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视频编码知识

 好东东资料库 2011-07-11

视频编码知识

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本帖最后由 guzhihu611 于 2010-2-23 17:11 编辑

写在开始之前

"AVI视频清楚,但是太大."
"WMV视频很小,就是画面比较模糊."
...

以上类似陈述在网络当中广泛地存在,并且还在不断地误导更多视频爱好者.天知道一个错误的理论将会令一个新手走多少弯路!甚至使其在开始没多久便丧失学习的信心...相信这是我们每一个人都不愿意看到的.所以我想用自己半年多来自学掌握的知识,尽可能地帮助大家,减少上述现象的发生.说到头来自己也是个新手,学识还远远不够.但只要能对他人有那么一点点帮助,我就心满意足了:)



关键词: 编码 码率 分辨率

引子

制作自己的视频是一件很有乐趣的事,她可以记载和朋友一起在这个世界中生活的点点滴滴,亦或是向大家展示自己的风格特点,这些都将给我们留下很好的回忆.同时在制作的过程中,还可以学到不少的软件操作与影视知识,可谓一举两得.然而,制作一个令大家满意的视频并不是那么容易.视频是以画面为最主导地位,漂亮的画面可以增强视觉上的冲击力,使作者所要表达的东西更加突出;粗糙的画面则会大大破坏视觉感受,感官上的不舒适就会直接影响到对内容的理解.所以我们要在可接受的客观范围内把视频的画面做的尽量好.谈到画面质量的问题,我们请出今天的主角:编码*(codec).

(*注:请根据上下文判断词性,因为它既可以做动词也可以做名词,此处为名词.)

一.为什么要编码?  
名词解释:codec=compress and decompress (压缩与解压)
无论是原始视频还是音频,其所占的空间都是十分巨大的,1秒1280*720,30FPS的无声视频就要占100MB空间.不要说网络传播,就算是普通家用电脑,也不是那么轻易就能承受的住的.所以在软件里编辑完成后,我们需要在输出的过程中进行编码,在质量损失尽量小的前提下把视频压缩到可以接受的文件体积,从而大大增强其可传播性与可保存性.

二.编码如何实现压缩文件的目的?
将视频/音频编码后,就引出一个新的概念,那就是编码速率(bitrate,比特率,码率),通常以bps为单位.bps=bit per second (位/秒)
视频文件大小=视频持续时间X码率
从式子我们可以看出,文件大小与以上两个值以外一切因素无关.
例如,一段10分钟码率为8mbps的视频所占空间=10分钟X60秒/分钟X8m位/秒
                                        =600秒X1m字节/秒=600m字节
因为一段视频的持续时间是固定的,当码率的降低自然视频体积变小我们就说视频被压缩了.
和图片一样,视频的压缩也分两种,无损和有损.无损的压缩是可逆的,即在压缩的过程中不丢失信息,往往不足以把视频压缩到一个网络传播可以接受的程度,所以我们应用最多的是有损压缩.即通过软件分析,根据人的视觉原理,去掉相对不易被发觉的部分,从而在保证质量的基础上大大降低码率,减小一个视频的空间占用.对质量的保值越低,码率就可以降至越低水平,每秒视频所占用的空间自然也更小.

三.常见视频文件在电脑中的存在方式?
有声视频文件通常是以"编码过的纯视频+编码过的音频"封装在一起存在于电脑中.
起到"容器"(container)作用的封装类型有很多,其中以.avi, .wmv, .mov, .mpg, .mp4, .rm,.mkv最为常见,他们在英语中以"扩展"(extension)称呼.在这一点上与中文有很大区别,中文里习惯称扩展名为"格式".由于命令"格式化"(format)的存在,我们很可能会把视频编码中的format理解为视频封装类型.而实际上在这个领域中,format所指的是编码类型.
常见视频编码(video codec):wmv9, DivX/Xvid(同源), x264, Real video, MPEG1/2, VC-1
常见音频编码(audio codec):PCM, wma9, mp3, aac, Real audio
常见封装方案有:.wmv(wmv9+wma9), .avi(Xvid+mp3), .mkv(x264+aac), .rm(rv+ra)

四.编码和画质的关系?
我们知道,码率是直接影响画质的重要原因之一,另外一个便是编码类型.
不同的编码有不同的计算方式.之所以有这么多种编码存在,是因为他们各有各优劣.如果一种编码被另外一种完全超越,那么它毫无疑问会迅速被人们所抛弃,自然也不会流行起来.每种编码往往在一定情况下有着自己的优势,所以要根据情况具体选择.很多朋友问我什么编码好,我都是回答"不一定".因为在实际应用中,每种编码的特点很复杂,不能简单地用好或坏来形容,毕竟画质也属于一个很主观的东西.对于音乐,128kbps的mp3有时候够用,有时候就不够.那是因为mp3编码方式对于高音部分的损失比低音更大,所以高音为主导的音乐就很容易感觉到与CD的明显区别.视频编码也是同样的道理,不同的画面内容采用同样的编码方案,其结果很可能会有差异.依照编码特点来选择,可以在同样码率下获得更高的画质,或在相近画质下进一步降低视频体积,何乐而不为.

五.如何选择编码和码率?
这个问题看上去很简单,哪个编码能使我的视频画质更好,就用哪个不就成了?其实不然,这里要分析的因素很多,很多东西还有待我们通过实践来归纳出结论.
我认为wow视频编码的选择主要根据以下三个大方面:传播难度,电脑配置,视频内容.
首先说传播.
发布视频是为了传播,传播就要考虑网速.不同的地区,年代,网速的差距是非常大的.05年前可能大家难以接受每分钟40M以上的视频,但是08年制作高质量视频的朋友越来越多,这都得益于网络的发展.关于地区,如果是在发达国家,那么码率可以进一步提高.不得不说的是视频的绝对体积.如果我制作一部2分钟100MB的视频,会有一部分人愿意下载;但如果同样码率我做到20分钟1G,相信下载量又会减少很多.让绝大多数人在线看不如控制一下体积让大家愿意下载.
然后是配置.
编码和分辨率的关系密不可分.中等偏下的配制可以选择的分辨率相对局限,重点谈中/高配制的情况.分辨率对画面的影响显而易见,在显示器尺寸发展较快的今天,在20寸以上的显示器上观看不足640*480的视频确实不舒服,而全屏又会非常模糊外加马塞克,所以在硬件允许的前提下尽量不要选择制作小于主流屏幕分辨率1/4尺寸的视频.物极必反,分辨率过大也会造成浪费,在1680*1050的显示器上观看1920*1080的视频可以说是和1680*1050的视频没有任何区别.和图片同理,越高分辨率的视频需要越高的码率来满足需要,剧增的文件体积并不能使视频画质得到什么提升,在网速并不好的中国,可能会有人放弃下载转而在线----这也是视频作者不想看到的.所以要根据自己配制和主流显示器的情况选择合适的分辨率,然后才是编码.有的编码是为网络传播而生,例如real.他可以在较低的分辨率/码率条件下达到不错的效果.但当2者同时升高后,提升并不明显,所以如果你想制作高分辨率高质量视频,那么选择它往往不是最合适的.类似的还有flv视频.
最后是内容.
从高速运动画面的编码质量上来说,xvid和x264好于wmv9明显好于rv明显好于on2 vp6(.flv).这个属于编码的硬伤,基本上不会因提高码率而有所改善.所以当你做的是pvp视频,又刚好是近战物理职业,那么就要注意了,因为镜头运动幅度会很大.
从色彩上来说,x264可以在低码率下损失非常少的亮度色彩细节,这是xvid和wmv9所办不到的.但随着码率逐渐提高时,wmv9会有比较明显的改善,而x264的诟病,高对比度画面中的低亮度区域的马塞克和色块现象没有明显改善,所以孰好孰坏不能一概而论.xvid在这方面中规中矩.
画面渐变的使用场合数量.透明度变化,模糊等的使用都属于此类.wmv9在这方面的表现非常好,亮度色彩在渐变过程中运动平滑,而xvid略生硬,x264更甚.在渐入色为黑的情况下尤其明显.

六.比较好的编码使用范例
大家可以看到,在wow视频领域综合表现最好,使用最广的3种编码是wmv9, xvid, x264.下面我拿几个比较知名的国外视频加以分析.
<Tales of the past><远古传说>系列
由于片长的问题不可能采用高分辨率制作,故事片以剧情为主导,画面类型复杂,采用画质稳定的wmv9进行编码.
<Black rose><黑玫瑰>
华丽的高速动作片,画面为主打元素,采用高码率的DivX编码非常合适,7mbps, 720P(720线逐行扫描)的视觉效果相当好.
<Rush>
音乐片,场景大气,光线好,使用x264编码可以在较高分辨率较低码率下最大限度保留细节,尤其是高光部分值得称赞.

最后

编码这个环节有很大学问,需要一点点从实践中积累经验,脱离现实,纸上谈兵都是不可取的.要说我所写的文章完全正确肯定是不可能的,但其中绝大部分都是自己的心得,每一部视频我都会尝试用多种编码搭配各档码率来输出.通过不断的学习,我会尽自己所能写一些东西出来给大家做参考.水平有限,有误之处请大家谅解:)

非常感谢花费宝贵时间阅读的各位

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