全面拥抱HDR时机已到?

原创
2019/05/09 07:30
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本文来自转码服务商Pixlo的联合创始人Björn Isakson,他认为4K HDR内容将成为OTT厂商的机会,相比广电服务商,OTT厂商有更高的灵活性。在LiveVideoStackCon2019上海音视频技术大会上,Akamai 首席架构师William Robert Law在主题演讲中预测,HDR将逐步完善,8K内容将在2022年普及。


文 / Kennet Eriksson, Björn Isakson and Kojo Mihic

译 / 郭俊翔

原文:https://www.linkedin.com/pulse/time-hdr-cant-wait-anymore-bj%C3%B6rn-isakson/


尽管音视频行业多年以来一直将HDR作为重点推广的技术,但市场对其反应却不温不火。过去很长一段时间消费者始终没有完全意识到HDR的意义与价值,直到最近《权力的游戏》第八季第三集的播出,它是否会让HDR焕发新的生命活力?


之所以这么说,是因为《权力的游戏》第八季第三集的整个情节发生在夜晚,在极度昏暗外加雾气弥漫的环境中展开故事,这让几乎全世界的人们都在抱怨图像质量对于视听体验的影响:观众无法看清画面细节,致使其难以掌握实际发生的故事情节,并对这种画质劣化表示困惑;一些观众甚至将此流媒体视频与糟糕的GIF动画相提并论……这是迄今为止HDR第一次广受消费者重视,而HDR将能帮助梦幻的拍摄手法与天马行空的想象变成现实。


为什么高端(内容)产品在您的电视机上可能看起来如此糟糕?


《权力的游戏》制作十分精良,同时在拍摄环节使用了高动态范围技术,这可能是HBO在流媒体市场上的最重要系列作品。


我们对其幕后剪辑的精良程度惊讶不已,制作团队为创建每个场景所克服的每项挑战都显而易见。剧组在拍摄基地驻扎55个日夜,每个演员与其需要搭配的戏服、妆容、特效等以及确保如此大规模拍摄活动顺利进行的包括饮食、物流在内的后勤保障……每一项工作都井然有序地稳步推进,这不得不说是一项令人惊叹的浩大工程。


从技术上讲,现在便携式摄像机所具备的动态范围可以在非常昏暗的场景下还原生动的颜色细节,这让故事的表现力与整部作品的制作水准达到了全新的高度,不得不说这是天才所做出的完美实践!


《权力的游戏》使用货真价实的HDR技术制作,基于最新的技术,让想象力得以变成现实。考虑到这一特点,如果消费者坐在全新的电视机前并充分利用所有这些酷炫的新特性,不良的观看体验理应会不复存在。


但最后,当节目开始时...



色块、条带、面部模糊、泛白的火灾数不胜数。究竟发生了什么?


流媒体传输质量


在我们所在的北欧等国家,在4K HDR的条件下观看《权力的游戏》是不现实的,这似乎在世界其他许多地方也是不争的事实,甚至标准动态范围下的4K条件都难以被找到;另一方面,流媒体传输意味着高分辨率与高质量无法兼得,而是成此消彼长。这就导致即便是在高清分辨率条件下,《权力的游戏》第八季第三集糟糕的画面质量依旧是个严重影响观看体验的顽疾。


我们可以清楚地看到,流媒体画面中充满了条带和编码伪像,画面质量的低下甚至会让观众认为他们正在观看GIF。 


这是为什么?


为解释让它在技术上失败的关键点,我们需要借助mumbo-jumbo。


比特深度


自从我们开始使用线性视频流以来,8-bit的色彩深度提供了足够出色的画面表现。但随着音视频作品的制作水准升级,8-bit色彩深度早已无法满足像《权力的游戏》这样制作精良作品的生产需求。例如在黑暗场景中,8-bit色彩深度无法呈现足够的色彩细节,同时随着分辨率的不断提升,这一情况会越来越糟糕,这是因为更大的分辨率意味着更多的像素,而8-bit所能允许记录的色彩数量却是始终不变的。基于8-bit制作出的视频画面上所显示的条形色彩带被称为条带(banding),这是视频处理行业的基本知识。


因此,希望基于高动态范围生产大分辨率高质量的视频片段,提高色彩深度十分重要。即便最终用户端所接收的流媒体不具有HDR特性,高于8-bit的色彩深度也能为画面带来明显改善。若想使用真正的HDR技术,我们就应当避免使用可优化色调呈现方式的感知量化器变换,从而导致出现条带效果。HDR规范BT.2100要求色彩深度必须是10-bit或12-bit。


现在面临的问题是,尽管这一问题已经在生产端得到了重视并在上游产业中逐渐普及更高的色彩深度与动态范围,但在下游视频分销链中仍旧十分凸显。


除此之外,还有一个更为棘手的问题:即便现在被广泛使用的流媒体视频编解码器H.264可以存储10-bit色深的视频,但是极少有人能够找到支持10-bit解码的H.264解码器实例。你可以在家里尝试通过电视机播放10-bit H.264视频,但最终会发现无法正常播放,甚至诸如Mac上的QuickTime播放器也会在无报错与重新转码的情况下提示无法播放该文件。


编解码器和工件


线性视频编解码器不仅仅使用所谓的“空间压缩”作为压缩每个帧的方法。它们还旨在通过随时间推移借临时压缩对数据进行有效压缩。


由于图片的复杂性,编码静止的图片需要不同数量的数据。这就是为什么根据压缩动机的不同,用户最终获得到的压缩后JPEG输出文件的数据大小也会不同。


时间压缩因其采用最简单的压缩方式,视频帧中区域不会随时间变化也不难被解释,在压缩过程中也不需要将每个视频帧中保存为数据。恰恰相反,这些信息可以被加载一次并在下一帧开始时继续存在于播放器,直到该区域中弹出一些其他的信息。以上是对时间压缩的简化说明,采用时间压缩,编解码器可以做更多事情,例如预测画面中移动物体的运动情况。但重要的是,如果电影中的动作非常小那么时间压缩效率会高得多。这就是为什么我们需要在动作电影中使用更多的数据也就是更高的码率以确保图像质量。


《权力的游戏》第八季第三集的制作过程十分考验编码水平。画面中大量的激烈运动夹杂着烟雾与雪花,同时又处于非常黑暗的场景之下,这使得流媒体编解码器无法保证令人满意的质量。时间压缩几乎不能保存帧与帧之间的任何信息,反而降低了动作场景的画面质量。


图片中的复杂细节重叠也使得空间压缩工作变得非常困难。综上理由,出现极端的编码伪像也不足为奇,而这些编码伪像也使画面质量进一步衰减。


解决办法是什么?


《权力的游戏》可以说率先提出了行业挑战:流媒体现在需要采用HDR!有些产品对于今天的流媒体解决方案来说具有建设性意义。


例如一些流媒体厂商已经在他们的服务当中加入对于HDR的支持,如Apple、Netflix和亚马逊特别开创了HDR服务。


如果我们期待在《权力的游戏》最后一季选择HDR与4K,那么就需要实现HDR条件下去除条带效果并获得更高的动态范围以高质量表现黑暗场景。


更高的色彩深度还需要编码器具有更高的精度,以便于在编码期间做出更明智的决策。但更高的色彩深度并不意味着更高的码率,而是更低的码率(以便于传输)。


同时为了在控制码率的同时提高质量,使用HEVC与VP9替换H.264编码也十分必要。


最后但依然关键的是,流媒体服务需要开始重视基于质量的视频编码,同时淘汰老旧的基于码率的编码层级。由于所有电影都是独一无二的,质量优先的视频编码策略可以显著提升用户体验。


线性广播会怎样?


在北欧市场上,线性广播并不像流媒体解决方案那样对码率成本如此敏感。这使得《权力游戏》在线性广播电视中的播放体验比在流媒体服务中更加出色。


考虑到向后兼容性,北欧的地面电视网络可能永远不会兼容HDR,所以这是流媒体行业通过添加HDR淘汰线性广播的最佳时机。


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