今年6月，西瓜视频宣布全面支持HDR视频功能，成为首个拥有HDR技术覆盖所有形态(手机、PC、平板)并打通所有环节(拍摄、剪辑、消费)的视频平台。

　　

　　

　　HDR(高动态范围)。

　　

　　

　　与普通SDR视频相比，视频具有更高的色深、更宽的动态范围和更强的色彩表现力，可以显著提高视频质量。在西瓜用户拍摄、编辑、预览、上传、观看HDR视频时，字节跳动火山引擎多媒体实验室的“端到端HDR视频解决方案”发挥了重要作用，已逐步向火山引擎企业客户开放。

　　

　　

　　近年来，许多制造商在不同的终端设备上提供了HDR技术，包括支持拍摄和播放的能力。然而，HDR技术的运作并不是单一的环节，而是从内容生产到传输到设备显示的端到端技术。为了有效转码HDR格式相关视频内容，在终端设备上完美呈现HDR影像，火山引擎多媒体实验室打造了完整的解决方案，支持不同格式的HDR视频内容上传、转码、分发，最终适配终端的能力。

　　

　　

　　1.为了提升用户体验，该方案在端到端的不同环节采用了以下独特技术：

　　

　　

　　2.为了丰富HDR视频源，设计了独特的逆色调映射算法，以最大限度地提高现有软件无线电程序的HDR“恢复”和向上兼容性。

　　

　　

　　3.为了提升用户在普通SDR设备上的观看体验，设计了独特的色调映射算法，在SDR设备上的播放效果尽可能接近HDR。

　　

　　

　　4.播放端的高彩再现渲染和低功耗解决方案，可支持最高4K分辨率、60 fps的HDR视频流畅播放；

　　

　　

　　5.提供国内首个安卓平台通用的HDR亮度管理方案，保证不同安卓机型都能有相对稳定的HDR观看体验。

　　

　　

　　6.火山引擎多媒体实验室“端到端HDR视频解决方案”流程图如下：

　　

　　

　　

　　

　　

　　下面将详细描述该方案在HDR转码和回放中的技术特征。

　　

　　

　　# HDR转码

　　

　　

　　对不同格式HDR源的转码支持

　　

　　

　　经过多年的发展，HDR标准已经分化出很多标准，比如HDR10、HDR10和杜比。

　　

　　

　　Vision和HLG，而西瓜视频等产品用户上传的HDR视频也涉及不同的编码比特深度(8bit、10bit、12bit)和各种视频编码器标准，以及目前的转码工作流程。

　　

　　

　　能够准确识别和兼容已知的所有HDR视频格式。

　　

　　

　　为了更好的处理高动态视频HDR，字节跳动自研编码器BVC也做了很多针对性的优化，包括但不限于SIMD实现、编码优化算法等。实现了计算复杂度和编码效率的高度平衡。

　　

　　

　　由SDR生成HDR视频的算法处理

　　

　　

　　HDR的内容最早是由电影节和广播电视公司制作的，第一批是4K的。

　　

　　

　　HDR电影由福克斯电影公司于2015年推出。同年索尼在SMPTE大会上展示了他们的HLG视频，HDR渲染更早应用于视频游戏领域。直到最近几年，消费端的HDR播放功能才开始慢慢普及。在此之前，HDR的内容必须转换成特别提款权才能传播，以便与主流播放设备兼容。

　　

　　

　　因此，互联网上有大量HDR格式的SDR内容，如电影片段、游戏图片、专业照片等。对于这部分内容，技术团队使用算法进行了重现，并使用了逆向。

　　

　　

　　色调映射技术，是将这些SDR视频还原为了原有的HDR格式,在HDR设备上重生的用户。

　　

　　

　　

　　

　　

　　

　　

　　

　　

　　

　　

　　

　　

　　

　　图：西瓜视频的SDR和HDR效果对比。

　　

strong>对于非HDR设备的兼容支持

　　

当HDR视频在SDR设备上播放时，会发生黑屏（解码器不支持）或者色彩异常（播放器不支持）等诸多兼容性问题。为了保证还在使用SDR设备的用户体验，服务端必须进行向下兼容的转码处理，对于HDR源视频，技术团队使用了tone

　　

mapping算法，转换出相应的SDR版本并下发给这部分用户。

　　

HDR到SDR视频的转换，经历了亮度动态范围和色彩空间的压缩（BT.2020到BT.709）以及光电转换函数EOTF的变化，同时信号位深也由10bit降低到8bit，视频信号可用的色阶数量减少了75%（1024到256个）。为了最大限度保留HDR视频中的暗部和亮部细节，同时保证色彩不失真，技术团队通过分析视频图像的亮度和色域分布等图像特征，

　　

动态调整不同场景下的转换参数，充分利用8bit信号的256个色阶来表现原本的HDR内容

　　

，保证HDR源视频中的画面能够尽量准确完好地呈现给SDR设备的用户。

　　

考虑到传统的SDR标准基于100nit的最大亮度设计，而如今的智能手机屏幕亮度普遍高于这个数值。为了充分利用手机屏幕的亮度范围，在用户设备上呈现最佳的显示效果，需要给画面暗部细节分配更多的色阶，同时需要更高的画面整体对比度。因此在转换处理中，技术团队

　　

基于消费端的播放环境重新设计了tone mapping算法的参数 ，使得转换后的视频在普通SDR设备上也能呈现出与HDR尽可能接近的播放效果。

　　

　　

　　

图：普通SDR设备播放HDR视频的效果（右图应用了Tone Mapping算法）

　　

# HDR播放

　　

兼容性及高性能优化

　　

西瓜视频等产品使用字节跳动自研播放器，在Android和iOS上均支持HDR10/HLG等多种HDR格式，通过机型数据探测出具备HDR播放能力的设备，并进行分发、播放支持，在不同机型上都能有稳定的HDR画质表现。

　　

值得一提的是，该播放器在Android上还具备HDR回退SDR的渲染能力，在不支持真HDR的Android机型上，可使用Tone

　　

Mapping将HDR转到SDR渲染，保证用户终端播放画质的最优显示。在iOS端则使用异步初始化技术，极大地缩短了HDR视频的起播时长，进一步提升视频播放体验。

　　

在保证极致色彩体验及低功耗的情况下，字节播放器可支持高达4K分辨率和60fps流畅播放。

　　

HDR亮度自适应方案

　　

为了给用户充分展现HDR内容，西瓜视频在移动端播放视频时，需要充分利用设备屏幕的高动态范围。根据动态范围的定义，屏幕的动态范围由最大亮度和最低亮度（黑位）的比值决定。当人们在一块OLED屏幕上观看HDR视频时，由于其黑位是固定值，视频的动态范围完全由屏幕的最大亮度决定。

　　

因此，为了让用户观看HDR内容时感受到比SDR视频更高的动态范围，需要调高屏幕亮度来做到这一点。

　　

目前主流的安卓设备厂商缺乏统一的亮度管理方案。为此，火山引擎多媒体实验室 提出了国内首个安卓端通用HDR亮度管理方案

　　

，在实验室测定了不同初始亮度下的最佳HDR观看亮度曲线，并集成到了西瓜视频安卓端APP，在不同机型和不同初始亮度下播放HDR视频时自适应地调整当前屏幕亮度，保证了不同安卓机型都能够有相对稳定的HDR观看环境，进而提升用户的观看体验。

　　

关于火山引擎多媒体实验室

　　

实验室致力于研究、探索多媒体领域的前沿技术，参与国际、国内多媒体方向的标准化工作，为多媒体内容分析、处理、压缩、传输、创新交互等领域提供软硬件解决方案。目前多媒体实验室所提供的众多创新算法已经广泛应用在了抖音、西瓜视频等产品的点播、直播、实时通信、图片等多媒体业务，并向火山引擎的企业级客户提供技术服务。