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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、對比度和顏色的展現能力，極大地提升了觀眾對于電影、電視和游戲的視覺體驗。

通過采用新型的影院技術和電視顯示能力，杜比視界發布了高動態范圍（HDR）和廣色域（WCG）的內容。

這些內容的視覺體驗真實性甚至會令觀眾忘記自己正坐在屏幕前觀看。

傳統的影院和視頻標準由于技術受限，不得不通過限制亮度、對比度、顏色的方式進行場景重現，從而無法顯示真實顯示原始的畫面內容。

杜比視界的出現，解決了這一問題，通過采用杜比技術，可以忠實地在電視、電腦、移動設備上面重現真實場景。

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

對于電視、游戲、個人電腦、移動設備的廠商而言，杜比視界可以解鎖其硬件的所有特性，并且能夠為他們的產品提供更好的體驗感。

杜比視界：基于人眼視覺系統

對于電影、電視、游戲和原創內容，有以下三種途徑可以提升畫面質量：

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

4K電視具有更多的像素顯示能力，并且在UHD TV的新標準中也包含了高幀率的部分，但是這些標準都沒有提到關于如何更好地重現人眼可視亮度范圍的部分。杜比視界便是杜比實驗室針對這一挑戰所提供的解決方案。

真實世界具有更廣的顏色和亮度范圍，比當前廣播、藍光和影院系統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是亮度測量單位，1 nit等于1 candela每平方米）

當前的電視和藍光標準的范圍是，最大亮度100 nits和最小亮度0.117 nits。

同時顏色也被限制到所能夠顯示的色域范圍。這些對于HDTV標準的限制都是CRT時代的遺留問題。

需要多大的動態范圍？

杜比圖像研究團隊針對一般觀看者進行了一系列的試驗，以便于驗證該問題。研究者測試發現，觀看者更喜歡更低的暗場標準、更廣的白場范圍和更高的高亮標準。試驗結果表明，一個能夠重建0到10000 nits亮度范圍的系統可以滿足90%觀看者的喜好。

關于當前亮度和顏色約束的另一個關鍵問題是實際的電視如何重現顏色。

下圖展示了典型的人眼可見顏色范圍，其中可以看到當前高清標準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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當然，這并不是所看到的全部內容，還要注意到亮度范圍和顏色容量的影響。

下圖便展現了杜比視界在顏色容量方面的優勢。

電視顯示系統是一個加性顏色系統，使用紅、綠、藍作為三基色，這意味著最亮的像素為白色。將亮度范圍限制在100 nits存在的一個問題是（在電視和藍光領域），顏色越亮，就會越是接近白色，從而導致高亮的顏色會產生飽和度損失。例如，在常用顯示器上的最亮的飽和藍色大概是7 nits，這使得展現出來的天空沒有實際的那么亮和那么藍。通過采用杜比視界高達4000 nits，未來將會達到10000 nits的最大亮度，內容創作者便能夠在當今具備相應能力的顯示器上面展現更加接近真實顏色的藍天。

為什么用杜比視界？

影視導演專注于講述故事，游戲設計者專注于創造迷人的、令人沉浸其中的游戲體驗。對于這些創作者而言，媒體的限制是一大挑戰。對此，杜比與好萊塢制片廠、影院、消費設備制造商有著緊密的合作關系，具有50多年共同創作迷人的故事和游戲的經驗，最開始是在降低噪聲方面，然后是5.1和7.1的環繞立體聲，直到現今的杜比視界和杜比全景聲。

杜比視界為導演和調色師（或者游戲設計師和光效設計師）提供了一系列工具，使其能夠精確地調整重現的顏色、光效和細節陰影等效果，從而令觀眾獲得更好的場景視覺體驗。

內容創作者看到的便是觀眾得到的

當今系統的限制來源于當前電視和藍光標準的限制。廣播電視或者藍光碟片的最大亮度是100 nits，而現在的電視通常具有300到500 nits的最大亮度顯示能力，所以電視廠商嘗試擴展播放內容的最大亮度，以便于匹配顯示屏的能力，從而導致了圖像的失真。另外，由于不同廠商進行擴展時所面對的輸出場景不同，將會導致觀看者在電影、電視、游戲中產生不同的感受。

杜比視界解決了上述問題，內容創作者通過使用兼容杜比視界的參考顯示器調整其內容中的顏色部分，該顯示器具有更高的動態范圍和廣色域特性，從而確保了最高的保真度。采用杜比視界技術的圖片中包含內容創作系統的相關的元數據。由于任何通過杜比視界認證的電視都是嚴格遵循杜比技術規范的，這就意味著它可以借助于這些元數據重建出高質量的內容，并且以最合適和最精準的方式顯示在每個屏幕上。因此，杜比視界才會被眾多的工作室所采用，將其應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？

杜比視界的設計理念是，盡可能容易地集成到已有的內容創作之中。

內容創作

杜比視界具有與現有色彩校正類似的工作流，可盡可能保留攝影機原始拍攝的內容，同時避免出現創意妥協的情況。

杜比視界HDR參考顯示器具有高達4000 nits的亮度峰值，可用于調整內容的顏色與亮度。杜比視界的分級過程的目標便是能夠在參考分級中捕獲藝術意圖。通過使用分級系統和參考顯示器，導演、創作者和調色師可以盡情地進行藝術創作，并最大地發揮顯示設備的動態范圍優勢。

參考分級完成之后，杜比視界的顏色分級系統將會解析并保存動態元數據，用于描述針對顯示設備所做的創作意圖。內容映射單元（CMU）會將帶有元數據的內容以標準亮度（100 nits）映射到參考顯示設備上面。

在確認過標準動態范圍的版本后，調色師導出帶有元數據的圖像。這些產生于創建SDR分級的動態元數據被送給顯示端的杜比視界處理流程，用于重建HDR內容。針對這些內容，一臺600 nits的電視展示的效果是不錯的，1200 nits的電視將會有更好的效果。

對于離線分級的內容映射單元使用的相同算法，同樣可以采用杜比視界技術為實時廣播信號創建傳統的兼容性分級。

游戲創作

當今的大多數游戲引擎都支持高動態范圍顯示。

增加杜比視界所需的支持：

• 藝術性，專注于使用杜比視界進行創作
• 參考顯示器，用于瀏覽杜比視界的創作內容
• 游戲引擎，兼容杜比視界技術

杜比實驗室正致力于引導游戲引擎的創作者，使其確保自己的引擎能夠更好地兼容杜比視界技術。

傳輸/傳送

杜比視界可以直接使用符合工業標準的HEVC和AVC編碼器，而無需新的編碼器。通過預處理，可以將完整的杜比視界信號編碼成一個單獨的HEVC Main-10流，或者兩個帶有更低位深的AVC/HEVC層，再加上元數據，便可以適用于電視、個人電腦和移動設備。客戶使用已有的視頻解碼器，便能夠通過這些數據重建并回放完整的信號內容。

杜比實驗室正致力于引導標準化組織確保杜比視界內容能夠以標準的方式發布在其生態系統中，這些組織包括：藍光協會（Blu-ray Disc Association）、數字視頻廣播（DVB）、動態圖像專家組（MPEG）、數字娛樂內容生態系統（UltraViolet/DECE）、SCSA。

需要多少位深？

在確定了杜比視界能夠在0到10000 nits的范圍內進行亮度重建之后，杜比的研究者們開始尋找更為有效的高動態范圍視頻的傳輸方式。對于當前的100 nits的標準動態范圍系統，視頻使用8比特位深經由伽馬曲線進行編碼。當范圍放大100倍時，想要使用相同的伽馬方法，則需要14比特位深。幸運的是，人眼對于暗場景亮度變化的敏感度要高于高亮場景。因此，杜比開發了一種新的電光轉換函數（EOTF），針對10000 nits的范圍，可以使用12比特完成原本需要14比特的編碼內容，并且不會引入任何邊界問題。這種新的感知量化（Perceptual Quantizer）方法被標準化為SMPTE ST-2084，并且被廣泛使用于各種HDR相關的標準和應用中。

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？人眼對不同的亮度等級具有不同的敏感度，并且對于大范圍統一亮度附近的細微變化特別敏感。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。在自然場景中，這種差異經常以噪聲的形式存在，如果量化等級太低，便會在類似于天空這種平坦區域看到偽輪廓的現象。

回放

杜比視界借助于廣范圍的顯示設備實現更好的視覺體驗，包括：高端的OLED電視、量子點LCD電視，以及未來的電腦和移動設備。

下表展示了不同設備類型在支持回放杜比視界內容時所必需的技術組件。

杜比正與其工業合作伙伴共同研究更加便于集成的芯片和軟件應用方式。

記錄與合成

杜比視界可以兼容廣范圍的視頻編碼，當前主要使用HEVC和AVC解碼器。可以采用多種方式實現杜比視界信號內容的編解碼，主要取決于創作者的內容實現需求以及顯示設備的硬件能力，杜比視界的信號內容的發布可以使用單獨的HEVC Main-10碼流的方式，或者兩組AVC-8/HEVC-8/HEVC-10碼流。對于前者，可以使用標準HEVC解碼器，然后使用杜比視界模塊進行后處理，從而生成完整的12比特杜比視界信號內容。對于后者，原始碼流是分離的，基礎碼流和增強碼流分別送給各自的解碼器。杜比視界合成器負責將基礎層、增強層和元數據三部分合成為完整的信號內容。

顯示器映射

顯示器映射用于匹配和調整目標顯示設備，在已知設備的最大/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內容的元數據攜帶有信號的源系統中使用的分級內容和特殊信息。使用這些元數據，顯示器映射可以自動轉換信號以匹配目標設備，獲得最佳輸出效果。

總結

該技術已經遠遠超越了當前的電視和電影行業的圖像標準。杜比視界將會提供一種產品優勢，這種端對端的解決方案能夠提供更為生動的影像顯示，并且能夠更好地展現影視內容中的原創性意圖。杜比視界增強了當今的影像視覺體驗，同時也為新一輪的電視、電影、游戲和流媒體服務等領域的變革做好了準備。

總結

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內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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