Transcodage HDR et tone mapping sur un serveur multimédia domestique

Le tone mapping comprime une large plage de luminance dans une plage étroite, en gardant le détail des hautes lumières et des ombres. Il est nécessaire quand le fichier porte du HDR et que l’écran ou le chemin de lecture attend du SDR. L’endroit où votre serveur l’effectue, et la question de savoir s’il doit l’effectuer, décident de ce que vous coûte un film en 4K.

1. Ce que le serveur lit comme du HDR

Deux signaux, tous deux tirés de l’analyse du fichier et non de son nom :

Est compté comme	Quand
HDR10	La fonction de transfert est SMPTE ST.2084 (la courbe PQ), ou le fichier porte des métadonnées annexes de l’écran de mastering ou de niveau de lumière du contenu, qui restent fiables même lorsque la caractéristique de transfert a disparu
HLG	La fonction de transfert est ARIB STD-B67, la courbe de la diffusion hertzienne

Le Dolby Vision n’a pas de branche propre dans la décision de diffusion. L’analyse lit son profil et son niveau, et les statistiques de votre bibliothèque comptent ces fichiers sous une plage dynamique à part dans l’onglet Statistiques. La plupart des copies Dolby Vision portent une base HDR10 qui signale PQ : le fichier est donc converti comme du HDR10, et les métadonnées scène par scène restent non interprétées.

2. Quand le serveur convertit

Client	Ce qui se passe
Applications de bureau et mobiles	Elles indiquent au serveur qu’elles peuvent ouvrir le fichier elles-mêmes : la session prend le chemin du fichier direct, et les octets partent tels qu’ils sont sur le disque. Le test HDR n’est jamais atteint
Navigateurs récents	Le profil couvre du H.264 à l’AV1 jusqu’à la 4K et 25 Mbit/s. Le HDR10 s’y ajoute lorsque l’écran affiche le HDR et que le navigateur décode le HEVC 10 bits ; ailleurs, un film HDR passe par le tone mapping, sauf si la personne qui regarde demande autre chose
Récepteurs AirPlay	Ils conservent le HDR10 et acceptent le HEVC : une Apple TV reçoit donc la plage dynamique telle qu’elle a été créée
Récepteur Chromecast par défaut	Il n’accepte que le H.264 et l’AAC : un titre HDR diffusé depuis un téléphone est donc converti pour le codec et pour la plage dynamique

Chaque conversion évitée garde la qualité intacte et laisse un cœur libre pour une session qui n’a pas le choix.

3. Quel backend effectue le tone mapping

Backend	Le tone mapping s’exécute sur
NVIDIA (NVENC ou CUDA)	Le matériel graphique, par libplacebo sur un périphérique Vulkan choisi indépendamment de l’encodeur : les cartes dédiées d’abord, puis les puces intégrées, les rastériseurs logiciels et les périphériques virtuels étant exclus
Intel Quick Sync	Son unité de traitement vidéo. Sur un titre 4K HDR, trente secondes y ont pris 3,43 secondes, contre 27,4 secondes par libplacebo sur la même puce intégrée
VAAPI sous Linux (Intel et AMD)	L’unité de traitement vidéo, tant que les images décodées sont encore sur le périphérique. Après un repli sur le décodage logiciel, la chaîne du processeur s’exécute et le résultat est envoyé à l’encodeur
AMD AMF sous Windows	Le processeur, avec l’encodage sur la carte. La même carte sur un hôte Linux convertit sur le GPU par VAAPI
Apple VideoToolbox sous macOS	Le processeur, avec l’encodage sur le matériel

Auto prend le premier backend qui passe la validation, dans l’ordre NVENC, Quick Sync, VAAPI, VideoToolbox, AMF, puis, sous Linux, un périphérique V4L2 doté d’un codec.

Pour le vérifier ou l’imposer, un administrateur ouvre Paramètres, l’onglet Qualité, Transcodage du serveur. L’onglet Infos & Diagnostic liste sous forme de pastilles, sous Backends d’accélération matérielle, ce que votre machine a validé, et un backend qui n’a jamais réussi son test d’exécution n’est pas proposé.

4. L’image reste la même d’un backend à l’autre

L’opérateur est Hable partout. La chaîne logicielle convertit en lumière linéaire avec une crête nominale de cent nits, applique le tone mapping de Hable sans désaturation, puis revient en BT.709, et libplacebo reçoit le même opérateur Hable pour que les deux concordent. Faire passer le serveur du processeur à la carte graphique ne change donc pas l’étalonnage, et une mesure faite avant le changement garde son sens après.

5. Quand une carte décroche en cours de session

1. Une session matérielle qui s’arrête avant son premier segment est relancée avec le décodage logiciel, l’encodeur matériel conservé et le tone mapping sur le processeur.
2. Si le second lancement s’arrête de la même manière, le backend est marqué comme défaillant (tainted). La session redémarre entièrement en logiciel, et toutes les sessions suivantes de ce processus passent directement par libx264.

Le journal nomme chaque étape, alors cherchez-y :

Ligne du journal	Signification
Hardware decode failed at startup on {backend}; retrying with software decode	La première étape
Hardware acceleration {backend} tainted	La deuxième étape. L’indicateur vit en mémoire : redémarrer le serveur l’efface, et le backend est de nouveau testé
GPU HDR tonemap support detected: False	Le filtre libplacebo ou le périphérique Vulkan n’a jamais démarré
Un avertissement indiquant qu’un périphérique Vulkan nommé corrompt ses transferts d’images	Ce périphérique a échoué au contrôle qui les vérifie

6. Mesurer avec de vrais médias

La résolution, le codec source, la profondeur de couleur, les sous-titres incrustés et le débit de sortie font tous varier le coût d’un transcodage. Le HDR avec incrustation est la tâche la plus lourde du serveur, parce que la superposition exige que l’image revienne en mémoire système et que seuls NVIDIA et Quick Sync peuvent garder l’encodeur matériel pendant l’opération. Sur tout autre backend, cette combinaison fait passer la session en logiciel, et c’est dans une bibliothèque de copies de disques avec des sous-titres en image que vous la rencontrerez. Le guide des disques explique le coût du choix de l’une de ces pistes.

1. Choisissez un fichier 4K HDR représentatif de votre bibliothèque, un film que vous regardez vraiment.
2. Lisez-le avec le client et sur le réseau que vous utiliserez vraiment.
3. Laissez-le tourner assez longtemps pour que l’encodeur se stabilise, idéalement le film entier.

Un test de capacité vous dit seulement qu’un périphérique est présent. Une charge soutenue montre si la lecture tient.

Ordre de préférence : d’abord la lecture HDR directe, puis un chemin de tone mapping accéléré qui a survécu à une vraie session, puis le processeur, qui fonctionne partout et demande une marge généreuse à haute résolution.

Questions fréquentes