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什么是杜比視界？

杜比視界借助于非比尋常的亮度、對(duì)比度和顏色的展現(xiàn)能力，極大地提升了觀眾對(duì)于電影、電視和游戲的視覺體驗(yàn)。

通過采用新型的影院技術(shù)和電視顯示能力，杜比視界發(fā)布了高動(dòng)態(tài)范圍（HDR）和廣色域（WCG）的內(nèi)容。

這些內(nèi)容的視覺體驗(yàn)真實(shí)性甚至?xí)钣^眾忘記自己正坐在屏幕前觀看。

傳統(tǒng)的影院和視頻標(biāo)準(zhǔn)由于技術(shù)受限，不得不通過限制亮度、對(duì)比度、顏色的方式進(jìn)行場(chǎng)景重現(xiàn)，從而無法顯示真實(shí)顯示原始的畫面內(nèi)容。

杜比視界的出現(xiàn)，解決了這一問題，通過采用杜比技術(shù)，可以忠實(shí)地在電視、電腦、移動(dòng)設(shè)備上面重現(xiàn)真實(shí)場(chǎng)景。

杜比視界與杜比全景聲是互為補(bǔ)充的，它為電影、電視、游戲的制作者提供了一系列工具，用于創(chuàng)建可以讓用戶沉浸其中的作品。

對(duì)于電視、游戲、個(gè)人電腦、移動(dòng)設(shè)備的廠商而言，杜比視界可以解鎖其硬件的所有特性，并且能夠?yàn)樗麄兊漠a(chǎn)品提供更好的體驗(yàn)感。

杜比視界：基于人眼視覺系統(tǒng)

對(duì)于電影、電視、游戲和原創(chuàng)內(nèi)容，有以下三種途徑可以提升畫面質(zhì)量：

• 更高的空間分辨率：4K、8K，或者更高
• 更高的幀率
• 更高的像素質(zhì)量（高動(dòng)態(tài)范圍和廣色域）：杜比視界

4K電視具有更多的像素顯示能力，并且在UHD TV的新標(biāo)準(zhǔn)中也包含了高幀率的部分，但是這些標(biāo)準(zhǔn)都沒有提到關(guān)于如何更好地重現(xiàn)人眼可視亮度范圍的部分。杜比視界便是杜比實(shí)驗(yàn)室針對(duì)這一挑戰(zhàn)所提供的解決方案。

真實(shí)世界具有更廣的顏色和亮度范圍，比當(dāng)前廣播、藍(lán)光和影院系統(tǒng)所支持的范圍都要廣。

例如，在下圖中，亮度范圍最低為背景中的145 nits，最高為14700 nits的黃色花瓣部分。

（nit是亮度測(cè)量單位，1 nit等于1 candela每平方米）

當(dāng)前的電視和藍(lán)光標(biāo)準(zhǔn)的范圍是，最大亮度100 nits和最小亮度0.117 nits。

同時(shí)顏色也被限制到所能夠顯示的色域范圍。這些對(duì)于HDTV標(biāo)準(zhǔn)的限制都是CRT時(shí)代的遺留問題。

需要多大的動(dòng)態(tài)范圍？

杜比圖像研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)一般觀看者進(jìn)行了一系列的試驗(yàn)，以便于驗(yàn)證該問題。研究者測(cè)試發(fā)現(xiàn)，觀看者更喜歡更低的暗場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)、更廣的白場(chǎng)范圍和更高的高亮標(biāo)準(zhǔn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，一個(gè)能夠重建0到10000 nits亮度范圍的系統(tǒng)可以滿足90%觀看者的喜好。

關(guān)于當(dāng)前亮度和顏色約束的另一個(gè)關(guān)鍵問題是實(shí)際的電視如何重現(xiàn)顏色。

下圖展示了典型的人眼可見顏色范圍，其中可以看到當(dāng)前高清標(biāo)準(zhǔn)顯示的顏色空間與杜比視界所顯示的顏色空間之間的差距。

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當(dāng)然，這并不是所看到的全部?jī)?nèi)容，還要注意到亮度范圍和顏色容量的影響。

下圖便展現(xiàn)了杜比視界在顏色容量方面的優(yōu)勢(shì)。

電視顯示系統(tǒng)是一個(gè)加性顏色系統(tǒng)，使用紅、綠、藍(lán)作為三基色，這意味著最亮的像素為白色。將亮度范圍限制在100 nits存在的一個(gè)問題是（在電視和藍(lán)光領(lǐng)域），顏色越亮，就會(huì)越是接近白色，從而導(dǎo)致高亮的顏色會(huì)產(chǎn)生飽和度損失。例如，在常用顯示器上的最亮的飽和藍(lán)色大概是7 nits，這使得展現(xiàn)出來的天空沒有實(shí)際的那么亮和那么藍(lán)。通過采用杜比視界高達(dá)4000 nits，未來將會(huì)達(dá)到10000 nits的最大亮度，內(nèi)容創(chuàng)作者便能夠在當(dāng)今具備相應(yīng)能力的顯示器上面展現(xiàn)更加接近真實(shí)顏色的藍(lán)天。

為什么用杜比視界？

影視導(dǎo)演專注于講述故事，游戲設(shè)計(jì)者專注于創(chuàng)造迷人的、令人沉浸其中的游戲體驗(yàn)。對(duì)于這些創(chuàng)作者而言，媒體的限制是一大挑戰(zhàn)。對(duì)此，杜比與好萊塢制片廠、影院、消費(fèi)設(shè)備制造商有著緊密的合作關(guān)系，具有50多年共同創(chuàng)作迷人的故事和游戲的經(jīng)驗(yàn)，最開始是在降低噪聲方面，然后是5.1和7.1的環(huán)繞立體聲，直到現(xiàn)今的杜比視界和杜比全景聲。

杜比視界為導(dǎo)演和調(diào)色師（或者游戲設(shè)計(jì)師和光效設(shè)計(jì)師）提供了一系列工具，使其能夠精確地調(diào)整重現(xiàn)的顏色、光效和細(xì)節(jié)陰影等效果，從而令觀眾獲得更好的場(chǎng)景視覺體驗(yàn)。

內(nèi)容創(chuàng)作者看到的便是觀眾得到的

當(dāng)今系統(tǒng)的限制來源于當(dāng)前電視和藍(lán)光標(biāo)準(zhǔn)的限制。廣播電視或者藍(lán)光碟片的最大亮度是100 nits，而現(xiàn)在的電視通常具有300到500 nits的最大亮度顯示能力，所以電視廠商嘗試擴(kuò)展播放內(nèi)容的最大亮度，以便于匹配顯示屏的能力，從而導(dǎo)致了圖像的失真。另外，由于不同廠商進(jìn)行擴(kuò)展時(shí)所面對(duì)的輸出場(chǎng)景不同，將會(huì)導(dǎo)致觀看者在電影、電視、游戲中產(chǎn)生不同的感受。

杜比視界解決了上述問題，內(nèi)容創(chuàng)作者通過使用兼容杜比視界的參考顯示器調(diào)整其內(nèi)容中的顏色部分，該顯示器具有更高的動(dòng)態(tài)范圍和廣色域特性，從而確保了最高的保真度。采用杜比視界技術(shù)的圖片中包含內(nèi)容創(chuàng)作系統(tǒng)的相關(guān)的元數(shù)據(jù)。由于任何通過杜比視界認(rèn)證的電視都是嚴(yán)格遵循杜比技術(shù)規(guī)范的，這就意味著它可以借助于這些元數(shù)據(jù)重建出高質(zhì)量的內(nèi)容，并且以最合適和最精準(zhǔn)的方式顯示在每個(gè)屏幕上。因此，杜比視界才會(huì)被眾多的工作室所采用，將其應(yīng)用于在影院和家中觀看最佳效果的好萊塢大片。

如何使用杜比視界？

杜比視界的設(shè)計(jì)理念是，盡可能容易地集成到已有的內(nèi)容創(chuàng)作之中。

內(nèi)容創(chuàng)作

杜比視界具有與現(xiàn)有色彩校正類似的工作流，可盡可能保留攝影機(jī)原始拍攝的內(nèi)容，同時(shí)避免出現(xiàn)創(chuàng)意妥協(xié)的情況。

杜比視界HDR參考顯示器具有高達(dá)4000 nits的亮度峰值，可用于調(diào)整內(nèi)容的顏色與亮度。杜比視界的分級(jí)過程的目標(biāo)便是能夠在參考分級(jí)中捕獲藝術(shù)意圖。通過使用分級(jí)系統(tǒng)和參考顯示器，導(dǎo)演、創(chuàng)作者和調(diào)色師可以盡情地進(jìn)行藝術(shù)創(chuàng)作，并最大地發(fā)揮顯示設(shè)備的動(dòng)態(tài)范圍優(yōu)勢(shì)。

參考分級(jí)完成之后，杜比視界的顏色分級(jí)系統(tǒng)將會(huì)解析并保存動(dòng)態(tài)元數(shù)據(jù)，用于描述針對(duì)顯示設(shè)備所做的創(chuàng)作意圖。內(nèi)容映射單元（CMU）會(huì)將帶有元數(shù)據(jù)的內(nèi)容以標(biāo)準(zhǔn)亮度（100 nits）映射到參考顯示設(shè)備上面。

在確認(rèn)過標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)態(tài)范圍的版本后，調(diào)色師導(dǎo)出帶有元數(shù)據(jù)的圖像。這些產(chǎn)生于創(chuàng)建SDR分級(jí)的動(dòng)態(tài)元數(shù)據(jù)被送給顯示端的杜比視界處理流程，用于重建HDR內(nèi)容。針對(duì)這些內(nèi)容，一臺(tái)600 nits的電視展示的效果是不錯(cuò)的，1200 nits的電視將會(huì)有更好的效果。

對(duì)于離線分級(jí)的內(nèi)容映射單元使用的相同算法，同樣可以采用杜比視界技術(shù)為實(shí)時(shí)廣播信號(hào)創(chuàng)建傳統(tǒng)的兼容性分級(jí)。

游戲創(chuàng)作

當(dāng)今的大多數(shù)游戲引擎都支持高動(dòng)態(tài)范圍顯示。

增加杜比視界所需的支持：

• 藝術(shù)性，專注于使用杜比視界進(jìn)行創(chuàng)作
• 參考顯示器，用于瀏覽杜比視界的創(chuàng)作內(nèi)容
• 游戲引擎，兼容杜比視界技術(shù)

杜比實(shí)驗(yàn)室正致力于引導(dǎo)游戲引擎的創(chuàng)作者，使其確保自己的引擎能夠更好地兼容杜比視界技術(shù)。

傳輸/傳送

杜比視界可以直接使用符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的HEVC和AVC編碼器，而無需新的編碼器。通過預(yù)處理，可以將完整的杜比視界信號(hào)編碼成一個(gè)單獨(dú)的HEVC Main-10流，或者兩個(gè)帶有更低位深的AVC/HEVC層，再加上元數(shù)據(jù)，便可以適用于電視、個(gè)人電腦和移動(dòng)設(shè)備。客戶使用已有的視頻解碼器，便能夠通過這些數(shù)據(jù)重建并回放完整的信號(hào)內(nèi)容。

杜比實(shí)驗(yàn)室正致力于引導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)化組織確保杜比視界內(nèi)容能夠以標(biāo)準(zhǔn)的方式發(fā)布在其生態(tài)系統(tǒng)中，這些組織包括：藍(lán)光協(xié)會(huì)（Blu-ray Disc Association）、數(shù)字視頻廣播（DVB）、動(dòng)態(tài)圖像專家組（MPEG）、數(shù)字娛樂內(nèi)容生態(tài)系統(tǒng)（UltraViolet/DECE）、SCSA。

需要多少位深？

在確定了杜比視界能夠在0到10000 nits的范圍內(nèi)進(jìn)行亮度重建之后，杜比的研究者們開始尋找更為有效的高動(dòng)態(tài)范圍視頻的傳輸方式。對(duì)于當(dāng)前的100 nits的標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)態(tài)范圍系統(tǒng)，視頻使用8比特位深經(jīng)由伽馬曲線進(jìn)行編碼。當(dāng)范圍放大100倍時(shí)，想要使用相同的伽馬方法，則需要14比特位深。幸運(yùn)的是，人眼對(duì)于暗場(chǎng)景亮度變化的敏感度要高于高亮場(chǎng)景。因此，杜比開發(fā)了一種新的電光轉(zhuǎn)換函數(shù)（EOTF），針對(duì)10000 nits的范圍，可以使用12比特完成原本需要14比特的編碼內(nèi)容，并且不會(huì)引入任何邊界問題。這種新的感知量化（Perceptual Quantizer）方法被標(biāo)準(zhǔn)化為SMPTE ST-2084，并且被廣泛使用于各種HDR相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用中。

一些HDR方法使用10比特的PQ EOTF。為什么使用12比特更為重要呢？人眼對(duì)不同的亮度等級(jí)具有不同的敏感度，并且對(duì)于大范圍統(tǒng)一亮度附近的細(xì)微變化特別敏感。10比特的敏感度曲線始終位于可視化差異閾值之上，這就意味著觀看者總是能夠看到亮度變化之間的差異。在自然場(chǎng)景中，這種差異經(jīng)常以噪聲的形式存在，如果量化等級(jí)太低，便會(huì)在類似于天空這種平坦區(qū)域看到偽輪廓的現(xiàn)象。

回放

杜比視界借助于廣范圍的顯示設(shè)備實(shí)現(xiàn)更好的視覺體驗(yàn)，包括：高端的OLED電視、量子點(diǎn)LCD電視，以及未來的電腦和移動(dòng)設(shè)備。

下表展示了不同設(shè)備類型在支持回放杜比視界內(nèi)容時(shí)所必需的技術(shù)組件。

杜比正與其工業(yè)合作伙伴共同研究更加便于集成的芯片和軟件應(yīng)用方式。

記錄與合成

杜比視界可以兼容廣范圍的視頻編碼，當(dāng)前主要使用HEVC和AVC解碼器?？梢圆捎枚喾N方式實(shí)現(xiàn)杜比視界信號(hào)內(nèi)容的編解碼，主要取決于創(chuàng)作者的內(nèi)容實(shí)現(xiàn)需求以及顯示設(shè)備的硬件能力，杜比視界的信號(hào)內(nèi)容的發(fā)布可以使用單獨(dú)的HEVC Main-10碼流的方式，或者兩組AVC-8/HEVC-8/HEVC-10碼流。對(duì)于前者，可以使用標(biāo)準(zhǔn)HEVC解碼器，然后使用杜比視界模塊進(jìn)行后處理，從而生成完整的12比特杜比視界信號(hào)內(nèi)容。對(duì)于后者，原始碼流是分離的，基礎(chǔ)碼流和增強(qiáng)碼流分別送給各自的解碼器。杜比視界合成器負(fù)責(zé)將基礎(chǔ)層、增強(qiáng)層和元數(shù)據(jù)三部分合成為完整的信號(hào)內(nèi)容。

顯示器映射

顯示器映射用于匹配和調(diào)整目標(biāo)顯示設(shè)備，在已知設(shè)備的最大/最小亮度、色域，及其它特性描述的情況下。完整杜比視界視頻信號(hào)內(nèi)容的元數(shù)據(jù)攜帶有信號(hào)的源系統(tǒng)中使用的分級(jí)內(nèi)容和特殊信息。使用這些元數(shù)據(jù)，顯示器映射可以自動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)以匹配目標(biāo)設(shè)備，獲得最佳輸出效果。

總結(jié)

該技術(shù)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了當(dāng)前的電視和電影行業(yè)的圖像標(biāo)準(zhǔn)。杜比視界將會(huì)提供一種產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)，這種端對(duì)端的解決方案能夠提供更為生動(dòng)的影像顯示，并且能夠更好地展現(xiàn)影視內(nèi)容中的原創(chuàng)性意圖。杜比視界增強(qiáng)了當(dāng)今的影像視覺體驗(yàn)，同時(shí)也為新一輪的電視、電影、游戲和流媒體服務(wù)等領(lǐng)域的變革做好了準(zhǔn)備。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的《Dolby Vision White Paper》，译名：杜比视界白皮书的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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