[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。

1. float toneP1 : register(C1);
2. float toneP2 : register(C2);
3. float contrast : register(C3);
4. float brightness : register(C4);

复制代码

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。

1. // HDR to SDR color convert (Thanks to KODI community https://github.com/thexai/xbmc)
2. static const float ST2084_m1 = 2610.0f / (4096.0f * 4.0f);
3. static const float ST2084_m2 = (2523.0f / 4096.0f) * 128.0f;
4. static const float ST2084_c1 = 3424.0f / 4096.0f;
5. static const float ST2084_c2 = (2413.0f / 4096.0f) * 32.0f;
6. static const float ST2084_c3 = (2392.0f / 4096.0f) * 32.0f;
8. static const float4x4 bt2020tobt709color =
9. {
10.     {  1.660490f, -0.124550f, -0.018150f, 0.000000f },
11.     { -0.587641f,  1.132899f, -0.100578f, 0.000000f },
12.     { -0.072849f, -0.008349f,  1.118729f, 0.000000f },
13.     {  0.000000f,  0.000000f,  0.000000f, 1.000000f }
14. };

复制代码

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

1. float3 inversePQ(float3 x)
2. {
3.     x = pow(max(x, 0.0f), 1.0f / ST2084_m2);
4.     x = max(x - ST2084_c1, 0.0f) / (ST2084_c2 - ST2084_c3 * x);
5.     x = pow(x, 1.0f / ST2084_m1);
6.     return x;
7. }
9. float3 hable(float3 x)
10. {
11.     const float A = 0.15f;
12.     const float B = 0.5f;
13.     const float C = 0.1f;
14.     const float D = 0.2f;
15.     const float E = 0.02f;
16.     const float F = 0.3f;
17.     return ((x * (A * x + C * B) + D * E) / (x * (A * x + B) + D * F)) - E / F;
18. }
20. float4 main(float2 uv : TEXCOORD) : COLOR
21. {
22.     float4 color;
23.     color= tex2D(input , uv.xy);
24.    
25.     // BT2020 -> BT709
26.   color.rgb = pow(max(0.0, color.rgb), 2.4f);
27.   color.rgb = max(0.0, mul(color, bt2020tobt709color).rgb);
28.   color.rgb = pow(color.rgb, 1.0f / 2.2f);
29.   
30.   color.rgb = inversePQ(color.rgb);
31.     color.rgb *= toneP1;
32.     color.rgb = hable(color.rgb * toneP2) / hable(toneP2);
33.     color.rgb = pow(color.rgb, 1.0f / 2.2f);
34.    
35.     color *= contrast * 2.0f;
36.   color += brightness - 0.5f;
38.     return color;
39. }

复制代码

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。

1. MediaElement mediaElement = new()
2.                 {
3.                     LoadedBehavior = MediaState.Play,
4.                     Source = new Uri(openFileDialog.FileName)
5.                 };

复制代码

7.MediaElement使用Effect

1. Hdr2sdrEffect sdrEffect = new()
2.                     {
3.                         ToneP1 = Convert.ToSingle(10000.0f / maxLuminance * (2.0f / 1.4f)),
4.                         ToneP2 = Convert.ToSingle(maxLuminance / (100.0f * 1.4f)),
5.                         Contrast = 0.5f,
6.                         Brightness = 0.5f
7.                     };
8.                     mediaElement.Effect = sdrEffect;

复制代码

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。

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