CN111669532A - 一种高动态范围视频端到端实现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高动态范围视频端到端实现方法，其主要技术特点是：制作视频节目,得到HLG视频；对HLG视频进行编码，得到编码码流；编码码流经过不同的传输网络进行传输；接收端对接收到的传输码流进行解码处理，根据显示终端的显示能力，将HLG视频送至显示终端进行显示。本发明设计合理，其在现有基于HLG的超高清电视系统中，增加PQ动态元数据的提取和传输，如果是现有支持HLG视频的终端，直接显示；如果是支持PQ视频的终端，将HLG转换为PQ视频动态适配后显示，可以在不改变现有传输方式的基础上，实现不同显示终端的最佳还原显示功能。

Description

一种高动态范围视频端到端实现方法
技术领域
本发明属于HDR视频技术领域，尤其是一种高动态范围视频端到端实现方法。
背景技术
在视频技术中，根据转换曲线的不同，高动态范围(High-Dynamic Range，简称HDR)视频可以分为HLG和PQ两种。考虑到显示终端的多样化以及在显示能力上的差异性，广播电视行业中HDR系统需要解决制作传输一种类型的HDR节目，通过显示兼容和适配，能在不同显示能力的终端上最佳还原显示。
HLG视频在低亮度部分与现有的SDR能够兼容，而且是一种基于场景的信号格式，在不同的显示终端上基本可以正常显示；而PQ视频是一种基于显示的信号格式，采用了绝对亮度体系，当制作端的亮度和终端显示亮度有差异时，需要进行显示兼容和适配。
基于HLG视频的制作传输与传统SDR类似，实现相对简单，因此，目前4K超高清电视直播方案普遍采用基于HLG的方案，制作传输HLG节目，但是，HLG视频在某些场景下会有色偏。而基于PQ的方案，节目制作流程复杂，适合精品节目制作，显示效果更优。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术方案存在的不足，提供一种高动态范围视频端到端实现方法，该方法综合考虑PQ和HLG两种视频类型，采用现有的HLG节目制作流程，传输HLG视频和PQ元数据，在不同类型的HDR终端上都能获得最佳显示适配效果。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种高动态范围视频端到端实现方法，包括以下步骤：
步骤1、制作视频节目,得到HLG视频；
步骤2、对HLG视频进行编码，得到编码码流；
步骤3、编码码流经过不同的传输网络进行传输；
步骤4、接收端对接收到的传输码流进行解码处理，根据显示终端的显示能力，将HLG视频送至显示终端进行显示。
进一步，所述步骤1根据ITU-R BT 2390和ITU-R BT 2408的相关要求制作视频节目，得到的HLG视频技术参数符合符合GY/T 315-2018的规定。
进一步，所述步骤2的具体实现方法包括以下步骤：
⑴将HLG视频转换为PQ视频；
⑵提取PQ视频元数据，该PQ视频元数据包括静态元数据和动态元数据；
⑶对视频数据进行编码；
⑷对超高清视频技术参数进行标识；
⑸对元数据进行封装。
进一步，所述静态元数据包括但不限于SMPTE2086所规定的静态元数据，所述动态元数据包括但不限于SMPTE 2094-10、SMPTE 2094-20、SMPTE 2094-30、SMPTE 2094-40所规定的动态元数据。
进一步，所述步骤⑶对视频数据进行编码，包括但不限于H.264/AVC、H.265、AVS2编码。
进一步，所述步骤⑷对超高清视频技术参数进行标识，包括但不限于色域、转换曲线、转换矩阵；对于H.264/AVC编码和H.265/HEVC编码，在序列头VUI的vui_parameters()语法中对色域、转换曲线和颜色转换矩阵字段进行标识；对于AVS2编码，在序列头的sequence_display_extension()语法中对色域、转换曲线和颜色转换矩阵字段进行标识。
进一步，所述步骤⑸进行封装时，对于H.264/AVC编码和H.265/HEVC编码，在SEI和VUI中对元数据进行封装，对于AVS2编码，在序列头和图像头中对元数据进行封装。
进一步，所述传输网络包括但不限于有线网络、地面数字网络、IPTV网络、OTT网络、卫星网络和5G网络，所述传输网络应能满足至少一路4K超高清电视节目的传输带宽。
进一步，所述步骤4的具体实现方法包括以下步骤：
⑴对HLG视频解码，对视频中的技术参数进行解析，并通过HDMI2.0及以上接口获取显示终端的显示能力；
⑵如果终端支持HLG显示，则将解码后的HLG视频直接显示；
⑶如果终端支持PQ显示，则将解码后的视频做进一步处理后显示。
进一步，所述步骤⑶对解码后的视频做进一步处理包括以下内容：
①解析编码码流中的PQ元数据；
②将HLG视频转换为PQ视频；
③通过PQ视频和元数据进行动态显示适配后显示。
本发明的优点和积极效果是：
1、本发明设计合理，考虑节目制作、传输和接收显示等各环节的实现复杂度，综合HLG和PQ的优势，制作传输HLG视频和PQ元数据，根据终端类型最佳还原显示，在不改变节目制作流程的前提下，能够更好地适配不同显示能力的终端，实现不同显示终端的最佳还原显示功能，有助于HDR技术的应用和推广。
2、本发明在现有基于HLG的超高清电视系统中，增加PQ动态元数据的提取和传输，如果是现有支持HLG视频的终端，直接显示；如果是支持PQ视频的终端，将HLG转换为PQ视频动态适配后显示，可以在不改变现有传输方式的基础上，实现不同显示终端的最佳还原显示功能。
3、本发明采用制作HLG节目、传输HLG节目和PQ元数据的方式，既能够与现有的直播系统兼容，又降低前端制作复杂度。
附图说明
图1是本发明的超高清片源检测方法原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步详述。
一种高动态范围视频端到端实现方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤1、制作视频节目得到HLG视频。
在本步骤中，根据ITU-R BT 2390和ITU-R BT 2408的相关要求进行视频节目制作，制作得到的HDR视频技术参数应符合GY/T 315-2018的规定：分辨率3840x2160、帧率50帧/秒、量化精度10比特、BT.2020色域、转换曲线为HLG、显示峰值亮度为1000cd/m2。
步骤2、编码器对HLG视频进行编码处理，得到编码码流，本步骤的具体实现方法为：
(1)将HLG视频转换为PQ视频。
(2)提取PQ视频元数据；PQ视频元数据包括静态元数据和动态元数据。静态元数据是与图像序列相关联的元数据，该元数据在图像序列内保持不变，包括SMPTE ST.2086中规定的显示设备三基色X坐标、显示设备三基色Y坐标、显示设备标准白光X坐标、显示设备标准白光Y坐标、显示设备最大显示亮度、显示设备最小显示亮度及CEA 861.3中规定的显示内容最大亮度和显示内容最大图像平均亮度。动态元数据是与每帧图像相关联的元数据，该元数据随画面不同而改变。
(3)对HLG视频进行编码，1路视频压缩码率不低于36Mbps；
(4)对HDR相关技术参数进行识别，具体方法如下：
对于H.264/AVC编码和H.265/HEVC编码，在VUI(Video usability information，视频使用信息)vui_parameters()语法中对色域(colour_primaries)、转换曲线(transfer_characteristics)和颜色转换矩阵(matrix_coeffs)等字段进行标识，具体定义见表1。
表1 VUI中字段标识定义
Figure BDA0002520238930000031
对于AVS2编码，在序列头sequence_display_extension()语法中对色域(colour_primaries)、转换曲线(transfer_characteristics)和颜色转换矩阵(matrix_coeffs)等字段进行标识，具体定义见表2。
表2 AVS2编码流标识
Figure BDA0002520238930000041
(5)对PQ元数据进行封装，具体方法如下：
对于H.264/AVC编码和H.265/HEVC编码，在SEI(Supplemental enhancementinformation,补充增强信息)的mastering_display_colour_volume()语法中传输静态元数据，在user_data_registered_itu_t_t35()语法中传输动态元数据。
对于AVS2编码，在视频码流序列头extension_id为“1010”的mastering_display_and_content_metadata_extension()中传输静态元数据，在图像头extension_id为“0101”的hdr_dynamic_metadata_extension()中传输动态元数据。封装具位置如下：
Figure BDA0002520238930000042
步骤3、通过传输网络对编码码流进行传输。传输网络应能满足至少一路4K超高清电视节目的传输带宽，即视频不低于36Mbps、总带宽不低于38Mbps。
步骤4、接收端对接收到的传输码流进行解码处理，根据显示终端的显示能力，将视频送至显示终端进行显示。
对于SDR和HLG显示终端，对HLG视频进行解码及技术参数解析后得到HLG视频，直接在SDR与HDR终端显示；
对于PQ显示终端，将对HLG视频进行解码及技术参数解析后，进行PQ与数据解析、将HLG视频转换为PQ视频后，利用PQ动态元数据，进行动态适配调整后显示。
本发明未述及之处适用于现有技术。
需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种高动态范围视频端到端实现方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1、制作视频节目,得到HLG视频；
步骤2、对HLG视频进行编码，得到编码码流；
步骤3、编码码流经过不同的传输网络进行传输；
步骤4、接收端对接收到的传输码流进行解码处理，根据显示终端的显示能力，将HLG视频送至显示终端进行显示。
2.根据权利要求1所述的一种高动态范围视频端到端实现方法，其特征在于：所述步骤1根据ITU-R BT 2390和ITU-R BT 2408的相关要求制作视频节目，得到的HLG视频技术参数符合符合GY/T 315-2018的规定。
3.根据权利要求1所述的一种高动态范围视频端到端实现方法，其特征在于：所述步骤2的具体实现方法包括以下步骤：
⑴将HLG视频转换为PQ视频；
⑵提取PQ视频元数据，该PQ视频元数据包括静态元数据和动态元数据；
⑶对视频数据进行编码；
⑷对超高清视频技术参数进行标识；
⑸对元数据进行封装。
4.根据权利要求3所述的一种高动态范围视频端到端实现方法，其特征在于：所述静态元数据包括但不限于SMPTE2086所规定的静态元数据，所述动态元数据包括但不限于SMPTE2094-10、SMPTE 2094-20、SMPTE 2094-30、SMPTE 2094-40所规定的动态元数据。
5.根据权利要求3所述的一种高动态范围视频端到端实现方法，其特征在于：所述步骤⑶对视频数据进行编码，包括但不限于H.264/AVC、H.265、AVS2编码。
6.根据权利要求3所述的一种高动态范围视频端到端实现方法，其特征在于：所述步骤⑷对超高清视频技术参数进行标识，包括但不限于色域、转换曲线、转换矩阵；对于H.264/AVC编码和H.265/HEVC编码，在序列头VUI的vui_parameters()语法中对色域、转换曲线和颜色转换矩阵字段进行标识；对于AVS2编码，在序列头的sequence_display_extension()语法中对色域、转换曲线和颜色转换矩阵字段进行标识。
7.根据权利要求3所述的一种高动态范围视频端到端实现方法，其特征在于：所述步骤⑸进行封装时，对于H.264/AVC编码和H.265/HEVC编码，在SEI和VUI中对元数据进行封装，对于AVS2编码，在序列头和图像头中对元数据进行封装。
8.根据权利要求1所述的一种高动态范围视频端到端实现方法，其特征在于：所述传输网络包括但不限于有线网络、地面数字网络、IPTV网络、OTT网络、卫星网络和5G网络，所述传输网络应能满足至少一路4K超高清电视节目的传输带宽。
9.根据权利要求1所述的一种高动态范围视频端到端实现方法，其特征在于：所述步骤4的具体实现方法包括以下步骤：
⑴对HLG视频解码，对视频中的技术参数进行解析，并通过HDMI2.0及以上接口获取显示终端的显示能力；
⑵如果终端支持HLG显示，则将解码后的HLG视频直接显示；
⑶如果终端支持PQ显示，则将解码后的视频做进一步处理后显示。
10.根据权利要求1所述的一种高动态范围视频端到端实现方法，其特征在于：所述步骤⑶对解码后的视频做进一步处理包括以下内容：
①解析编码码流中的PQ元数据；
②将HLG视频转换为PQ视频；
③通过PQ视频和元数据进行动态显示适配后显示。
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