HDR-Transkodierung und Tone Mapping auf einem Heim-Medienserver

Tone Mapping komprimiert einen großen Helligkeitsbereich in einen schmalen und erhält dabei die Details in Lichtern und Schatten. Es wird benötigt, wenn die Datei HDR enthält und das Display oder der Wiedergabeweg SDR erwartet. Wo Ihr Server es ausführt und ob überhaupt, entscheidet darüber, was Sie ein 4K-Film kostet.

1. Was der Server als HDR erkennt

Zwei Signale, beide aus der Dateianalyse und nicht aus dem Dateinamen:

Gilt als	Wenn
HDR10	Die Transferfunktion ist SMPTE ST.2084 (die PQ-Kurve), oder die Datei enthält Side-Data zum Mastering-Display oder zum Content-Light-Level, die auch dann zuverlässig bleiben, wenn die Transfercharakteristik fehlt
HLG	Die Transferfunktion ist ARIB STD-B67, die Broadcast-Kurve

Dolby Vision hat in der Streaming-Entscheidung keinen eigenen Zweig. Der Scanner liest Profil und Level aus, und die Statistiken Ihrer Mediathek führen diese Dateien auf der Registerkarte Statistik unter einem eigenen Dynamikumfang. Die meisten Rips in Dolby Vision enthalten eine HDR10-Basis, die PQ signalisiert, daher wird die Datei als HDR10 konvertiert und die szenenbezogenen Metadaten bleiben unberücksichtigt.

2. Wann der Server konvertiert

Client	Was passiert
Desktop- und Mobil-Apps	Sie teilen dem Server mit, dass sie die Datei selbst öffnen können. Die Sitzung nimmt daher den Weg der Direktdatei, und die Bytes werden so gesendet, wie sie auf dem Datenträger liegen. Die HDR-Prüfung wird nie erreicht
Moderne Browser	Das Profil deckt H.264 bis AV1 mit bis zu 4K und 25 Mbps ab. HDR10 kommt hinzu, wenn das Display HDR darstellt und der Browser 10-Bit-HEVC decodiert; andernfalls wird auf einen HDR-Film Tone Mapping angewendet, sofern nicht anders angefordert
AirPlay-Empfänger	Sie behalten HDR10 bei und akzeptieren HEVC, sodass ein Apple TV den Dynamikumfang wie gemastert erhält
Chromecast-Standardempfänger	Er akzeptiert nur H.264 und AAC. Ein von einem Telefon gestreamter HDR-Titel wird daher für den Codec und für den Dynamikumfang konvertiert

Jede Konvertierung, die Sie vermeiden, erhält die Qualität und lässt einen Kern für eine Sitzung frei, die keine andere Wahl hat.

3. Welches Backend das Tone Mapping übernimmt

Backend	Tone Mapping läuft auf
NVIDIA (NVENC oder CUDA)	Der Grafikhardware, über libplacebo auf einem Vulkan-Gerät, das unabhängig vom Encoder gewählt wird: zuerst dedizierte Adapter, dann integrierte, wobei Software-Rasterizer und virtuelle Geräte ausgeschlossen sind
Intel Quick Sync	Seiner Videoverarbeitungseinheit. Bei einem 4K-HDR-Titel benötigten dreißig Sekunden dort 3,43 Sekunden, gegenüber 27,4 Sekunden über libplacebo auf demselben integrierten Chip
VAAPI unter Linux (Intel und AMD)	Der Videoverarbeitungseinheit, solange sich die decodierten Frames noch auf dem Gerät befinden. Nach einem Rückfall auf Software-Decodierung läuft die Prozessorkette, und das Ergebnis wird für den Encoder hochgeladen
AMD AMF unter Windows	Dem Prozessor, mit der Kodierung auf der Karte. Dieselbe Karte konvertiert auf einem Linux-Host über VAAPI auf der GPU
Apple VideoToolbox unter macOS	Dem Prozessor, mit der Kodierung auf der Hardware

Auto wählt das erste Backend, das die Validierung besteht, in der Reihenfolge NVENC, Quick Sync, VAAPI, VideoToolbox, AMF und unter Linux zuletzt ein V4L2-Gerät mit Codec-Unterstützung.

Zum Prüfen oder Überschreiben öffnet ein Administrator Einstellungen, Registerkarte Qualität, Server-Transkodierung. Die Registerkarte Info & Diagnose listet unter Backends für die Hardwarebeschleunigung als Chips auf, was Ihr Rechner validiert hat, und ein Backend, das seinen Laufzeittest nie bestanden hat, wird nicht angeboten.

4. Das Bild bleibt über alle Backends hinweg gleich

Der Operator ist überall Hable. Die Software-Kette konvertiert in lineares Licht bei einer nominellen Spitzenhelligkeit von hundert Nits, führt das Tone Mapping mit Hable ohne Entsättigung durch und kehrt dann zu BT.709 zurück; libplacebo erhält denselben Hable-Operator, sodass beide übereinstimmen. Ein Wechsel des Servers vom Prozessor auf die Grafikkarte ändert daher das Grading nicht, und eine Messung von vor dem Wechsel bleibt auch danach aussagekräftig.

5. Wenn eine Karte mitten in der Sitzung ausfällt

1. Eine Hardware-Sitzung, die vor ihrem ersten Segment abbricht, wird mit Software-Dekodierung neu gestartet, wobei der Hardware-Encoder beibehalten wird und das Tone Mapping auf dem Prozessor läuft.
2. Bricht auch der zweite Start auf dieselbe Weise ab, wird das Backend als fehlerhaft (tainted) markiert. Die Sitzung startet vollständig in Software neu, und jede weitere Sitzung in diesem Prozess verwendet direkt libx264.

Das Log führt jeden Schritt auf; durchsuchen Sie es daher:

Protokollzeile	Bedeutung
Hardware decode failed at startup on {backend}; retrying with software decode	Der erste Schritt
Hardware acceleration {backend} tainted	Der zweite Schritt. Das Flag liegt im Arbeitsspeicher, daher löscht ein Neustart des Servers es und das Backend wird erneut geprüft
GPU HDR tonemap support detected: False	Der libplacebo-Filter oder das Vulkan-Gerät wurde nie gestartet
Eine Warnung, dass ein bestimmtes Vulkan-Gerät seine Frame-Übertragungen beschädigt	Dieses Gerät hat die Prüfung nicht bestanden, mit der sie verifiziert werden

6. Mit echten Medien messen

Auflösung, Quell-Codec, Bittiefe, eingebrannte Untertitel und Ausgabe-Bitrate beeinflussen alle den Aufwand einer Transkodierung. HDR mit eingebrannten Untertiteln ist die aufwendigste Aufgabe des Servers, weil die Überlagerung das Bild zurück im Arbeitsspeicher benötigt und nur NVIDIA und Quick Sync dabei den Hardware-Encoder beibehalten können. Auf jedem anderen Backend wechselt die Sitzung bei dieser Kombination zur Software-Verarbeitung, und in einer Mediathek mit Disc-Rips und Bitmap-Untertiteln werden Sie ihr begegnen. Der Disc-Leitfaden erläutert, was die Auswahl einer dieser Spuren kostet.

1. Wählen Sie eine 4K-HDR-Datei, die für Ihre Mediathek steht, einen Film, den Sie tatsächlich ansehen.
2. Spielen Sie sie über den Client und das Netzwerk ab, die Sie tatsächlich verwenden.
3. Lassen Sie sie lange genug laufen, damit sich der Encoder einpendelt, idealerweise den ganzen Film.

Eine Fähigkeitsprüfung zeigt nur, dass ein Gerät vorhanden ist. Erst dauerhafte Last zeigt, ob die Wiedergabe standhält.

Reihenfolge der Präferenz: zuerst die direkte HDR-Wiedergabe, dann ein beschleunigter Tone-Mapping-Pfad, der eine echte Sitzung überstanden hat, dann der Prozessor, der überall funktioniert und bei hoher Auflösung reichlich Reserven braucht.

Häufig gestellte Fragen