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VP9 HDR 编码

高动态范围 (HDR) 视频是一种成熟的技术。如今，有许多标准的逐渐形成标准。

如需查看 HDR 视频演变的全貌，请参阅 WikiPedia 文章高动态范围视频。

FFmpeg 可以与 VP9 搭配使用，以 (1) 将 HDR 源压缩为标准动态范围 (SDR) 输出，或 (2) 用于将 HDR 源重新打包为适用于 HDR 的网页格式。

输入来源

目前，使用 VP9 编码 HDR 时，FFmpeg 支持的任何高位深度（10 位）编解码器均可用作输入（例如，VP9 Profile 2 和 3、H.264（10 位）、DNxHR、HEVC、ProRes 等）。另请参阅 YouTube 支持文章上传高动态范围 (HDR) 视频。

编码输出覆盖面：

目前和一般情况下，支持的目标设备包括可解码 VP9 Profile 2 并输出到 HDR 显示器的任何设备。

Chromecast Ultra + 支持 HDR 的电视
Windows 10 Fall Creators Update 上的 Chrome 64 Canary 版，已开启 HDR 标志。（这是一个很好的调试工具）。
任何具备 VP9 Profile 2 的 HDR TV
- 所有三星 2017 HDR 型号（flatpanelshd.com 列表）以及以“KS”开头的 2016 型号
- 所有 LG 2017 HDR 型号（以及部分 2016 年 LG G6 型号）
- 在移动设备上，支持硬件加速的 VP9 Profile 2 10 位 HDR 解码设备（Meizu Pro 7）
- 2017 年拍摄的超高清蓝光

用于启用 VP9 Profile 2 和 HDR EOTF 的 FFmpeg 命令行设置

您的 FFmpeg 必须是在 10 位（甚至 12 位）支持的基础上构建的。

在下面的示例中，我们使用支持 10 位静态构建的 ffmpeg。您可以使用我们的构建脚本来自行创建，或遵循 FFmpeg 网站上的指南。

以下是一个实用的 FFmpeg 命令行，可按照具有 VP9 的 SMPTE 2084 (PQ EOTF) 标准进行 HDR 编码：

ffmpeg -i strobe_scientist_18Mbps.webm -b:v 18000000 -pass 1 \
  -pix_fmt yuv420p10le \
  -color_primaries 9 -color_trc 16 -colorspace 9 -color_range 1 \
  -maxrate 26800000 -minrate 8040000 -profile:v 2 -vcodec libvpx-vp9 /dev/null && \
   ffmpeg -i strobe_scientist_18Mbps.webm -b:v 18000000 -pass 2 \
   -pix_fmt yuv420p10le \
   -color_primaries 9 -color_trc 16 -colorspace 9 -color_range 1 \
   -maxrate 26800000 -minrate 8040000 -profile:v 2 -vcodec libvpx-vp9 \
   strobe_scientist_18Mbps.webm

下文对关键参数进行了详细介绍：

MPMPG	支持 10 位架构的静态 build
`-pass 1`	HDR 需要 2 通道编码。在此示例中，第一次传递会输出到 `/dev/null`，并在第二次传递期间在内存中进行处理。
`-pix_fmt yuv420p10le`	设置 YUV 4:2:0 10 位像素格式
`-color_primaries 9`	设置 `BT2020` 请参阅本文档第 5 页和第 6 页了解详情。
`-color_trc 16`	`16` 将“传递特性”设置为 SMPTE 2084。PQ `18` 设置传输特性 SMPTE 2086 HLG
`-colorspace 9`	`colorspace` 是“Matrix_coefficiencys.”此值应与内容母带设置保持一致。（例如 bt709、bt2020_ncl）。在此示例中，bt2020_ncl 应为 `9`。如需进一步参考，请参阅本文档的第 12 页
`-color_range 1`	颜色范围（`0` = 未指定，`1` = mpeg/studio/tv，`2` = jpeg/full/pc）
`-profile:v 2`	如果是 HDR，必须提供配置文件或者 `2` 或 `3`。
`-vcodec libvpx-vp9`	使用 VP9 编码器。

编码示例

以下示例全部使用源文件 strobe_scientist.mkv

一般而言，对于采用 HDR 编码的比特率，建议的比特率比等效的 8 位 SDR 编码高 25-30%。这些示例通常以 18Mbps 为目标。以 12Mbps 的比特率通过最佳调谐实现良好的 HDR 结果。

此类编码在 Ubuntu Linux 系统上进行了，规格如下：

处理器：4x Intel(R) Core(TM) i5-6500 CPU，3.20GHz
内存 (RAM)：8060MB（已使用 1492MB）
图形：Intel HD Graphics 530 (Skylake GT2)
操作系统：Ubuntu 16.04 LTS

转换为 YUV 4:2:0 10 位 PQ

示例 A：6Mbps 4k 2 通道

ffmpeg -y -report -i strobe_scientist.mkv -b:v 6000000 -speed 4 -pass 1 \
  -pix_fmt yuv420p10le \
  -color_primaries 9 -color_trc 16 -colorspace 9 -color_range 1 \
  -maxrate 8000000 -minrate 4000000 \
  -profile:v 2 -vcodec libvpx-vp9 -f webm /dev/null && \
  ffmpeg -y -report -i strobe_scientist.mkv -b:v 6000000 -pass 2 \
  -pix_fmt yuv420p10le \
  -color_primaries 9 -color_trc 16 -colorspace 9 -color_range 1 \
  -maxrate 8000000 -minrate 4000000 \
  -profile:v 2 -vcodec libvpx-vp9 \
  2pass_HDR_strobe_scientist_6Mbps-static.webm

输出文件：2pass_HDR_strobe_scientist_6Mbps-static.webm
编码时间：142m30s
磁盘上的文件大小：51.2MB

示例 B1：18Mbps 4k 2 通道

ffmpeg -y -report -i strobe_scientist.mkv -b:v **18000000** -speed 4 -pass 1 \
  -pix_fmt yuv420p10le \
  -color_primaries 9 -color_trc 16 -colorspace 9 -color_range 1 \
  -maxrate **20800000** -minrate **15040000** \
  -profile:v 2 -vcodec libvpx-vp9 -f webm /dev/null && \
  ffmpeg -y -report -i strobe_scientist.mkv -b:v 18000000 -pass 2 \
  -pix_fmt yuv420p10le \
  -color_primaries 9 -color_trc 16 -colorspace 9 -color_range 1 \
  -maxrate **20800000** -minrate **15040000** \
  -profile:v 2 -vcodec libvpx-vp9 \
  2pass_HDR_strobe_scientist_18Mbps-static.webm

输出文件：2pass_HDR_strobe_scientist_18Mbps-static.webm
编码时间：213 分 32 秒
磁盘上的文件大小：161MB

示例 B2：18Mbps 1080p 2 通道

ffmpeg -y -report -i strobe_scientist.mkv -b:v 18000000 -speed 4 -pass 1 \
  -pix_fmt yuv420p10le \
  -color_primaries 9 -color_trc 16 -colorspace 9 -color_range 1 \
  -maxrate 20800000 -minrate 15040000 \
  -profile:v 2 **-vf ****scale=-1:1080**** **-vcodec libvpx-vp9 \
  -f webm /dev/null && \
  ffmpeg -y -report -i strobe_scientist.mkv -b:v 18000000 -pass 2 \
  -pix_fmt yuv420p10le \
  -color_primaries 9 -color_trc 16 -colorspace 9 -color_range 1 \
  -maxrate 20800000 -minrate 15040000 \
  -profile:v 2 **-vf ****scale=-1:1080**** **-vcodec libvpx-vp9 \
  1080_2pass_HDR_strobe_scientist_18Mbps-static.webm

输出文件：1080_2pass_HDR_strobe_scientist_18Mbps-static.webm
编码时间：113m9s
磁盘上的文件大小：160MB

使用查询表 (LUT) 将 HDR 转换为 SDR

将 HDR 转换为 SDR 要求转码器了解如何将亮度和颜色映射到较小的 BT.709 颜色空间和非亮度 HDR 范围。为获得最佳结果，可以使用描述如何执行该映射的 LUT（通常特定于内容）。示例 C 和 D 展示了如何使用 LUT。我们使用了 bt2020_to_bt709_example.cube

示例 C：18Mbps 4K HDR 转 SDR（使用 LUT）

ffmpeg -i strobe_scientist.mkv -y -b:v 18000000 -speed 4 -pass 1 \
  -pix_fmt yuv420p \
  -color_primaries 1 -color_trc 1 -colorspace 1 -color_range 1 \
  -maxrate 26800000 -minrate 8040000 -profile:v 0 \
  -vf scale=-1:-1:in_color_matrix=bt2020,format=rgb48,lut3d=bt2020_to_bt709_example.cube,scale=-1:-1:out_color_matrix=bt709 \
  -vcodec libvpx-vp9 -f webm /dev/null && \
  ffmpeg -i strobe_scientist.mkv -y -b:v 18000000 -pass 2 \
  -pix_fmt yuv420p \
  -color_primaries 1 -color_trc 1 -colorspace 1 -color_range 1 \
  -maxrate 26800000 -minrate 8040000 -profile:v 0 \
  -vf scale=-1:-1:in_color_matrix=bt2020,format=rgb48,lut3d=bt2020_to_bt709_example.cube,scale=-1:-1:out_color_matrix=bt709 \
  -vcodec libvpx-vp9 -f webm SDR_strobe_scientist_18Mbps-static.webm

注意：-profile 已设为 0 (4:2:0)，-pix_fmt 已更改为 yuv420p。

输出文件：SDR_strobe_scientist_18Mbps-static.webm
编码时间：124 分 23 秒
磁盘上的文件大小：165MB

将 HLG 转换为 VP9 HLG10 10 位 PQ

需要 HLG 来源。我们使用了输入文件 strobe_scientist_hlg.mkv

示例 D：18Mbps 4k 2 通道 HLG

ffmpeg -y -i strobe_scientist_hlg.mkv -b:v 18000000 -pass 1 -speed 4 \
  -pix_fmt yuv420p10le \
  -color_primaries 9 -color_trc 18 -colorspace 9 -color_range 1 \
  -maxrate 26800000 -minrate 8040000 \
  -profile:v 2 -vcodec libvpx-vp9 -f webm /dev/null && \
  ffmpeg -y -i strobe_scientist_hlg.mkv -b:v 18000000 -pass 2 \
  -pix_fmt yuv420p10le \
  -color_primaries 9 -color_trc 18 -colorspace 9 -color_range 1 \
  -maxrate 26800000 -minrate 8040000 \
  -profile:v 2 -vcodec libvpx-vp9 \
  HLG_HDR_strobe_scientist_18Mbps-static.webm

注意：-color_trc 已设置为 18，以指示 HLG。

输出文件：HLG_HDR_strobe_scientist_18Mbps-static.webm
编码时间：186m10s
磁盘上的文件大小：165MB

总结

输出文件的大小各不相同。输入为 4.3GB。

示例	目标输出	占用空间	对时间进行编码
A	6Mbps 4K 未缩放的 HDR	51.2MB	1.42 亿
B1	18Mbps 4K 未缩放 HDR	161MB	2.13 亿
B2	18Mbps 缩放 HDR	160 MB	1.13 亿
C	18Mbps HDR 至 SDR 的未缩放比例	165MB	124 米
D	18Mbps HLG 转换	165MB	1.68 亿

请注意，建议在 HDR 应用中使用 2 路编码，因为 1 路编码在某些配置中可能会有所不同。

在 WebM 和 MP4 输出中发出 HDR 信号所需的工具（Matroska 命令行工具）

在撰写本文时，FFmpeg 尚未提供在 WebM/MKV 中指定 SMPTE 2086 静态元数据的机制，尽管它会在输入流中包含该输入流时进行传播。

mkvmerge 工具是 mkvtoolnix 的一部分，可在您的应用需要时用于插入或修改此元数据。

以下是将 HDR 元数据插入上述其中一个文件的一个示例。该工具特别适合准备要上传到 YouTube 的 HDR 内容。

mkvmerge \
  -o HDR_strobe_scientist_18Mbps.mkv\
  --colour-matrix 0:9 \
  --colour-range 0:1 \
  --colour-transfer-characteristics 0:16 \
  --colour-primaries 0:9 \
  --max-content-light 0:1000 \
  --max-frame-light 0:300 \
  --max-luminance 0:1000 \
  --min-luminance 0:0.01 \
  --chromaticity-coordinates 0:0.68,0.32,0.265,0.690,0.15,0.06 \
  --white-colour-coordinates 0:0.3127,0.3290 \
  HDR_strobe_scientist_18Mbps.webm

该示例会在 0.6 秒内生成文件 HDR_strobe_scientist_18Mbps.mkv。