核显实战 4K HDR to SDR 折腾手册

Q1628393554

好久没在卡饭写点东西了，现在分区变化挺大啊，都有点不知道往哪个分区发帖了。不过，一般我发的帖子都是很快就沉了，好像发在哪里也无所谓，还是希望这帖子能对有需要的人有点帮助吧

帖子的核心是提供一种软件解决方案，以在低端电脑上最大限度地体验4K HDR，主要分享的是核显在普通1080显示器播放4K HDR的过程。为什么要这样播放？因为没钱啊！没钱买高端屏幕直接体验真HDR，也舍不得买好独显跳过薄弱的核显。所以，土豪或者无法忍受画质哪怕一丁点损失的用户请轻喷。那么，既然我的播放设备远没有达到4K HDR的水平，我为什么还要尝试播放呢？原因主要有以下几点：

（1）情怀：我手头唯一的4K HDR片源是《复联3》，因为情怀，因为喜欢，我下载了这种片源，即使我无法充分发挥其优势，我至少收藏了。

（2）学习：电视卖场到处宣传4K HDR，那么我需要学习一下这到底是什么，顺便也可以学习解码器、渲染器相关的知识，何乐而不为？

（3）体验：HDR to SDR的画面是否有意义？这个我不确定，不同软件可能得到不同的画面，但大体上，我觉得HDR to SDR的画面可能得到更多的亮场细节，而SDR片源可能对应一片死白，但代价是感官上，HDR to SDR好像没有SDR片源那么亮得耀眼，这个我后文将进行对比测试。

（4）防骗：实际上与第二条学习有关，现在好像是个电视都得挂个HDR的标签卖，然而事实是，廉价的HDR不存在，绝大部分低端HDR仅仅是解码芯片支持，屏幕并不达标，与我本文在电脑上的解决方案相同。So，低端HDR电视是否涉嫌虚假宣传？

重要的软硬件信息：
win10 64位  potplayer  madVR
i3-7100，Intel HD Graphics 630，HDMI 1.4 ，2 x DDR4 2400MHz 8G  

媒体信息：（4K HDR与1080P SDR）
HDR：

Video
ID                             : 1
Format                         : HEVC
Format/Info                    : High Efficiency Video Coding
Commercial name                : HDR10
Format profile                 : Main 10@L5@Main
Codec ID                       : V_MPEGH/ISO/HEVC
Duration                       : 2 h 29 min
Bit rate                       : 12.9 Mb/s
Width                          : 3 840 pixels
Height                         : 2 160 pixels
Display aspect ratio           : 16:9
Frame rate mode                : Constant
Frame rate                     : 23.976 (24000/1001) FPS
Color space                    : YUV
Chroma subsampling             : 4:2:0
Bit depth                      : 10 bits
Bits/(Pixel*Frame)             : 0.065
Stream size                    : 13.4 GiB (71%)
Title                          : CMCT团队出品
Writing library                : x265 2.3+32-1ed218717877:[Windows][GCC 6.3.0][64 bit] 10bit
Language                       : Chinese
Default                        : Yes
Forced                         : No
Color range                    : Limited
Color primaries                : BT.2020
Transfer characteristics       : PQ
Matrix coefficients            : BT.2020 non-constant
Mastering display color primar : Display P3
Mastering display luminance    : min: 0.0001 cd/m2, max: 1000 cd/m2

SDR：

Video
ID                             : 1
Format                         : AVC
Format/Info                    : Advanced Video Codec
Format profile                 : High@L4.1
Format settings                : CABAC / 5 Ref Frames
Format settings, CABAC         : Yes
Format settings, ReFrames      : 5 frames
Codec ID                       : V_MPEG4/ISO/AVC
Duration                       : 2 h 29 min
Bit rate                       : 7 800 kb/s
Width                          : 1 920 pixels
Height                         : 804 pixels
Display aspect ratio           : 2.40:1
Frame rate mode                : Constant
Frame rate                     : 23.976 (24000/1001) FPS
Color space                    : YUV
Chroma subsampling             : 4:2:0
Bit depth                      : 8 bits
Scan type                      : Progressive
Bits/(Pixel*Frame)             : 0.211
Stream size                    : 8.14 GiB (60%)
Title                          : MPEG-4 x264@High Profile L4.1, 24/1.001 fps @ 7800 kbps
Writing library                : x264 core 155 r2901 7d0ff22

后续的对比将以SDR片源为基准。

两种常用的HDR to SDR软件解决方案：

1、EVR（CP）自转换：大家常用的渲染器是EVR（CP），Potplayer开启 HDR SMPTE ST 2084 自动校正 像素着色器可完成本片源的转换，MPC-BE不需设置，全默认设置即可自动完成EVR（CP）下的HDR to SDR转换。该解决方案的资源占用极低，扔给HD 630 硬解并转换非常轻松。缺点是
颜色过饱和，尤其是红色，暂时不确定原因，希望大家能测试一下是否有类似问题。

2、madVR：坊间传说madVR的转换质量很高，代价是资源消耗高。下面的测试就使用 Potplayer 搭配 madVR播放。

变换过程4K HDR→1080P SDR可拆分为两步：(1)HDR → SDR ；(2)4K → 1080P，如果考虑解码，那么播放该片源的主要3个过程为：解码、转换、缩放。

解码可由CPU或GPU完成；转换已经选为madVR，并只能在GPU下完成；缩放可以在CPU或GPU完成。这里额外说明一点，madVR的缩放实际上有两个独立的步骤：chroma和image。本帖中，对应chroma upscaling和image downscaling。4K内容在1080显示器呈现时需要做image downscaling而不需要做chroma upscaling，1080内容在1080显示器显示时需要做chroma upscaling而不需要做image downscaling。后文所指的GPU缩放忽略chroma upscaling，仅指image downscaling。考虑实际的播放流程，共有以下4种方案：

1

2  

3  

4  

方案1：不做任何后处理的情况下，i3-7100可以软解该HDR片源，在最高40Mbps码率的片段，CPU占用在70%附近，然而GPU在4K分辨率下做HDR转换吃不消，丢帧，放弃。

方案2：解码依旧由CPU完成，缩放实际用了后处理，potplayer有分辨率设置选项，注意是下图选项，不是视频渲染器中的缩放。选择较高质量的Lanczos算法，输出1080分辨率画面。由于解码与缩放都由CPU完成，CPU遇到瓶颈，在大约30Mbps码率时CPU会占满，这可不是个好现象，放弃。

方案3：其实推荐高端显卡用户这样做，GPU一条龙服务。可惜核显遇到了方案1同样的问题，4K分辨率做HDR转换费劲，放弃。

方案4：这个方案看起来很曲折啊，先由GPU解码，然后将数据发给CPU做缩放，最后将缩放完的数据再传给GPU做HDR转换。但是，个人觉得还是很巧妙啊，好处是GPU解码4K HEVC毫不费力，而CPU不解码，仅做缩放时性能又充足，最后核显在1080分辨率下做HDR转换性能也足够。这是我最终选择的方案，帧率稳定，电脑也不会卡顿。注：核显共享系统内存，对内存带宽敏感，实测单通道下，内存带宽遇到瓶颈导致丢帧，故方案4仅对双通道内存有效。具体设置如下：

         (1)D3D11模式下，显卡硬解，并Copy-Back回传数据。注：D3D11比D3D9效率更高。

         (2)后处理缩放，跟前文方案2相同。

         (3)开启madVR的HDR转换。

         个人建议使用 BT.2390 进行映射，并开启measure each frame's peak lumnance。测量每一帧的峰值亮度会额外消耗一定的计算资源，但如果不开，部分高亮场景的亮部画面会不够亮。大家可以根据喜好自行决定。我的设置最终效果如下图。

Q&A

1、在普通屏幕上观看HDR有什么意义？

前面提到过，对某些用户来说，收藏和学习的乐趣更大。至于你们更关心的体验不同，一般HDR to SDR后，亮场细节可能会比SDR片源丰富，代价是感官上，HDR to SDR好像没有SDR片源那么亮得耀眼。也许还有其他区别，请自行对比测试。下面给出几个对比图。其中第一组对比请关注左上角能量束，第二组对比请关注云彩。

2、我跟你的配置相同，但为什么我就可以使用前文方案3 GPU一条龙流畅播放？

请检查你的madVR是否开启了 compromise on tone & gamut mapping accuracy，在trade quality for performance选项卡。字面意思可知，牺牲质量换取性能，实测如果开启该选项，画面色彩会明显失真，建议开启，代价是明显提高计算资源占用。

3、我在网上花2000人民币购买了一台4K HDR电视，是否可以体验原汁原味的HDR？

不能。请保持冷静，以该价位，良心的商家会在宣传页的角落用小字写着“支持HDR指处理器支持HDR”，黑心的商家只会告诉你产品支持HDR，吹嘘画面有多好。HDR对屏幕有严格的要求，请自行查找相应资料。

4、你得到的HDR to SDR图像是标准的吗，尤其是对比图中？

这里可能根本就不存在标准。不同的软件，甚至是madVR本身都可以调节转换参数得到不同的结果。HDR强调更接近肉眼真实所见，所以在我看来，HDR to SDR就是一种失真，同样，对比肉眼所见，SDR片源本身就是失真的。


写完了，懒得总结什么了。希望大家冷静看待新技术、新产品，并能充分挖掘CPU及核显的能力。

帖子里有什么错误欢迎大家批评指正，谢谢！

游龙云翔

请教下支持4K的核显从那代哪个U开始，最近在找支持4K的核显CPU，inter的

风之咩~

游龙云翔 发表于 2019-4-4 13:25
请教下支持4K的核显从那代哪个U开始，最近在找支持4K的核显CPU，inter的

6代HD530算核显大跃进

Q1628393554

游龙云翔 发表于 2019-4-4 13:25
请教下支持4K的核显从那代哪个U开始，最近在找支持4K的核显CPU，inter的

这个没太关注从哪开始，记得同是4K，但是否HEVC、8bit还是10bit，不同代核显的支持不同。
你的楼下回答了，参考下。不知你是想干什么呀？

海龙王_ccmd

学习了，大神级的，但实在是太专业，看不懂。
另外，屏好像不支持4000，反正用7400带的核显，凑合着看。

Wovfer3847

很有用的文章
收到慢慢消化研究一下
谢楼主

蓝色天气

不是很懂 还是谢谢

Q1628393554

海龙王_ccmd 发表于 2019-4-5 23:43
学习了，大神级的，但实在是太专业，看不懂。
另外，屏好像不支持4000，反正用7400带的核显，凑合着看。

没有你说的那么夸张了，就是我自己瞎折腾玩的。
看hdr不只要4K屏，还得屏支持HDR，还得要HDMI2.0传输，像我i3-7100的核显，只支持HDMI1.4，就算给我个  4K 真HDR的电视也没用。

海龙王_ccmd

Q1628393554 发表于 2019-4-6 08:05
没有你说的那么夸张了，就是我自己瞎折腾玩的。
看hdr不只要4K屏，还得屏支持HDR，还得要HDMI2.0传输， ...

不知7400的核显是否支持？没查过。
其它硬件都不支持（应该是的）

Q1628393554

海龙王_ccmd 发表于 2019-4-10 12:46
不知7400的核显是否支持？没查过。
其它硬件都不支持（应该是的）

是i5-7400 ？和我主贴的情况一样。
咱们核显都是 HD Graphics 630，我才知道的是，i3-7100的HD630竟然频率比i5-7400高0.1GHz，不过这点不会有实质性的差别。