Luminance HDR du mappage des tons sur une plage compatible SDR

Android 13 introduit une bibliothèque statique configurable par le fournisseur appelée libtonemap, qui définit les opérations de mappage des tons et est partagée avec le processus SurfaceFlinger et les implémentations du Hardware Composer (HWC). Cette fonctionnalité permet aux OEM de définir et de partager leurs algorithmes de mappage des tons d'affichage entre le framework et les fournisseurs, ce qui réduit les différences de mappage des tons.

Avant Android 13, les opérations de mappage des tons spécifiques à l'écran n'étaient pas partagées entre le HWC, SurfaceFlinger et les applications. Selon le chemin de rendu, pour le contenu HDR, cela a entraîné des différences de qualité d'image, où le contenu HDR a été mappé sur un espace de sortie de différentes manières. Cela était perceptible dans des scénarios tels que la rotation de l'écran, où la stratégie de composition change entre le GPU et le DPU, et dans les différences de comportement de rendu entre TextureView et SurfaceView.

Cette page décrit l'interface, la personnalisation et la validation de la bibliothèque libtonemap.

Interface de la bibliothèque de mappage des tons

La bibliothèque libtonemap contient des implémentations basées sur le processeur et des nuanceurs SkSL, qui peuvent être connectés par SurfaceFlinger pour la composition du backend GPU et par le HWC pour générer une table de correspondance (LUT) de mappage des tons. Le point d'entrée de libtonemap est android::tonemap::getToneMapper(), qui renvoie un objet qui implémente l'interface ToneMapper.

L'interface ToneMapper est compatible avec les fonctionnalités suivantes:

  • Générer une table de correspondance des tons

    L'interface ToneMapper::lookupTonemapGain est une implémentation du processeur du nuanceur défini dans libtonemap_LookupTonemapGain(). Cette fonctionnalité est utilisée par les tests unitaires du framework et peut être utilisée par les partenaires pour générer une table de correspondance des tons dans leur pipeline de couleurs.

    libtonemap_LookupTonemapGain() reçoit des valeurs de couleur dans un espace linéaire absolu, non normalisé, à la fois en RVB linéaire et en XYZ, et renvoie une valeur flottante décrivant le facteur de multiplication des couleurs d'entrée dans l'espace linéaire.

  • Générer un nuanceur SkSL

    L'interface ToneMapper::generateTonemapGainShaderSkSL() renvoie une chaîne de nuanceur SkSL, étant donné un espace de données source et de destination. Le nuanceur SkSL est branché sur l'implémentation Skia pour RenderEngine, le composant de composition accéléré par GPU pour SurfaceFlinger. Le nuanceur est également connecté à libhwui, de sorte que le mappage des tons HDR vers SDR puisse être effectué efficacement pour TextureView. Étant donné que la chaîne générée est intégrée à d'autres nuanceurs SkSL utilisés par Skia, le nuanceur doit respecter les règles suivantes:

    • La chaîne de nuanceur doit comporter un point d'entrée avec la signature float libtonemap_LookupTonemapGain(vec3 linearRGB, vec3 xyz), où linearRGB correspond à la valeur des nits absolus des pixels RVB dans l'espace linéaire et xyz est linearRGB converti en XYZ.
    • Toutes les méthodes d'assistance utilisées par la chaîne de nuanceur doivent être précédées de la chaîne libtonemap_ afin que les définitions de nuanceur du framework ne soient pas en conflit. De même, les uniformes d'entrée doivent être précédés du préfixe in_libtonemap_.

  • Générer des uniformes SkSL

    L'interface ToneMapper::generateShaderSkSLUniforms() renvoie ce qui suit, étant donné un struct de métadonnées décrivant les métadonnées de différentes normes HDR et conditions d'affichage:

    • Liste des objets uniformes liés par un nuanceur SkSL.

    • Les valeurs uniformes in_libtonemap_displayMaxLuminance et in_libtonemap_inputMaxLuminance. Ces valeurs sont utilisées par les nuanceurs de framework lors de la mise à l'échelle de l'entrée en libtonemap et de la normalisation de la sortie, le cas échéant.

    Actuellement, le processus de génération d'uniformes est indépendant de l'espace de données d'entrée et de sortie.

Personnalisation

L'implémentation de référence de la bibliothèque libtonemap produit des résultats acceptables. Toutefois, comme l'algorithme de mappage des tons utilisé par la composition GPU peut différer de celui utilisé par la composition DPU, l'utilisation de l'implémentation de référence peut entraîner un scintillement dans certains scénarios, tels que l'animation de rotation. La personnalisation peut résoudre ces problèmes de qualité d'image spécifiques au fournisseur.

Nous recommandons vivement aux OEM de remplacer l'implémentation de libtonemap pour définir leur propre sous-classe ToneMapper, qui est renvoyée par getToneMapper(). Lors de la personnalisation de l'implémentation, les partenaires doivent effectuer l'une des opérations suivantes:

  • Modifiez directement l'implémentation de libtonemap.
  • Définir sa propre bibliothèque statique, compiler la bibliothèque en tant que autonome et remplacer le fichier .a de la bibliothèque libtonemap par celui généré à partir de sa bibliothèque personnalisée.

Les fournisseurs n'ont pas besoin de modifier le code du noyau, mais plusieurs fournisseurs doivent communiquer des informations sur les algorithmes de mappage des tons du DPU pour une implémentation appropriée.

Validation

Pour valider votre implémentation, procédez comme suit:

  1. Lire des vidéos HDR sur l'écran de toutes les normes HDR compatibles avec votre système d'affichage, telles que HLG, HDR10, HDR10+ ou Dolby Vision.

  2. Activez/désactivez la composition GPU pour vous assurer qu'aucun scintillement perceptible par l'utilisateur ne se produit.

    Utilisez la commande adb suivante pour activer/désactiver la composition GPU:

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

Problèmes courants

Les problèmes suivants peuvent survenir avec cette implémentation:

  • Les bandes apparaissent lorsque la cible de rendu utilisée par la composition GPU est moins précise que la valeur typique pour le contenu HDR. Par exemple, des bandes peuvent apparaître lorsqu'une implémentation HWC est compatible avec les formats opaques 10 bits pour le HDR, tels que RGBA1010102 ou P010, mais nécessite que la composition du GPU écrive dans un format 8 bits tel que RGBA8888 pour prendre en charge l'alpha.

  • Un léger décalage de couleur est causé par des différences de quantification si le DPU fonctionne avec une précision différente de celle du GPU.

Chacun de ces problèmes est lié aux différences de précision relatives du matériel sous-jacent. Une solution classique consiste à s'assurer qu'il existe une étape de tramage dans les chemins de précision inférieure, ce qui rend les différences de précision moins perceptibles par l'humain.