格式与编解码器简易指南

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编解码器总是嫌不够对吧?

“我只是需要一个QuickTime文件。”这话你从客户那儿听到过无数遍吧?很遗憾,这点信息可不够。原因如下。

数字文件是由格式封装器、数据与元数据组成的。格式封装器定义了文件的类型,以文件拓展名辨认,比如.mpeg, .mov, .mp4, .mxf等等。就把封装器想成录像带。它会指定什么播放应用应该能兼容什么特定文件,就像VHS录影带就是告诉你需要使用VHS播放器。而数据指的是特定格式封装器所包含的影音内容。元数据则是与那些数据相关的信息,比如日期/时间戳、色彩档案等等。

理解概念

音频视频信号通过编解码器编码到数字文件当中——编解码器(codec)是压缩(compression)与解压(decompression)头几个字母的缩写。大部分视频文件都会使用数据压缩,而专业格式的音频信号通常不压缩。另外,消费音频格式如.mp3和.m4a会使用高压缩率的编解码器。虽然我们一般会把特定编解码器和特定格式联系起来,比如ProRes和.mov,但他们并非同义词。比如,可以使用ProRes编解码器对文件编码,然后以.mxf封装器储存。

视频压缩可以是有损也可以是视觉无损压缩。这取决于编解码器类型、文件编码数据率、帧率和帧的大小。有损压缩则文件大小较小。但压缩形成的伪影是肉眼可见的,因为丢失了很多信号信息。流媒体服务如奈飞和YouTube使用有损方式通过网络将视频信号传输到使用家庭。视觉无损压缩编解码器,比如高码流版的Avid DNx或苹果ProRes家族的编解码器,使用于相机采集方式和后期制作中。这些编解码器的压缩数据率很高,于是文件会大很多。但这种压缩方式对比未压缩视频,压缩伪影通常肉眼不可见。

如今在拍摄制作与后期制作中使用的大部分编解码器都是某厂商或协会的专利知识产权。虽然它们看似随处可见,但它们并非开源或开放标准。使用特定编解码器,尤其是进行相关数据编码的话,是需要授权协议的。通常,这是公开透明的,对用户似乎是免费的,但公司之间其实已经有过协议。但这就和所有知识产权一样,如果公司之间的协议终止,那么可能会导致在某个应用中特定编码器不可用。

库组件与64位转换

当一个视频文件通过一个应用进行播放时,其数据会即时解码,在你的屏幕或观看设备上显示为RGB像素。这就要求播放应用有一套安装好的库组件,用于读取、解码和显示视频数据。这些组件可能是电脑操作系统的一部分或者它们是自定义安装的组件专门服务于那个特定应用。

苹果与微软已经渐渐在自己的操作系统当中舍弃对老版编解码器的支持或让这种支持发生”贬值”。比如,苹果Catalina是一个64位操作系统,不支持32位应用和库组件。这就意味着某些编解码器无法在macOS之前版本中使用32位QuickTime框架下的任何应用实现解码(播放),包括许多还在使用的编解码器,如DNxHD/HR。这并不是编解码器自身的问题,而是使用的库组件的问题。

为了在Catalina中使用这样的文件,苹果或应用开发者不得不写新的64位库组件来播放这种文件。Avid和Adobe可以以.mxf格式读写DNx文件,但苹果自己的应用如Final Cut Pro X或QuickTime Player则无法做到。希望之后会有所改变。

为什么不能在后期制作中写摄影机的RAW文件?

数字视频摄影机将原始传感器数据转为RGB像素信息,使用确定的编解码器和格式录制到数字文件中。处理流程在摄影机内完成,以“刻入”拜耳阵列传感器数据向RGB的转换,以及原生ISO和色彩档案。这些文件之后就可以在大部分专业剪辑与播放应用中轻松播放。

自RED Digital Cinema发布RED One摄影机以来,压缩过的RAW编解码器开始流行起来。当要录制摄影机原始信号时,会跳过向RGB的转换/处理步骤,因而在后期校色中可以有更大宽容度。这会在相同数据率与文件大小的情况下生成更高品质的画面。这样的代价就是在后期制作中摄影机RAW文件会消耗硬件系统。那是因为原本在摄影机内完成的转换现在由电脑实时进行。

RAW编解码器储存摄影机传感器生成的信息,专门针对图像采集。无法在后期制作中编写或重编码摄影机RAW文件是因为没有可用的传感器数据。摄影机RAW编码器也为各厂商专有,这些公司包括RED、ARRI、Apple、Blackmagic Design和其他厂商。目前,还没有CinemaDNG的视频等价物,这是一种Adobe开发的摄影RAW格式,后来Adobe把它作为开放标准提供给大众。虽然GoPro的CineForm RAW编解码器可以算是视频的类似解决方案。

非RAW编解码器出来的视频可以进行校色调整,但你并不是真的在改变文件本身的色彩处理。你调整的是已经存在在那的RGB信息。相较之下,摄影机RAW编解码器使用多种色彩科学与调整方案为操纵传感器数据实际解码提供了机会。这就要求每家公司为自家专有的编解码器创建专门的摄影机RAW插件,这样用户才能把图像显出来。软件工程师们有几种选择:1)继续让专有的处理流程为自己的应用专用;2)创建插件让其他公司可用;3)创建所有人可用的OS组件;或4)提供软件开发工具包,让其他公司写自己应用的相应工具,这些应用之间往往是竞争关系。

编解码器,比如REDCODE,受到大部分应用的广泛支持,这都得益于RED的插件。其他编解码器,像ProRes RAW和Blackmagic RAW正在过渡阶段,现在非编软件也在慢慢增加相应支持。从务实的角度思考问题,如果你拥有一台摄影机录制的是RAW视频,别想当然以为自己最喜爱的剪辑工具或后期公司能够处理那些文件。随时做好功课,问题问到点子上。

作者Oliver Peters 

翻译:盖雅翻译小组

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