HDR轉換技術 保障有線使用者CCTV 4K收視體驗
CCTV 4K頻道測試效果(央視新聞)
即將到來的國慶假期，作為老百姓關注的重點之一：中央廣播電視總檯開播的國內首個超高清電視訊道CCTV 4K，將通過中星6A衛星和全國有線電視幹線網正式向全國傳輸，北京、廣東、上海等首批13個省區市有線電視網的使用者終於可以“嚐鮮”，體會到4K節目的真實效果。當虹科技不僅積極與有線網路公司一起全力保障頻道的落地覆蓋工作，同時，通過“4K HDR轉SDR技術”的應用，實現新舊4K機頂盒等終端上提供更好的畫質與色彩，以保證使用者觀看效果的極致體驗。
CCTV 4K頻道播出機房(央視新聞)
對於已經開展多年國內4K超高清視訊業務，市面上有著數千萬級的存量4K終端裝置(主要是機頂盒及電視機)，終端中絕大部分的播放晶片及顯示核心相對比較老舊，不支援50 fps高幀率、BT.2020寬色域、10bit量化及HDR高動態範圍，無法播放還原4K HDR格式的高質量視訊內容，對於使用者的收看CCTV 4K的節目內容，有著關鍵的影響。
在CCTV 4K超高清頻道開播之際，當虹科技提供的解決方案與產品，不僅保留了4K HDR格式的播出，同時對視訊內容進行格式轉換，把HDR格式轉為SDR格式，實現4K節目在4K新舊終端上的同步播出。
該技術的核心就是Arcvideo視訊色調對映演算法可以通過檢測不同場景的影象特徵，對影象不同區段採用對應的對映係數，同時採用快速演算法，最終能夠完成對不同型別視訊的高效處理。
當虹科技HDR下變換色調對映處理的效果
直接置標誌位沒有經過下變換色調對映處理的效果
以上是基於正在測試的央視4K超高清頻道HDR內容，對比經過當虹科技HDR下變換色調對映處理的效果，與直接置標誌位而沒有經過下變換處理的效果，可以明顯看到經過處理的效果色彩比較真實飽滿，更加接近真實環境，觀看效果較好;而沒有經過下變換色調對映處理的展示效果整體較差，色彩嚴重偏灰偏暗，與真實場景嚴重不符，觀看效果也較差。
[典型案例]
當虹科技全程參與了廣東臺4K超高清頻道的建設，其中4K超高清編碼器實現了4K頻道在南方傳媒IPTV的成功播出，相關產品符合《4K超高清電視技術應用實施指南(2018版)》規範，並且實現了4K HDR格式與4K SDR格式的同步播出。在廣東臺超高清頻道向南傳IPTV播出的測試過程中，由於既需要呈現HDR高動態效果，又要考慮相容絕大部分使用者的SDR終端，評估了多種方案。以"HLG信源在SDR電視機播放"測試為例，有三種方案，分別為：直接播放、經過第三方廠商變換器轉換為SDR訊號後播放以及使用Arcvideo 4K編碼器內建轉換演算法下變換播放。經過實測，Arcvideo 4K編碼器內建轉換演算法的播放結果比第三方廠商變換器效果更好，色彩更接近於原畫，且都要好於HLG訊號直接播放，得到了好評。
精彩解讀：當虹科技4K HDR下變換 SDR技術
數字視訊訊號中一般都有特定的標誌位來標識傳輸曲線(EOTF)，終端播放器和顯示裝置需要根據該標誌位來解碼視訊訊號，並將電訊號還原為光訊號在顯示裝置上呈現，供使用者觀看。
為什麼需要做轉換呢?如果標誌位與視訊訊號不匹配，或者終端播放器無法識別該標誌位時，將電訊號還原為光訊號的結果會出錯，最終顯示效果異常。例如10bit視訊中的數字 940 在SDR曲線中表示亮度100nit，在HLG曲線中表示亮度1000nit，在PQ曲線中表示亮度10000nit，差別巨大。這也是HDR視訊直接在SDR電視機上播放時“偏灰偏暗”現象的原因。HDR轉SDR的核心技術是色調對映，那麼什麼是色調對映呢?
色調對映目的是使高動態範圍HDR影象能夠適應低動態範圍SDR顯示裝置，是指將高動態HDR影象進行大幅度的對比度衰減，可以在SDR裝置上正確顯示，同時又能夠儘可能保持影象細節和顏色等明暗資訊，而又不會顯著降低影象質量。在色調對映過程中，影象的色度、亮度、動態範圍等都發生了顯著變化。那麼如何實現色調對映呢?
HDR影象比SDR影象具有更多的暗部細節和亮部細節，如果使用簡單的線性對映，處理結果會出現較嚴重的失真。Arcvideo色調對映演算法針對HLG/PQ等傳輸曲線的亮度分佈特點，基於大量HDR視訊中影象的分析，根據亮度對HDR影象進行分段處理，直觀上講就是將不同區段的亮度進行相應的拉伸或壓縮。在色調對映過程中對R/G/B三個顏色通道的處理會造成影象飽和度降低，所以演算法也要相應考慮顏色對映。
以上所述是影象色調對映演算法，視訊的處理可以看作是對其每一幀執行相同的影象色調對映演算法。但是視訊訊號有其獨特的時域特性，如視訊一般都包含多個場景，極端情況下明暗場景會快速切換，處理不當的話會造成幀間閃爍，降低人們觀看體驗。Arcvideo色調對映演算法通過檢測HDR視訊不同場景的亮度值和對比度，得到每個場景的影象特徵，對色調對映演算法引數做適當調整，從而能適應不同風格的視訊。
另外，直播場景時對於4K 50P的訊號，每秒需要對3840×2160×3×50 ≈ 1.2×10^9個數據點做處理，演算法涉及到大量的指數運算，並對計算精度有較高要求，並且要保證每一幀資料處理時間小於20ms，所以演算法的計算效率尤為重要。Arcvideo色調對映演算法設計時就考慮了快速演算法架構，特別是藉助GPU千核運算能力進行並行處理，形成了獨特的CPU+GPU處理架構，能夠適應各種複雜場景。