Android 螢幕截圖中的 HDR

高動態範圍 (HDR) 影片推出後，影視串流服務開始串流播放 HDR 影片，著重於全螢幕體驗。社群媒體應用程式現在支援 HDR 影片和 Ultra HDR，表示越來越多應用程式有意採用 HDR。

Android 支援 HDR

Android 在多個里程碑中支援 HDR 技術：

Android 7

  • 初步支援 HDR 影片解碼和顯示。
  • HDR 功能持續進步。

Android 13

  • 支援 HDR 影片的拍攝、編碼和顯示。
  • 推出「混合 SDR 和 HDR 合成」，定義 SDR 和 HDR 之間不同的可顯示亮度範圍。

Android 14

HDR 螢幕截圖支援功能也已演進並有所變更。

HDR 螢幕截圖功能進展

本節說明 Android 更新中，HDR 螢幕截圖功能的進展。

Android 9

Android 的圖像合成器 SurfaceFlinger 導入 HDR 影片支援功能。HDR 影片和螢幕截圖的 GPU 算繪作業會使用複雜的多項式色調對應器。這條色調映射曲線不一定等同於顯示色調映射器，因此螢幕截圖與螢幕上的內容不同。

Android 13

SurfaceFlinger 的 GPU 算繪區塊包含色調映射外掛程式，可讓原始設備製造商提供 GPU 著色器，以符合螢幕的色調映射曲線。螢幕截圖與螢幕內容幾乎相同，但有以下差異：

  • 螢幕截圖會維持 SDR 格式。因此，與 HDR 場景並列顯示時，螢幕截圖中的 HDR 區域會顯得較暗。
  • 系統不會管理 SDR 亮度，因此螢幕截圖中的 SDR 內容會與 HDR 內容一樣明亮。

換句話說，系統會將螢幕截圖中擷取的任何 HDR 影片轉換為 SDR 影片。

Android 14

Ultra HDR 對螢幕截圖功能是一大挑戰。與影片不同的是，系統通常會在 UI 影格緩衝區中算繪圖片，這有兩個主要影響：

  • 圖片不得採用與周圍 UI 不同的圖片處理方式，包括色調對應。
  • 應用程式在算繪 UI 時，必須負責執行以來源為準的色調對應。

為減輕這項挑戰，請考慮三種可能的螢幕截圖實作方式：

  • 保留 Ultra HDR 圖片的 HDR 細節，導致螢幕截圖中的應用程式 UI 變暗。
  • 保留應用程式 UI 詳細資料，導致 Ultra HDR 圖片遭到裁剪。
  • 在剪輯 HDR 亮部時，提高應用程式 UI 的亮度，以達到折衷效果。

Android 14 採用第三種方法，即調亮應用程式 UI 並裁剪 HDR 亮部。

Android 15 QPR1

SurfaceFlinger 包含螢幕截圖的本機色調對應演算法。這項程序包括：

  • 將輸入圖片分割成較小的圖片。
  • 計算每張圖片的最大亮度，並捨棄每個區段中的低亮度值。
  • 透過模糊處理和重新取樣，插補計算出的亮度。
  • 根據內插的亮度值，將參數化 Reinhard 色調對應器套用至輸入圖片。

這項演算法大幅提升 Android 14 和 Android 15 QPR1 的螢幕截圖品質，如下列範例所示：

  • 範例 1 是 HDR 影片的螢幕截圖，疊加在含有 Ultra HDR 的 Chrome 網頁上。新實作方式大多會保留 UI 顏色，且圖片不會再遭到裁剪。

    Android 14 Android 15 QPR1
    Android 14 中的範例 1 Android 15 QPR 範例 1

    圖 1. 範例 1 的 Android 14 和 Android 15 QPR1 比較。

  • 範例 2 是 HDR 影片的螢幕截圖，疊加在「設定」上，後續螢幕截圖也是如此。在 Android 14 中，螢幕截圖的顏色會逐漸變深。在 Android 15 QPR1 中，色調對應器會正確複製並保留 UI 顏色。

    Android 14 Android 15 QPR1
    Android 14 中的範例 2 Android 15 QPR 範例 2

    圖 2. 範例 2 的 Android 14 和 Android 15 QPR1 比較。

Android 16

與 Ultra HDR 類似，HDR 螢幕截圖會在螢幕截圖檔案中儲存增益對應，以便在算繪期間還原 HDR 呈現方式。不過，與 Ultra HDR 不同的是，螢幕截圖仍會以 PNG 格式儲存，以便與可擷取 PNG 螢幕截圖的系統向後相容。

生成螢幕截圖的過程如下：

  • 當裝置顯示 HDR 內容時，系統會使用 FP16 像素產生螢幕截圖。
  • Android 15 QPR1 中所述的本機色調對應器會產生 8 位元的基本 SDR 轉譯版本。
  • 將 SDR 基本轉碼版本與 HDR 轉碼版本合併，即可產生 8 位元增益圖。
  • SDR 基本轉譯和增益對映會編碼為單一 PNG 檔案。

PNG 編碼包含下列項目：

  • 增益對映會編碼為 PNG 圖片，其中包含 gmAP 區塊，內含增益對映的 ISO 21496-1 中繼資料。
  • SDR 基本轉碼版本會編碼為 PNG 圖片，其中包含 gmAP 區塊，內含 ISO 21496-1 中繼資料的版本。這個 PNG 圖片也包含 gdAT 區塊，內含整個編碼增益對映 PNG。

下圖顯示 PNG 區塊的版面配置：

PNG 區塊的版面配置

圖 3. PNG 區塊的版面配置。

在 Android 16 中，PNG 編碼器支援這些 PNG 的編碼和解碼作業。應用程式可以顯示含有增益圖的 PNG，方式與 Ultra HDR 相同。