Apple TV小指南

背景

Apple TV(下文简称TV)相比国内很多机顶盒,比较干净,适合看NAS上的电影视,以及各种流媒体。


相反,对爱优腾支持比较不好。当然因为我一直使用香港APPLE ID,是有优酷和爱奇艺的,自制剧内容都是同步的,甚至有更多专做海外的国语内容,却无法在国内过审的(e.g.逆局);会员体系不一样,你买了后无法在国内的爱优上使用。提一句,IPTV有很多办法在TV上实现,这个不是问题,本文也不会提及。


在我想好好使用TV的利益驱动下,这篇文章就打算写写怎么搞Dolby Vision以及各种声音拓展。

此文中指的TV是2021年发布的Apple TV 4K。
2022年发布的新款TV除了支持三星的HDR10+之外,在功能性上与2021年发布的没有差异。但硬件和价格上的差别,请自行甄辨。

TV与电视机的适配

一般情况下TV只要电视有A/V或者HDMI接口既可以使用,但是你需要考虑如下问题:

  • 你是否认为TV和电视,甚至一个回音壁,三个遥控器太多太烦了。见TV与电视CEC
  • 你是否需要通过TV播放单层的Dolby Vision(aka 杜比视界)。见TV与Dolby Vision
  • 你是否需要通过TV播放超过5.1声道的音频(e.g. Dolby TrueHD 7.1)。见TV与音频

TV与电视CEC

CEC功能是HDMI1.3b开始提出的一项功能,自行搜索具体原理,大概就是电视遥控器也能通过CEC功能口直机顶盒。因此,在标注有HDMI CEC功能的电视机上,你可以不再使用TV的遥控器。

尽管CEC应该是一个比较标准的功能,各个厂家也许因自己利益驱使,或者技术上的问题,并不能完全体验一个遥控器控制所有设备(e.g.LG)。目前看来只有日本厂商在CEC上做的比较开放(e.g.Sony)。

值得一提的是,TV支持红外学习,但是小米电视的遥控器是蓝牙的。


TV与Dolby Vision

一部支持Dolby Vision的电影,一般由BL+EL+RPU所组成。当视频中只含有BL+RPU,我们叫做单层杜比视界。这种视频一般通过杜比的Profile 5进行封装导出MKV格式(极少数蓝光原盘也有单层)。
目前,TV只支持BL+RPU的Dolby Vision,并且原生只支持profile 5封装的,当然一些App(e.g.Infuse)可以通过它自己的拓展播放Profile 7。

目前在整个苹果生态里,Infuse可能是唯一一个能够播放Dolby Profile 5.2封装的软件。

双层杜比则是指BL+EL+RPU所组成的杜比视频,目前看来,并没有机顶盒支持它,因为涉及到dolby私钥,也没啥好破解的。市面上说支持双层杜比的安卓机顶盒,大概率是通过双层转单层实现的(不能说死,万一这个安卓厂商愿意给杜比付钱呢)。

总结:TV无法播放双层杜比,但是可以转回单层,你可能需要购买蓝光碟机来播放双层杜比。

TV与音频

音频种类非常繁杂,我尽可能概括,也许有错误,疏漏,时效性问题,请留言讨论(先甩锅)。

电子音频被定义为Pulse Coded Modulation (PCM),这是一种无损(lossless),无压缩(uncompressed),原始记录的一种电子音频格式。

PCM可以与.bmp格式图片作为类比


我们现在的手机通话,是由声波(sound waves)转换成音频信号(analogue electrical audio signals),这些信号再转换成PCM。


在信号到PCM的转换过程中,声波被分割成各种网格,网格中块状的数量,被定义成了bits(e.g.16-bits),越多的bits代表着它能更精确的反应声音的原始程度,你可以参考4K图片比2K图片更加清晰是因为pixels更多。

同样在转换的过程中,不断的重复抓取声音是为了更精确的抓住声音的改变,比如44,000次每秒的抓取,等于是44kHz。你可以参考电影或者游戏中的fps,60fps的电影,你能感觉到更加流畅的观感效果。

综上所述,一个16bits+44kHz的音频,意味着在一个声道中704,000 bits每秒的输出。


相反,从电子音频格式到信号转换(Digital to Analog Converter;aka, DAC),是把PCM重新转换成音频信号,我们打电话的时候才能听到。这种DAC装置可以是你的电视,可以是声卡。

说到底,电子音频转换成PCM,再通过DAC装置让你听到,或者让电话另一头的人听到。


我们一般会下载到带多个声音文件的电影,这可能是为了兼容性,多语言,讲解等需求。尤其是多声道的情况下,这种无损音频所占据的空间和比特率可能会很大,类似于我们想把超级大的.bmp图片转换成.jpg。考虑到压缩可能带来损耗,因此就有了各种codec。
Codec包含了解码和编码两部分,比如你把一个文件通过ZIP压缩了,但解压可以是不同的7ZIP,好压等软件,类比于各种codec解码。
音频Codec压缩/解压缩主要分为两种:

  • 有损(compressed, lossy):牺牲音频质量,来减少占用空间,主要是Dolby Digital(AC3)以及另一家Digital Theatre Systems (DTS)在使用。

  • 无损(compressed, lossless):保护原有的音频,但压缩率偏低,一般就是Dolby TrueHD 或者 DTS HD Master Audio (MA)在用。可以参考.png的无损压缩,或者直接把.bmp文件打包成zip。

电影文件中DTS-HD MA是被编码成DTS的,并且DTS-HD MA,作为拓展层被包含在一起。这样做的好处是,当你的设备支持DTS-HD MA则可以播放音频,如果不支持,则自动回落到DTS上。Dolby TrueHD同样用了这种拓展层的方法去解决兼容性问题。

打个比方,一本电影中你可能看到如下的音频列表:

  • #1 [uncompressed, lossless] PCM 5.1 (English)

  • #2 [compressed, lossless] DTS-HD Master Audio 5.1 (English)

  • #3 [compressed, lossy] Dolby Digital 5.1 (French)

  • #4 [compressed, lossy] Dolby Stereo 2.0 (Mandarin)

    • #2/3/4是压缩的,需要被解码codec解压成PCM再发送到DAC装置,#1已经是PCM了,可以直接到DAC。

    • #1/2都是无损的,最终被转换成PCM的。那为什么要放两个无损的同一语言的5.1呢。也许是PCM 5.1占据的空间太大,所以它放了一个16bits/44 kHZ的PCM,然后DTS-HD MA占据的空间小,可以再放一个24-bits/96kHz的无损音频,用户就多了一个选择。

接着我们来说一下主要的两大根据空间定位为依据的音频格式:Dolby Atmos 和 DTS:X。在电影中,如果有一声枪响,这类音频格式会根据本地音响的位置,比如左后方,上中下的某一个喇叭发出来,让用户有更好的场景代入感。
Dolby Atmos或者DTS:X都不是codec,也不是单独的音轨,他们是音频拓展层上的东西,像之前说的那样,旧设备不支持,则不播放,当支持时,使用这种空间定位的meta信息。一般来说,常见的拓展层有如下几个:

  • Dolby TrueHD + Dolby Atmos - 常见于蓝光原盘或者REMUX
  • DTS-HD Master Audio + DTS:X - 同样常见于蓝光原盘或者REMUX
  • Dolby Digital Plus + Dolby Atmos - 常见于流媒体 (Netflix etc)
  • Dolby MAT 2.0 + Dolby Atmos - 常见于游戏主机或者TV

我们用TV打开一个视频时,它一定会检测音轨,通过解码器首先把声音还原成PCM,或者音轨就是PCM则不需要。这里要求TV有这样的Codec或者APP有,或者你的解码在服务端(e.g plex)。就像别人给你了一个.psd格式的图片,是你让你同事的电脑去打开后转换成你电脑上就有的格式(e.g png)给你,或者是你自己下载Photoshop。
根据标准,所有的DVD碟机,或者蓝光碟机,都必须拥有Dolby Digital的Codec,但DTS-HD MA则没有明文规定。理论上,我们支持用终端机器来观影,可以得到最好的音频体验,但更优质的音频,则需要更大的带宽,无论S/PDIF 接口 或者 HDMI ARC都受限于自身带宽,最多放出2声道的PCM,或者5.1声道压缩音频,具体来说,S/PDIF或者HDMI ARC

  • 支持

    • PCM Stereo (2.0声道)
    • Dolby Digital (5.1声道)
    • Dolby Digital Plus (5.1声道 也许只有HDMI ARC支持)
    • DTS (5.1声道)
  • 不支持

    • Dolby TrueHD
    • DTS-HD Master Audio

在这种限制下,HDMI推出了eARC,在HDMI eARC模式下,你可以享受到更多7声道甚至11声道的体验,当然目前似乎并没有11声道的电影。TV在通过eARC后,可以播放出更多声道,因此,如果你还没有买电视,并且想用TV的话,请购买带有HDMI eARC的电视机。

TV的工作机制如下:

  • 它原生支持的codec包括
    • Dolby Digital
    • Dolby Digital Plus (包括 Atmos)
    • Dolby TrueHD (但不支持带有Atmos的)
  • 它原生不支持:
    • DTS 或者 DTS-HD MA,主要就是没买license。

但一些APP自带了Codec来解决一些问题(e.g. Infuse)。

当TV碰到这些不支持的格式,包括Dolby TrueHD Atmos或者带有DTS:X的DTS-HD MA,它会自动转成PCM然后通过2.0/5.1/7.1声道播放出来,丢弃空间Meta数据。

总结一下,你需要一个支持eARC的音响(e.g Samsung Q950),以及支持eARC的电视机,配合TV,播放出最高带有7.1声道的电影,并且无法享受到ATMOS或者DTS:X。

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