動態范圍(HDR)視頻技術第3-5部分:技術要求和測試方法 實時編碼設備》
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《高動態范圍(HDR)視頻技術 第3-6部分_技術要求和測試方法 播放軟件用設備》
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從概念的提出到形成草案,再到實施和部分落地僅用了兩年多,可以說HDR Vivid的發展速度非常快。據了解,目前包括采集、制作、編碼、傳輸、播放、解碼、顯示等產業鏈各環節都已做好HDR Vivid商用化的準備。HDR Vivid將迎來全面商用化,屆時消費者可以能夠通過大多數顯示設備看到更加豐富的色彩與畫面細節。
4. HDR Vivid的優勢HDR Vivid和其他的HDR標準相比,綜合優勢是非常明顯的:
HDR10 | HDR10+ | Dolby Vision | HDR Vivid | |
標準開發者 | CTA | 三星 | 杜比 | UWB |
開放性 | 免費 |
內容免費 設備制造商年費 |
私有 | 免費 |
亮度曲線 | PQ | PQ | PQ/HLG | PG/HLG |
位深 | 10bit | 10bit或以上 | 10/12bit | 10/12bit |
亮度峰值 | 4,000 nits | 4,000nits | 10,000nits | 10,000nits |
色彩空間 | Rec. 2020/P3-D65 | Rec. 2020/P3-D65 | Rec. 2020/P3-D65 | Rec. 2020/P3-D65 |
元數據 | 靜態 | 靜態+動態 | 靜態+動態 | 靜態+動態 |
調節細節 | 無 | 基于場景 | 基于場景 | 基于場景或逐幀調節 |
后相兼容 | 不兼容 | HDR10 | 相對較高 | 相對較高 |
相較于傳統的SDR(標準動態范圍)技術,HDR Vivid的制作域高光亮度已經是其40倍,最大亮度支持10000nit,并且支持10/12bit色深、P3到BT.2020色域。這使得HDR Vivid能夠通過增強明暗對比,建立更加鮮明的層次感和立體維度,更好地還原內容創作者的初衷,給予調色師更多的可能性,從而使得用戶能夠通過每一幀畫面感受到更加豐富的光影世界。
此外,HDR Vivid還能夠借助動態元數據和智能映射,根據每個場景的亮度和色彩信息動態調整顯示效果,從而在終端設備上呈現最優的觀看效果,確保消費者能夠獲得極致的視覺體驗。這使得HDR Vivid成為了一種極具潛力的高動態范圍技術,能夠進一步提升視頻的表現力和視覺效果,讓觀眾們能夠更好地享受高質量的視頻內容。
4.2 還原創作者真實意圖,用技術打造廣闊創作空間
HDR10+ 和杜比視界中使用的逐場景動態元數據調整允許在每個場景的基礎上進行逐幀調整。這意味著元數據可以優化每個單獨場景的亮度、對比度、色調和顏色,從而更準確、更逼真地呈現內容。這可以帶來更一致的跨場景觀看體驗,尤其是在從一個場景到另一個場景的照明或顏色發生顯著變化的情況下。但是,在單個場景中亮度、對比度和顏色快速變化的情況下,此方法可能效果不佳,因為元數據可能無法跟上變化。
HDR Vivid 中使用的逐幀動態元數據調整允許在每幀的基礎上進行調整。這意味著元數據可以優化每個單獨幀的圖像,從而更精確和細致地呈現內容。這可以帶來更逼真和更詳細的觀看體驗,尤其是在場景中照明或顏色快速變化的情況下。然而,這種方法可能需要更多的處理能力,并可能導致計算量更大的觀看體驗,這可能不適用于所有設備。但從執行效果來看,與Dolby Vision和HDR10+相比,HDR Vivid標準在色彩重現和明暗細節處理方面更加突出,可以更好地適應中國市場的特殊需求。
HDR Vivid技術可根據不同場景逐幀或逐鏡頭自動分析動態元數據,并且創作者還可以根據創作意圖手動調節元數據,從而使創作具有更多的靈活性。在實際調色中,HDR Vivid支持幀級動態元數據調節功能的應用可以讓制作人員和創作者更直接地觀察到畫面變化。在專業內容制作中,HDR Vivid的高動態范圍和寬色域屬性將最大程度地還原創作者的意圖,從畫面細節、層次和色彩方面呈現更多細膩和真實的效果。然而,不同的題材和場景需要進行美術、攝影、場景、燈光等的設計,因此,調色不能僅僅是“一鍵生成”,實際的效果和實用功能方向也會有所不同。
4.3 智能計算+個性化適配,實現多端統一
HDR Vivid動態元數據技術為視頻源每一幀圖像提供了亮度和色調信息,使每一幀畫面都能保留完整的亮度和色調,但不同產品類型、顯示技術的顯示終端硬件規格差異較大,畫面呈現也就千差萬別。所以,相同的信號如何在不同規格的終端上呈現出最佳且統一的畫質是HDR需要重點解決的關鍵技術問題。
針對顯示模塊環節的智能計算方案是HDR Vivid 在多終端顯示一致性的關鍵所在。HDR Vivid 的智能計算方案,是通過智能實時分析視頻源元數據和終端參數,自動適配最佳映射方案,使不同終端設備都能還原HDR 的優質畫面。
可見HDR Vivid這一技術與藝術相結合的標準,很大程度保證了實際到戶的效果。因此,HDR Vivid標準在統一終端呈現效果方面發揮了特別大的作用。
4.4端到端媒體系統標準
HDR Vivid 標準提供了公開、完善、先進的全鏈路端到端技術方案,技術內容包括HDR 前處理、編碼傳輸、解碼、HDR/SDR 顯示模塊,每個環節都提供了具體的算法和解決方案,完善和開放程度超過了國內外任何一種HDR標準。
現有UHD HDR視頻可平滑升級為HDR Vivid視頻,降低技術實現門檻。來自 HDR 源的動態元數據在前端制作階段被提取和編碼,并且在傳輸過程中不需要修改。自適應是基于設備端的動態元數據執行的。
4.5更好的本地化和定制能力
HDR Vivid標準的研發是由中國科學院電子學研究所和國內多家知名企業聯合開發的,這意味著中國在HDR技術領域擁有了更多的話語權和產業鏈布局的優勢。更好地適應中國市場的特殊需求,促進本土產業的發展,有助于增強超高清視頻技術在中國市場的競爭力。HDR Vivid標準的出現,可以提高超高清視頻的視覺效果和觀感體驗,有助于增強超高清視頻技術在中國市場的競爭力。
5. HDR Vivid的關鍵技術5.1HDR Vivid元數據結構
動態元數據定義 | 描述符 |
hdr_dynamic_metadata ( ) { | |
system_start_code u(8) | u(8) |
if(system_start_code==0x01|| system_start_code==0x02|| system_start_code==0x03||system_start_code==0x04||system_start_code==0x05||system_start_code==0x06||system_start_code==0x07){ | |
num_windows=1 | |
for( w = 0;w < num_windows;w++ ) { | |
minimum_maxrgb_pq[w] | u(12) |
average_maxrgb_pq[w] | u(12) |
variance_maxrgb_pq[w] | u(12) |
maximum_maxrgb_pq[w] | u(12) |
} | |
for(w = 0;w < num_windows;w++ ) { | |
tone_mapping_enable_mode_flag[w] | u(1) |
if( tone_mapping_enable_mode_flag [w]==1){ |
|
tone_mapping_param_enable_num [w] |
u(1) |
tone_mapping_param_num [w]++ |
|
for(i=0;i< tone_mapping_param_num [w];i++ ){ |
|
targeted_system_display_maximum_luminance_ pq[i][w] |
u(12) |
base _enable_flag[i][w] |
u(1) |
if(base _enable_flag[i][w]){ |
|
base_param_m_p[i][w] |
u(14) |
base_param_m_m[i][w] |
u(6) |
base_param_m_a[i][w] |
u(10) |
base_param_m_b[i][w] |
u(10) |
base_param_m_n[i][w] |
u(6) |
base_param_K1[i][w] |
u(2) |
base_param_K2[i][w] |
u(2) |
base_param_K3[i][w] |
u(4) |
base_param_Delta_enable_mode[i][w] |
u(3) |
base_param_enable_Delta[i][w] |
u(7) |
} |
|
3Spline _enable_flag[i][w] |
u(1) |
if(3Spline_enable_flag[i][w]){ |
|
3Spline_enable_num[i][w] |
u(1) |
3Spline _num++; |
|
for(j = 0;j < 3Spline _num;j ++ ) { |
|
3Spline_TH_enable_mode[j] [i][w] |
u(2) |
if((3Spline_TH_mode[j][i] [w]==0)||(3Spline_TH_mode[j][i][w]==2)){ |
|
3Spline_TH_enable_MB [j][i][w] | f(8) |
} | |
3Spline_TH_enable[j][i][w] | f(12) |
3Spline_TH_enable_Delta1 [j][i][w] | f(10) |
3Spline_TH_enable_Delta2 [j][i][w] | f(10) |
3Spline_enable_Strength[j][i][w] |
f(8) |
} |
|
} | |
} | |
} | |
color_saturation_mapping_ enable_flag[w] u(1) | u(1) |
if(color_saturation_mapping_flag[w]) { | |
color_saturation_ enable_num[w] | u(3) |
for(i = 0;i< color_saturation_num [w];i++ ) { | |
color_saturation_ enable_gain[i][w] | u(8) |
} | |
} | |
} | |
} | |
} |
元數據中的參數如下:
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系統起始碼system_start_code,8位無符號整數。表示系統版本號。
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RGB 分量最大值中的最小值minimum_maxrgb_pq[w],12位無符號整數,表示顯示內容的最小亮度。
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RGB 分量最大值中的平均值average_maxrgb_pq[w],12位無符號整數,表示顯示內容的平均亮度。
-
RGB 分量最大值中的變化范圍variance_maxrgb_pq[w],12位無符號整數,表示顯示內容的變化范圍。
-
RGB 分量最大值中的最大值maximum_maxrgb_pq[w],12位無符號整數,表示顯示內容的最大亮度。
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色調映射標識tone_mapping_enable_mode_flag[w],1位無符號整數,表示傳送色調映射的標識。
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色調映射參數數目tone_mapping_param_enable_num[w],1 位無符號整數, 表示當前色調映射參數組的數目減1 。
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參考目標顯示器最高亮度targeted_system_display_maximum_luminance_pq[I][w],12位無符號整數,表示元數據對應的參考顯示器的最高亮度。
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基礎曲線標識base_enable_flag[I][w],1 位無符號整數, 表示傳送基礎曲線的標識。
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基礎曲線參數m_p base_param_m_p[I][w],14 位無符號整數, 表示基礎曲線參數。
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基礎曲線參數m_m base_param_m_m[I][w],6 位無符號整數, 表示基礎曲線參數。
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基礎曲線參數m_a base_param_m_a[I][w],10 位無符號整數, 表示基礎曲線參數。
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基礎曲線參數m_b base_param_m_b[I][w],10 位無符號整數, 表示基礎曲線參數。
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基礎曲線參數m_n base_param_m_n[I][w],6 位無符號整數, 表示基礎曲線參數。
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基礎曲線參數K1 base_param_K1[I][w],2位無符號整數,表示基礎曲線參數。
-
基礎曲線參數K2 base_param_K2[I][w],2位無符號整數,表示基礎曲線參數。
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基礎曲線參數K3 base_param_K3[I][w],4位無符號整數,表示基礎曲線參數。
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基礎曲線調整模式base_param_Delta_enable_mode[I][w],3位無符號整數,表示當前基礎曲線映射參數的調整系數模式。
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基礎曲線調整系數base_param_enable_Delta[I][w],7 位無符號整數, 表示當前基礎曲線映射參數的調整系數值。
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三次樣條標識3Spline_enable_flag[I][w],二值變量。值為‘1’表示應傳輸三次樣條參數。值為‘0’表示不應傳輸三次樣條參數。
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三次樣條區間組數量3Spline_enable_num[i][w],1位無符號整數,指示色調映射使用的三次樣條區間組數量。
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三次樣條區間模式標識3Spline_TH_enable_mode[j][I][w],2位無符號整數,指示色調映射的三次樣條模式。該值的范圍為0-3。
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三次樣條區間斜率和暗區偏移量標識3Spline_TH_enable_MB[j][I][w],8位無符號整數,指示色調映射的三次樣條區間參數的斜率和暗區偏移量。
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三次樣條區間參數3Spline_TH_enable[j][I][w],12 位無符號整數, 指示色調映射的三次樣條區間參數。
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三次樣條區間2 偏移量3Spline_TH_enable_Delta2[j][I][w],10位無符號整數,指示色調映射的三次樣條區間參數偏移量。
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三次樣條區間調整強度3Spline_enable_Strength[j][I][w],8位無符號整數,指示色調映射的三次樣條區間的修正幅度參數。
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顏色校正標識color_saturation_mapping_enable_flag[w],二值變量。值為‘1’表示應傳輸顏色校正參數,值為‘0’表示不應傳輸顏色校正參數。
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顏色校正數目color_saturation_enable_num[w],3 位無符號整數, 指示顏色校正數目參數。
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顏色校正強度color_saturation_enable_gain[I][w],8 位無符號整數, 指示顏色校正強度參數。
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5.2基礎曲線和三次樣條曲線
從上面元數據的參數中,我們看到了大量提到兩個關鍵詞:基礎曲線和三次樣條曲線。這兩個曲線在HDR Vivid色調映射(Tone Mapping)中發揮關鍵作用。
基礎曲線通常是根據人眼視覺感知模型來設計的,以確保圖像在不同亮度級別下具有合理的對比度和飽和度,并使其在不同的HDR顯示設備上具有一致的外觀。而三次樣條曲線則可以根據特定設備的響應特征進行優化,以最大程度地保留圖像的細節和動態范圍。三次樣條曲線由多個小段組成,每個小段都是一條三次多項式曲線。這些小段通過節點進行連接,并且可以根據實際需要進行調整。三次樣條曲線比基礎曲線更加平滑和精確,因此可以更好地適應各種顯示設備的響應特征。
在Tone Mapping過程中,基礎曲線通常被用作初始曲線,它定義了將輸入信號映射到輸出信號的基本方式。三次樣條曲線則被用來進一步優化這個過程,以使得圖像在不同亮度級別下具有更好的細節和對比度。通過一次樣條和低亮區三次樣條,可以保護暗部細節,并防止這些細節被壓得過暗。而通過高亮區三次樣條,可以最大化地保留高亮細節,并避免這些細節被過度壓縮。這樣就可以使圖像在各種不同的HDR顯示設備上呈現出最佳的外觀效果。
5.3 飽和度調節(Saturation Adjustment)
我們在動態元數據參數定義的最后,還看到了顏色校正,這個其實說的就是飽和度調節。
亮度改變帶來的最大問題就是會同時造成飽和度的改變。因此,HDR Vivid 技術在進行色調映射后,還會進行顏色校正即飽和度調節,保證其色彩與映射前的源主觀效果一致。當涉及到HDR Vivid的飽和度調節時,一般會有兩個主要考慮因素:人眼對顏色的感知和顯示設備的響應特性。
對于人眼對顏色的感知,需要考慮到顏色的飽和度與亮度之間的相互作用。當亮度較低時,飽和度可能會變得更難以感知,而在高亮度下則可能更容易感知。因此,在進行HDR Vivid飽和度調節時,需要根據顯示設備的亮度范圍,對不同亮度下的飽和度進行適當的調整,以確保飽和度的變化在不同亮度范圍內都能夠被人眼準確感知。
此外,對于顯示設備的響應特性,需要考慮到不同設備的顏色響應曲線可能存在差異。因此,針對不同的HDR顯示設備,可能需要使用不同的飽和度調節曲線,以適應不同的設備響應特性。這可以通過對HDR Vivid飽和度曲線進行調整來實現。
6. HDR Vivid的E2E方案HDR Vivid標準體系已經完成端到端技術規范、應用集成規范、認證測試規范等,并持續進行標準演進,以實現快速、可持續、高質量的發展。為了保證最優的顯示效果,準確地把握每一個環節的要點與要求,HDR Vivid 構筑了端到端解決方案。首先,源端輸入為PQ/HLG 格式的HDR 視頻;前處理模塊可以基于HDR 視頻進行分析,生成靜態元數據與動態元數據;編碼傳輸模塊可以將HDR 視頻與元數據進行編碼封裝,輸出HDR Vivid 碼流;解碼模塊可以對碼流進行解碼分析,得到HDR解碼視頻與元數據;HDR 和SDR 顯示模塊會結合元數據與目標顯示終端參數,對HDR視頻進行相應的顯示適配處理,并在顯示終端上正確顯示。
下面將分別介紹內容制作端、內容分發與終端處理方案。
6.1 內容制作端方案
制作HDR Vivid圖像需要使用一系列的后期制作技術和軟件工具。通過合理的處理和優化,可以實現最佳的圖像效果,并最大化地保留圖像的細節和動態范圍。在制作HDR Vivid圖像時,需要采用一系列的后期制作技術來達到最佳效果。
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色彩校正和匹配:在制作HDR Vivid圖像之前,需要對拍攝的RAW文件進行基本的色彩校正和匹配,以確保不同攝影機拍攝的圖像色彩一致性。這可以通過使用專業的色彩校正軟件和調色板來完成。
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色調映射:制作HDR Vivid圖像的關鍵步驟之一是色調映射。色調映射是將高動態范圍圖像轉換為低動態范圍圖像的過程。在這個過程中,需要使用適當的算法來處理圖像的亮度和飽和度,并確保在不同的顯示設備上呈現出最佳的圖像效果。
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色彩分級和修飾:在制作HDR Vivid圖像時,需要對圖像進行適當的色彩分級和修飾。這可以通過使用專業的調色軟件來實現。通過對圖像的色彩進行微調和修飾,可以進一步增強圖像的色彩和對比度,并增加圖像的深度和細節。
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噪聲和銳化:在HDR Vivid圖像制作的過程中,噪聲和銳化也是需要考慮的因素之一。在這個過程中,需要使用適當的軟件工具來降低噪聲并增加圖像的銳度和清晰度。這可以提高圖像的質量和視覺效果。
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輸出和呈現:在HDR Vivid圖像制作完成后,需要對圖像進行適當的輸出和呈現。這可以通過使用專業的HDR顯示設備來實現。使用HDR顯示設備可以確保圖像在不同的光線環境下都具有一致的色彩和亮度,并最大化地保留圖像的細節和動態范圍。
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隨著HDR Vivid標準的發布和越來越多的HDR Vivid視頻內容的需求,相關視頻后期制作廠商確實在第一時間重視并積極跟進。主流的后期編輯系統,如索貝EditMax提供了對HDR Vivid標準的全面支持,這使得視頻后期制作的流程更加高效和便捷。
作為國內主流影視后期制作工具,索貝在 HDR Vivid 問世之初就參與相應的調研和研究,并將其與各種算法效果對比,對相關規則進行了調整和修改。在算法成型后就進行了相應的設計研發。開發的成果也同時拿到內容制作方進行驗證。用戶的反饋表明基于理論層面上設計的東西,基本上都可以進行相應的調整、預覽,并有了初步可接受的處理效率,無論前期的試驗效果還是后來的大規模使用,基本都達到了預期。
HDR Vivid標準發布后,也得到了海外制作工具廠商和專業的調光調色軟件的認可與支持,例如Blackmagic Design DaVinci Resolve Studio和FilmLight Baselight等。
2022 年4月,Blackmagic Design發布了DaVinci Resolve 18,新版本在Windows、Mac和Linux三大平臺支持了HDR Vivid 標準的功能。DaVinci Resolve 18 提供了包括HDR Vivid在內的元數據設置面板、HDR 模式節點調整、支持ST.2084和HLG HDR色彩映射的色彩空間變換、支持HDR監看的內建示波器。DaVinci Resolve 18 還加入了一個全新的下一代HDR 一級調色面板,支持自定義區域曝光和調色控制,以及感知色彩一致圖像處理,讓用戶可以對HDR 調色進行全面控制。
FilmLight 公司對 HDR Vivid 標準的發布和應用同樣高度重視,認為 HDR Vivid 將會成為未來一個具有強技術性、且被影視行業高度認可和接受的新的HDR 標準。因此,早在 2021 年中,FilmLight 公司就開始積極探討支持 HDR Vivid 的可行性。經過半年時間的對接商討,最終決定首先讓 FilmLight 的 Baselight調色完成系統集成 HDR Vivid。FilmLight 在高端市場始終擁有穩定的客戶群體,其 Baselight 調色系統于 2007 年引進中國,很快就成為數字中間片行業首選的調色系統。
隨著越來越多的專業軟件支持HDR Vivid標準,相關的視頻后期制作技術也得到了快速的發展和普及,這使得HDR Vivid視頻的制作成本逐漸降低,而制作速度也得到了大幅提升。這將進一步推動HDR Vivid技術的普及和應用,為觀眾帶來更加真實、震撼的視覺體驗。
6.2 內容分發方案
在內容分發階段,其中很關鍵的一環是云端轉碼方案。云端智能處理場景是利用云端算力,對HDR Vivid 視頻進行轉碼處理,以及自動化生成HDR Vivid的重要手段。目前云端已具備帶有將HDR Vivid 元數據進行解析和透傳的能力。云端轉碼的處理流程包括對輸入文件格式的解析、解碼、處理、編碼、輸出文件格式生成等步驟。
端到端的自動化云端HDR 媒資生產過程主要有:
元數據修改后直接透傳。先將元數據解析成文本格式(如XML 或者JSON 格式),進一步修改后,再根據標準嵌入到媒體流中。通過元數據的直接透傳,可將原視頻的元數據信息直接寫入轉碼后的視頻,保證原始作者的創作意圖。
非HDR Vivid 視頻轉換后修改再透傳。如果輸入的原始視頻是不帶有HDR Vivid元數據的HDR 視頻,那么可以根據標準自動生成元數據并嵌入視頻流。
對于輸入源視頻為SDR 視頻的情況,可先將SDR 視頻轉換為HDR 視頻,轉換方式可采用傳統逆色調映射(Inverse Tone Mapping)或者基于AI 技術進行轉換,轉換后對原始畫質進行提升重建,然后進行元數據的自動化生成和寫入。
6.3終端處理方案
接收端播放設備在接收到HDR Vivid碼流后,需要先進行視頻解碼,分析出其中的動態元數據并基于此進行HDR 渲染,最終呈現出高質量的畫面內容。這里的HDR Vivid 碼流可以是經過后期制作的精品內容,也可以是直播場景中的實時碼流等。具體實現基本流程如下圖顯示:
一般可以將解碼方式分為兩種:硬件解碼和軟件解碼。
6.3.1 硬件解碼
硬件解碼播放是指終端顯示設備利用自身具備的硬件解碼能力,從HDR Vivid碼流中解析出動態元數據并根據元數據進行動態映射及色彩校正,最終在設備上正確顯示的過程。目前,支持硬件解碼播放HDR Vivid 的設備日趨多元化,包括且不限于相應品牌電視、手機、平板電腦等。即使是尚不具備硬件解碼能力的顯示設備,也可能通過支持軟件解碼播放的APP、播放器等,觀看到HDR Vivid內容。若以上解碼能力皆不具備,終端顯示設備會將元數據丟棄,按原始碼流格式正常播放(HDR10/HLG),這也體現了HDR Vivid良好的后向兼容性。
6.3.2 軟件解碼
軟件解碼播放是指依靠軟件解碼能力將動態元數據從HDR Vivid碼流中解析出來,并基于此在終端設備上進行動態映射及色彩校正并正確顯示的過程。目前,應用的具體形式包括且不限于智能手機、平板電腦、智能電視上的APP 以及PC 上的視頻播放器等。由于該方案不受硬件設備支持的限制,一定程度上對大范圍地推廣優質HDR Vivid 內容有著積極的影響,有利于促進HDR Vivid 產業鏈的形成與發展,也可以看作對硬件解碼播放場景一個較好的補充。
7. HDR Vivid的發展建議7.1當前的進展
HDR Vivid標準發布兩年以來,在內容供給、制作工具、服務平臺、編碼傳輸、芯片、終端設備等產業鏈各環節均取得了一系列突破。該標準的核心技術已實現在超高清視頻內容制作、編碼、接收、解碼、顯示等端到端的全產業鏈布局,率先應用于北京冬奧會、冬殘奧會的相關轉播活動。
截至到2022 年10 月,電信運營商IPTV 用戶超過3.7 億,4K/8K 智能機頂盒支持HDR Vivid,會為用戶提供更真實的HDR Vivid超高清視頻體驗。根據電信運營商IPTV 業務規劃和集采要求,中國電信4K 智能機頂盒、移動魔百和均支持HDR Vivid。
在百城千屏等大屏應用方面,眾多屏幕廠家積極參與UWA 聯盟相關標準制定工作。通過HDR Vivid 技術加持為戶外大屏能夠帶來超高清晰度、超高亮度、超高對比度、高刷新率和廣視角、廣電級超高清畫面顯示。
在2022 年11 月卡塔爾足球世界杯, 中國移動攜手世界超高清視頻產業聯盟共同推動HDR Vivid、Audio Vivid 商用落地,打造纖毫畢現、聲臨其境的視聽盛宴。這也是我國自主超高清音視頻標準首次用于世界杯直播,國產超高清音視頻標準進入“移動端規模化商用”時代。
另外,在短視頻、網絡直播、VR/XR、游戲、微信視頻以及在工業、農業、醫療健康行業應用領域,產業伙伴都在積極應用創新技術,HDR Vivid 也在各種業務場景得到探索和實踐。
7.2 未來發展建議
作為一項新興的技術標準,HDR Vivid在未來的發展中仍有很大的潛力和機會。以下是對HDR Vivid未來發展的幾條建議:
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推廣宣傳:為了推廣HDR Vivid技術,需要更多的推廣宣傳。可以在各種媒體上進行宣傳,如互聯網、電視廣告、影院宣傳等,以吸引更多的觀眾和生產者。同時也可以在專業的行業展覽上進行宣傳,以向專業人士展示HDR Vivid的潛力和優勢。
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開發專業設備:隨著HDR Vivid的普及,需要更多的專業設備來支持它的應用。例如,HDR Vivid顯示器、攝像機、投影儀等,這些設備需要滿足HDR Vivid的高要求,并且需要與HDR Vivid標準兼容。
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增強后期制作技術:HDR Vivid標準需要更高水平的后期制作技術來支持,因此需要繼續開發和完善相關的后期制作技術,以滿足制作的需求。例如,更高效的調色調光工具、更高精度的色彩映射算法等。
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促進開放合作:吸引世界范圍優質產業資源加入到標準體系的產業生態構建中,加快技術標準在廣播電視、新媒體、影視娛樂等方面的應用推廣。構建端到端產業鏈,推動上下游深入合作,促進標準的規模應用。
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拓展應用領域:以重大賽事、活動推動標準應用與普及。推動在文娛、工業制造等領域的應用,打造標桿案例。以體育、娛樂等重大活動賽事為抓手,推動標準先行先試,以具體落地案例促進產業鏈上下游的深度合作,提升觀眾認知。除了影視制作領域,HDR Vivid技術還可以應用于其他領域,如游戲、虛擬現實、衛星地圖等。因此,需要拓展HDR Vivid的應用領域,以創造更多的商業機會。
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總之,HDR Vivid技術在未來的發展中需要不斷推廣和完善,才能更好地服務于影視制作行業,并在其他領域得到更廣泛的應用。面向未來2-3 年,通過加快部署面向個人、家庭、車載、影院、行業的應用,鼓勵內容制作行業,分發平臺加快內容制作和分發,加速產業鏈構筑,推進行業演進,構筑未來超高清視音頻產業的技術和人才基礎。
好了,十期的超高清視頻系列本期就是最后一期了,下次,我們將挖新坑,再帶著大家探索其他的技術領域。對超高清視頻有興趣的同學,可以點擊下面的往期回顧,進一步理解整個系列的全貌。
————<超高清視頻系列完>————
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原文標題:河套IT TALK 71: (原創) 一文讀懂中國高動態范圍視頻標準HDR Vivid(萬字長文)
文章出處:【微信號:開源技術服務中心,微信公眾號:共熵服務中心】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。
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