[WPF] MediaElement播放HDR视频泛黄、颜色显示不正确应该如何解决？

当我们在使用MediaElement控件播放HDR视频时会遇到颜色发灰、泛黄的情况，难道是因为控件做的有问题？

其实并不是程序问题，只是我们普通的应用程序工作在8bit色深的环境中，而HDR色深为10bit起步。

HDR视频色彩空间为BT.2020 10bit色深。

SDR视频（一般视频）色彩空间基本为BT.709 8bit色深。

当解析出视频帧渲染时，错误的将10bit色深的帧渲染到8bit上，这就会导致颜色显示不正确的问题。

所以我们需要将颜色进行校正，使视频看起来跟原来一致。（BT.2020 -> BT.709）

错误的渲染：

 校正后：

接下来我们了解下如何将视频颜色校正。

没有接触过Shader的同学请移步至WPF 像素着色器入门：使用 Shazzam Shader Editor 编写 HLSL 像素着色器代码 - walterlv。

看完后请打开Shazzam 1.5 - Shader Editor软件，版本无所谓。

1.首先我们新建一个shader 起名为hdr2sdr.fx，接下来我们来编写shader。

 2. 创建这四个可变参数。

float toneP1 : register(C1);
float toneP2 : register(C2);
float contrast : register(C3);
float brightness : register(C4);

toneP1、toneP2是根据视频的最大亮度计算得出（后面会放上计算公式）。

contrast、brightness分别为对比度和曝光度，这两个值为可调参数。

3. 创建常量值。

// HDR to SDR color convert (Thanks to KODI community https://github.com/thexai/xbmc)
static const float ST2084_m1 = 2610.0f / (4096.0f * 4.0f);
static const float ST2084_m2 = (2523.0f / 4096.0f) * 128.0f;
static const float ST2084_c1 = 3424.0f / 4096.0f;
static const float ST2084_c2 = (2413.0f / 4096.0f) * 32.0f;
static const float ST2084_c3 = (2392.0f / 4096.0f) * 32.0f;

static const float4x4 bt2020tobt709color =
{
    {  1.660490f, -0.124550f, -0.018150f, 0.000000f },
    { -0.587641f,  1.132899f, -0.100578f, 0.000000f },
    { -0.072849f, -0.008349f,  1.118729f, 0.000000f },
    {  0.000000f,  0.000000f,  0.000000f, 1.000000f }
};

这些是用于色彩空间转换必备的参数，看最后一个矩阵就知道这是本文的核心内容。

4. 编写代码

float3 inversePQ(float3 x)
{
    x = pow(max(x, 0.0f), 1.0f / ST2084_m2);
    x = max(x - ST2084_c1, 0.0f) / (ST2084_c2 - ST2084_c3 * x);
    x = pow(x, 1.0f / ST2084_m1);
    return x;
}

float3 hable(float3 x)
{
    const float A = 0.15f;
    const float B = 0.5f;
    const float C = 0.1f;
    const float D = 0.2f;
    const float E = 0.02f;
    const float F = 0.3f;
    return ((x * (A * x + C * B) + D * E) / (x * (A * x + B) + D * F)) - E / F;
}

float4 main(float2 uv : TEXCOORD) : COLOR 
{
    float4 color; 
    color= tex2D(input , uv.xy);
    
    // BT2020 -> BT709
  color.rgb = pow(max(0.0, color.rgb), 2.4f);
  color.rgb = max(0.0, mul(color, bt2020tobt709color).rgb);
  color.rgb = pow(color.rgb, 1.0f / 2.2f);
  
  color.rgb = inversePQ(color.rgb);
    color.rgb *= toneP1;
    color.rgb = hable(color.rgb * toneP2) / hable(toneP2);
    color.rgb = pow(color.rgb, 1.0f / 2.2f);
    
    color *= contrast * 2.0f;
  color += brightness - 0.5f;

    return color; 
}

别问我为啥这么写，我也是抄的。

ok，这个时候shader就算是编写完毕了，接下来如何使用shader，还是请各位仔细看看我上面发的链接，使用方式是一样的。

5. 获取视频亮度

首先我们要先获取hdr视频的最大亮度，我这边使用的MediaInfo，这个库可以解析视频的元数据。

 注意，有些视频的元数据并不正确（一般HDR视频的最大亮度为1000cd/m2）。

6. 创建MediaElement控件，传入播放地址。

MediaElement mediaElement = new()
                {
                    LoadedBehavior = MediaState.Play,
                    Source = new Uri(openFileDialog.FileName)
                };

7.MediaElement使用Effect

Hdr2sdrEffect sdrEffect = new()
                    {
                        ToneP1 = Convert.ToSingle(10000.0f / maxLuminance * (2.0f / 1.4f)),
                        ToneP2 = Convert.ToSingle(maxLuminance / (100.0f * 1.4f)),
                        Contrast = 0.5f,
                        Brightness = 0.5f
                    };
                    mediaElement.Effect = sdrEffect;

在创建Hdr2sdrEffect时，计算出toneP1和toneP2。

教程到此结束！！！

运行程序，接下来你会看到转换后的视频。

这是为转换前的：

 如果小伙伴懒得写代码，可以git上拉下我写的demo。

qian-o/MediaWPF: WPF 视频硬解码渲染Demo (github.com)

该项目包含了OpenGL、DirectX、MediaElement、Skia的视频渲染方式，除了Skia剩下的模式均支持HDR。

本文如有说不对或误导他人的地方，希望各位能帮我及时指正。