今年6月，西瓜视频宣布全面支持 HDR视频功能，成为首个HDR技术覆盖全形态（手机、PC 和平板）、打通全环节（拍摄、编辑和消费）的视频平台。

HDR（High Dynamic Range，高动态范围 ) 视频，相比普通SDR视频拥有更高的色深、更广的动态范围和更强的色彩表现力，能显著提升视频画质。当西瓜用户拍摄、编辑、预览、上传和观看HDR视频时，字节跳动旗下火山引擎多媒体实验室的“端到端HDR视频解决方案”发挥了重要作用，该方案也已逐步开放给火山引擎的企业级客户。

近几年，众多厂商纷纷在不同终端设备上提供HDR技术，包括拍摄、播放的能力支持等。但是，HDR技术的运营并不是单一的某个环节，而是从内容制作到传输再到设备显示的端到端技术。为了有效转码处理HDR格式相关视频内容，并在终端设备上完美呈现HDR的画面，火山引擎多媒体实验室打造了一套完整的解决方案，支持多种不同格式HDR视频内容从上传、转码、分发，最终到终端适配播放的能力。

1. 为了提升用户体验，该方案在端到端的不同环节采用了以下独特技术：
2. 为丰富HDR视频来源，设计独特的逆色调映射(Inverse Tone Mapping)算法，最大程度地实现了对现有SDR节目的HDR“还原”及向上兼容；
3. 为提升普通SDR设备上的用户观看体验，设计特有的色调映射（tone mapping）算法，在SDR设备上获得与HDR尽可能接近的播放效果；
4. 播放端高色彩还原渲染及低功耗解决方案，可支持高达4K分辨率和60fpsHDR视频流畅播放；
5. 为安卓平台提供了国内首个通用HDR亮度管理方案，确保不同安卓机型都能有相对稳定的HDR观看体验。
6. 火山引擎多媒体实验室“端到端HDR视频解决方案”流程图如下：

下文将详细介绍该方案在HDR转码和播放环节的技术特点。

HDR转码

对不同格式HDR源的转码支持

HDR的标准经过多年的发展，分化出了多种标准，如HDR10、HDR10+、Dolby Vision及HLG，而西瓜视频等产品用户上传的HDR视频还涉及不同的编码位深（8bit，10bit，12bit）和多种视频编码器标准，目前的转码工作流能够准确识别和兼容已知的所有HDR视频格式。

为了更好地处理HDR这种高动态视频，字节跳动自研编码器BVC也做了大量针对性优化，包括但不限于SIMD实现，编码优化算法等，在计算复杂度和编码效率方面取得了一个较高的平衡。

由SDR生成HDR视频的算法处理

HDR内容最早由电影节和广播电视公司生产，第一批4K HDR电影在2015年由福克斯电影公司推出，同年Sony在SMPTE会议上展示了他们的HLG视频，HDR渲染在电子游戏领域的应用则要更早。直到最近几年，消费侧的HDR播放功能才开始慢慢普及开来，而在此之前，为了兼容主流播放设备，HDR内容都不得不被转换为SDR进行传播。

因此，网络上存在大量原本是HDR格式的SDR内容，如电影片段、游戏画面，专业摄影作品等。对于这部分内容，技术团队利用算法对其进行了重制，使用了inverse tone mapping技术，将这些SDR视频还原为了原有的HDR格式，在用户的HDR设备上焕发了新生。

图：西瓜视频SDR及HDR效果对比

对于非HDR设备的兼容支持

当HDR视频在SDR设备上播放时，会发生黑屏（解码器不支持）或者色彩异常（播放器不支持）等诸多兼容性问题。为了保证还在使用SDR设备的用户体验，服务端必须进行向下兼容的转码处理，对于HDR源视频，技术团队使用了tone mapping算法，转换出相应的SDR版本并下发给这部分用户。

HDR到SDR视频的转换，经历了亮度动态范围和色彩空间的压缩（BT.2020到BT.709）以及光电转换函数EOTF的变化，同时信号位深也由10bit降低到8bit，视频信号可用的色阶数量减少了75%（1024到256个）。为了最大限度保留HDR视频中的暗部和亮部细节，同时保证色彩不失真，技术团队通过分析视频图像的亮度和色域分布等图像特征，动态调整不同场景下的转换参数，充分利用8bit信号的256个色阶来表现原本的HDR内容，保证HDR源视频中的画面能够尽量准确完好地呈现给SDR设备的用户。

考虑到传统的SDR标准基于100nit的最大亮度设计，而如今的智能手机屏幕亮度普遍高于这个数值。为了充分利用手机屏幕的亮度范围，在用户设备上呈现最佳的显示效果，需要给画面暗部细节分配更多的色阶，同时需要更高的画面整体对比度。因此在转换处理中，技术团队基于消费端的播放环境重新设计了tone mapping算法的参数，使得转换后的视频在普通SDR设备上也能呈现出与HDR尽可能接近的播放效果。

图：普通SDR设备播放HDR视频的效果（右图应用了Tone Mapping算法）

HDR播放

兼容性及高性能优化

西瓜视频等产品使用字节跳动自研播放器，在Android和iOS上均支持HDR10/HLG等多种HDR格式，通过机型数据探测出具备HDR播放能力的设备，并进行分发、播放支持，在不同机型上都能有稳定的HDR画质表现。

值得一提的是，该播放器在Android上还具备HDR回退SDR的渲染能力，在不支持真HDR的Android机型上，可使用Tone Mapping将HDR转到SDR渲染，保证用户终端播放画质的最优显示。在iOS端则使用异步初始化技术，极大地缩短了HDR视频的起播时长，进一步提升视频播放体验。

在保证极致色彩体验及低功耗的情况下，字节播放器可支持高达4K分辨率和60fps流畅播放。

HDR亮度自适应方案

为了给用户充分展现HDR内容，西瓜视频在移动端播放视频时，需要充分利用设备屏幕的高动态范围。根据动态范围的定义，屏幕的动态范围由最大亮度和最低亮度（黑位）的比值决定。当人们在一块OLED屏幕上观看HDR视频时，由于其黑位是固定值，视频的动态范围完全由屏幕的最大亮度决定。因此，为了让用户观看HDR内容时感受到比SDR视频更高的动态范围，需要调高屏幕亮度来做到这一点。

目前主流的安卓设备厂商缺乏统一的亮度管理方案。为此，火山引擎多媒体实验室提出了国内首个安卓端通用HDR亮度管理方案，在实验室测定了不同初始亮度下的最佳HDR观看亮度曲线，并集成到了西瓜视频安卓端APP，在不同机型和不同初始亮度下播放HDR视频时自适应地调整当前屏幕亮度，保证了不同安卓机型都能够有相对稳定的HDR观看环境，进而提升用户的观看体验。

关于火山引擎多媒体实验室

实验室致力于研究、探索多媒体领域的前沿技术，参与国际、国内多媒体方向的标准化工作，为多媒体内容分析、处理、压缩、传输、创新交互等领域提供软硬件解决方案。目前多媒体实验室所提供的众多创新算法已经广泛应用在了抖音、西瓜视频等产品的点播、直播、实时通信、图片等多媒体业务，并向火山引擎的企业级客户提供技术服务。