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使用 Spin Digital 播放器播放8K HDR视频

四川省超高清视频产业
新闻来源: 四川省超高清视频产业联盟
查看次数:1594
发布日期:2021-11-22

来源：Spin Digital
原文链接：https://spin-digital.com/tech-blog/8k-hdr-playback/
内容整理：贾荣立
本文译自 Spin Digital 官网的一篇技术博客，讨论了如何使用 Spin Player 播放 8K HDR 视频。展示了可用于 8K HDR 播放的选项及其功能和限制，并阐明了 Spin Player 如何基于最新一代计算系统和 AV 接口（HDMI 2.1）来满足 8K HDR 的需求的。

目录

  • 8K HDR：不仅仅是更高的像素

  • 8K 视频的 HDR 格式和标准

  • 8K HDR 播放

  • 具有 HDMI 2.1 接口的 8K HDR

    • 什么设备支持 HDMI 2.1？

    • HDMI 2.1 对 8K 播放有何优势？

  • 8K p60 播放的系统配置

  • 总结

  • 参考文献

18K HDR：不仅仅是更高的像素

8K 视频格式不仅仅是更高分辨率。它旨在提供更强烈的现实感和更好的身临其境的体验。为了实现这一目标，8K 格式结合了更高的像素数（比 4K UHD 高四倍）、高动态范围 (HDR)、广色域 (WGC) 和潜在的高帧率 (HFR)。

因此，8K 媒体播放器必须至少支持 8K 分辨率，50 或 60 fps，10-bit，一些常见的 HDR 和 WCG 格式，以及可选的 HFR。我们将 8K 专业格式和 8K 分发格式的格式要求总结如下表。

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8K 格式要求

28K 视频的 HDR 格式和标准

HDR 使用两种主要格式：SMPTE ST2084 标准定义的 PQ 和 ARIB STD-B67 标准定义的 HLG。

如果将静态元数据添加到 PQ，则该格式称为 HDR10。其他 HDR 格式支持动态元数据，例如 Dolby Vision，HDR10+ 和 SL-HDR1。下表显示了 PQ、HLG 和 HDR10 的主要属性。

PQ、HLG 和 HDR10 的主要属性

38K HDR 播放

当媒体播放器接收到 8K HEVC 比特流时，需要以下信息才能进行适当的 HDR 播放：

  • Transfer function: PQ, HLG
  • Colorimetry: BT.2020 (BT.2100)
  • Matrix coefficients: BT.2020 PQ, BT.2020 HLG
  • Color model: YCbCr, RGB
  • Video range: full, limited
  • HDR static metadata: Color volume, MaxFALL, MaxCLL

静态 HDR 元数据可以在补充增强信息 (SEI) 消息中与 HEVC 比特流一起传输。可以使用 HEVC 的视频可用性信息 (VUI) 消息传输传递函数、色度和矩阵系数。

解码器对 HEVC 流进行解压缩，并将解码后的视频帧与元数据一起传递给视频渲染器。视频渲染器生成最终渲染帧，通过数字 AV 接口发送到显示器的。此外，在基于 PC 的系统中，视频渲染引擎必须与其他图形源进行合成。下图说明了具有基于 GPU 的渲染器的典型软件媒体播放器的流程。

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典型软件媒体播放器流程

目前，在使用 Windows 10 PC 系统时，仅支持 HDR10 (PQ) 格式进行 HDR 播放。因此，必须使用色调（和色域）映射将 HLG 内容转换为 SDR。下表显示了在 Windows 10 上使用 GPU 渲染时 Spin Player 的功能。

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Spin Player 功能

下图显示了使用 HDR10 (PQ) 时的播放器流程。由于 HDR10 (PQ) 的支持，不需要色调映射等转换。

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使用 HDR10 (PQ) 时的播放器流程

4具有 HDMI 2.1 接口的 8K HDR

不久的过去，使用 Spin Player 或其他软件播放器的 8K 播放还需要一个带有四根电缆连接的 AV 接口。最常见的接口是四个 DisplayPort 输出，在它们连接到 8K 电视之前，它们需要依次转换为四个 HDMI 2.0 连接。早期的 8K 电视支持这种 2×2 HDMI 2.0 格式。由于 GPU 驱动程序的一些限制，此格式不支持任何 HDR 格式。

随着新一代 GPU 和支持最新版 HDMI 接口（2.1）的 8K 电视的推出，8K 播放不仅更简单，只需一根线连接电视，还能播放 8K 与 HDR。

HDMI 2.1 是最新版本的 HDMI 格式，用于将视听信号传输到电视。与其前身 (HDMI 2.0) 接受高达 4Kp60 的信号不同，这个新版本支持更高的分辨率和帧速率，包括 4Kp120 和 8Kp60。此外，HDMI 2.1 支持静态和动态 HDR 元数据，以基于场景甚至帧来调整内容的动态范围。

什么设备支持 HDMI 2.1？

NVIDIA GeForce RTX 30 系列和 AMD Radeon 6000 系列 GPU 包括具有 8K 功能的 HDMI 2.1 输出。最新的 8K 电视支持 HDMI 2.1 输入。

HDMI 2.1 对 8K 播放有何优势？

与之前基于 HDMI 2.0 的系统相比，新的 HDMI 2.1 格式为 8K 播放提供了几个优势：

  • 更简单的 8K 播放系统：只需一根电缆，无需额外的转换器，即可将 GPU 连接到 8K 电视。此外，8K 播放的配置要简单得多（不需要复杂的 Nvidia Mosaic 和 AMD Eyefinity 多显示器设置）。
  • 支持 HDR：新接口能够将 HDR 和 HDR 相关元数据与 8K 信号一起传输。
  • 更多的电视选择：市场上大多数 8K 电视都支持 HDMI 2.1。

58Kp60 播放的系统配置

Spin Digital 的媒体播放器已成功通过 HDMI 2.1 接口的 8Kp60 HDR 播放验证。8K “分发格式” 的推荐播放系统由具有以下组件的工作站组成：

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推荐播放器系统配置

已使用 Sony KD-85ZH8 8K 电视验证支持 HDMI 2.1 的 8K HDR 播放。包含静态 HDR10 元数据的 PQ 格式的 8K 内容在 HEVC 中编码。Spin Player 解码 HEVC 流并在 HDR10 (PQ) 中进行渲染，如下图所示。Windows 10 配置为 HDR10，GPU 配置为 8Kp60、4:2:0、10 位格式。

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在 8K 电视上播放 8K PQ 编码内容时的 Spin Player 屏幕截图

6总结

现在可以使用优化的软件媒体播放器进行 8K HDR 播放。带有 HDR 元数据的 HEVC 解码可以在桌面 CPU 上执行，HDR 渲染可以使用最新的 GPU 和支持 HDR 的操作系统合成器来执行。最新的 GPU 还支持 HDMI 2.1 接口，允许使用单电缆和 HDR 来处理 8Kp60 内容。因此，端到端的 HDR 体验成为可能。目前基于 Windows 10 的系统仅支持 HDR10 格式。其他 HDR 格式（例如 HLG）需要色调和色域映射。PC 系统中的 HDR 支持和一般的 HDR 格式仍在不断发展。未来我们将分析对动态 HDR 格式的支持，例如杜比视界、HDR10+ 等。

7参考文献

  1. ST 2084:2014 – SMPTE Standard – High Dynamic Range Electro-Optical Transfer Function of Mastering Reference Displays, Aug. 2014.
  2. ARIB STD-B67. Parameter Values for the Hybrid Log-Gamma (HLG) High Dynamic Range Television (HDR-TV) System for Programme Production. http://www.arib.or.jp/english/html/overview/doc/2-STD-B67v2_0.pdf
  3. ST 2086:2018 – SMPTE Standard – Mastering Display Color Volume Metadata Supporting High Luminance and Wide Color Gamut Images, April 2018.
  4. Recommendation ITU-R BT.2020, “Parameter values for ultra-high definition television systems for production and international programme exchange”
  5. Recommendation ITU-R BT.2100, “Image parameter values for high dynamic range television or use in production and international programme exchange”, June 2017,
    http://www.itu.int/rec/R-REC-BT.2100
  6. Report ITU-R BT.2390-2, “High dynamic range television for production and international programme exchange”, https://www.itu.int/pub/R-REP-BT.2390-2016
  7. HDMI Specification Technology Overview. https://www.hdmi.org/spec/hdmi2_1
  8. Display requirements for HDR video in Windows. https://support.microsoft.com/en-us/windows/display-requirements-for-hdr-video-in-windows-192f362e-1245-e14d-3d3f-4b3fc606b80f

文章来源：煤矿工厂