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图像格式是定义图像属性和质量的一个非常重要的词。它决定了我们最关心的图像质量,包括从传感器获取图像、处理和存储过程中影响质量的一系列环节。也决定了图像制作的“流

图像格式是定义图像属性和质量的一个非常重要的词。它决定了我们最关心的图像质量,包括从传感器获取图像、处理和存储过程中影响质量的一系列环节。也决定了图像制作的“流程”,包括影响后期流程效率的诸多因素。更正数字图像格式的名称

数字图像技术发展如此之快,很难对“格式”有一个统一的定义,但一般来说,图像“格式”至少包含三个定义:图像采集属性、编码压缩方式和视音频文件的存储方式。

图像采集最重要的属性是分辨率(为了区分显示分辨率,这里我们用一个更准确的词——要采集的像素数,而忽略各种传感器的结构差异,用现在最流行、最标准的拜耳CMOS作为定义依据)。电视系统的标清/高清/UHD或者数字电影系统的2K/4K是目前主要的分辨率,当然8K也在不断的推广。

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分辨率图

分辨率与框架的长宽比密切相关。除了4: 3的标准清晰度,它现在主要是16: 9高清/UHD电视或17: 9 2K/4K或更高纵横比的宽屏电影。50HZ和60HZ的区别也给帧率的选择带来了变数。除了数据量,帧率也会影响图像的艺术效果和最终的观看体验。除了基本分辨率之外,444、422、420的色彩采样率和8、10、12位的量化位数也是影响画质的格式参数之一。

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不同采样率的差异

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不同量化比特的差异

延伸阅读:

绿屏键控让你直观感受422和420采样的区别!

视频量化比特的基本知识及其在拍摄中的选择

动态图像数据量巨大。在高速大容量和廉价的半导体媒体出现之前,图像编码和压缩是必不可少的一步。否则图像的存储、传输和后期处理都会占用巨大的资源。当然,编码压缩也是一把双刃剑,可以以牺牲更高或更低的画质为代价,同时获得更小的体积。传统的编码压缩有两种,一种是基于DCT离散余弦变换块编码的MPEG-2和MPEG-4以及其他衍生格式如HDV和AVCHD。另一种是基于小波变换多分辨率编码的JPEG-2000或REDCODE。

阅读:视频压缩方法“帧内和帧间”的基础知识以及拍摄中的选择。

在半导体存储介质和文档化IT存储出现之前,视音频文件的存储方式还是一个非常复杂的过程。无论是磁带还是光盘,都要经过复杂的机械设计,还要考虑读取速度和稳定性的问题。这种机械存储系统的兼容性是个大问题。存储介质和阅读工具往往是一个制造商,有一个标准,即使同一制造商的前几代产品很可能是不同的。DV、DVCAM、DVCPRO25/50/HD、HDV、DVW等格式都是这个时期的产物。

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磁带存储介质

进入半导体存储介质和有文件证明的IT存储模式后,视音频文件的存储模式可以完全脱离介质属性。视音频文件的存储方式只能由“软件”实现的文件打包格式来定义,比如基于MXF的各种XAVC,基于AVI的AVC-Ultra,XF-AVC,ProRes。MXF和AVI严格来说不能称为格式。它们只是打包和管理视频、音频和元数据或“文件格式”的“打包”方式。

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MXF文件格式示意图

DV格式对普及数字图像具有重要意义。

1994年,松下、索尼、JVC等10多家数码相机厂商联合发布了DV格式。DV格式使用DCT算法,帧内压缩,有411和420个样本。迷你DV格式磁带用于通过1/4英寸金属蒸发带录制高质量的数字视频信号。1995年7月,索尼发布了第一款DV画幅相机DCR-VX1000,采用3CCD传感器(3 1/3英寸,41万像素CCD),10x光学变焦和光学防抖系统,售价4000美元。松下、佳能和其他制造商也发布了许多基于DV格式的相机型号。

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DCR-VX1000

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松下DV和磁带

DV格式是视频史上的一次重要变革。由于1/4英寸磁带系统的紧凑机身和高质量的数字录制格式,它已被世界各地的电视记者和制作人广泛采用。DV格式的发布和苹果最早的iMac和Final Cut Pro差不多。通过1394 firewire,非编程计算机与DV格式摄像机或录像机可以直接连接传输图像,进一步降低了数字图像的处理成本,大大提高了图像后期处理的效率。

起初,DV格式的目标是民用,因此索尼和松下在DV格式的基础上开发了专业格式,即DVCAM和DVCPRO25,以及用于广播应用的MPEG IMX和DVCPRO50。

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高清图像传播者:HDV格式

2003年9月,索尼、佳能、夏普和JVC共同制定了专业和民用高清相机标准HDV格式。HDV的录制分辨率达到了1440×1080,清晰度相比标清是革命性的,但仍然达不到全高清1920×1080的标准。HDV格式虽然没有实现全高清,但是在IT媒体还没有完全普及的时代,它对普及高清的概念,向真正的全高清过渡起到了重要的作用。

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2004年9月,索尼发布了首款HDV 1080i高清摄像机HDR-FX1E。

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第一台“小型高清”摄像机(HDV摄像机)

HDV摄像机使用原装DVCAM磁带,仍然支持DVCAM格式拍摄,向后兼容。这样的设计降低了升级HDV的门槛。但是,为了降低成本,使用上一代的物理记录格式系统需要额外的努力和成本:虽然HDV也采用DCT块算法,但是为了在不增加比特流的情况下提高分辨率,HDV不得不引入帧间压缩系统。简单来说就是区分关键帧和前后帧,关键帧保留完整信息,而前后帧可以省略大量相似信息。这种帧间压缩对减少码流有重要作用,但也给后期剪辑带来了额外的负担。

真正进入全高清时代:AVCHD格式

随着半导体介质成本的降低,容量和速度稳定性的提高,SD卡和记忆棒开始取代磁带作为图像记录介质。数字图像也进入了全高清时代。AVCHD格式是与索尼和松下合作推出的,实现了全高清1920×1080图像录制。虽然只有420 8位,但AVCHD格式为高清的普及做出了贡献。

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4K时报:群雄逐鹿

在4K时代,格式之战更加混乱。虽然记录介质已经全部过渡到基于半导体的各种基于卡的介质,但是制造商为了建立自己的护城河,推出了自己的格式。松下推出了AVC-Ultra格式,而索尼开发了XAVC格式,佳能是XF-AVC,RED,BMD,国产等厂商开发了各种RAW格式,此外还有苹果的ProRes和最新的ProRes RAW。看来世界上的格式都乱了。谁能主宰世界?预演一下,请听下回分解。

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