從DV到ProRes RAW,關於數字影像“格式”有哪些誤區?

影像“格式”是定義影像屬性和質量非常重要的一個詞,它決定著我們最為關注的影像“畫質”,包含了影像從傳感器採集、處理、儲存過程中一系列影響質量的環節,它也決定著影像製作“流程”,包含了影響後期流程效率的諸多要素。


給數字影像“格式”正名

數字影像技術進化很快,以至於很難對“格式”有一個統一的定義,但通常來說,影像“格式”至少包含三層定義:影像採集屬性,編碼壓縮方式和視音頻文件存放方式。

影像採集屬性之中最重要的當屬分辨率(為了區別顯示分辨率,此處我們用更為準確的詞彙-採集像素數,同時我們忽略各種傳感器的結構差異,用現在最為流行而且也已成為標準的拜爾式CMOS作為定義基礎),電視體系的SD/HD/UHD或者數字電影體系的2K/4K是目前主要的幾種分辨率,當然8K也在不斷推進中。

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分辨率示意圖

與分辨率密不可分的就是畫幅寬高比,除了標清的4:3,現在主要是16:9的HD/UHD電視或者17:9的2K/4K甚至更高寬高比的寬熒幕電影。50HZ和60HZ的區別還為幀頻選擇帶來了變數,幀頻除了影響數據量之外,還會影響影像的藝術效果和最終觀看的體驗。除了基礎的分辨率,色彩採樣比444、422、 420和量化比特數8、10、12bit也都是影響畫質的格式參數之一。

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不同採樣比的區別

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不同量化比特的區別

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動態影像的數據量巨大,在高速大容量而且便宜的半導體介質出現之前,影像的編碼壓縮是必經的一步,不然影像存儲、傳輸和後期處理都需要佔用巨大的資源。當然編碼壓縮也是個雙刃劍,在獲得較小體積的同時也以或高或低的影像質量犧牲為代價。傳統的編碼壓縮主要分為兩種,一種是基於DCT離散餘弦變換分塊編碼的MPEG-2, MPEG-4和衍生出來的諸如HDV、AVCHD等格式。另一種是基於Wavelet小波變換多分辨率編碼的JPEG-2000或者REDCODE等格式。

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視音頻文件存放方式在半導體存儲介質和文件化的IT存儲方式出現之前還是一個非常複雜的處理,不管是磁帶還是光盤都需要經過複雜的機械設計並考慮讀取速度、穩定性等問題。這種機械式的存儲系統在兼容性上是一個很大問題,存儲介質和讀取工具往往一個廠家一個標準,即便同一廠家的前後代之間也很可能不同。DV、DVCAM、DVCPRO25/50/HD、HDV、DVW等格式都是這個時期的產物。

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磁帶存儲介質

在進入到半導體存儲介質和文件化的IT存儲方式之後,視音頻文件存放方式與介質屬性基本上可以說完全分離開來,視音頻文件只需通過“軟件”實現的文件打包格式即可定義存儲方式,比如各種基於MXF的XAVC、AVC-Ultra、XF-AVC以及基於AVI的ProRes。MXF和AVI嚴格意義來說都不能稱為格式,它們只是打包管理視頻、音頻和元數據的“包裝”方式,或者說是“文件格式”。

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MXF文件格式示意圖


對普及數字影像具有重大意義的DV格式

1994年,由松下、索尼、JVC等10多個數碼攝像機廠家聯合發佈了DV格式。 DV格式使用DCT算法,幀內壓縮,採樣有411和420兩種,使用Mini-DV格式磁帶,通過1/4英寸的金屬蒸鍍帶來記錄高質量的數字視頻信號。1995年7月,索尼發佈第一臺DV格式攝像機DCR-VX1000,採用3CCD傳感器(3片1/3英寸、41萬像素CCD),10倍光學變焦,光學防抖系統,售價4000美元。松下、佳能等廠商也都發布了基於DV格式的很多攝像機型號。

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DCR-VX1000

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松下DV與磁帶

DV格式最開始定位於民用,所以索尼和松下分別基於DV格式開發了專業版本的格式,那就是DVCAM和DVCPRO25,以及面向廣播級應用的MPEG IMX和DVCPRO50。

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高清影像佈道者:HDV格式

2003年9月,索尼、佳能、夏普和JVC四巨頭聯合制定面向專業以及民用的高清攝像標準HDV格式。HDV的記錄分辨率達到了1440×1080,清晰度比標清得到革命性提升,但仍未達到全高清FULL HD 1920×1080的標準。HDV格式雖然沒有實現全高清,但它在IT化介質還未徹底流行的那個年代對於普及高清概念以及過渡到真正的全高清起了不容忽視的過渡作用。

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2004年9月,索尼發佈了第一臺HDV 1080i高清攝像機HDR-FX1E。

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第一臺“小高清”磁帶攝像機(HDV攝像機)


真正進入全高清時代:AVCHD格式

隨著半導體介質的成本降低和容量、速度穩定性提升,SD卡和記憶棒開始替代磁帶成為影像記錄介質。數字影像也隨之進入全高清時代。索尼和松下這對老冤家合作推出了AVCHD格式,實現了全高清1920×1080的影像記錄, 雖然只有420 8比特,但AVCHD格式對高清普及功不可沒。

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4K時代:群雄混戰

在4K時代,格式之戰顯得更為混亂,雖然記錄介質都過渡到基於半導體的各種卡式介質,但廠商為了築起自己的護城河,分別推出自己的格式。松下推出了AVC-Ultra格式,而索尼搞了個XAVC格式,佳能是XF-AVC,RED、BMD、國造等廠家搞出了各種RAW格式,除此以外還有蘋果的ProRes和最近的ProRes RAW,似乎格式天下已經大亂。誰能一統天下?做個預告,請聽下回分解。

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