S01E03 科普:视频千字谈

《好中文的样子》王佩老师出的题,用500~1000字解释自己的工作领域。写起来就发现比想象中难,勉力一试。


视觉暂留现象已广为人知,人眼看到的图像消失后,视神经对图像的印象还能残留0.1~0.4秒。电影就是利用这个原理发明出来的,以每秒钟至少展现15张图片的速度连续播放,人眼和大脑就会将它们解读成动态的影像。之后百年的技术革新,无非都是在不同的介质和平台上研究如何提升单张图像的清晰度(分辨率)和多张图像的播放速度(帧率)。

我们可以将视频流类比为水流来理解,帧率就是流速,分辨率相当于水管的横截面积。李安去年的电影《比利林恩的中场战事》引起了很多争议,主要是因为他拍摄时激进的采用了120帧的帧率,即每秒120张图片,远高于主流影厅的24帧,可使人眼感觉影像更清晰流畅。我们常听到的4k指的是分辨率,即单张图像上有3840x2160个像素点,相当于全高清1080p的四倍。

对视频有了基本概念之后,我们再来看产业链。视频和其他内容行业类似,粗略的可以分为制作、分发、播放三部分。影视公司、制片厂制作内容,发行公司、电视台、在线视频网站负责分发,消费者通过电影院、蓝光机、电视机、手机等不同播放设备和屏幕观看。

制作环节是内容的根本,牵涉到的主要技术是视频采集、预处理、剪辑。采集是通过图像传感器,把光信息变为电荷,然后将模拟信号转换为数字信号,得到图像信息。预处理主要是降噪、去抖动、校正颜色等对画质的初步改善。大到专业影视公司所采用的摄像机和转播车,小到手机和GoPro等都包含这些环节。去年火热的VR视频制作还会牵涉到全景拼接的工作。剪辑则一般需要昂贵的非线性编辑工具。

分发环节首先需要进行压缩编码,将视频序列中的时间和空间冗余信息去除,然后进行量化和熵编码,以实现最小的数据量传递最多的信息量,再将音频、字幕等封装在一起。分发渠道不同,编码和封装的格式也不一样。直播的话重点是实时压缩,对硬件性能和压缩算法要求较高,否则延时严重。CDN对于在线分发是极其重要的影响因素。版权方可能还要求对内容加密以防盗版。

播放环节本质上是一个解码显示的过程,将视频图像从编码数据流中还原出来。电视机厂商最喜欢制造噱头鼓动大家换新品电视,这些年如3D、4K等概念层出不穷。消费者需要理解的一点是,要想达到高品质的观看体验,内容和设备缺一不可,如果是在线观看的话还要考虑网络带宽,否则只谈其一都是耍流氓。

另有一个不容忽视的因素是行业标准,包括视频压缩标准、音频压缩标准、流传输协议、DRM加密标准等。消费电子行业各大巨头在技术标准方面的博弈就是一部厚黑演义。硅谷与好莱坞的相爱相杀造成的影响也不可小觑。

最后推荐一本好书《总开关》,它详尽阐述了美国一百年来广播电影电视的技术革新、产业演化、和监管思路,有助于我们思考国内的内容行业发展方向以及科技对社会大众的影响,无需专业知识即可阅读。

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