关于杜比视界的一切（标准·结构·种类·播放）

1 对杜比视界的误解

提到杜比视界的优势，很多人都可以随口脱出10000nits的超高亮度、12bit的顶级色深、动态HDR元数据等等。但实际上HDR10也支持10000nits的亮度、并不是所有杜比视界都支持12bit的色深、动态元数据究竟是什么？
网上的营销号实在是太多了，他们几乎把杜比视界神化甚至是妖魔化。
一言以蔽之，杜比视界在调教合理的情况下可以发挥这台设备的最大HDR显示能力，它属于锦上添花，而不是救火队员。所以不要说一个500nits的普通LCD支持杜比视界有什么意义，500nits的LCD支持HDR10很正常，支持能让显示效果再上一层楼的杜比视界就不正常了？

2 技术与标准解析

一些名词解释：
SMPTE：Society of Motion Picture and Television Engineers，电影电视工程师协会，国际非盈利标准化组织。带ST的标准就属于SMPTE制定的标准。
ITU-R：International Telecommunication Union Radiocommunication Sector，国际电信联盟的无线电通信部门，联合国下属机构的一个部门。其中带BT（Broadcasting service）的标准就是属于该机构的标准。
EOTF：Electro-Optical Transfer Function，电光传递函数。如字面意思所说，是一种将图像电信号转化成光输出的传递函数，指导显示器输出的亮度大小。
Gamma：伽马。SDR下所使用的EOTF。
PQ：Perceptual Quantizer，量化感知曲线。是EOTF的一种，也是目前各类HDR标准中最常见的。由杜比开发，并在2014年被SMPTE标准化，之后又在2016年由ITU-R写入BT 2100。不能向下兼容。
HLG：Hybrid log–gamma，混合对数-伽玛。由BBC和NHK联合开发，ARIB（日本電波産業会）标准化，后也被ITU-R写入BT.2100的标准中。
Main配置文件：HEVC的配置文件，一般有两个版本Version 1和Main Still Picture Version 2。前者又有两个子版本：Main（HEVC 8bit compatible，HEVC 8bit 兼容）和Main 10（HEVC 10bit compatible，HEVC 10bit 兼容）。后者则是2015年更新的新标准，支持了更高的色深或其他的色度抽样（4:0:0，4:2:2，4:4:4）。

2.1 SMPTE ST 2084:2014

该标准除了各类对于PQ的数学计算以外，主要定义了PQ的：
1.亮度范围：0-10000 cd/m2；（10000 cd/m2也只是一个参考值，相同能量下，亮度会根据不同的White Point（白点值色温）变化，比如White Point为E时，亮度可以到10000 cd/m2，但D65白点下这个亮度就只有9187 cd/m2。所以大伙不用怀疑自己的电视在D65下亮度降低是由于厂商在其他模式作弊，而是科学就是这样。）
2.色深：10bit或以上；
3.参考适用环境：①HDTV（High Definition Television 高清晰度电视）：环境光照度10 Lux，背景色温6500K，背景亮度在8-12 cd/m2。②数字电影：在暗室下大部分表面属于不反光的黑色，光源要有遮罩，最終能使屏幕表面的反射亮度小于0.01 cd/m2。
HDR标准的开山鼻祖之一，其革命性地把Gamma上的光输出强度改为了绝对亮度，大大提高了亮度的准确性和动态范围。

2.2 SMPTE ST 2086:2018

该标准定义的HDR的Metadata（原数据），属于基础设施，指导显示设备如何使用正确的颜色范围和亮度范围。Metadata包括以下部分：
1.Value Ranges（亮度和色彩的范围）；
2.xy Chromaticity Coordinates（xy色度坐标）；
3.Display Primaries（显示器原色）；
4.Chromaticity of White Point（白点色度）；
5.Maximum Display Mastering Luminance（最大制片显示器亮度）：范围在5-10000 cd/m2；
6.Minimum Display Mastering Luminance（最小制片显示器亮度）：范围在0.0001-5 cd/m2；
Metadata是HDR的基础组成部分，对比SDR提供了更大的色彩和亮度范围，就好似画师的画布变大、颜料种类变多，有了创造出画面更复杂、元素更丰富作品的条件。

2.3 MaxCLL和MaxFALL

Maximum Content Light Level（MaxCLL最大内容亮度）：可以定义HDR视频流某一像素的最大亮度，范围在0.0001-10000 cd/m2；
Maximum Frame Average Light Level（MaxFALL最大真平均亮度）：可以定义HDR视频流，某一帧所有像素的平均最大亮度，范围在0.0001-10000 cd/m2。
这两者也属于Metadata，但独立于ST 2086所定义的Metadata之外，并不强制要求写入到HDR视频流中。

2.4 SMPTE ST.2094

HDR标准中最为庞大的存在，到目前为止共有两个大标准和四个子标准，分别是：
一、SMPTE ST 2094-1：目前最新修订版本更新于2016年。最重要的部分是定义了Dynamic Metadata（动态元数据），对比Metadata（静态元数据）它会有以下优势：
1.引入了Color Volume transform Matrix（色彩容积变换模型），极大提高了Tone Remapping的能力。
2.可以针对SDR设备进行优化，可以将WCG（广色域）转换至Rec.709标准色域，在SDR设备上有着比Metadata更好的动态范围和色彩表现。
3.可以根据根据图像内容和显示设备的特性，动态地调整图像的色彩属性的数据，确保可以发挥出每个HDR设备的最大实力。
4.可以Scene to Scene（逐场景）、Frame by Frame（逐帧），调整色彩、对比度、亮度等属性，是影片在不同场景下都能有良好的画质表现。

二、SMPTE ST 2094-2：最新修订版本更新于2023年。标准实际实施的基础，引入了两个工具，KLE结构和MXF映射容器。前者类似于给予创作者调整Dynamic Metadata的能力，后者只能通过帧间包装，正好对应了Dynamic Metadata可以Frame by Frame调整画面的特性。
三、4种ST 2094的Application：SMPTE ST 2094-10:2021、SMPTE ST 2094-20:2016、SMPTE ST 2094-30:2016、SMPTE ST 2094-40:2020。分别由Dolby、Philips、Technicolor和Samsung开发。四者都可以利用SEI（补充增强信息）中的CRI（色彩重映射信息）传递数据，主要区别就在于Tone Mapping和Color Volume transform Matrix的不同：
1.ST2094-10: Parametric Tone Mapping参数色调映射，拥有最为细致和丰富的色域调节和细节管理；
2.ST2094-20: Parameter-based Color Volume Reconstruction基于参数的色彩容积重建，会先进行一次Gamut Shaping再进行Tone Mapping，拥有很多可以用于调节的API，具有强大的设备适应能力；
3.ST2094-30: Reference-based Color Volume Remapping基于参考的色彩容积重新映射，每次映射都会经过一次1D LUT，以追求最为准确的EOTF；
4.ST2094-40: Scene-based Color Volume Mapping基于场景的色彩容积映射，先进行Tone Mapping再进行色调映射，在参数水平较低的显示设备上有优势。
一开始四种标准在技术上可能并没有优劣之分，但市场给出了答案，Dolby独霸一方，Philips/Technicolor淡出了人们的视野，Samsung依然在圈地自萌。

2.5 ITU-R Recommendation BT.709

可以简称为Rec.709或BT.709。主要定义了使用SDR和sRGB的HDTV（高清电视）的各个方面，包括但不限于：
分辨率：1920×1080；
帧率：p表示逐行扫描帧，psf表示逐行分段帧，i表示隔行扫描。用于电影：24p、24psf、23.976p、23.976psf；使用PAL或SECAM的地区：50p、25p、25psf、50i；使用NTSC的地区：60p、59.94p、30p、30psf、29.97p、29.97psf、60i、59.94i。
色深：8bit或10bit；
色域：与sRGB基本一致，白点为D65；
EOTF：Gamma；
编码信号：可以使用RGB或YCbCr作为编码信号。

2.6 ITU-R Recommendation BT.2020

可以简称为Rec.2020或BT.2020，最新版本为2015年发布的BT.709-6。主要定义了使用SDR和WCG的UHDTV（超高清电视）的各个方面，包括但不限于：
分辨率：3840×2160（“4K”）和7680×4320（“8K”），长宽比均为16:9；
帧率：120p、119.88p、100p、60p、59.94p、50p、30p、29.97p、25p、24p、23.976p，逐行刷新；
色深：10bit或12bit；
色域：规定了BT.2020色域，并以D65作为白点。DCI-P3约占BT.2020的70%左右，且白点为D63；
EOTF：和BT.709保持一致，都为Gamma；
RGB与色度抽样：支持RGB 4:4:4的全分辨率采样，或者YCbCr或YcCbcCrc的4:2:2和4:2:0的抽样；
支持：H.264和H.265都可以支持Rec.2020色彩空间，标准建议使用Main 10作为Rec.2020的配置文件。

2.7 ITU-R Recommendation BT.2100

可以简称为Rec.2100或BT.2100。主要定义了使用HDR和WCG的HDR-TV的各个方面，包括但不限于：
分辨率：1920×1080、3840×2160（“4K”）和7680×4320（“8K”），长宽比均为16:9；
帧率：120p、119.88p、100p、60p、59.94p、50p、30p、29.97p、25p、24p、23.976p，逐行刷新；
色深：10bit或12bit；
色域：沿用了BT.2020色域，以D65作为白点。
EOTF：PQ、HLG；
RGB与色度抽样：编码信号除了RGB和YCbCr外还多了iCtCp，可以进行4:4:4全分辨率采样，4:2:2或4:2:0抽样。
支持：H.264和H.265都可以支持Rec.2020色彩空间，标准建议使用Main 10作为Rec.2020的配置文件；
背景环境：D65的中性灰；
背景亮度：5 cd/m2；
环绕亮度：≤5 cd/m2；
环境照明：避免光线落在屏幕上；
观看距离：对于1920×1080格式：3.2倍图像高度，对于3840×2160格式：1.6至3.2倍图像高度，对7680×4320格式：0.8至3.2倍图像高度；
显示器峰值亮度：≥1000 cd/m2；
显示器最小亮度：≤0.005 cd/m2；

2.8 iCtCp

由杜比实验室开发的一种新的编码信号格式，与YCbCr相比，iCtCp提高了Hue Linearity（色调线性联系程度）水平，在压缩性能和肤色还原上有了更好的表现。此外，还提高了Luminance Constancy（亮度的稳定性），其亮度与编码亮度之间的亮度关系常数为0.998 ，而YCbCr的亮度关系常数仅为0.819。Baseband Quantization Performance（颜色量化误差性能），10位iCtCp相当于11.5 位YCbCr，对人眼来说，跟12bit下的YCbCr属于一个水平。

2.9 IPTPQc2

目前用于杜比视界Profile 5上，在使用iCtCp的基础上将Color Range（色彩范围）从Limited（10位下64-940）提高到了Full（10位下0-1023），理论上提高了动态范围，增强了画面的对比度表现。

3 杜比视界的结构和种类

目前最新的Dolby Vision Profiles and Levels Specification（杜比视界配置文件规范）为2023年10月3日更新的Version 1.4，其保留了目前使用和未来即将应用的7种Profile，如下图：

3.1 编解码器

杜比视界在编码器上并没有完全使用行业标准，而是进行了一定的兼容性修改，dvhe为以HEVC为基础的杜比编解码器，dvh1为使用了以MV-HEVC为基础的杜比编解码器，以此类推dvav和dva1对应AVC，dvc1和dvi1对应VVC。

3.2 BL（Base-Layer基础层）

杜比视界的基础层，提供画面的原始数据和Metadata，也用于向下兼容。
同时，杜比视界还为每个不同的基础层设定了兼容性编号。0就是不具有向下兼容性；1代表着基础层为HDR10，向下兼容HDR10；2代表着基础层为SDR，向下兼容SDR；4代表着基础层为HLG，向下兼容HLG；6代表着基础层为Blu-ray，向下兼容Blu-ray。
举个例子，B站所使用的“Profile 8.4”的后面这个“4”代表的就是BL层的兼容性代号。

3.3 EL（Enhancement Layer增强层）

杜比视界的增强层，分为FEL（Full Enhancement Layer完整增强层）和MEL（Minimal Enhancement Layer最小增强层），可以和BL进行合成，提高色彩精度和明暗表现。其分辨率一般由BL决定，BL分辨率为1080P时，BL:EL为1:1；分辨率为2160P时，BL:EL为4:1。
本质上，EL是一个10bit的视频流，承载源视频和BL之间的residual（残差），杜比搞这个和当时的HEVC协议不支持12bit有关。携带residual signal（残差信号）的增强层=0，即解码器不需要处理residual signal，称为最小增强层（MEL），既然源视频和BL之间都没差别了，那么MEL的存在也只是一个象征意义罢了，不会有实际的画质区别。如果残差信号>0，则称为完整增强层（FEL），Profile 7上的FEL可以将影片从YUV420 10bit提高到YUV422 12bit。

3.4 RPU（Reference Picture Unit参考处理单元）

RPU是一种特殊的NALu（网络抽象层单元），它携带了Dolby Vision的动态元数据。这些元数据描述了如何将HDR内容映射到不同的显示设备和亮度范围，可以指导显示设备进行亮度和色彩的映射。大部分杜比视界Profile都采用未指定的NALu，这种机制将RPU作为一种私有的NALu类型嵌入到视频比特流中，不需要额外的封装。
而在最新的Profile 10中，杜比视界引入了T.35 VSEI（多功能补充增强信息），这种机制使用Dolby终端提供商代码和可扩展的EMDF（某种元数据传输格式）来封装RPU，并将其作为一种标准的SEI消息嵌入到视频比特流中。

3.5 Dolby Vision Metadata Levels

杜比视界中有独立于HDR10 metadata的Dynamic Metadata，遵循Cotent Mapping（目前最新版为CMv4.0），主要分成以下几个Level，它们都可以作为XML从色彩校正系统导出：
L0 – Level 0 (zero) – Mastering/Target Display Characteristics（制片显示器特性）
L1 – Level 1 – min, avg, max（亮度的最小、平均、最大值）
L2 – Level 2 – Target Trim Metadata（CMv2.9的目标修剪元数据）
L3 – Level 3 – L1 Offset Metadata （L1偏移元数据）
L5 – Level 5 – Timeline Aspect Ratio Description（时间线上画面长宽比描述）
L6 – Level 6 – MAXCLL/MAXFALL（最大内容亮度和最大画面平均亮度，对应HDR10）
L8 – Level 8 – Target Trim Metadata（CMv4的目标修剪元数据）
L9 – Level 9 – Mastering Display Primaries and Whitepoint（制片显示器的色彩原色和白点）
L11 – Level 11 – Automatic Picture Optimization (APO)（自动图像优化）

3.6 Dolby Vision levels

杜比视界的重要参数之一，决定了一个杜比视界视频流的码率/分辨率/帧率。

通过Dolby Vision levels，我们就能轻易读懂media info中HDR格式一栏中的“dvhe.08.09”代表着什么。这是一个使用HEVC编码，Profile 8封装，分辨率2160P帧数60，没有EL的杜比视界视频流。

这个的Main [email protected]@Main指的是HEVC的Main 10配置文件,Level 5.1,Main Tier（主层级）。根据规格书，其实Profile 7的最高EL Codec level可以到5.1的，也就是说EL的分辨率能设定为2160P，估计是没必要官方才进行了限制。

3.7 主流格式

3.7.1 Profile 4

常见于演示片，正常的电影电视剧基本见不到这种格式。
视频流：BL为SDR；双层，有FEL，分辨率1/4于BL；
色深：YCbCr 10bit或12bit（SDR下10bit，杜比视界下为12bit）；
色度抽样：YUV420或YUV422（SDR下为YUV420，杜比视界下为YUV422）；
兼容性：又好又差（除了碟机，其他设备都无法正确触发杜比视界，但其又能在SDR设备上以SDR的形式正确播放）；
轨道：单轨。

3.7.2 Profile 5

常见于各个流媒体平台，杜比亲儿子，拥有最先进的技术、优秀的体积质量比、较好的画质，简直就是为流媒体量身定制，“为什么我下的杜比是绿色的”的罪魁祸首。
视频流：BL为Dolby Vision proprietary 10-bit IPTPQc2；无EL；
色深：iCtCp 10bit；
色度抽样：YUV420
兼容性：很差（对于不支持杜比视界的设备或没装插件的PC，连颜色都不能正确显示，表现为全屏绿紫色）；
轨道：单轨。

3.7.3 Profile 7

UHD Blu-ray钦定，杜比视界界的明珠、最常见的双层杜比、梦幻般的12bit+YUV422，但极高的门槛让绝大多数用户都难一睹芳容。
视频流：BL为HDR10 Blu-ray或兼容HDR10+；双层，FEL或MEL，1:1 for FHD、4:1 for UHD；
色深：YCbCr 10bit或12bit（无法播放FEL或EL为MEL时，色深不会被提高到12bit）；
色度抽样：YUV420或YUV422（SDR下为YUV420，杜比视界下为YUV422）；
兼容性：较差（能支持什么就播什么，主打一个各取所需）；
轨道：单轨或双轨（一般Remux或者压制组压制的是单轨，原盘 ISO BDMV是双轨）。

3.7.4 Profile 8.1

同样常见于各种流媒体平台，目前最主流的格式，基本可以看成Profile7减去了EL。
视频流：BL为HDR10或与HDR10+兼容；单层；
色深：YCbCr 10bit；
色度抽样：YUV420；
兼容性：很好（对于放不了杜比视界的设备来说，也只是少了个RPU而已，损失没那么大）；
轨道：单轨。

3.7.5 Profile 8.4

目前手机拍摄的杜比视界基本都是这个，特点就是用上了HLG，实际画质表现差于Profile 8.1。
视频流：BL为HLG；单层；
色深：YCbCr 10bit；
色度抽样：YUV420；
兼容性：较好（对能支持杜比视界的设备没什么问题，反而是降级成HLG播放的时候容易出问题再降一级到SDR，此时颜色就完全不对了）；
轨道：单轨。

4 杜比视界的播放

4.1 流媒体平台

Vimeo（Profile 8.4）：仅Apple设备
Netflix（Profile 5/8.1）
Disney+（Profile 8.1）
Hulu（Profile 8.1）
HBO Max（Profile 5/8.1）
Amazon Prime Video（Profile 8.1）
Apple TV+（Profile 5/8.1）
Bilibili（Profile 5/8.1/8.4）
微博（Profile5/8.4）

4.2 iOS/MacOS/TVOS

流媒体：通吃，流媒体的杜比视界就是为苹果设备量身定制的，苹果用户也是各平台杜比视界的主要目标用户。
自带播放器：Safari和QuickTime都能支持Profile5/8.1/8.4的播放。
Infuse：宇宙无敌第一播放器，任何苹果设备的首选。
对于苹果来说，不支持杜比视界的才是少数，唯一缺点就是搞不定Profile7。

4.3 Android Phone

流媒体：需要厂商过杜比认证+系统L1.
Bilibili安卓客户端：算是一个国内比观看杜比视界比较好的选择，码率低在手机上感知也不算太强。
MX Player：本地播放首选，一定要硬解，SMB下由于高通阉割了解码器可能会出现无法调用硬解只能用硬解+的情况，如果解码器为硬解+则无法正确播放杜比视界。注：仅支持mp4封装下的profile5.

4.4 Android TV

流媒体：LG可以进行换区，国产电视还是老老实实买个带认证的盒子接HDMI看吧。
BBLL：首选的Bilibili第三方客户端，B站支持的杜比视界都可以点亮，同时它也能支持pad，不支持的设备也可以强开图个乐，至少码率会比普通4K更高一点。
BV：也是Bilibili的第三方客户端，支持上没问题，但不支持大陆地区，需要科学上网，软件本身优化也会比BBLL差点。
Kodi：大名鼎鼎的Kodi，最新的Kodi V21 Omega已经可以点亮MKV封装的Profile5/7/8.1/8.4（7只是能点亮带MEL的单层，不代表支持双层FEL）。双轨双层的原盘ISO或者BDMV不能点亮，只能识别里面的HDR10。版本方面推荐Kodinerds V21 Omega，对比原版，内存占用更少，且对蓝光菜单的支持更好。
Nova Video Player：如果嫌Kodi繁琐可以用这个，流畅度也远好于Kodi，杜比视界的支持度和Kodi相同，也是MKV下Profile5/7/8.1/8.4通吃（双层FEL同理，不支持）。

4.5 Windows

电影与电视/媒体播放器：Windows是不支持杜比视界的，所以在Windows上观看杜比视界的本质就是将杜比视界转成HDR10/HLG播放。
而这个转换的过程有前置条件，需要安装两个插件：HEVC视频扩展和Dolby Vision Extensions/Dolby Vision。
HEVC视频扩展可以直接去微软商店买付费的（7 RMB），或者安装 来自设备制造商的HEVC扩展（免费，且和付费的没区别）。
HEVC Video Extensions —— https://apps.microsoft.com/detail/hevc-video-extensions/9NMZLZ57R3T7?hl=en-kn&gl=KN
HEVC Video Extensions from Device Manufacturer —— https://apps.microsoft.com/detail/hevc-video-extensions-from-device-manufacturer/9N4WGH0Z6VHQ?hl=en-US&gl=US

杜比视界的插件安装上也没区别，两者都可以顺利将杜比视界转成HDR10/HLG，区别在于Dolby Vision这个插件有个控制面板，Dolby Vision Extensions没有。
Dolby Vision —— https://apps.microsoft.com/detail/dolby-vision/9MVMZ93N61T9?hl=zh-cn&gl=US
Dolby Vision Extensions —— https://apps.microsoft.com/detail/dolby-vision-extensions/9PLTG1LWPHLF?hl=en-US&gl=US

Potplayer：Windows下的首选，在最近一次更新中加入了MPC视频渲染器的支持，可以正确显示Profile 5的颜色。
进行以下两个设置即可：
1.将滤镜选项中的激活条件改成“不使用”；
2.将视频选项中的视频渲染器改成“MPC视频渲染器”。

如果更新了还是无法正确调用MPC，可以尝试手动安装，问题应该就能解决。
MpcVideoRenderer —— https://github.com/Aleksoid1978/VideoRenderer

解压到Potplayer的安装目录，运行Install MPCVR 64.cmd即可。

5 杜比视界的输出模式

5.1 STDV和LLDV

STDV（Standard Mode Dolby Vision也称TV-led Dolby Vision，TV端主导播放的模式）
LLDV（Low-Latency Dolby Vision也称Player-Led Dolby Vision，播放器端主导播放的模式）
STDV是标准杜比视界模式，在这个模式下使用Dolby Vision的隧道技术，播放器先将杜比视界的源视频以8bit RGB4:4:4的形式发送给电视，再在电视端处理成12bit YUV4:2:2。播放器将图像帧数据和杜比视界HDR动态元数据传送给电视，由电视机内置的芯片解码和对图像做HDR动态映射，处理完的图像是12bit YUV4:2:2格式。STDV模式能更好的被电视解析，然后激发出相对应亮度的映射，能让DolbyVision画面真实表达原色。
LLDV是低延迟杜比视界模式，由播放器处理DolbyVision文件，DV视频信息会在播放器内部完成映射处理，且数据包含动态HDR信息，以12bit YUV4:2:2模式发送至电视显示。
理论上STDV会有更好的画质，但有趣的是，SDTV的初衷是为了解决HDMI1.4羸弱的带宽，而不是为了最好的画质，谁能想到到今天其仍是影音发烧友的首选。

5.2 杜比视界柔和和杜比视界明亮

优先选择杜比视界柔和，这是杜比视界中色准最准的模式，白点也会被设定在标准的D65。
杜比视界明亮不止整体提升了EOTF曲线，一般还会提高色温和色域覆盖，加强画面颜色的鲜艳程度，不推荐。

5.3 杜比视界IQ

杜比视界版“环境光感应”“动态对比度”……一般会搭载在有环境光传感器的电视上，和电视上所有的智能模式一样，能不碰就别碰。

6 杜比视界画质对比

Dolby Vision vs HDR10 Gaming : https://www.youtube.com/watch?v=Blc5zsQ_ebw
Dolby Vision Profile5 vs HDR10（UHD） : https://www.youtube.com/watch?v=XbN00Sm0Bsg
STDV vs LLDV : https://www.youtube.com/watch?v=e_a77zJTrO4

参考资料：
1.https://zhuanlan.zhihu.com/p/108704322
2.https://www.zhihu.com/tardis/zm/art/485425442
3.https://zhuanlan.zhihu.com/p/652846775
4.https://www.lightillusion.com/what_is_hdr.html
5.https://blog.csdn.net/q274488181/article/details/123363809
6.Dolby. "Dolby Vision Whitepaper - An introduction to Dolby Vision" (PDF). Retrieved 24 April 2021.
7.ST 2084:2014 - SMPTE Standard - High Dynamic Range Electro-Optical Transfer Function of Mastering Reference Displays
8.部分演示片 https://opencontent.netflix.com/