HDR视频

小林是个程序员
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HDR（high dunamic range，高动态范围）与之相对的是SDR（standard dynamic range，标准动态范围）。

HDR主要的三种标准

1. Dolby Vision

Dolby Vision（中文名：杜比视界）是美国杜比实验室推出的影像画质技术，通过提升亮度、扩展动态范围来提升影像效果。它可以提升视频信号保真度，从而让图像的无论从亮度、色彩还是对比度角度看都非常逼真。也是采用 PQ 广电转换函数。

2. HLG

HLG的全称是Hybrid Log Gamma（混合对数伽马），它是由英国BBC和日本NHK电视台联合开发的高动态范围HDR的一个标准。HLG不需要元数据，能后向兼容SDR，相比HDR10，它的画面即使在现有的SDR显示设备上，也能呈现得更加艳丽动人。

3. HDR 10

HDR10，2015年8月27日，美国消费电子协会公布的hdr10媒体档案，俗称hdr10，使用建议2020色彩空间，Perceptual Quantizer（PQ），和10位的位深度。hdr10是由各种各样的公司支持。

HLG 的输出不带元素数据，其编码值是相对值，按照百分比进行。 最大照度值=显示设备的技术指标，因此 HLG 可以根据不同的显示设备显示出不同   程度的 HDR 效果，具备自适应性能。

HDR10和Dolby Vision都是PQ绝对值显示，PQ 的输出带元数据，其编码值是绝对亮度值。其输出可以有很多版本，比如 500nit，1000nit，2000nit 等等。如果显示设备没有达到输出版本的亮度要求，则高亮部分会被切掉。

1、真正的HDR究竟是什么呢？以技术定义而言，HDR遵循自己独有的一套光电转换机制，即光信号与电信号之间的转换。

2、HDR可以带来更宽广的动态范围，那么HDR与SDR的不同之处在哪里？首先还是技术方面，两者的伽马曲线不同。伽马曲线定义了影像系统中光线辉度的一种非线性变化。SDR与HDR使用了不同的伽玛曲线，这决定了我们在看HDR片源，能够看到更多的亮度信息。那么最终表现在实际效果上时，HDR就拥有更高的色深、更广的动态范围和更强的色彩表现力。但因为HDR与SDR两个不同的伽玛曲线，所以也造成了两者在相互兼容性上的问题存在。

3、虽然HDR10是第一个达到普世目的的HDR标准，但它却不是第一个HDR标准，Dolby Vision才是。有趣的是，Dolby Vision与HDR10基于同一套HDR机制，结果却“分道扬镳”走了完全不同的两条路。

整个视频是统一的元数据，就叫静态HDR，比如HDR10；

不同场景有不同元数据，就称为动态元数据，杜比视界（ST2094-40）和HDR10+（ST2094-10）就属于动态元数据；

HLG没有元数据。

编码HDR

在iOS端如果想编码出HDR视频，videotoolbox需要以下配置：

VTCompressionSessionCreate...
VTSessionSetProperty(m_session, kVTCompressionPropertyKey_TransferFunction, kCMFormatDescriptionTransferFunction_ITU_R_2100_HLG);
VTSessionSetProperty(m_session, kVTCompressionPropertyKey_ColorPrimaries, kCMFormatDescriptionColorPrimaries_ITU_R_2020);
VTSessionSetProperty(m_session, kVTCompressionPropertyKey_YCbCrMatrix, kCMFormatDescriptionYCbCrMatrix_ITU_R_2020);

解码HDR

iOS端，使用videotoolbox解码时需要以下配置。 这三个参数来自 developer.apple.com/news/?id=rw… 里面介绍导出HDR视频时需要设置的参数。如果忘了设置，则解码画面偏白，并且解码后的YCbCrMatrix为默认的ITU_R_709_2。

CFMutableDictionaryRef extensions = CFDictionaryCreateMutable(**NULL**, 0, &kCFTypeDictionaryKeyCallBacks, &kCFTypeDictionaryValueCallBacks);
CFDictionarySetValue(extensions, kCMFormatDescriptionExtension_ColorPrimaries, kCMFormatDescriptionColorPrimaries_ITU_R_2020);
CFDictionarySetValue(extensions, kCMFormatDescriptionExtension_TransferFunction, kCMFormatDescriptionTransferFunction_ITU_R_2100_HLG);
CFDictionarySetValue(extensions, kCMFormatDescriptionExtension_YCbCrMatrix, kCMFormatDescriptionYCbCrMatrix_ITU_R_2020);
status = CMVideoFormatDescriptionCreate(NULL, codecType, width, height, extensions, &formatDescriptionOut);

iOS端，使用AVAssetReaderTrackOutput解码时，不需要vtb那些配置，只需要检测到是HDR，指定outputSettings的pixel format即可

outputSettings = @{(id)kCVPixelBufferPixelFormatTypeKey: @(kCVPixelFormatType_420YpCbCr10BiPlanarVideoRange)};

Android端，使用Mediacodec解码时，不需要配置color range、color transfer、color primaries。因为这些参数都在SPS中，只是VTB可能比较谨慎吧。

渲染HDR

iOS端

  1. 使用AVSampleBufferDisplayLayer，有高亮效果。
  2. 使用CAMetalLayer，并设置 wantsExtendedDynamicRangeContent 为 YES，有高亮效果。（iOS16后新增）

参考：文章 文章1

编辑HDR

未完待续

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