高清视频知识

hifilai · 发表于 2007-2-26 21:16:15

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高清视频知识
1、封装格式(MP4/MKV…) vs 媒体格式(H.264/FLAC/AAC…)
2、视频的基础参数：分辨率，帧率和码率
3、图像的表示方法：RGB模型 vs YUV模型
4、色深
5、色度半采样
6、空间上的低频与高频：平面，纹理和线条
7、时间上的低频与高频：动态
8、清晰度与画质简述

1、封装格式(MP4/MKV…) vs 媒体格式(H.264/FLAC/AAC…)
MP4+MKV是你下载的视频文件最常见的种类。这些文件其实类似一个包裹，它的后缀则是包裹的包装方式。这些包裹里面，包含了视频（只有图像），音频（只有声音），字幕等。当播放器在播放的时候，首先对这个包裹进行拆包（专业术语叫做分离/splitting）,把其中的视频、音频等拿出来，再进行播放。
包裹里面的每一件物品，我们称之为轨道(track)，一般有这么些：
视频(Video): 一般来说肯定都有，但是也有例外，比如mka格式的外挂音轨，其实就是没视频的mkv。注意我们说到视频的时候，是不包括声音的。
音频(audio)：一般来说也肯定有，但是有些情况是静音的，就没必要带了。
章节(Chapter): 蓝光原盘中自带的分段信息。如果文件带上了，那么你可以在播放器中看到带章节的效果：
每个轨道，都有自己的格式。比如大家常说的，视频是H.264，音频是AAC，这些就是每个轨道的格式。
视频的格式，常见的有H.264(可以细分为8bit/10bit)，H.265(当前也有8bit/10bit之分)，RealVideo(常见于早期rm/rmvb)，VC-1(微软主导的，常见于wmv)。基本上，H.264=AVC=AVC1, H.265=HEVC。
音频的格式，常见的有 FLAC/ALAC/TrueHD/DTS-HD MA这四种无损，和AAC/MP3/AC3/DTS(Core)这四种有损。
MKV vs MP4，主要的区别在于：
MKV支持封装FLAC作为音频，MP4则不支持。但是MP4也可以封装无损音轨(比如说ALAC，虽然普遍认为ALAC的效率不如FLAC优秀)
MKV支持封装ASS/SSA格式的字幕，MP4则不支持。一般字幕组制作的字幕是ASS格式，所以内封字幕多见于MKV格式
MP4作为工业标准，在视频编辑软件和播放设备上的兼容性一般好于MKV。这也是vcb-s那些为移动设备优化的视频基本上选择MP4封装的原因。
MKV是民间研发，为了代替古老的AVI，从而更好地支持H264，它开发和修改的灵活度使得它可以兼容flac/ass这类非工业标准的格式；而MP4则是出生豪门，作为工业标准，替代更古老的MPG，作为新一代视频/音频封装服务的。

2、视频的基础参数：分辨率，帧率和码率。
视频是由连续的图像构成的。每一张图像，我们称为一帧(frame)。图像则是由像素(pixel)构成的。一张图像有多少像素，称为这个图像的分辨率。比如说1920×1080的图像，说明它是由横纵1920×1080个像素点构成。视频的分辨率就是每一帧图像的分辨率。

一个视频，每一秒由多少图像构成，称为这个视频的帧率(frame-rate)。常见的帧率有24000/1001=23.976, 30000/1001=29.970, 60000/1001=59.940,比如23.976，就是1001秒内，有24000张图像。视频的帧率是可以是恒定的(cfr, Const Frame-Rate)，也可以是变化的(vfr, Variable Frame-Rate)
码率的定义是视频文件体积除以时间。单位一般是Kbps(Kbit/s)或者Mbps(Mbit/s)。注意1B(Byte)=8b(bit)。所以一个24分钟，900MB的视频：
体积：900MB = 900MByte = 7200Mbit
时间：24min = 1440s
码率：7200/1440 = 5000 Kbps = 5Mbps
3、图像的表示方法：RGB模型 vs YUV模型
光的三原色是红(Red)、绿(Green)、蓝(Blue)。现代的显示器技术就是通过组合不同强度的三原色，来达成任何一种可见光的颜色。图像储存中，通过记录每个像素红绿蓝强度，来记录图像的方法，称为RGB模型 (RGB Model)
常见的图片格式中，PNG和BMP这两种就是基于RGB模型的。
除了RGB模型，还有一种广泛采用的模型，称为YUV模型，又被称为亮度-色度模型（Luma-Chroma）。它是通过数学转换，将RGB三个通道，转换为一个代表亮度的通道(Y,又称为Luma)，和两个代表色度的通道(UV，并成为Chroma)。

在图像视频的加工与储存中，YUV格式一般更受欢迎，理由如下：

1、人眼对亮度的敏感度远高于色度，因此人眼看到的有效信息主要来自于亮度。YUV模型可以将绝大多数的有效信息分配到Y通道。UV通道相对记录的信息少的多。相对于RGB模型较为平均的分配，YUV模型将多数有效信息集中在Y通道，不但减少了冗余信息量，还为压缩提供了便利
2、保持了对黑白显示设备的向下兼容
3、图像编辑中，调节亮度和颜色饱和度，在YUV模型下更方便。
几乎所有的视频格式，以及广泛使用的JPEG图像格式，都是基于YCbCr模型的。播放的时候，播放器需要将YCbCr的信息，通过计算，转换为RGB。这个步骤称为渲染（Rendering）
每个通道的记录，通常是用整数来表示。比如RGB24，就是RGB各8个bit，用0~255 (8bit的二进制数范围)来表示某个颜色的强弱。YUV模型也不例外，也是用整数来表示每个通道的高低。

4、色深
色深(bit-depth)，就是我们通常说的8bit和10bit，是指每个通道的精度。8bit就是每个通道用一个8bit整数(0~255)代表，10bit就是用10bit整数(0~1023)来显示。16bit则是0~65535

5、色度半采样

在YUV模型的应用中，Y和UV的重要性是不等同的。图像视频的实际储存和传输中，通常将Y以全分辨率记录，UV以减半甚至1/4的分辨率记录。这个手段被称为色度半采样(Chroma Sub-Sampling)。色度半采样可以有效减少传输带宽，和加大UV平面的压缩率，但是不可避免的会损失UV平面的有效信息。
我们平常的视频，最常见的是420采样。配合YUV格式，常常被写作yuv420。这种采样是Y保留全部，UV只以(1/2) x (1/2)的分辨率记录。比如说1920×1080的视频，其实只有亮度平面是1920×1080。两个色度平面都只有960×540的分辨率。
当然了，你也可以选择不做缩减。这种称为444采样，或者yuv444。YUV三个平面全是满分辨率。

6、空间上的低频与高频：平面，纹理和线条
在视频处理中，空间(spatial)的概念指的是一帧图片以内（你可以认为就是一张图所呈现的二维空间/平面）。跟时间(temporal)相对；时间的概念就强调帧与帧之间的变换。

7、时间上的低频与高频：动态
在视频处理中，时间(temporal)的概念强调帧与帧之间的变换。跟空间(spatial)相对。
动态的概念无需多解释；就是帧与帧之间图像变化的强弱，变化频率的高低。一段视频如果动态很高，变化剧烈，我们称为时间复杂度较高，时域上的高频信息多。否则如果视频本身舒缓多静态，我们称为时间复杂度低，时域上的低频信息多。

8、清晰度与画质简述

我们经常讨论，一个视频清晰度如何，画质好不好。但是如何给这两个术语做定义呢？

经常看到的说法：“这个视频清晰度是1080p的”。其实看过上文你就应该知道，1080p只是视频的分辨率，它不能直接代表清晰度——比如说，我可以把一个480p的dvd视频拉升到1080p，那又怎样呢？它的清晰度难道就提高了么？
所以清晰度的定义我更倾向于这样一个说法：图像或视频中，原生、有效的高频信息。
原生，强调这种清晰度是非人工添加的；有效；强调细节本身有意义，而不是毫无意义的噪点特效。
视频的画质，是由以下几点共同决定的：

1、源的画质。
俗话说的好，上梁不正下梁歪。如果源的画质本身很差，那么再如何折腾都别指望画质好到哪去。所以压制者往往会选择更好的源进行压制——举个栗子，BDRip一般都比TVRip来的好，哪怕是720p。蓝光也分销售地区，一般日本销售的日版，画质上比美版、台版、港版啥的都来得好，所以同样是BDRip，选取更好的源，就能做到画质上优先一步。

2、播放条件。
观众是否用了足矣支持高画质播放的硬件和软件。这就是为啥我们在发布Rip的同时大力普及好的播放器；有时候一个好的播放器胜过多少在制作方面的精力投入。

3、码率投入vs编码复杂度。
视频的时间和空间复杂度，并称为编码复杂度。编码复杂度高的视频，往往细节多，动态高（比如《魔法少女小圆剧场版叛逆的物语》），这样的视频天生需要较高的码率去维持一个优秀的观看效果。
相反，有些视频编码复杂度低（比如《请问今天要来点兔子么》，动态少，线条细节柔和），这种视频就是比较节省码率的。

4、码率分配的效率和合理度。
同样多的码率，能起到怎样好的效果，被称为效率。比如H264就比之前的RealVideo效率高；10bit比8bit效率高；编码器先进，参数设置的比较合理，编码器各种高端参数全开（通常以编码时间作为代价），码率效率就高。
合理度就是码率在时空分配方面合理与否，合理的分配，给观众的观看效果就比较统一协调。码率分配的效率和合理度，是对制作者的要求，要求制作者对片源分析，参数设置有比较到位的理解。
码率分配和合理度做的好，就常常能做出低码率高画质的良心作品。
5、编码前的预处理。预处理分三种：
①，客观修复。强调修复片源固有的瑕疵，比如锯齿，色带，晕轮等等。
②，主观调整，强调将片源调整的更适合人眼观看，比如适度的锐化，调色（有时候你是可以通过科学方法判定片源的颜色有问题，然后针对的做修复的）。
③，移除无效高频信息，比如降噪，避免码率浪费在无效的噪点上
预处理做的好，往往能达到画质上超越片源，或是在几乎不牺牲清晰度的前提下，节省码率开销。
但是预处理是一把双刃剑，优化的同时，可能引入副效果。降噪、抗锯齿、去晕轮等操作会不可避免的损失一些有效细节（或多或少，取决于制作者水准）；主观调整很可能会引入副效果（比如过度锐化会导致锯齿和晕轮），或是变成了作者的自我满足，形成对观众的欺骗。

综上，一个优秀的画质，是由片源、制作者、观看者共同决定的；码率高低也只是部分因素，并非决定性的效果。

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