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音視頻轉換常用基礎術語全解

現在絕大多數人都會遇到歌曲或電影太大或者是格式不支持,而需要進行格式轉換,有的也叫音頻轉換視頻轉換;現在,絕大多數轉換器都會使用術語。對不了解這些的用戶而言,往往會造成極大困擾,在這里,我就將針對音視頻轉換中現在常用到的基礎術語,及其變動對音視頻文件所產生的影響,盡量用淺顯簡明的語言做一下集中解釋。

一般來說,視頻轉換的常用術語包括直接影響畫質、音質的幀大小和速率、比特率等(主帖),影響壓縮率及畫質的編碼器等(一樓,主要影響播放體驗的格式等(二樓,還有就是影響轉碼速度某些設置(三樓)。為了照顧大多數童鞋,再加上個人水平有限,有些專業性特別強的內容不夠準確,但大意應該是對的。

一、與畫質、音質等有關的術語

這些術語術語包括幀大小、幀速率、比特率及采樣率等。

1、幀

一般來說,幀是影像常用的最小單位,簡單的說就是組成一段視頻的一幅幅圖片。電影的播放連續的幀播放所產生的,現在大多數視頻也類似,下面說說幀速率和幀大小。

幀速率,有的轉換器也叫幀率,或者是每秒幀數一類的,這可以理解為每一秒的播放中有多少張圖片,一般來說,我們的眼睛在看到東西時,那些東西的影像會在眼睛中停留大約十六分之一秒,也就是視頻中只要每秒超過15幀,人眼就會認為畫面是連續不斷的,事實上早期的手繪動畫就是每秒播放15張以上的圖片做出來的。但這只是一般情況,當視頻中有較快的動作時,幀速率過小,動作的畫面跳躍感就會很嚴重,有明顯的失真感。因此幀速率最好在24幀及以上,這24幀是電影的幀速率。

幀大小,有的轉換器也叫畫面大小或屏幕大小等,是組成視頻的每一幀的大小,直觀表現為轉換出來的視頻的分辨率的大小。一般來說,軟件都會預置幾個分辨率,一般為320×240、480×320、640×360、800×480、960×540、1280×720及1920×1080等,當然很多轉換器提供自定義選項,這里,不得改變視頻長寬比例。一般根據所需要想要在什么設備上播放來選擇分辨率,如果是轉換到普通手機、PSP等設備上,視頻分辨率選擇與設備分辨率相同,否則某些設備可能會播放不流暢,設備分辨率的大小一般都可以在中關村在線上查到。

2、比特率

比特率,又叫碼率或數據速率,是指每秒傳輸的視頻數據量的大小,音視頻中的比特率,是指由模擬信號轉換為數字信號的采樣率;采樣率越高,還原后的音質和畫質就越好;音視頻文件的體積就越大,對系統配置的要求也越高。

在音頻中,1M以上比特率的音樂一般只能在正版CD中找到,500K到1M的是以APE、FLAC等為擴展名的無損壓縮的音頻格式,一般的MP3是在96K到320K之間。目前,對大多數人而言,對一般人而言192K就足夠了。

在視頻中,藍光高清的比特率一般在40M以上,DVD一般在5M以上,VCD一般是在1M以上。(這些均是指正版原盤,即未經視頻壓縮的版本)。常見的視頻文件中,1080P的碼率一般在2到5M之間,720P的一般在1到3M,其他分辨率的多在一M一下。

視頻文件的比特率與幀大小、幀速率直接相關,一般幀越大、速率越高,比特率也就越大。當然某些轉換器也可以強制調低比特率,但這樣一般都會導致畫面失真,如產生色塊、色位不正、出現鋸齒等情況。

3、采樣率

這個基本在視頻轉換中出現,少數音頻或視頻中的轉換時會出現。

聲音是一種波,有頻率和振幅的特征,頻率對應于時間軸線,振幅對應于電平軸線。波是無限光滑的,弦線可以看成由無數點組成,在數字編碼過程中,需要抽取某點的頻率值,很顯然,在一秒中內抽取的點越多,獲取得頻率信息更豐富,所能描述的聲波頻率就越高。

一般來說,廣播使用22050Hz,CD使用44100,DVD使用48000。

4、綜述

一般來說,視頻文件播放起來的清晰度,主要就是有著兩個決定。幀越大,視頻分辨率就越大,畫面越精細;幀速率越高,畫面就越流暢;碼率越高,視頻播放就越不容易出現色塊、鋸齒等影響畫質的因素。
 

二、視頻轉換常用到的編碼器

未經壓縮的視頻基本上是無法進行傳播的,特別的是放到網上更是幾乎不可能。舉個例子,我大二下學期學的視頻編輯,當時不知道,直接從母帶導出進行編輯,一個多小時有十來個G。視頻壓縮現在一般是解碼后通過編碼器對視頻進行重編碼,以壓縮視頻體積。常用的和常見到的視頻編碼器有H.264、Xvid、mpeg4、WMVideo、Real Media等。音頻編碼器由于常常與格式同名,故放在二樓說明。

1、壓縮方式

壓縮一般分軟件壓縮和硬件壓縮,這里只說軟件壓縮。

軟件壓縮不是說用什么壓縮軟件,而是用什么編碼器。壓縮的方式主要分兩種:

一是對幀和音頻進行壓縮,對幀的壓縮主要是提取視頻中的關鍵幀,并通過某些圖像算法對幀進行壓縮;音頻壓縮是指是指降低信號動態以濾除噪聲和避免動態過大的失真。

二是針對各種冗余,表現為除了對段時間內的除了對單幅圖像進行編碼,還有幀重構,以及利用基于塊的運動估計、運動補償、幀內編碼和熵編碼等技術,還有去除人感覺不到的圖像細節和頻段,或通過制造聽覺和視覺上的錯覺,從而大幅度降低音視頻文件的大小。

2、H.264

H.264標準的主要目標是:與其它現有的視頻編碼標準相比,在相同的帶寬下提供更加優秀的圖象質量。為此,H.264與充分利用了包括統計冗余和視覺生理冗余在內的各種冗余。

這種壓縮方式能夠在低碼率的情況下提供高質量的圖像,并且具有較強的容錯能力和網絡適應性。這個簡單的說就是,H.264編碼的視頻文件,在相同畫質下會比其他編碼方式得到的視頻文件更小,同時不容易出現花屏或不能播放。但缺點是,H.264的視頻相對于其他編碼的視頻,同樣畫質的文件,對硬件配置的要求更高。但對現在的硬件而言,基本都只是在將視頻轉換為H.264的視頻是會更慢一點,播放一般都沒問題。

3、MPEG-4

MPEG-4最開始只是一個視頻編解碼標準,但現在不只是視頻編解碼標準,參與者及分支眾多,但這里只討論運動圖像專家組MPEG的mpeg-4視頻編解碼方面,其他不管。這個視頻編解碼器利用很窄的帶寬,通過幀重建、運動估計、運動補償等技術,壓縮數據,以求以最少的數據獲得最佳的圖像質量。

在相同碼率下,這種編碼方式的視頻將比其他編碼方式的視頻有更高的畫質、音質,同時具有較好的容錯性和網絡適應能力,轉換出來的視頻對硬件的要求也較低。但是由于當前某些技術的限制,在壓縮比較高時,會出現色塊。

另外,mpeg-4并不是一個死的標準,它每年都有一定的改進。(不會影響到舊視頻的播放)

4、Xvid

Xvid(舊稱為XviD)是MPEG-4一類的視頻編解碼器,Xvid支持多種編碼模式,支持量化和范圍控制,運動偵測、動態關鍵幀距和曲線平衡分配等眾多編碼技術。

Xvid作為世界上第一個第一個真正開放源代碼的,通過GPL協議發布的視頻編解碼器。近五年來,XviD一直是世界上最流行的視頻編碼器。估計在BT(BitTorrent)和eMule上至少90%的電影、電視劇是用XviD壓制的。

使用的技術不同,視頻的質量和大小都不同,一般視頻轉換器的所使用的xvid編碼器,轉換出來的視頻就畫質與大小而言,與轉化器中的mpeg-4并無多少差別。

5、WMVideo

WMVideo是軟件巨人微軟的產品,其最新的幾個版本的壓縮率已經同H.264相當。現在微軟的WMA-HD和H.264已成為下一代DVD,即HD-DVD技術的強制執行標準。

值得注意得是,少數系統或平臺不支持這個,同時,容錯性與前面幾個相對要低一點,而且在網絡上的加載速度要比其他標準都低一點。

6、Real Media

Real Media是Real公司開發的一種一種高壓縮比的視頻格式,其最初的想法是用來在低速率的網絡實時傳輸活動視頻影像和在極低的網絡帶寬下提供不間斷的畫質較高的音視頻。

Real Media壓縮標準在相當長一段時間內,其壓縮率都居于全球之冠,一度在全球非常有名,在國內也長期占據是使用率最高的音視頻編碼標準(目前貌似還是)。但是由于該標準本身存在色彩還原度不高(即轉換后的視頻色彩上有細微變動)、容易出現色塊、快速運動圖像容易模糊的問題,而且目前H.264、mpeg-4、Xvid、WMV-9及其以后版本等視頻編解碼器的壓縮率都不低于它,再加上這個標準的版權在Real(嚴重鄙視某幾個知名播放器的盜版行為),所以目前這個標準的使用率每況日下。

7、其他標準

除了上面這幾個,當然還有其他的編解碼器,如中國的AVS、蘋果公司的Sorenson和Cinepak、英特爾的Indeo Video、H.263等。但由于使用范圍過窄,應用了這些標準的播放器不多,因此就不予介紹了。

 

 

三、音視頻轉換時常見到的格式

(一)音頻轉換

音頻轉換中常用的格式主要有APE、FLAC、midi、WAV、MP3、WMV、RA、OGG等,于視頻不同,音頻轉換的格式往往是與編碼方式相對應的。

1、WAV
WAV是微軟公司開發的一種聲音文件格式,它符合 PIFFResource Interchange File Format 文件規范,用于保存WINDOWS平臺的音頻信息資源,被WINDOWS平臺及其應用程序所支持。WAV格式支持MSADPCM、CCITT A LAW等多種壓縮算法,支持多種音頻位數、采樣頻率和聲道。標準格式的WAV文件音質和CD相差無幾,也是目前PC機上廣為流行的聲音文件格式,幾乎所有的音頻編輯軟件都“認識”WAV格式。播放這種文件,推薦使用Winamp、foobar2000等專業級的播放器,并配備好一些的音箱和耳機。

2、FLAC及APE

FLAC即是Free Lossless Audio Codec的縮寫,中文可解為無損音頻壓縮編碼。FLAC是一套著名的自由音頻壓縮編碼,其特點是無損壓縮,也就是說當你將從音頻CD上讀取的音頻數據文件壓縮成FLAC格式后,你還可以再將FLAC格式的文件還原,而還原后的音頻文件與壓縮前的一模一樣。APE也是一直無損壓縮音頻技術。這兩者格式的文件大小大概為CD的一半,但是隨著寬帶的普及,它們受到了許多音樂愛好者的喜愛,特別是對于希望通過網絡傳輸音頻CD的朋友來說,二者可以幫助他們節約大量的資源。
現在二者已被很多軟件及硬件音頻產品所支持。播放這兩種文件,同樣推薦使用Winamp、foobar2000等專業級的播放器,并配備好一些的音箱和耳機。

這兩者中,APE的壓縮率更高一點,但容錯性稍低,解碼速度稍慢。

3、MP3

MP3格式誕生于八十年代的德國,所謂的MP3也就是指的是MPEG標準中的音頻部分,也就是MPEG音頻層。根據壓縮質量和編碼處理的不同分為3層,分別對應“*.mp1"/“*.mp2”/“*.mp3”這3種聲音文件。

MPEG音頻文件的壓縮是一種有損壓縮,MPEG3音頻編碼具有10:1~12:1的高壓縮率,同時基本保持低音頻部分不失真,但是犧牲了聲音文件中12KHz到16KHz高音頻這部分的質量來換取文件的尺寸,相同長度的音樂文件,用*.mp3格式來儲存,一般只有*.wav文件的1/10,而音質要次于CD格式、WAV格式及無損的聲音文件。

由于其文件尺寸小,音質好;所以在它問世之初還沒有什么別的音頻格式可以與之匹敵,因而為mp3格式的發展提供了良好的條件。直到現在,這種格式還是風靡一時,作為主流音頻格式的地位難以被撼動。但是樹大招風,MP3音樂的版權問題也一直是找不到辦法解決,因為MP3沒有版權保護技術,說白了也就是誰都可以用。
MP3格式壓縮音樂的采樣頻率有很多種,可以用64Kbps或更低的采樣頻率節省空間,也可以用320Kbps的標準達到極高的音質。

4、WMA

WMA (Windows Media Audio) 格式以減少數據流量但保持音質的方法來達到比MP3壓縮率更高的目的,WMA的壓縮率一般都可以達到1:18左右。

WMA這種格式在錄制時可以對音質進行調節。同一格式,音質好的可與CD媲美,壓縮率較高的可用于網絡廣播。此外WMA的支持內容提供商通過DRM方案如Windows Media Rights Manager 7加入防拷貝保護。這種內置了版權保護技術可以限制播放時間和播放次數甚至于播放的機器等等;另外WMA還支持音頻流技術,適合在網絡上在線播放。

Windows操作系統和Windows Media Player無縫集成,直接使用Windows Media Player播放即可。

5、RealAudio

RealAudio主要適用于在網絡上的在線音樂欣賞,主要有這么幾種:有RA、RM、RMX,還有更多。這些格式的特點是可以隨網絡帶寬的不同而改變聲音的質量,在保證大多數人聽到流暢聲音的前提下,令帶寬較富裕的聽眾獲得較好的音質。
但由于隨著網絡帶寬的普遍改善,RealAudio又不能提供同等大小下的更好音質,目前已很少看見了。

6、OGG

OGG格式完全開源,完全免費, 和mp3不相上下的新格式。 與MP3類似,OGGVorbis也是對音頻進行有損壓縮編碼,但通過使用更加先進的聲學模型去減少損失,因此,相同碼率編碼的OGGVorbis比MP3音質更好一些,文件也更小一些。

另外,MP3格式是受專利保護的。發布或者銷售MP3編碼器、MP3解碼器、MP3格式音樂作品,都需要付專利使用費。而OGGVorbis就完全沒有這個問題。目前,OGGVorbis雖然還不普及,但在音樂軟件、游戲音效、便攜播放器、網絡瀏覽器上都得到廣泛支持。

7、MIDI

MIDI允許數字合成器和其他設備交換數據。MID文件格式由MIDI繼承而來。MID文件并不是一段錄制好的聲音,而是記錄聲音的信息,然后在告訴聲卡如何再現音樂的一組指令。這樣一個MIDI文件每存1分鐘的音樂只用大約5~10KB。

當前,MID文件主要用于原始樂器作品,流行歌曲的業余表演,游戲音軌以及電子賀卡等。mid文件重放的效果完全依賴聲卡的檔次。mid格式的最大用處是在電腦作曲領域。mid文件可以用作曲軟件寫出,也可以通過聲卡的MIDI口把外接音序器演奏的樂曲輸入電腦里,制成mid文件。

8、AAC

AAC(Advanced Audio Coding)是一種專為聲音數據設計的文件壓縮格式。利用AAC格式,可使人感覺聲音質量沒有明顯降低AAC標志的前提下,更加小巧。相對于MP3,AAC可提供最多48個全音域聲道,最高支持96KHz的采樣頻率,解碼播放所占的資源更少。

在杜比實驗室的測試中,128Kbps的AAC立體聲音樂被專家認為不易察覺到與原來未壓縮音源的區別;AAC格式在96Kbps碼率的表現超過了128Kbps的MP3格式;同樣是128Kbps,AAC格式的音質明顯好于MP3;AAC是目前唯一一個,能夠在所有的EBU試聽測試項目的獲得“優秀”的網絡廣播格式。

目前該編碼格式廣泛運用于電影、電視劇、動漫新番的封裝中。

9、AC-3

AC-3全稱“杜比AC-3”(Dolby Surround Audio Coding-3),是杜比公司開發的新一代家庭影院多聲道數字音頻編碼方式。杜比數字AC-3是根據感覺來開發的編碼系統多聲道環繞聲。它將每一種聲音的頻率根據人耳的聽覺特性區分為許多窄小頻段,在編碼過程中再根據音響心理學的原理進行分析,保留有效的音頻,刪除多作的信號和各種噪聲頻率,使重現的聲音更加純凈,分離度極高。

杜比數字AC-3系統可用前置的左、右音箱,中置音箱產生極有深度感和定位明確的音場,用兩個后置或側置的環繞音箱和超低音箱表現寬廣壯闊的音場,而六個聲道的信息在制作和還原過程中全部數字化,信息損失的很少。

目前它已被美國采用作為高清晰電視(HDTV)音頻系統,最新DVD機也包含杜比數字AC-3。相當多的MKV高清視頻封裝時也會采用AC-3格式。

(二)、視頻轉換中的常見格式

常用到的格式主要有AVI、MP4、MKV、WMV、RMVB、FLV、MOV等。

1、AVI

AVI即音頻視頻交錯格式。是將語音和影像同步組合在一起的文件格式。采用一種有損壓縮方式,壓縮比較高,畫面質量不是太好,但由于絕大多數視頻編輯及轉換軟件導入導出avi格式較快,有些可以直接編輯AVI格式。因此這個格式在某些領域運用的非常廣泛。

另外,AVI格式也是一般的設備和系統都能支持的基礎格式。

2、MP4和RMVB
MP4大多使用mpeg-4或H.264視頻編碼器壓縮。RMVB使用Real Media視頻編碼器壓縮。這幾種的優劣樓上已說明,就不再說了。

這兩個在現在一般是電影、電視劇、動漫在剛出來時,發布資源時用的。其中RMVB格式用的越來越少了。

MP4格式一般的手機或其他設備、播放器、系統都可以直接播放(不一定流暢)。

3、MKV

MKV嚴格的來說并不是一個視頻格式,它是多媒體封裝格式,最大的特點就是能容納多種不同類型編碼的視頻、音頻及字幕流,它可將多種不同編碼的視頻及16條以上不同格式的音頻和不同語言的字幕流封裝到一MKV文件當中。

大多數字幕組發布DVD片源及BD片源的日漫、歐美大片時,特別是發布該資源的最終版本時,基本上都會使用這個格式。

目前絕大多數播放器都能支持該格式。

4、FLV

FLV 是FLASH VIDEO的簡。由于形成的文件極小、加載速度極快,在網絡視頻中,運用極為廣泛,是目前增長最快、最為廣泛的視頻傳播格式,但基本僅用于網絡視頻。

同樣,絕大多數播放器都支持該格式。

5、MOV

QuickTime具有跨平臺、存儲空間要求小等技術特點,采用了有損壓縮方式的MOV格式文件,畫面效果較AVI格式要稍微好一些。

目前基本僅見于IOS、Mac和專門面向二者的網站上,但大多數播放器仍然支持該格式。

6、其它格式

以上這些就是具有代表性的幾種格式。除了這些還有RM、ASF、3GP等。

 

 

四、影響轉碼速度某些設置及其他相關

相當多的播放器為獲得更好的轉換效率,都有寫加快轉換效率的設置,主要有硬件加速、流直通等。同時還會有一些提升播放體驗的設置,但其中的某些功能會導致視頻轉換速度大大降低,如將字幕硬性混入視頻,二次編碼等。

1、硬件加速

硬件加速是指在計算機中通過把計算量非常大的工作分配給專門的硬件來處理來減輕中央處理器的工作量的技術。

使用硬件加速,可以將CPU從視頻流的轉換中部分解放出來,從而加快視頻轉換的速度和降低轉碼時的資源占用。但是開啟硬件加速在極少數情況下,可能會導致畫質降低。另外,大多數視頻轉換軟件都只支持nVIDIA顯卡。

2、流直通

一個視頻文件,一般是由一個視頻流,可能有的多個音頻流,以及可能被封裝到視頻中的字幕流,在這里面,視頻流占了視頻文件體積的大部分;但轉換視頻時,有相當長的時間和CPU資源會消耗在音頻轉換上面。

很多時候,轉換視頻格式,都只是因為分辨率、文件大小或者是文件格式的問題,并不一定需要轉換音頻流,所以大多數稍微專業一點的播放器,都有流直通復制的選項。選中該選項后,音頻流將被直接復制新的視頻文件中,從而將部分CPU資源解放出來,降低轉換時的CPU占用和轉換時間。

另外,進行視頻合并及視頻分割時,如果視頻流的編碼器、碼率、分辨率等,音頻流的碼率、編碼器、采樣率等,字幕流格式一致,那么某些音視頻轉換工具可以直接合并流,而不進行重新編碼。這回極大地加快合并或分割速度,一般只需要不到十秒。但我只知道QQ影音自帶的轉換器可以。

3、字幕硬性混入視頻

當視頻與字幕放到同一個文件夾下時,有些轉換軟件可以將字幕硬性混入視頻(一般要文件名相同)。這個字幕硬性混入視頻是指將字幕文件或字幕流混入到視頻流中,也就是將字幕疊加到相應的幀上去,其好處在于,字幕在視頻上,只要視頻能播放,字幕就能顯示。這么做,將會加大視頻轉換所需的時長和轉換時的CPU占用。

4、二次編碼

在視頻轉換時我們會用到一次編碼(CBR)或二次編碼(VBR)。
一次編碼CBR(固定碼率):保持碼率基本維持在平均碼率。實現簡單,對復雜場景會因碼率不足造成馬賽克現象,對于簡單場景則不能充分利用編碼空間。(這里講的復雜場景是指細節/邊緣豐富以及快速變化場景)。
二次編碼VBR, (2-pass VBR), 在第一次其實是檢測收集運動啊亮度等相關數據,這樣在第二次編碼的時候就會針對不同的場景來進行動態的壓縮編碼。二次編碼比一次編碼質量要好一些的。但是編碼時間也會增加不少。使用二次編碼可以把變化不大的畫面轉換時碼率低一些(如靜態畫面),而變化大的碼率高一些(如打斗動作部分),這樣碼率是變化的,可以使整部影片的清晰度比較均勻。
二次編碼將會使轉碼所需要的時間加大一半還多。

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