视频格式全解

影视制作

图源:Videomaker

几十年前,随着VHS、VHS-C以及Betamax的推出,拍摄和剪辑变得有些复杂。如果你去阅读一篇两页的文章,你就能发现区别。当数字时代到来时,所有这些格式都消失了。我们面前突然出现了一堆令人眼花缭乱的视频格式——.wmv、.asf、.rm、.mov、.mpeg。除此以外,许多这些标准还有它们自己的标准(MPEG-1, MPEG-2等)。

渲染速度慢或者需要进行转码的素材格式可能会导致许多工作时间的流失。但是别害怕!在你了解了关于编解码器和封装格式的知识之后,你就能继续追求出色的视频。

为什么视频格式很重要

视频格式对于视频剪辑来说很重要,原因有很多。如果你了解摄影机拍摄的格式,那么你就可以计算出你计划拍摄的素材需要多少存储空间。要知道,剪辑或调色软件是否能以原生方式处理你的视频,或者是否需要经过转码,这些都需要你了解素材的格式。当一个电影节或广播公司要求交付某种视频格式时,你越了解这种格式,就越容易让你的项目达到最佳效果。

二十年前,每个人观看电影的方式都是相同的——要么通过投影仪投在银幕上,或在电视机上观看。如今,人们有了更多的选择,并且充分利用了这些选择。从高端的4K家庭影院到手机上观看视频流媒体,视频无处不在。通过了解各种格式,你可以确保你的视频以正确方式和最佳质量被看到。了解电影摄影也很重要,因为屏幕上显示的内容的质量至关重要。

视频格式是什么?

当有人问到一个视频是什么格式时,他们通常想知道视频制作的封装格式和编解码器是什么——可能还想知道它的编码标准是什么——当然,除非这个视频过于古早。那他们通常想知道视频储存在哪种录像带上,并且希望他们能找到可以播放它的设备。

封装格式和编解码器

也许视频格式中最令人感到困惑的事情之一就是每个视频文件都有一种封装格式和一个编解码器。这足以让你怀念那些只需将录像带放进摄影机,然后按下录制键的日子。另一方面,视频格式的多样化意味着无论你在制作哪种类型的视频,都有一种很好的实现方式。

编解码器

编解码器是用于给音频或视频文件中的数据安排布局的顺序,让其可以进行回放、剪辑或更改为其他编解码器(转码)。编解码器用于组织媒体数据,但这些数据保存在封装格式中。音频和视频编解码器有很多种,每种都有各自的优势。

封装格式

封装格式或封装器将音频和视频数据与其他信息一起保存在一个文件中。封装格式的文件扩展名是.mov、.avi或.mp3。虽然有些只倾向于将媒体保存在特定的编解码器中,例如用于MPEG文件的.mpg文件封装格式,但有些封装格式,如.mov,可以以各种音频和视频编解码器来保存数据。封装格式中有信息来判断其中是否保存了音频和视频两种数据,这样媒体播放器就可以同时播放它们。

封装格式还会在文件中保存媒体的元数据。这种元数据可以是十分简单的,如视频帧率、素材录制时所使用的摄影机和镜头、使用的摄影机设置、拍摄地点以及有关镜头和项目的信息。封装格式中的元数据有时还可能会告诉你素材的制作标准。

视频格式的类比

要弄清楚封装格式和编解码器是什么可能有点令人困惑,因为这是一个非常技术性的话题。你可以将封装格式视作一种发行物。它可以是一本精装书、一本精美的杂志、一份报纸、一份小册子或一张口香糖包装纸。这些都包含文字,可能还包含照片或图像。但它们的工作方式各不相同。

将视频格式想象成你在这些发行物中查看文本或图像的方式。例如,你可以将托尔斯泰的《战争与和平》(War and Peace)打印到一张德芙的糖果包装纸上。这将需要上千张包装纸,谁会想以这种方式来阅读呢?同理,你可以将你的度假素材创建在一种未经压缩的格式中,但文件会变得特别大。你无法将其传上网或通过邮件发送。

同样地,你也希望将你的《战争与和平》副本装订成精美的精装书。另一方面,如果你想要打印一份外卖菜单,那你也许会想用更厚重的纸张来打印彩色照片。在漫画书、精装书或报纸中都有带有文字的图片。但时尚杂志上的图则需要更有份量的光面纸张才能正确呈现。

每一款视频应用程序都有合适的编解码器和封装格式。无论这算是好事还是坏事,编解码器和封装格式都会经常改进和更新。现在,你可能很少能看见几年前流行的格式。此外,一些封装格式和编解码器是专有的。这就意味着,当用一种封装格式搭配另一种编解码器时偶尔会出现许可证相关的问题。

“不太标准的”标准

汽车经销商可能会告诉你,他们销售的汽车都会配有一个标准备胎,但这个轮胎的生产标准可能只匹配少数品牌、型号和年份的汽车,并不匹配任意汽车上的任意常规车胎。遗憾的是,视频也是一样。如果有人告诉你某个视频是NTSC,他们可能只是指的是NTSC标准帧率——29.97fps。如果一个视频是Rec. 709,这指的是用于HDTV的一套特定标准,覆盖帧率、色域和分辨率等参数,尽管有人可能会指出,即使是Rec. 709也支持多种帧率。

更令人困惑的是,UHDTV(4K电视)有Rec. 2020标准,而4K电影有DCI标准。这些标准拥有不同的分辨率和不同的宽高比。Rec. 2020的宽高比为1.78:1(16×9),而DCI支持1.85:1和2.39:1(约为17×9和21×9)。所以,如果你正在制作一部需要蓝光拷贝的短片,而它还将在影院以DCP(数字电影包)的形式放映,那么你就要注意,这些格式的标准差别迥异。

有些视频格式是使用常见的编解码器创建的,但只允许部分不同,比如分辨率和比特率,以便它们可以更轻松地在硬件和软件平台使用。AVCHD和DivX都是使用H.264(MPEG-4)编解码器的格式,但属于不同的标准。

兼容性

硬件和软件的不同编解码器和格式之间的兼容性仍然是一个巨大的挑战。在你开始项目制作之前,你需要确保你计划从拍摄环节中的采集到后期制作,再到发行和存档所使用的任何编解码器都与你的硬件和软件兼容。

当从一个软件切换到另一个软件时,你会经常看到图像中发生色偏等问题,这是因为它们可能以不同的方式处理图像数据。在大型项目或保持一致至关重要的项目中,在开始前测试你的工作流可以帮助你避免或学习如何弥补此类问题。

数据丢失

要记住,当你在压缩视频数据时,这个过程会有一些数据丢失。视频压缩应用程序的工作原理是查找帧中的冗余并帧对帧保留它们。例如,有一片蓝天与另一片蓝天相同。蓝色部分贯穿每一帧。在高压缩率下,这一点会变得很明显。在低压缩率下则很难注意到。

未压缩的编解码器可以无需压缩存储媒体,因此质量不会降低,但文件很大。一个无损的编解码器存储经过压缩的媒体不会损失质量,但节省的空间很少。一个有损的编解码器存储媒体时会经过压缩,质量也会降低。对于有损压缩,压缩率越高,文件越小,质量损失越大。

管理剪辑过程中的数据丢失

大多数摄影机和录机都会使用某种类型的压缩,所以你在后期制作时会想要保留尽可能多的数据。如果你的最终渲染是根据源素材制作的,那么你唯一的损失就是来自渲染的压缩(如果有的话)。请注意,如果你要进行存档渲染,那么不建议进行压缩。

同样的,要将你的主文件保留为原始视频格式。质量最高的视频格式是你最初采集的格式。虽然数字文件不会降低质量,但每次转换数字文件时都会造成数据损失。直接从摄影机转换未压缩的文件,即使是转换为高质量文件,也会导致质量有所下降。

为了能共享文件,压缩文件是有必要的,但不要重复压缩。通常来说,你应该根据任何必要的大小来做剪辑和创建版本。尽可能地不要用压缩文件来转换为其他文件。

这张图中,女人的特写镜头可以看到伪影。

中间格式

中间编解码器或格式在许多情况下会被用于后期制作;然而,要在后期制作中最快产出结果,你需要避免使用中间格式并用源素材开始工作。有时使用中间格式是更好的选择,甚至是必须的。如果你用于工作流程的硬件和/或软件不支持源素材,那你就需要使用中间格式。如果你不打算保留源素材,并且文件存储空间有限,那么中间格式可能更适合你。

取决于具体的交付格式,使用ProRes 422或Matrox MPEG-2等有损的中间编解码器可能是值得的,因为(这些格式)在工作流中更易于使用,但图像质量会有所损失。最好的选择是事先测试你的工作流,并在剪辑之前做出决定。要是在项目进行到一半时,才看到压缩所导致的图像质量损失将会非常令人沮丧。

如果你要在不同格式之间进行转换,要记住二次压缩会导致质量下降。如果质量至关重要,那就不要删除原始文件;可以将它们存档在某处。请务必注意,在不同封装格式之间转换时,如果新的封装格式不支持某些数据流,如字幕和章节数据等,那么数据流可能会丢失。

根据你的用途导出

每个视频制作者都想使用无损格式保留所有的原始数据。这对于文件的上传、发送或存储来说并不实用。最好的做法是针对多种用途创建文件的多个版本。你可以将一种文件格式上传到你的网站,但你可以选择将不同的格式或大小的文件通过电子邮件发送给你的客户。然后,你可以将成片以第三种视频格式保存到硬盘中,以便在活动上放映。

在决定如何压缩视频文件时,你可以用你的剪辑应用程序来节省许多决策工作。如今,大多数消费级的剪辑软件都会为各种分发方式(例如电子邮件、YouTube或视频显示设备)提供预设。

由于压缩视频文件会导致其图像和声音质量大幅下降,因此多次压缩同一文件会使质量损失更加严重。大多数在线视频网站(如Vimeo和YouTube)都会重新缩你上传的视频,因此你需要确保在视频交付他们手上之前尽可能地保持质量。你得尽可能地用源素材进行剪辑和母版制作,或者转码为未压缩或无损编解码器来保持媒体质量。

像FinalCut这样的剪辑软件会给你提供很多选择,具体取决于你想如何使用你的视频

最好的视频格式是什么?

虽然没有一种“最好的视频格式”,但对于特定的项目来说却有最好的视频格式。问自己几个关于你的目标受众的问题:他们会观看网络流媒体视频吗?他们的连接速度怎么样?这种格式的寿命有多长,采用范围有多广?

常见的封装格式

视频文件的扩展名通常指的是封装格式。一些封装格式具有一些几乎总是在使用的编解码器,而其他封装格式通常也与许多不同的编解码器一起使用。

市面上有几十种数字视频格式和封装格式;我们尝试列出你最有可能遇到的封装格式。

.mp4

这种封装格式是当下最常用的格式之一,尤其是共享在线内容时。事实上,YouTube推荐用户上传.mp4格式的文件以获得最佳视频质量。除了视频和音频数据外,它还可用于存储字幕和静帧等内容。它最常与 H.264或H.265搭配使用。

.mov

这种由Apple开发的.mov文件支持多种编解码器。这种封装格式通常用于拍摄和导出。事实上,尼康和佳能相机都输出包装为.mov封装格式的H.264视频。

Apple开发了MOV(.mov)封装格式,但MOV并不只局限于Apple编解码器或硬件。你可以在Linux和Windows以及具有大量编解码器选项的Apple平台上处理MOV文件。

.avi

Microsoft很早之前就随Windows 3.1开发并发布了这种封装格式。AVI文件曾经是数字视频的主力。如果我说“AVI已死”,会有很多人说自己仍在使用它。我想说,它的受欢迎程度已经下降,但你会在网络上发现大量旧的AVI文件。简而言之,不要将视频输出为.avi格式,但要随时备有播放器。

.asf

ASF是另一个专有的Microsoft封装格式。它通常包含使用Microsoft的WMV编解码器压缩的文件。让事情变得更加混乱的是,这些文件通常被指定为.wmv而不是.asf。与其他格式相比,ASF封装格式的优势在于它能够包含数字版权管理(DRM,一种版权保护形式)。Microsoft设计这种格式是为了从媒体服务器或通过互联网流式传输视频。简而言之:同样,不要将视频输出为这种封装格式,但要随时备有播放器。

AVCHD

AVCHD(高级视频编解码器,高清)是由索尼和松下联合开发的高清录制格式,通常用于消费级摄像机。该标准使用H.264视频编解码器,并支持压缩或未压缩的音频。由于许多摄影机都使用该格式,因此这款格式的支持软件非常广泛。AVCHD通常会使用.mts和.m2ts文件扩展名。

AVCHD是一种基于文件的视频格式。这意味着它可以在闪存盘或SD卡等存储设备上保存并进行回放。这种格式既支持标清也支持各种高清版本。

AVCHD是一种非常稳固的封装格式。它不仅包括字幕等内容,还包括菜单导航和带音频的幻灯片。一个简单的回答是:用它。

MXF

MXF是专门作为压缩视频的文件交换标准而设计的格式。虽然有部分软件支持MXF,但它从未像AVI或MOV格式那样得到广泛应用。

CinemaDNG

CinemaDNG由Adobe开发,有时它会与AdobeDNG(用于相机的格式)弄混。CinemaDNG专为成为长片电影项目的标准图像序列格式而设计。它支持未压缩或压缩的图像文件。直到过去几年,即使是Adobe对CinemaDNG的支持也很有限。现在,已有支持CinemaDNG的硬件和软件产品,但用于HD、2K和4K的文件往往非常大。

ACES

ACES(学院色彩编码系统)是一种免费的色彩管理和图像文件交换系统。目前,支持ACES的软件越来越多。ACES使用的是工业光魔(ILM)开发的OpenEXR文件。ACES OpenEXR文件是未压缩的图像序列,但你无须渲染这些图像序列就能用ACES工作。你只需要在后期制作软件中选择匹配你的工作的ACES配置,导入你的素材即可。ACES是唯一的数字视频国际存档标准,所以如果你希望你的子孙在多年之后也能观看你的作品,那么使用美国电影艺术与科学学院(奥斯卡奖主办方)相同的存档标准就是一个确保能够观看的良好起点。

Final Cut里的这个下拉菜单中,你可以看到许多供选择的编解码器

常见的编解码器

尽管市面上存在数百种用于不同用途的音频和视频编解码器,但下文列出了常用的编解码器和它们的常见用途。

H.264(MPEG-4)

通常被称为MPEG-4。H.264采用的是有损压缩,是当今最常用的视频编解码器之一。这种编解码器得到了广泛支持,并应用于视频的拍摄、后期制作和发行阶段。许多录像机和数码单反相机都采用H.264录制。它是蓝光光盘和许多网络视频托管的标准。H.264的压缩效率比MPEG-2更高,并且通常能在相同的比特率下提供更好的视频质量。

H.264的一个优点是,在极低和极高的比特率下你都可以使用它。H.264会通过网络发送高度压缩的低分辨率视频,然后以极高的比特率对你的高清电影进行编码,用于传输至高清电视。

这种编解码器通常会与.mp4和.mov封装格式一起使用。

H.265(MPEG-H,HEVC)

H.264之后的另一个有损压缩编解码器——H.265能提供更优的压缩效果。现在,对H.265的支持不断增长,并且这种格式正迅速得到广泛应用。

ProRes

Apple ProRes是提供无损和有损压缩的一系列编解码器。尽管ProRes编解码器是为后期制作中的中间工作而设计的,但由于这种编解码器在用户中非常受欢迎,且软件公司也对这种编解码器提供广泛的支持,因此它们被摄影机和录机厂商用作采集格式。ProRes编解码器是旧版Apple Intermediate编解码器的替代。

DNxHD

Avid的有损中间编解码器DNxHD专为搭配他们的软件使用。和ProRes类似,硬件制造商现在也在他们的产品中使用DNxHD。

XAVC和XAVC-S

这些文件格式由索尼开发,使用H.264压缩来将高清和4K视频录制至摄影机。软件对于这些同样使用MXF封装格式的格式的支持也在不断增加。

AVC-Intra

松下为自家的专业录像机开发了AVC-Intra格式。AVC-Intra使用帧内压缩,这意味着图像每次压缩一帧,而不是像AVCHD那样跨多帧压缩。大多数专业后期制作软件都支持AVC-Intra并使用MXF封装格式。

Flash

Flash曾经是在线视频编码的最常用选项,但现在,Adobe开发的这种有损编解码器主要用于动画和游戏。

Windows Media Video(.wmv)

当互联网成为视频等内容的主要传输媒介时,人们尝试找到无需占用过多带宽和磁盘空间就能共享视频的方法。其中一项大的进步就是视频串流的概念——这指的是你的计算机只下载一部分的视频,并在继续下载的同时开始播放——这意味着你不必等两个小时、等到电影下载完成之后才能开始观看。

多年来,WMV格式不断发展,已经支持高清720和1080视频。更复杂的是,以.wmv结束的文件通常都存储在.asf封装格式中。Windows Media Video从未在除Microsoft以外的产品中得到广泛支持,但它仍是PowerPoint的推荐视频编解码器。

MPEG-2

这是用于DVD的标准,最初用于有线电视。它还曾用于HDV录像带,并且曾广泛用于网络视频。现在部分摄影机仍可以使用MPEG-2格式,并且它通常被剪辑软件用来渲染视频预览。MPEG-2是一种有损压缩,但在较低的压缩级别中使用时,它可以呈现高质量的图像。

MJPEG(Motion JPEG)

MJPEG过去常被用于网络视频和一些后期工作。这种有损的编解码器没有MPEG-2或H.264那么高效,目前使用得较少。MJPEG的基础是用于静态图的JPEG压缩。

JPEG 2000

JPEG 2000是一种有损压缩,是用于静态图的JPEG格式的后续产品。JPEG 2000格式考虑到了高质量的图像序列,并且也是数字电影包(DCP)所用的压缩。

REDCODE

Red Digital Cinema为其电影摄影机开发了自己的JPEG 2000版本,称作REDCODE。它是一种低损、高画质的压缩,受到大多数的专业后期制作软件的原生支持。REDCODE使用.r3d文件封装格式。

为什么要使用图像序列?

图像序列可以用于渲染视频;此外,有些动画软件只能导出为图像序列。将视频片段保存为一系列静态图,而非基于帧的单个视频文件,是有一些好处的。如果你有一个视频段落,其中包含大量密集的效果,你需要将这些效果渲染至一个图像序列,但你的渲染中途失败了,那你就可以在上次中断的地方继续渲染,因为直到你完成渲染的最后一帧之前的渲染都是完好的。如果你要渲染为AVI等视频文件格式,并渲染中断了,那么整个文件通常都无法使用。

许多主流的后期制作软件包都支持图像序列作为导入和导出格式,包括一些用于静态图的软件,比如Photoshop。在某些软件中,使用图像序列甚至比使用视频文件可以获得更好的效果,因为图像序列的编码要更简单。

图像序列的最大优势之一就是存档。在已存档的图像序列中,如果有一个文件损坏,且无法通过任何可用软件修复或打开,那么丢失的只是视频里的一帧。通过分析丢失帧之前以及之后的一帧,许多后期应用程序里的工具都可以在两帧之间创建新的一帧;如果操作正确,新的一帧会让人感觉它仿佛就是原来的那帧。虽然这些工具是用来创建慢动作帧的,但它们也可以用于修复。

如果一个包含基于帧的视频(而非图像序列)的文件损坏,那么要恢复任何素材可能十分困难,有时甚至是不可能做到的。

但是,使用图像序列也有一些缺点。它们不包含音频,所以你必须在音频自己的文件中处理它。此外,有些软件在使用压缩的图像序列时表现不佳。尽管如此,但取决于你的项目类型,图像序列也许适合你的工作流。

音频编解码器

WAV文件(.wav)可以称作是默认的行业音频标准,它们几乎能与所有的拍摄制作和后期制作软件兼容,并且始终是未压缩的,因为WAV文件要比视频文件小。有些摄影机会用兼容WAV的格式录制,但它的名字将会是PCM或线性PCM(LPCM),这是因为这是采用的编解码器的名字。并且,音频必须保存在.avi或.mov封装格式中,这样才能保证与录制的视频保持同步。PCM音频编码也被用于AIFF文件中。虽然市面上有大量的音频编解码器,但对于大多数的工作流来说,WAV将会是视频工作的最佳选择。

总结

编解码器或封装格式的价值在于它如何融入工作流中。你使用的格式并不一定要是常见的才能适配你的工作,但如果你需要帮助,你会发现,以更加常见的格式工作会有更多的可用资料。当你在制定工作流计划时,别忘了检查你的硬件与软件规格。通过查看你想要参与的项目,你可以确定哪种编解码器和封装格式最适合你。

随着观看体验与平台的发展,视频传输将会继续变化和发展。你将会看到新的编解码器和封装格式出现,它们能以更快的速度传输更多的数据和附加数据流。“最终确定的格式”是永远不会出现的。只需要记住你的观众和你想要交付的视频类型。总会有一些优于其他的选项出现。良好的组织计划技巧,并定期迁移至新的格式,这些能确保你的视频在技术变革时可以存活下来。


出处:Kyle Cassidy | Videomaker

翻译:Katja | 盖雅翻译小组


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