菁彩HDR（HDR+Vivid）技术白皮书V2.0

菁彩HDR（HDRVivid）技术白皮书 菁彩HDR（HDRVivid） 技术白皮书 （V2.0） 世界超高清视频产业联盟2022-12-15 前言 本文件由UWA联盟秘书处组织制订，并负责解释。本文件发布日期：2022年12月15日。 本文件由世界超高清视频产业联盟提出并归口。 本文件归属世界超高清视频产业联盟。任何单位与个人未经联盟书面允许，不得以任何形式转售、复制、修改、抄袭、传播全部或部分内容。 本文件主要起草单位： 世界超高清视频产业联盟、中央广播电视总台、中国电子技术标准化研究院、中国电子信息产业发展研究院、华为技术有限公司、上海海思技术有限公司、国家广播电视总局广播电视科学研究院、国家广播电视总局广播电视规划院、中国电信集团有限公司、中国移动咪咕公司、中国移动智慧家庭运营中心、中国联合网络通信集团有限公司、工业和信息化部电子第五研究所、深圳市腾讯计算机系统有限公司、北京爱奇艺科技有限公司、北京百度网讯科技有限公司、优酷信息技术（北京）有限公司、成都索贝数码有限公司、杭州当虹科技股份有限公司、FilmLightLtd.、日本夏普株式会社、TCL实业控股股份有限公司、康佳集团股份有限公司、海信视像科技股份有限公司、深圳创维-RGB电子有限公司、青岛海尔多媒体有限公司、荣耀终端有限公司、OPPO广东移动通信有限公司、北京小米电子产品有限公司、京东方科技集团股份有限公司、北京数码视讯科技股份有限公司、北京新奥特集团、联发科技股份有限公司、深圳市洲明科技股份有限公司、利亚德光电股份公司、北京宇田索诚科技股份有限公司、上海数字电视国家工程研究中心有限公司、上海文化广播影视集团、上海东方传媒技术有限公司、山东广播电视台 本文件主要起草人： 张文刚、李岩、马悦、刘斌、宁金辉、陈仁伟、张鸿宇、王新革、温晓军、宋籽锌、余全合、王弋川、吴东昇、袁乐、文殿杰、罗传飞、郭晓强、周芸、李琳、单华琦、郭佩佩、王琦、李康敬、许海滨、陈维、程剑、林琳、谢超平、陈勇、刘轶、张炎、邢怀飞、尤莉、查丽、李大龙、孙磊、王晨亮、罗永林、王志航、泮利、张峰、于磊、顿胜堡、周骋、杨蕊菡、张曼华、徐遥令、陈迅、韩秋峰、王烨东、韦胜钰、王亚明、戴霖、白建军、唐迅、刘莉、王斌、李艳军、郭斌、管志鹏、殷惠清、谭胜淋 免责说明： 1.本文件免费使用，仅供参考，不对使用本文件的产品负责。 2.本文件刷新后上传联盟官网，不另行通知。 目录 1.背景1 2.菁彩HDR标准体系2 3.菁彩HDR技术简介3 3.1技术原理3 3.2关键技术参数6 3.3核心价值7 3.3.1技术优势7 3.3.2应用优势8 4.端到端解决方案9 4.1内容制作端方案9 4.1.1后期制作方案9 4.1.2直播方案10 4.1.3云端转码方案10 4.2终端处理方案11 4.2.1硬件解码播放11 4.2.2软件解码播放12 4.3实际效果样例12 5.菁彩HDR进展与发展建议14 5.1当前进展14 5.2发展建议16 附录18 附录1：缩略语说明19 附录2：索贝后期制作解决方案20 附录3：Baselight菁彩HDR制作方案33 附录4：当虹Arcvideo在线多屏编转码方案46 附录5：数码视讯Sumavision超高清实时编解码方案56 附录6：腾讯视频菁彩HDR端到端方案61 附录7：百度智能云智感超清菁彩HDR端到端方案67 附录8：咪咕视频菁彩HDR端到端直播解决方案73 附录9：菁彩HDR终端测试认证方法76 1.背景 菁彩HDR（HDRVivid）技术白皮书 随着5G、光纤等网络技术的普及终端显示能力的进一步提升，“真实”、“沉浸”的超高清音视频体验时代已来。高动态范围（High-DynamicRange，简称HDR）作为超高清音视频产业的关键技术之一，比传统的标准动态范围（StandardDynamicRange，简称SDR）拥有更广的色彩容积和更高的动态范围，为图像保留更多细节。超高清HDR加上宽色域能让视频亮度层次和色彩的呈现更真实、更自然。HDR的高光亮度最高是SDR的100倍，暗部亮度最低达到0.0005cd/㎡，通过丰富的图像亮部、暗部细节以及更广的颜色空间，在对比度、灰度、色彩等维度上提升影像质量，使画面中所有色彩最大程度保留明暗变化的细节，让用户眼中的影像更加细腻真实，更富有感染力。 现阶段传统的静态元数据无法保证相同内容在不同终端设备上一致化、最佳的显示效 果，故而逐渐向动态元数据（DynamicMetadata）演进。通过使用动态元数据，视频中每一帧或每一个场景中的关键特性都将被提取并传输，显示终端基于动态元数据并结合自身的显示能力对源视频进行映射处理（ToneMapping），更好地实现场景适配。 目前支持动态元数据和HDR/SDR显示适配、场景适配主要为商业方案。业界面临以下挑战：（1）部分技术方案的专利费用高导致产业链成本居高不下，支持的设备未形成规模，生态呈现碎片化；（2）HDR多种技术标准共存，标准间的兼容性较差，不能覆盖主流终端的适配、认证及测试过程，导致终端呈现效果差异明显，用户难以获得一致的视觉体验。（3）支持HDR的内容仍较为匮乏，工具仍需优化。因此，业界对HDR新技术标准存在迫切诉求。 在世界超高清视频产业联盟（UWA）的组织下，基于开放、先进、友好的原则，制定了提供动态元数据和HDR/SDR显示适配功能的菁彩HDR（HDRVivid）（简称菁彩HDR或HDRVivid）技术标准及解决方案。2020年联盟发布技术团体标准，2022年广电行标 《高动态范围电视系统显示适配元数据技术要求》GY/T358—2022发布。未来将进入规模化发展阶段。 2.菁彩HDR标准体系 菁彩HDR系列标准包括技术规范、应用指南和终端设备技术要求和测试方法，覆盖了产业链的所有相关环节。现有标准体系如下图所示： 图1HDR标准技术体系截止到2022年10月，已发布标准如下： 1)T/UWA005.1-2022_高动态范围（HDR）视频技术第1部分元数据及适配 2)T/UWA005.2-1-2022高动态范围（HDR）视频技术第2-1部分：应用指南、系统集成 3)T/UWA005.2-2-2022高动态范围（HDR）视频技术第2-2部分：应用指南、后期制作 4)T/UWA005.3-1-2022高动态范围（HDR）视频技术第3-1部分：技术要求和测试方法、显示设备 5)T/UWA005.3-2-2022高动态范围（HDR）视频技术第3-2部分：技术要求和测试方法、便携显示设备 6)T/UWA005.3-3-2022高动态范围（HDR）视频技术第3-3部分：技术要求和测试方法、播放设备 7)T/UWA005.3-4-2022高动态范围（HDR）视频技术第3-4部分：技术要求和测试方法、播放软件 8)T/UWA005.3-5-2022高动态范围（HDR）视频技术第3-5部分：技术要求和测试方法、实时编码设备 未来标准规划包括以下类别，详情参考联盟技术标准网站。 表1HDR未来标准规划 菁彩HDR标准类别规划 1、基础标准 2、通用规范 3、技术标准和测试方法 4、评价标准 5、应用指南 6、其它 术语、定义 元数据及适配 指标定义技术要求测试验证方法 主观评价标准客观评价标准 系统集成制作流程工具指南 技术白皮书 3.菁彩HDR技术简介 3.1技术原理 图2菁彩HDR技术原理分解 菁彩HDR技术原理可简要分解如下：首先需要针对输入视频源进行分析，生成动态元数据；再基于动态元数据、终端设备的显示能力进行色调映射和饱和度调节；最终在不同设备上达到一致的显示效果。因此，对于菁彩HDR来说，主要有三大核心的技术点：一是动态元数据（DynamicMetadata），二是色调映射（ToneMapping），三是饱和度调节（SaturationAdjustment）。 1）动态元数据（DynamicMetadata） 相比于对整个视频源都应用同一元数据的静态元数据策略，动态元数据可以体现出每一帧或者每一个场景的特征信息，鲁棒性更强，效果更优。同时，从内容制作的角度来说，动态元数据也为调色师创造了更大的空间，调色师可以根据个人喜好，有针对性地对某些场景进行元数据手动调节，实现二次创作，形成属于自己的专属风格。 2）色调映射（ToneMapping） 图3元数据映射 色调映射以动态元数据为基础，根据对不同特征场景的分析以及对终端设备最大显示能力的兼顾，按照菁彩HDR标准规定的适配流程产生出不同的映射曲线，这种方式较好地保证了在不同设备上效果的一致性，最大化地还原了创作者的意图。具体而言，菁彩HDR的ToneMapping曲线可以包括基础曲线和样条优化曲线两个部分。其中，基础曲线是根据人眼视觉感知模型设计的，决定了ToneMapping的整体风格；样条优化曲线则可以进一步优化ToneMapping的效果，通过一次样条和低亮区三次样条保护暗区，防止压得过暗，通过高亮区三次样条最大化地保留高亮细节。 3）饱和度调节（SaturationAdjustment） 图4饱和度调整 亮度改变带来的最大问题就是会同时造成饱和度的改变。因此，菁彩HDR技术在进行色调映射后，还会进行颜色校正即饱和度调节，保证其色彩与映射前的源主观效果一致。 3.2关键技术参数 菁彩HDR技术作为全球领先的超高清视频技术之一，在位深/色域/亮度曲线/动态元数据/元数据调节等多项技术参数上均有较大优势，具体对比如下： 表2标准参数列表 HDRVivid HDR10 SDR 位深 10/12bit 默认10bit 8bit 色域 BT.2020或DCI-P3 BT.2020 BT.709 亮度曲线 支持PQ、HLG PQ / 动态元数据 是 否 否 HDR/SDR兼容性 高 中 否 开放性 好 低 低 3.3核心价值 3.3.1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。 3.3.2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。 图5元数据定义 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技术提供高效的制作工具，在制作端不修改已有的PQ（ST2084）和HLGHDR制作流程，只增加了动态元数据产生环节，提供了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。 4.端到端解决方案 图6菁彩HDR端到端解决方案 为了保证最优的显示效果，准确地把握每一个环节的要点与要求，菁彩HDR构