[机翻文档3]HDR视频和10位视频

[机翻文档3]HDR 视频和 10 位视频
引入 HDR 视频，这正逐渐成为一种趋势。
1. 基本原则■ 10 位样本大小和 HDR 视频
正如您在色彩空间和位深度中看到的，区分 8 位和 10 位图像的标准是样本的大小 （每个像素每个通道的一段数据 ）。对于 8 位图像，每个通道最多可以具有 2 的 256 次方个阶的值，但 10 位图像每个通道最多可以具有 1024 个阶（= 2 的 10 次方）的值，这是 8 位图像的四倍，因此表达范围更广。这可以扩展图像信号的动态范围 (DR)，因此它成为具有比现有 SDR（标准动态范围） 更广泛表达范围的 HDR（高动态范围） 图像的基础。通常， 并非所有 10 位图像都是 HDR 图像，但要成为 HDR 图像，样本大小必须至少为 10 位。


<HDR10 影片截图>


<色调映射处理不正确时播放器上显示的 HDR10 视频>
■ 色彩空间
要理解 HDR 视频，首先要简单了解一下色彩空间，即图像表达的基础。色彩空间的国际标准遵循 ITU-R（联合国国际电信联盟（ITU）的无线通信部门）制定的建议。随着电视相关技术的进步，以下建议正在成为标准。
① Rec. 601 (BT.601)
SDTV 的色彩空间规范
② Rec. 709 (BT.709)
高清电视的色彩空间规范。几乎与 Rec. 601 相同。与 sRGB 色彩空间相同。


<CIE 1931 x, y 在色彩图上 BT.709 颜色空间>
③ 2020 年唱片（BT.2020）
UHDTV 的色彩空间标准。其色彩表现范围比 BT.709 宽约 211%。


<CIE 1931 x, y 在色彩图上 BT.2020 颜色空间>


<BT.709和 BT.2020 比较色彩空间>
④ Rec. 2100 (BT.2100)
HDR 图像的规格。色彩空间本身与 BT.2020 相同，但 HDR 的伽马转换（传递函数）是新定义的。
总而言之， 目前编码时只需要关注两个色彩空间：BT.709 和 BT.2020 。唯一的区别在于 BT.2020 与 HDR 视频相关，需要额外注意一些设置。
■ 传递函数
用电磁术语来说，它是一种预测设备在给定输入值时输出的函数。可以简单地理解为一个能够适当转换亮度的“伽马转换函数”。它也被称为传输特性。
SDR 视频的转换函数称为 BT.601 和 BT.709，与色彩空间名称相同，编码时无需担心太多，但对于编码 HDR 视频，您需要记住以下两个转换函数。
① PQ（感知量化器）
SMPTE ST 2084 ，由一个名为 SMPTE 的组织提出，基于 BT.2020 色彩空间，支持高达 10,000 cd/m2 的亮度。在 x265 中， smpte2084 。主要用于转换函数
② HLG（混合对数伽马）
这是由 BBC 和 NHK 提出的，是现有 SDR 的伽马曲线和对数曲线的混合。它的优点是兼容 SDR 显示器。在 x265 中，它是 arib-std-b67 。
■ HDR 标准
由于 HDR 视频这个术语本身有些模糊，因此使用以下标准：
① HDR10
这是由美国消费者技术协会 (CTA) 提出的标准，是 10 位位深 + Rec. 2020 色彩空间 + SMPTE ST 2084 (PQ) 转换功能的组合。此外， SMPTE ST 2086 中规定的“Mastering Display Color Volume”静态元数据——例如 MaxFALL（最大帧平均亮度级）和 MaxCLL（最大内容亮度级）——必须作为补充增强信息 (SEI) 消息插入到视频流中。作为一项开放标准，它是最广泛采用的。
② HDR10+
HDR10 是由三星和亚马逊视频共同提出的标准，该标准规定 HDR10 将在现有的 SMPTE ST 2086 静态元数据的基础上，添加由三星提出的 SMPTE ST 2094-40 动态元数据。该标准无需支付许可费用，由三星、松下和二十世纪福克斯共同创立的 HDR10+ 联盟管理。
③ 杜比视界
这是杜比提出的付费格式。与其他现有标准相比，它提供 12 位支持和更高的峰值亮度（10,000 cd/m²）。它还添加了杜比提出的 SMPTE ST 2094-10 动态元数据。LG、TCL、Vizio 等公司均支持该格式。
④ SL-HDR1
这是欧洲公司提出的一种标准，使用 HLG 代替 PQ 作为转换函数。它向后兼容 SDR 内容，除了 SMPTE ST 2086 静态元数据外，还添加了 SMPTE ST 2094-20 和 2094-30 动态元数据。
2. HDR 编码方法■ 将 HDR 源编码为 HDR 视频
将 HDR 视频从其原始源重新编码为 HDR 视频（通常为 HDR10）时，需要牢记以下几点：
① 像素格式相关
由于目前分发的大多数 HDR 视频的样本大小为 10 位，因此您需要指定未压缩的数据格式为 10 位，并选择可以处理它的配置文件。
对于 FFmpeg，使用常规选项 -pix_fmt yuv420p10le 指定 10 位像素格式，对于 x264，选择 high10 作为配置文件，对于 x265，选择 main10 。
②色彩空间、转换函数相关（HDR10）
必须指定输出图像的精确色彩空间信息（原色和色彩矩阵）和传输特性。
对于 FFmpeg，提供常规选项 -color_primaries bt2020 -colorspace bt2020nc -color_trc smpte2084 ，对于 x264 和 x265，指定相应项目作为视频流的 VUI（视频可用性信息）元数据。
对于 x265，添加以下独特选项设置：
-x265-params colorprim=bt2020:colormatrix=bt2020nc:transfer=smpte2084
③ 将静态元数据插入视频流（HDR10、SMPTE ST 2086）
此参数传递给编码器，以便它可以将播放所需的静态元数据插入视频流，以便在支持 HDR10 的电视上播放。
x264 缺乏这方面的支持，所以我主要使用 x265。在 -x265-params 中设置 master-display 和 max-cll 等选项。（请参阅 x265 手册的这一部分和这一节 。）
■ 将 HDR 源编码为 SDR 视频
可以将 HDR 视频编码为 8 位 SDR 图像，但关键在于相对准确地保留原始图像的丰富色彩 。这需要一个称为色调映射的过程，FFmpeg 通过 tonemap 和 zscale 滤镜提供了该过程。确保像素格式、色彩空间和转换函数适用于 8 位视频也很重要。
Shanaincoder 自 4.9.0.6 版本起在快速设置中提供了 HDR ⇒ SDR 转换所必需的色调映射功能，因此您可以使用预设相对轻松地进行编码。


□ 关于 10 位编码的一些评论
有时你会看到 8 位原片未经任何色彩空间转换（色调映射）就编码为 10 位。（目前，许多卷盘式录音机制作团队都在翻录 SDR 蓝光光盘并使用 x265 编码。）
您可能想知道 10 位编码是否比 8 位编码产生更好的视频质量。最终，这取决于编码器 。许多报告表明，在 x265 和 Aomenc (AV1) 等大量使用内环滤波器的编码器中，可以观察到显著的差异，尤其是在带状方面。
将 8 位 SDR 原片编码为 10 位存在问题，即通用性和色彩质量 。虽然这种编码在电脑上运行良好，但在不支持 HDR 的高清电视上却无法播放，因为无法播放 10 位视频。即使在 HDR 高清电视上观看，也看不到 HDR 的鲜艳色彩。这只不过是将 SDR 原片编码为 10 位而已。
要在不支持 HDR 的高清电视上观看，您需要将其重新编码为 8 位。这需要像素格式转换，在某些情况下还需要进行色调映射，这是一项繁琐的额外任务，并且会导致图像质量再次下降。

原文：shana.pe.kr/shanaencoder_tip/80753