HDR 视频拍摄

注意:本页介绍的是 Camera2 软件包。除非您的应用需要 Camera2 的特定低层级功能,否则我们建议您使用 CameraX。CameraX 和 Camera2 都支持 Android 5.0(API 级别 21)及更高版本。

Camera2 API 支持高动态范围 (HDR) 视频拍摄,可让您使用相机预览和录制 HDR 视频内容。与标准动态范围 (SDR) 相比,HDR 提供了更广泛的颜色范围,并增加了亮度分量的动态范围(从当前的 100 cd/m2 增加到 1,000 cd/m2)。这样,视频画质就会更接近现实生活,色彩更丰富,高光更亮,阴影更暗。

查看 HDR 视频如何以更生动的细节呈现日落景象。

图 1.SDR(顶部)与 HDR(底部)的视频画质比较。

设备前提条件

并非所有 Android 设备都支持 HDR 视频拍摄。在应用中捕获 HDR 视频之前,请先确定您的设备是否满足以下前提条件:

  • 以 Android 13(API 级别 33)为目标平台。
  • 具有支持 10 位或更高配置的摄像头传感器。如需详细了解 HDR 支持,请参阅检查 HDR 支持情况

由于并非所有设备都满足这些前提条件,因此,当您在应用中设置 HDR 视频拍摄功能时,可以添加单独的代码路径。这样,您的应用就可以在不兼容的设备上回退到 SDR。此外,不妨考虑添加 SDR 界面选项。然后,用户可以根据自己的视频录制需求在 SDR 和 HDR 之间切换。

HDR 拍摄架构

下图显示了 HDR 拍摄架构的主要组成部分。

HDR 拍摄架构图。
图 2. HDR 拍摄架构图。

当相机设备捕获 HDR 中的帧时,Camera2 框架会分配一个缓冲区来存储处理后的相机传感器输出。如果 HDR 配置文件需要,它还会附加相应的 HDR 元数据。然后,Camera2 框架会针对 CaptureRequest 中引用的输出 surface(例如显示或视频编码器)将填充的缓冲区加入队列,如图所示。

检查是否支持 HDR

在应用中拍摄 HDR 视频之前,请先确定设备是否支持您所需的 HDR 配置。

使用 CameraManager getCameraCharacteristics() 方法获取 CameraCharacteristics 实例,您可以查询设备的 HDR 功能。

以下步骤用于检查设备是否支持 HLG10。HLG10 是设备制造商必须在具有 10 位输出的相机上支持的基准 HDR 标准。

  1. 首先,检查设备是否支持 10 位配置文件(HLG10 的位深):

    Kotlin

    private fun isTenBitProfileSupported(cameraId: String): Boolean {
      val cameraCharacteristics = cameraManager.getCameraCharacteristics(cameraId)
      val availableCapabilities = cameraCharacteristics.get(CameraCharacteristics.REQUEST_AVAILABLE_CAPABILITIES)
      for (capability in availableCapabilities!!) {
          if (capability == CameraMetadata.REQUEST_AVAILABLE_CAPABILITIES_DYNAMIC_RANGE_TEN_BIT) {
              return true
          }
      }
      return false
    }
    
  2. 接下来,检查设备是否支持 HLG10(或其他受支持的配置文件):

    Kotlin

    @RequiresApi(api = 33)
    private fun isHLGSupported(cameraId: String): Boolean {
    if (isTenBitProfileSupported(cameraId)) {
      Val cameraCharacteristics = cameraManager.getCameraCharacteristics(cameraId)
      val availableProfiles = cameraCharacteristics
      .get(CameraCharacteristics.REQUEST_AVAILABLE_DYNAMIC_RANGE_PROFILES)!!
      .getSupportedProfiles()
    
      // Checks for the desired profile, in this case HLG10
      return availableProfiles.contains(DynamicRangeProfiles.HLG10)
    }
    return false;
    }
    

如果设备支持 HDR,isHLGSupported() 始终返回 true。如需了解详情,请参阅 CameraCharacteristics 参考文档。

设置 HDR 拍摄

确保您的设备支持 HDR 后,请设置您的应用以从相机捕获原始 HDR 视频串流。使用 setDynamicRangeProfile() 为数据流的 OutputConfiguration 提供设备支持的 HDR 配置文件,然后在创建时将其传递给 CameraCaptureSession。请参阅受支持的 HDR 配置文件列表

在以下代码示例中,setupSessionDynamicRangeProfile() 首先检查设备是否搭载的是 Android 13。然后,它会使用设备支持的 HDR 配置文件将 CameraCaptureSession 设置为 OutputConfiguration

Kotlin

  /**
  * Creates a [CameraCaptureSession] with a dynamic range profile.
  */
  private fun setupSessionWithDynamicRangeProfile(
          dynamicRange: Long,
          device: CameraDevice,
          targets: List,
          handler: Handler? = null,
          stateCallback: CameraCaptureSession.StateCallback
  ): Boolean {
      if (android.os.Build.VERSION.SDK_INT >=
              android.os.Build.VERSION_CODES.TIRAMISU) {
          val outputConfigs = mutableListOf()
              for (target in targets) {
                  val outputConfig = OutputConfiguration(target)
                  //sets the dynamic range profile, for example DynamicRangeProfiles.HLG10
                  outputConfig.setDynamicRangeProfile(dynamicRange)
                  outputConfigs.add(outputConfig)
              }

          device.createCaptureSessionByOutputConfigurations(
                  outputConfigs, stateCallback, handler)
          return true
      } else {
          device.createCaptureSession(targets, stateCallback, handler)
          return false
      }
  }

}

当相机应用初始化相机时,它会发送重复的 CaptureRequest 以预览录制内容:

Kotlin

session.setRepeatingRequest(previewRequest, null, cameraHandler)

此外,请按以下步骤开始录制视频:

Kotlin

// Start recording repeating requests, which stops the ongoing preview
//  repeating requests without having to explicitly call
//  `session.stopRepeating`
session.setRepeatingRequest(recordRequest,
        object : CameraCaptureSession.CaptureCallback() {
    override fun onCaptureCompleted(session: CameraCaptureSession,
            request: CaptureRequest, result: TotalCaptureResult) {
        if (currentlyRecording) {
            encoder.frameAvailable()
        }
    }
}, cameraHandler)

对 HDR 相机流进行编码

如需对 HDR 相机流进行编码并将文件写入磁盘,请使用 MediaCodec

首先,获取 OutputSurface,它映射到存储原始视频数据的缓冲区。对于 MediaCodec,请使用 createInputSurface()

如需初始化 MediaCodec,应用必须创建一个 MediaFormat,其中包含指定的编解码器配置文件、颜色空间、颜色范围和传递函数:

Kotlin

val mimeType = when {
    dynamicRange == DynamicRangeProfiles.STANDARD -> MediaFormat.MIMETYPE_VIDEO_AVC
    dynamicRange < DynamicRangeProfiles.PUBLIC_MAX ->
            MediaFormat.MIMETYPE_VIDEO_HEVC
    else -> throw IllegalArgumentException("Unknown dynamic range format")
}

val codecProfile = when {
    dynamicRange == DynamicRangeProfiles.HLG10 ->
            MediaCodecInfo.CodecProfileLevel.HEVCProfileMain10
    dynamicRange == DynamicRangeProfiles.HDR10 ->
            MediaCodecInfo.CodecProfileLevel.HEVCProfileMain10HDR10
    dynamicRange == DynamicRangeProfiles.HDR10_PLUS ->
            MediaCodecInfo.CodecProfileLevel.HEVCProfileMain10HDR10Plus
    else -> -1
}
// Failing to correctly set color transfer causes quality issues
// for example, washout and color clipping
val transferFunction = when (codecProfile) {
    MediaCodecInfo.CodecProfileLevel.HEVCProfileMain10 ->
            MediaFormat.COLOR_TRANSFER_HLG
    MediaCodecInfo.CodecProfileLevel.HEVCProfileMain10HDR10 ->
            MediaFormat.COLOR_TRANSFER_ST2084
    MediaCodecInfo.CodecProfileLevel.HEVCProfileMain10HDR10Plus ->
            MediaFormat.COLOR_TRANSFER_ST2084
    else -> MediaFormat.COLOR_TRANSFER_SDR_VIDEO
}

val format = MediaFormat.createVideoFormat(mimeType, width, height)

// Set some properties.  Failing to specify some of these can cause the MediaCodec
// configure() call to throw an exception.
format.setInteger(MediaFormat.KEY_COLOR_FORMAT,
        MediaCodecInfo.CodecCapabilities.COLOR_FormatSurface)
format.setInteger(MediaFormat.KEY_BIT_RATE, bitRate)
format.setInteger(MediaFormat.KEY_FRAME_RATE, frameRate)
format.setInteger(MediaFormat.KEY_I_FRAME_INTERVAL, IFRAME_INTERVAL)

if (codecProfile != -1) {
    format.setInteger(MediaFormat.KEY_PROFILE, codecProfile)
    format.setInteger(MediaFormat.KEY_COLOR_STANDARD,
            MediaFormat.COLOR_STANDARD_BT2020)
    format.setInteger(MediaFormat.KEY_COLOR_RANGE, MediaFormat.COLOR_RANGE_LIMITED)
    format.setInteger(MediaFormat.KEY_COLOR_TRANSFER, transferFunction)
    format.setFeatureEnabled(MediaCodecInfo.CodecCapabilities.FEATURE_HdrEditing,
            true)
}

mediaCodec.configure(format, null, null, MediaCodec.CONFIGURE_FLAG_ENCODE)

如需详细了解实现,请参阅 Camera2Video 示例应用的 EncoderWrapper.kt

HDR 格式

从 Android 13 开始,具有 10 位输出功能的相机设备必须支持 HLG10 以进行 HDR 拍摄和播放。此外,设备制造商可以使用 HDR 拍摄架构启用他们选择的任何 HDR 格式。

下表总结了可用的 HDR 格式及其用于拍摄 HDR 视频的功能。

格式 传递函数 (TF) 元数据 编解码器 位元深度
HLG10 HLG HEVC 10 位
HDR10 质量 静态 HEVC 10 位
HDR10+ 质量 动态 HEVC 10 位
杜比视界 8.4 HLG 动态 HEVC 10 位

资源

如需获取具有 HDR 视频拍摄功能的应用,请参阅 GitHub 上的 Camera2Video 示例