走进音视频的世界——杜比视界Dolby Vision与HDR

Dolby Vision(杜比视界)是杜比实验室推出的影像画质技术，具有更宽的色域和高动态范围HDR，亮度、色度和对比度更加逼真，从而使得整体图像更加生动。图像的明亮部分可以变得更亮，因此图像似乎具有更多的“深度”。颜色被扩展以显示更多明亮的蓝色，绿色，红色以及介于两者之间的所有颜色。

一、杜比视界

如下图所示，左边是具有dolby vision效果的图片，右边是普通拍摄出来的图片：

杜比视界的突出特点：

1、多一半的色彩：当今电视只能显示 33% 的色彩。杜比视界 (Dolby Vision) 可极大地扩展该范围。由于在广播方面受 100 尼特和大多数影院不到 50 尼特的限制，如今的标准使得复现的图像具有非常窄的动态范围。当最大亮度受限时，亮度较高的色彩会瞬间失色，从而限制体验质量。为改善此问题，杜比视界以 4000 尼特录制内容，从而在影院呈现精细度更高、对比度更佳的图像。

2、四十倍的亮度：杜比视界生成的亮度超过当今超高清电视信号40倍的图像。当肉眼观测到光时，便会向大脑发送色彩信号。亮度的测量单位名为尼特。例如，在晴天所测得的亮度高达 50000 尼特。但当今的电视所提供的图像却只能达到 100 尼特。

3、五十倍的对比度：可显示阴影部分诸多细节以及深度更佳的2D、3D图像。

二、HDR以及相关概念

1、HDR与SDR

图像中色调值的最大值与最小值之比称为动态范围。HDR(High Dynamic Range)，高动态范围。SDR(Standard Dynamic Range)，标准动态范围。通常地，显示器能够显示R、G、B分量在[0,255]之间的像素值。而256个不同的亮度级别显然不能表示自然界中光线的亮度情况。比如，太阳的亮度可能是一个白炽灯亮度的几千倍，这远远超出了显示器的亮度表示能力。如何在有限的亮度范围内显示如此宽广的亮度范围，正是HDR技术所要解决的问题。如下图所示，上半部分是标准动态范围，下半部分是高动态范围。SDR是8位，HDR是10位，8位表示256个阴影（对于三种原色中的每一个），而10位表示1,024个阴影。

如下图所示，顶部是内容创建：输入HDR，转换为SDR(根据HDR信号进行转换)，然后编码。底部是电视处理内容：解码，HDR信号重建，输出HDR。

2、HDR图片、视频、与渲染

HDR图片(HDRI)：将多张具有不同曝光度的图像组合在一起，进行图像的合成和色调映射，以创建模拟更大动态范围的单幅图像。

HDR视频(HDRV)：是指比使用常规伽玛曲线的标准动态范围（SDR）视频具有更大的位深，亮度和色量的视频信号。

HDR渲染(HDRR)：使用65535：1或更高的动态范围（用于计算机，游戏和娱乐技术）对虚拟环境进行实时渲染和显示。

3、HDR工作原理

HDR主要是把标准动态范围映射成高动态范围，并且对明亮颜色部分进行曝光处理使其变成广色域。电光传递函数（EOTF）是HDR工作原理的核心技术之一。本质上，它是内容中的电子值，用于指定电视上的实际亮度，即HDR蓝光中的768值等于电视上的2尼特（光输出单位）。

4、HDR10+

三星于2017年4月20日发布了HDR10 +，也称为HDR10 Plus。HDR10 +通过添加动态元数据来更新HDR10，动态元数据可用于在逐场景或逐帧的基础上更准确地调整最大4,000尼特的最大亮度，并支持高达10位的色彩深度和8K分辨率。它属于开放标准，不收取专利费用。2017年8月28日，三星，松下和20世纪福克斯创建了HDR10 +联盟来推广HDR10 +标准。 HDR10 +视频于2017年12月13日开始由Amazon Video提供。2018年1月6日，松下宣布推出支持HDR10 +的超高清蓝光播放器。

5、不同色彩格式比较

如下表所示，对dolby vision、HDR10、HDR10+、HLG和AHDR进行比较：

HDR10	HDR10 +	杜比视界	HLG	AHDR
峰值亮度	1k-10k尼特	1k-10k尼特	FEL可能达到4k	1 k Nits，100尼特SDR层	–
位深度	10位，12位，16位	10位，12位，16位	10位，如果为FEL，则为12位	10位，12位，16位	10位
解析度	4k，8k，16K	4k，8k	4k，8k	–	–
内容可用性	大	好	好	不足	不存在的
HDR类型	静态HDR，元数据可以更改	动态HDR	动态HDR，IPT-PQ	动态HDR	动态HDR
成本	$	$$	$$$	$	–
平台可用性	几乎每个平台都支持它	不支持Netflix，Vudu和Apple TV 4k	几乎所有具有最新NVIDIA Shield且不支持FEL的平台	主要是BBC的某些内容是唯一可用的内容	没有可用的内容
向后兼容	不兼容	不兼容	不兼容	全力支持	不兼容

三、色域与广色域

1、色域

色域(Color Gamut)，就是指某种设备所能表达的颜色数量所构成的范围区域，可达到的色域取决于亮度。与色域相似的概念是色彩空间(color space)，它的是指某种显示设备能表现的各种色彩数量的集合，色彩空间越广阔、能显示的色彩种类就越多，色域范围也就越大。如下图所示，最小的三角形（圆角处的圆）当前HDTV使用的SDR。第二大的是P3颜色，在当今大多数HDR中都使用。最大的（三角形边缘）是Rec 2020，尚不可用。

2、广色域

WCG(Width Color Gamut)称为广色域，又称为宽色域。它在较深的颜色作用更明显，可以表示更红的红色，更绿的绿色，更蓝的蓝色。广色域电视：色域范围能超过80%NTSC标准的电视机，称之为广色域电视机。广色域电视的优势主要体现所能呈现出来的色彩更加丰富、更加鲜艳，能大幅度提升用户的视觉感受。

参考链接：

HDR工作原理：How HDR works - CNET

HDR格式：Dolby Vision, HDR10, Technicolor and HLG: HDR formats explained - CNET

高动态范围：https://en.wikipedia.org/wiki/High_dynamic_range

高动态范围视频：https://en.wikipedia.org/wiki/High-dynamic-range_video

可以到GitHub一起学习音视频：https://github.com/xufuji456/FFmpegAndroid