Ánh xạ độ sáng HDR theo tông màu tới phạm vi tương thích với SDR

Android 13 giới thiệu một thư viện tĩnh có thể định cấu hình của nhà cung cấp có tên là libtonemap. Thư viện này xác định các thao tác ánh xạ tông màu và được chia sẻ với quá trình triển khai SurfaceFlinger và Trình kết hợp phần cứng (HWC). Tính năng này cho phép OEM xác định và chia sẻ thuật toán ánh xạ tông màu hiển thị giữa khung và nhà cung cấp, giảm sự không khớp trong ánh xạ tông màu.

Trước Android 13, các thao tác ánh xạ tông màu dành riêng cho màn hình không được chia sẻ giữa HWC, SurfaceFlinger và các ứng dụng. Tuỳ thuộc vào đường dẫn kết xuất, đối với nội dung HDR, điều này dẫn đến sự không khớp về chất lượng hình ảnh, trong đó nội dung HDR được ánh xạ tông màu đến không gian đầu ra theo nhiều cách. Điều này có thể nhận thấy được trong các trường hợp như xoay màn hình, trong đó chiến lược kết hợp thay đổi giữa GPU và DPU, cũng như sự khác biệt về hành vi kết xuất giữa TextureView và SurfaceView.

Trang này mô tả giao diện, tuỳ chỉnh và thông tin xác thực của thư viện libtonemap.

Giao diện cho thư viện ánh xạ tông màu

Thư viện libtonemap chứa các phương thức triển khai được hỗ trợ bởi CPU và chương trình đổ bóng SkSL. SurfaceFlinger có thể cắm các phương thức này để kết hợp phần phụ trợ GPU và HWC để tạo bảng tra cứu ánh xạ tông màu (LUT). Điểm truy cập vào libtonemap là android::tonemap::getToneMapper(). Điểm truy cập này trả về một đối tượng triển khai giao diện ToneMapper.

Giao diện ToneMapper hỗ trợ các chức năng sau:

  • Tạo LUT ánh xạ tông màu

    Giao diện ToneMapper::lookupTonemapGain là một CPU triển khai chương trình đổ bóng được xác định trong libtonemap_LookupTonemapGain(). Phương thức này được các bài kiểm thử đơn vị trong khung sử dụng và các đối tác có thể sử dụng để hỗ trợ việc tạo LUT ánh xạ tông màu bên trong quy trình xử lý màu của họ.

    libtonemap_LookupTonemapGain() nhận các giá trị màu trong không gian tuyến tính tuyệt đối, chưa chuẩn hoá, cả trong RGB tuyến tính và XYZ, đồng thời trả về một float mô tả số lần nhân các màu đầu vào trong không gian tuyến tính.

  • Tạo chương trình đổ bóng SkSL

    Giao diện ToneMapper::generateTonemapGainShaderSkSL() trả về một chuỗi chương trình đổ bóng SkSL, với nguồn và không gian dữ liệu đích. Chương trình đổ bóng SkSL được cắm vào quá trình triển khai Skia cho RenderEngine, thành phần kết hợp tăng tốc GPU cho SurfaceFlinger. Chương trình đổ bóng cũng được cắm vào libhwui để có thể thực hiện hiệu quả việc ánh xạ tông màu HDR sang SDR cho TextureView. Vì chuỗi được tạo được lồng ghép vào các chương trình đổ bóng SkSL khác mà Skia sử dụng, nên chương trình đổ bóng phải tuân thủ các quy tắc sau:

    • Chuỗi chương trình đổ bóng phải có một điểm truy cập với chữ ký float libtonemap_LookupTonemapGain(vec3 linearRGB, vec3 xyz), trong đó linearRGB là giá trị của nits tuyệt đối của các pixel RGB trong không gian tuyến tính và xyz là linearRGB được chuyển đổi thành XYZ.
    • Mọi phương thức trợ giúp mà chuỗi chương trình đổ bóng sử dụng phải có tiền tố là chuỗi libtonemap_ để các định nghĩa chương trình đổ bóng khung không xung đột. Tương tự, bạn phải đặt tiền tố in_libtonemap_ cho các đồng phục đầu vào.

  • Tạo đồng phục SkSL

    Giao diện ToneMapper::generateShaderSkSLUniforms() trả về nội dung sau, với siêu dữ liệu struct mô tả siêu dữ liệu từ các tiêu chuẩn HDR và điều kiện hiển thị khác nhau:

    • Danh sách các đồng phục được liên kết bằng chương trình đổ bóng SkSL.

    • Các giá trị đồng nhất in_libtonemap_displayMaxLuminance và in_libtonemap_inputMaxLuminance. Các giá trị này được chương trình đổ bóng khung sử dụng khi điều chỉnh tỷ lệ đầu vào thành libtonemap và chuẩn hoá đầu ra nếu có thể.

    Hiện tại, quy trình tạo đồng phục không phụ thuộc vào không gian dữ liệu đầu vào và đầu ra.

Tuỳ chỉnh

Việc triển khai tham chiếu của thư viện libtonemap sẽ tạo ra kết quả chấp nhận được. Tuy nhiên, vì thuật toán ánh xạ tông màu mà thành phần GPU sử dụng có thể khác với thuật toán mà thành phần DPU sử dụng, nên việc triển khai tham chiếu có thể gây ra hiện tượng nhấp nháy trong một số trường hợp, chẳng hạn như ảnh động xoay. Tính năng tuỳ chỉnh có thể giải quyết các vấn đề về chất lượng hình ảnh dành riêng cho nhà cung cấp.

Các nhà sản xuất thiết bị gốc (OEM) nên ghi đè cách triển khai libtonemap để xác định lớp con ToneMapper của riêng họ. Lớp con này do getToneMapper() trả về. Khi tuỳ chỉnh việc triển khai, đối tác cần làm một trong những việc sau:

  • Sửa đổi trực tiếp cách triển khai libtonemap.
  • Xác định thư viện tĩnh của riêng họ, biên dịch thư viện dưới dạng độc lập và thay thế tệp .a của thư viện libtonemap bằng tệp được tạo từ thư viện tuỳ chỉnh của họ.

Nhà cung cấp không cần sửa đổi bất kỳ mã nhân hệ điều hành nào, nhưng nhiều nhà cung cấp phải thông báo chi tiết về thuật toán ánh xạ tông màu DPU để triển khai đúng cách.

Xác nhận kết quả

Hãy làm theo các bước sau để xác thực quá trình triển khai:

  1. Phát video HDR trên màn hình theo mọi chuẩn HDR mà hệ thống hiển thị của bạn hỗ trợ, chẳng hạn như HLG, HDR10, HDR10+ hoặc DolbyVision.

  2. Bật/tắt thành phần GPU để đảm bảo không có hiện tượng nhấp nháy mà người dùng có thể nhận thấy.

    Sử dụng lệnh adb sau để bật/tắt thành phần GPU:

    adb shell service call SurfaceFlinger 1008 i32 <0 to enable HWC composition,
1 to force GPU composition>

Các vấn đề thường gặp

Việc triển khai này có thể gặp phải các vấn đề sau:

  • Hiện tượng phân đoạn xảy ra khi mục tiêu kết xuất mà thành phần GPU sử dụng có độ chính xác thấp hơn giá trị thông thường cho nội dung HDR. Ví dụ: hiện tượng banding có thể xảy ra khi quá trình triển khai HWC hỗ trợ các định dạng 10 bit mờ cho HDR như RGBA1010102 hoặc P010, nhưng yêu cầu thành phần GPU ghi vào định dạng 8 bit như RGBA8888 để hỗ trợ alpha.

  • Sự thay đổi màu sắc tinh tế là do sự khác biệt về lượng tử hoá nếu DPU hoạt động ở độ chính xác khác với GPU.

Mỗi vấn đề trong số này đều liên quan đến sự khác biệt về độ chính xác tương đối của phần cứng cơ bản. Một giải pháp thông thường là đảm bảo có một bước làm mờ trong các đường dẫn có độ chính xác thấp hơn, giúp mọi sự khác biệt về độ chính xác ít được con người nhận thấy hơn.