HDR介绍-EW帮帮网

参考：
https://zhuanlan.zhihu.com/p/524890604
https://juejin.cn/post/7101560813282361352
https://github.com/quietvoid/hdr10plus_tool

HDR（高动态范围）内容的编码格式与视频编码标准紧密相关，主要依赖于主流的视频编码标准（如H.265/HEVC、H.266/VVC等），并通过特定的参数配置（如色域、位深、元数据）实现HDR特性。以下是支持HDR的主要编码格式及相关标准：

一、核心视频编码标准（支持HDR的基础）

HDR内容的编码本质上是在传统视频编码标准中加入HDR特有的参数（如宽色域、高位深），主流编码格式包括：

1. H.265/HEVC（高效视频编码）

地位：目前应用最广泛的HDR编码格式，几乎所有HDR内容（如流媒体、UHD蓝光）均支持。
HDR适配：通过扩展参数支持HDR的核心特性：
- 位深：支持10位或12位色深（SDR通常为8位），能呈现更多亮度层级，避免明暗过渡的色带问题。
- 色域：支持BT.2020广色域（SDR多为BT.709），包含更丰富的色彩。
- 元数据：可嵌入HDR动态元数据（如HDR10+、Dolby Vision）或静态元数据（如基础HDR10）。
应用场景：UHD蓝光、Netflix/Disney+等流媒体的HDR内容、游戏画面录制。

2. H.266/VVC（多功能视频编码）

地位：HEVC的继任者，压缩效率更高（比HEVC提升约50%），是未来HDR内容的主流编码方向。
HDR适配：原生支持10/12位色深、BT.2020色域，以及更灵活的元数据嵌入方式，对HDR动态元数据（如Dolby Vision）的兼容性更优。
应用场景：8K HDR视频、高带宽需求的HDR内容（如专业影视制作）。

3. AV1（开放媒体联盟编码）

地位：开源、免专利费的编码格式，近年快速崛起，尤其在流媒体领域。
HDR适配：原生支持10/12位色深、BT.2020色域，以及HDR10、HDR10+等元数据标准，压缩效率接近VVC。
应用场景：YouTube、Netflix等流媒体的HDR内容，兼顾成本与性能。

4. MPEG-2（较少用于HDR，但兼容）

地位：传统编码格式，压缩效率较低。
HDR适配：部分早期HDR广播电视内容（如日本的NHK 8K HDR）使用，但因带宽限制，应用极少。

二、HDR特有的编码扩展标准（与编码格式绑定）

除了基础编码格式，HDR还需通过特定的“编码扩展标准”定义元数据、色域映射等细节，常见的有：

1. HDR10（基于HEVC/AV1等）

编码依赖：无专属编码，基于HEVC、AV1等编码格式，通过静态元数据（如全片峰值亮度）和参数配置实现。
核心参数：10位色深、BT.2020色域、SMPTE ST 2084电光转换函数（OETF）。

2. HDR10+（动态元数据扩展）

编码依赖：基于HEVC或AV1，扩展支持动态元数据（逐帧/逐场景更新亮度参数）。
标准：遵循SMPTE ST 2094-40动态元数据规范，需编码时嵌入实时亮度信息。

3. Dolby Vision（闭源标准）

编码依赖：主要基于HEVC（也支持AV1、VVC），采用闭源的动态元数据格式。
特性：支持12位色深、最高10000 nit亮度，元数据通过专用字段嵌入编码流，需授权解码。

4. HLG（混合对数伽马，适合广播）

编码依赖：基于HEVC或MPEG-2，无需元数据，兼容SDR和HDR显示。
应用：主要用于广播电视（如BBC、NHK的HDR频道），编码时采用BT.2020色域和HLG电光转换函数。

三、编码与HDR标准的对应关系

不同HDR标准对编码格式的支持如下表：

HDR标准	支持的编码格式	核心特性	应用场景
HDR10	HEVC、AV1、VVC	静态元数据，10位色深	流媒体、UHD蓝光
HDR10+	HEVC、AV1	动态元数据，逐帧亮度调整	三星设备、亚马逊Prime
Dolby Vision	HEVC、AV1、VVC	动态元数据，12位色深，高亮度	Netflix、Disney+、高端设备
HLG	HEVC、MPEG-2	无元数据，兼容SDR/HDR	广播电视、直播

总结

HDR内容的编码以HEVC（H.265） 为基础，AV1 为新兴趋势，VVC（H.266） 为未来方向。具体编码格式需结合HDR标准（如HDR10+/Dolby Vision），通过高位深（10/12位）、宽色域（BT.2020）和元数据嵌入实现HDR特性。解码时，设备需同时支持编码格式和对应的HDR标准才能正确渲染。

HDR10只要求提供静态元数据，只需要获取影像最高峰值亮度来确定整个影像的动态范围。杜比视觉和HDR10+则采用获取动态元数据，这能使中央处理器能够在逐帧或某一段影像场景应用色调映射

HDR动态元数据（HDR Dynamic Metadata）的存储位置取决于具体的内容格式和传输/存储场景，通常与视频流绑定，但以独立于像素数据的方式嵌入或关联，主要有以下几种常见形式：

动态元数据保存在哪里

1. 嵌入在视频容器文件中

大多数主流的视频容器格式（如MP4、MKV、TS等）会专门预留留字段用于存储HDR动态元数据的字段，与视频流、音频流等并行存在。

示例：
- 在MP4容器中，HDR10+元数据通常嵌入在mdat（媒体数据）或meta（元数据）盒子中，通过特定的子盒子（如hvcC、colr或自定义扩展字段）标识。
- 在MKV容器中，元数据可能以“附加数据块”（Attachment）或“标签”（Tag）形式存在，与视频轨道关联。
- 在TS（Transport Stream）容器中，元数据可能通过私有数据流（PES包）与视频帧同步传输。

2. 与视频帧绑定（逐帧/逐场景关联）

动态元数据的核心是“动态”，需要与对应的视频帧或场景绑定，因此通常会记录元数据生效的时间戳或帧索引，确保显示设备能在正确的时刻应用元数据。

例如，Dolby Vision的元数据会与每帧视频数据关联，存储在视频流的扩展数据区（如HEVC编码的VPS/SPS/PPS参数集扩展中）。
HDR10+的元数据可能按“场景”划分，每个场景的元数据会标记对应的帧范围（如从第100帧到第500帧）。

3. 独立的元数据文件（后期制作/分发场景）

在专业影视后期制作或内容分发阶段，动态元数据可能会以独立文件形式存在，与视频文件分开管理，最终在封装阶段嵌入容器。

常见格式：
- 杜比的*.dv文件：包含Dolby Vision逐帧元数据。
- HDR10+的*.json或*.h265附属文件：记录场景亮度参数和帧范围映射。

4. 传输协议中的元数据通道

在流媒体传输（如在线视频、直播）中，动态元数据可能通过专用的数据通道与视频流同步传输，而非预先嵌入文件。

例如，通过HLS（HTTP Live Streaming）或DASH协议传输时，元数据可能作为“媒体片段”的附属信息，随视频切片一起发送，确保实时渲染时的同步性。

总结

HDR动态元数据的存储遵循“与视频内容关联但物理分离”的原则：

最终用户接触的视频文件（如MP4、MKV）中，元数据通常嵌入在容器的专用字段中，与视频流绑定。
专业场景中可能以独立文件存在，在封装或传输时与视频关联。
核心目的是确保显示设备能准确获取“当前帧/场景”的元数据，实现动态适配渲染。

HDR动态元数据（HDR Dynamic Metadata）是HDR（高动态范围）成像技术中的关键组成部分，用于动态描述视频内容中不同场景或帧的亮度特性，帮助显示设备更精准地渲染HDR画面，提升视觉体验。

核心作用

HDR内容的亮度范围远超传统SDR（标准动态范围），同一视频中不同场景的亮度可能差异极大（如从暗场夜景到明亮日光）。动态元数据的作用是：

向显示设备传递场景或帧级别的亮度信息（如峰值亮度、亮度分布等）。
指导显示设备根据当前内容的亮度特性动态调整渲染参数，避免过曝、欠曝或细节丢失。
确保在不同性能的HDR显示设备上（如峰值亮度500尼特 vs 1000尼特），都能呈现最佳效果。

主要标准与格式

目前主流的HDR动态元数据标准有两种，互不兼容：

HDR10+
由三星、亚马逊等推动，基于SMPTE ST 2094-40标准。
- 支持逐场景或逐帧更新元数据。
- 元数据包含：场景亮度范围（最小/最大亮度）、色调映射参数、色彩体积信息等。
- 开源免费，广泛用于流媒体（如Prime Video）、蓝光和部分电视设备。
Dolby Vision
由杜比实验室开发，基于SMPTE ST 2094-10标准。
- 支持逐帧甚至逐区域的元数据（更精细的控制）。
- 元数据包含：每个画面的亮度映射曲线、动态对比度调整参数等。
- 采用闭环生态（需授权），画质表现受认可，常见于高端电视、流媒体（如Netflix）和电影发行。

此外，还有HLG（Hybrid Log-Gamma），但它是“静态元数据”方案，依赖显示设备自身调整，不支持动态场景适配。

区别

元数据包含的关键信息

无论哪种标准，动态元数据通常包含：

峰值亮度（Peak Brightness）：当前场景中最亮区域的亮度（单位：尼特，nit）。
平均亮度（Average Brightness）：场景整体的平均亮度水平。
亮度分布（Luminance Distribution）：画面中不同亮度区间的像素占比。
色调映射指导（Tone Mapping Guidance）：告诉显示设备如何将高动态范围压缩到自身支持的亮度范围内，同时保留细节。

与静态元数据的区别

静态元数据（如基础HDR10）：仅在视频开头提供一次全局亮度信息（如全片最高峰值亮度），无法适应场景变化，可能导致部分场景渲染不准确。
动态元数据（HDR10+/Dolby Vision）：实时更新，能针对每个场景甚至每一帧优化，更精准地还原内容创作者的意图。

应用场景

流媒体平台（Netflix、Prime Video等）的HDR内容传输。
蓝光光盘和UHD影碟的HDR视频存储。
高端电视、投影仪等显示设备的HDR渲染。
专业影视后期制作，用于标注内容的亮度特性。

总结

HDR动态元数据通过实时传递场景亮度信息，解决了HDR内容在不同设备上的适配问题，是提升HDR视觉体验的核心技术。选择HDR10+还是Dolby Vision，主要取决于内容生态和设备支持，但两者的目标都是让HDR画面更接近人眼所见的真实世界亮度和细节。

ffmpeg code chain

static int decode_nal_sei_prefix(GetBitContext *gb, void *logctx, HEVCSEI *s,
                                 const HEVCParamSets *ps, int type, int size)
{
    switch (type) {
    case 256:  // Mismatched value from HM 8.1
        return decode_nal_sei_decoded_picture_hash(&s->picture_hash, gb);
    case SEI_TYPE_FRAME_PACKING_ARRANGEMENT:
        return decode_nal_sei_frame_packing_arrangement(&s->frame_packing, gb);
    case SEI_TYPE_DISPLAY_ORIENTATION:
        return decode_nal_sei_display_orientation(&s->display_orientation, gb);
    case SEI_TYPE_PIC_TIMING:
        return decode_nal_sei_pic_timing(s, gb, ps, logctx, size);
    case SEI_TYPE_MASTERING_DISPLAY_COLOUR_VOLUME:
        return decode_nal_sei_mastering_display_info(&s->mastering_display, gb);
    case SEI_TYPE_CONTENT_LIGHT_LEVEL_INFO:
        return decode_nal_sei_content_light_info(&s->content_light, gb);
    case SEI_TYPE_ACTIVE_PARAMETER_SETS:
        return decode_nal_sei_active_parameter_sets(s, gb, logctx);
    case SEI_TYPE_USER_DATA_REGISTERED_ITU_T_T35:
        return decode_nal_sei_user_data_registered_itu_t_t35(s, gb, logctx, size); // 这里
    case SEI_TYPE_USER_DATA_UNREGISTERED:
        return decode_nal_sei_user_data_unregistered(&s->unregistered, gb, size);
    case SEI_TYPE_ALTERNATIVE_TRANSFER_CHARACTERISTICS:
        return decode_nal_sei_alternative_transfer(&s->alternative_transfer, gb);
    case SEI_TYPE_TIME_CODE:
        return decode_nal_sei_timecode(&s->timecode, gb);
    default:
        av_log(logctx, AV_LOG_DEBUG, "Skipped PREFIX SEI %d\n", type);
        skip_bits_long(gb, 8 * size);
        return 0;
    }
}

decode_nal_sei_prefix
	decode_nal_sei_user_data_registered_itu_t_t35
		decode_registered_user_data_dynamic_hdr_plus
			ff_parse_itu_t_t35_to_dynamic_hdr10_plus

其它的关键字段：

AV_FRAME_DATA_DYNAMIC_HDR_PLUS

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