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        淺談非廣電標準的素材文件在轉碼時的注意事項

        2023-09-10 06:01:42李海彬劉海蘭
        數(shù)字傳媒研究 2023年7期
        關鍵詞:幀頻轉碼廣電

        李海彬 劉海蘭

        1.2.廣西廣播電視臺 廣西 南寧市 530022

        引言

        在融媒體時代,非線性編輯系統(tǒng)(簡稱非編系統(tǒng))成為電視節(jié)目制作的主流工具,工作中經(jīng)常需要將不同格式、編碼的視音頻素材文件轉換為非編系統(tǒng)支持的格式。由于素材來源的不同,許多素材與非編系統(tǒng)采用的文件格式有較大的差別,如轉碼方法不正確,則會降低轉碼后的素材質量,本文針對來自第三方、非廣電標準的節(jié)目素材,淺談其在轉碼過程中需要注意的事項。

        1 第三方素材的來源和缺點

        在節(jié)目制作中,除了本臺記者自采的素材外,還需大量來自第三方的素材。這些素材主要通過以下途徑取得:一是用手機、數(shù)碼相機、監(jiān)控攝像頭等設備攝錄的素材,目前這些設備都具備很強的攝錄功能,特別是手機視頻,已廣泛應用于抖音、快手等新媒體短視頻平臺;二是傳統(tǒng)媒體或自媒體利用廣電專業(yè)設備攝錄,但通過新媒體平臺發(fā)布后,又重新被其它電視媒體進行二次加工,一般通過互聯(lián)網(wǎng)下載、傳輸、截屏等方式取得;三是各行業(yè)通訊員提供的用于記錄本單位工作情況和事跡的一些素材,有些采用廣電專業(yè)設備攝錄,有些采用手機或相機拍攝,一些素材還進行了編輯合成,通過U 盤或光盤等介質提供素材文件;四是同行業(yè)電視臺提供的素材,如縣級臺、市級臺提供給省臺,視頻采用專業(yè)設備攝錄,但大多時候是通過互聯(lián)網(wǎng)傳輸,因此素材文件也不是廣電標準的格式。

        這些素材的缺點是在文件格式、編碼、視音頻參數(shù)等方面沒有統(tǒng)一的標準,一般采用壓縮率較高的編碼方式,畫面比例、圖像分辨率、幀頻等與廣電行業(yè)中使用的可能也不相同,較難直接利用,需要通過非編系統(tǒng)或工具軟件進行轉碼處理。

        2 常用的第三方工具軟件

        當前各個非編廠商的軟件系統(tǒng)越做越好,基本支持大部分主流視音頻文件的轉碼,但新媒體技術的發(fā)展更為快速,不斷有更新的格式和編碼產生。非編系統(tǒng)的版本升級則相對滯后,可能出現(xiàn)無法正確識別的情況,因此需要通過第三方軟件進行轉碼。常用的工具如下:

        2.1 MediaInfo

        MediaInfo 的功能是解析視頻、音頻、圖片等文件的編碼信息,它并不能對文件進行諸如編碼、解碼、修改內容等工作。這里將MediaInfo 放在首位進行介紹,是因為它支持解析的多媒體格式最多,獲取的編碼信息最為全面,其作用如同醫(yī)院的化驗單,只有知道化驗結果,才能對癥下藥。

        2.2 格式工廠

        格式工廠是一款支持多種視音頻格式轉換的軟件,并且支持視頻裁剪、合并等功能,最大的優(yōu)點是采用中文圖形化界面,操作使用上較為簡單。

        2.3 FFmpeg

        FFmpeg 是一套可以用來記錄、轉換數(shù)字音頻、視頻,并能將其轉化為流的開源計算機程序,包含了非常先進的音頻/視頻編解碼庫。FFmpeg.exe 則是其在Windwos 平臺下用于編轉碼的軟件,通過DOS 命令行參數(shù)對視音頻文件、網(wǎng)絡視頻流等進行各種編解碼處理。FFmpeg功能強大,但它的命令行參數(shù)非常復雜,對于新手來說,操作使用上不是很方便。

        2.4 FFmbc

        FFmbc 針對FFmpeg 沒有提供廣電專業(yè)格式的缺點,在FFmpeg 的基本上修改而成,它可以生成符合廣電行業(yè)播出標準的MXF、GXF、MOV等文件格式,視頻編碼包括松下公司的DVCPRO、DVCPRO50、DVCPRO HD, 以及SONY 公司的DVCAM、 IMX30、 IMX50、 XDCAM HD422,轉碼生成的文件可以使用Omneon MediaDeck 等專業(yè)視頻服務器輸出。它的命令行參數(shù)與FFmpeg 相仿,但增加了一些廣電專用參數(shù)。

        相比于格式工廠,F(xiàn)Fmpeg、FFmbc 的操作較為復雜,但后兩者提供了更為靈活豐富的功能,可解決一些格式工廠處理不了的難題,因此建議廣電行業(yè)技術人員能學會使用。

        3 素材轉碼的注意事項

        通過第三方途徑取得的素材,如何保證轉碼后的素材質量呢?首先需要分析原始素材的一些編碼參數(shù)(如通過MediaInfo),再與廣電標準參數(shù)進行比對,從而選擇合適的轉換方法。下面列舉一些素材轉碼過程中需要注意的事項:

        3.1 視頻分辨率和寬高比例

        在廣電行業(yè)中,標清、高清、4K、8K 指的是電視畫面的分辨率,且不同國家會采用不同的制式,比如同為“標清”電視,國內標清為PAL 制,分辨率為720×576,每秒25 幀視頻;日本標清為NTSC 制,分辨率為720×480,每秒30 幀視頻。

        關于電視信號的寬高比例,高清電視信號的寬高比是16∶9,而標清電視信號其寬高比通常為4∶3,但按真實的圖像分辨率計算,PAL 制的實際寬高比為5∶4,NTSC 制為3∶2,這些實際寬高比是在轉碼時必須要注意的。

        從第三方取得的視頻素材,分辨率通常不按廣電的標準設置,原因可能是攝錄設備的圖像分辨率的不同,或者是上傳到新媒體平臺后重新編碼所至,因此視頻分辨率沒有統(tǒng)一的標準。在轉換時,首先需要確定這些視頻記錄時采用的分辨率,再計算其寬高比例與廣電格式的差異,以確定如何轉換。

        例如從網(wǎng)上下載的一個640×480 的視頻文件,當要轉為720×576 的PAL 制電視格式時,前者是標準的4∶3 比例,而后者俗稱4∶3 實則5∶4,如果直接拉伸放大,則畫面寬度將被擠壓,人物被拉長了,如圖1 視頻分辨率的轉換圖所示,圖1(a)是原視頻直接拉伸的結果,可以看出人像被拉長了;圖1(b)是將原視頻按4:3 的比例裁剪后(紅色虛線框區(qū)域)再進行拉伸,畫面比例正常。

        圖1 視頻分辨率的轉換圖

        關于裁剪區(qū)域的計算,是根據(jù)原視頻的寬高比大于或小于轉碼視頻而定,這里原視頻寬高比=640÷480≈1.33,轉碼視頻寬高比=720÷576=1.25,前者比值>后者比值,此時原視頻高度不變,裁切其寬度,裁切后寬度=原視頻高度×轉碼寬高比=480×1.25=600,一般取視頻的中間區(qū)域;如果前者寬高比<后者寬高比,則原視頻寬度不變,裁切其高度,以720×576反轉為640×480 為例,裁切后高度=原視頻寬度÷轉碼寬高比=720÷1.33≈541,即裁剪原視頻720×541 區(qū)域的內容后,再轉為640×480 則畫面比例不會變形。

        3.2 視頻幀頻的轉換

        手機、數(shù)碼相機拍攝的視頻,幀頻一般分為15、20、24、25、30 幀/秒,更高端的設備可以達到60 幀/秒及以上,國內廣電的標清、高清電視均采用25幀/秒,這涉及到幀頻的轉換。

        當原始幀頻和轉換幀頻的關系是整數(shù)倍時,如50 幀->25幀,則每2 幀抽取1 幀視頻即可,降幀后原幀畫面出現(xiàn)的時間點不變,轉換質量較好。

        當原始幀頻和轉換幀頻的關系不是整數(shù)倍時,容易造成畫面不連貫、聲畫不同步、畫面模糊等問題。以最常見的幀頻30 幀->25 幀為例,一些編碼軟件會直接丟棄5 幀,采用的方法是每隔6 幀丟棄1 幀,這容易造成畫面不連貫,且這種方法重新調整了每秒內各幀視頻出現(xiàn)的時間點,同時會造成輕微的聲畫不同步。如圖2 各幀視頻出現(xiàn)的時間位置圖,就是幀頻分別為25 幀/秒和30 幀/秒時,1秒鐘內每幀出現(xiàn)的時間點位,其中前者按40ms 遞增,后者按33ms 遞增,幀頻轉換后除首幀外,其它幀出現(xiàn)的時間位置都重新按40ms 遞增調整,而音頻采樣率沒有改變,從而會造成聲畫不同步。

        圖2 各幀視頻出現(xiàn)的時間位置圖

        一些編碼軟件則重新對畫面進行渲染,比如將第1 幀和第2 幀按一定的透明度比例進行渲染,產生新的第1 幀,將第2 幀和第3 幀渲染產生新的第2 幀,這些由2 幀視頻合成為1 幀的素材,畫面容易模糊。如圖3 相鄰2 幀畫面渲染產生新幀圖,就是通過渲染方式將5 幀視頻合成4幀視頻的效果。

        圖3 相鄰2 幀畫面渲染產生新幀圖

        對于原始視頻的幀頻,有時候無從選擇,但有一種情況可以通過技術手段去避免,比如通過截屏器將電腦顯示的內容轉為SDI 信號時,則電腦顯卡的刷新率設置是重點。假設網(wǎng)站視頻的幀頻是25 幀/秒,電腦顯卡分辨率設為1920×1080 60P(逐行掃描,每秒60 幀),當通過截屏器轉換為1080i(隔行掃描,每秒25 幀)的高清SDI信號時,其幀頻變化為25 幀->60 幀->25 幀,幀頻經(jīng)過兩次轉換且都不是整數(shù)倍的關系,會造成畫面質量的下降。如果將電腦顯卡的刷新率設置為50P,則幀頻變換為25 幀->50 幀->25幀,雖然同樣進行了兩次的幀頻轉換,但由于后者的幀頻是整數(shù)倍的關系,則畫質的損失會小得多。

        3.3 圖像內容的真實比例

        視頻的寬高比例可以通過工具軟件查看,但圖像內容的真實比例是否準確呢?在廣電高標清同播的時代,這是不確定的。比如某電視臺采用高清制作,標清播出,視頻下變方式為“擠壓模式”,即將1920×1080 的分辨率直接下變?yōu)?20×576,畫面比例由16∶9轉為4∶3,在接收端,對于寬屏電視機而言,會將4∶3 的畫面重新拉伸至16∶9,圖像內容的比例仍然是正常的;對于老式的CRT 電視機而言,畫面的內容因擠壓而拉長了,圖像內容的比例有一定的變形。俗話說,甘蔗沒有兩頭甜,對于電視臺而言,這樣的信號處理方式也是種無奈的選擇。

        基于以上原因,對于原始素材除通過工具軟件查看視頻寬高比外,仍然需要通過肉眼去觀察和判斷視頻畫面的真實比例,并結合電視臺的播出方式進行相應的處理。

        舉個例子,從某縣級臺拿到的素材是標清PAL 制的MXF文件,但原素材是從1080i 高清用“擠壓模式”下變換為PAL制的。將素材導入高清非編系統(tǒng)時,圖像編輯沒有去看畫面的真實比例,直接將標清信號采用“郵筒模式”(即原畫面居中,左右遮黑)上變換為高清信號,而在送播時又采用了“擠壓模式”進行標清輸出。這樣的變換使一個圖像真實比例為16∶9 的視頻,在進行了兩次4∶3 變換后畫面變形非常嚴重。轉換過程如圖4 所示,最終CRT 老電視用戶所看到的畫面是嚴重變形失真的。

        圖4 高標清多次轉換后變形圖

        如果圖像編輯在上變時,認真觀察這個標清視頻文件的真實圖像比例是16∶9,采用“拉伸模式”將畫面橫向拉伸,將4∶3 的圖像完全充滿16∶9的屏幕,則完全可以避免這種問題的發(fā)生。

        3.4 視頻采樣方式和編碼

        YUV 是電視行業(yè)采用的一種顏色編碼方法,攝影機進行取像后把得到的彩色RGB 圖像信號,經(jīng)過矩陣變換電路得到亮度信號Y 和兩個色差信號B-Y(即U)、R-Y(即V)。

        YUV 各分量數(shù)據(jù)的采樣方式一般分為4∶4∶4、4∶2∶2、4∶1∶1、4∶2∶0 四種,其中4∶4∶4 的方式并不多見,主要以后三種為主。以YUV422 為例,其采樣時以4 個圖像點為一組,分別抽取4 個點的亮度值Y,和其中2 個點的色度值U 和V,采樣點從12 個變?yōu)? 個,采樣數(shù)據(jù)僅相當于原來的66.6%,而如果是YUV411 和YUV420 則采樣點為6個,相當于原來的50%,這大大節(jié)省了存儲空間。

        在電視節(jié)目的制作中,主要采用YUV422 采樣方式,而從第三方取得的視頻則很多是YUV420、YUV411 方式。轉碼時盡量不要進行多次采樣方式的轉換, 特別是YUV420 和YUV411 之間的轉換,因為這兩種方式抽取的采樣點位置不同,進行二次轉換后數(shù)據(jù)失真較大。

        如圖5 所示,圖5(a)是一個YUV444 采樣圖像的4×2 像素陣列,其中的YUV 分別是每個點各自的分量值。 當采用YUV420 方式時,按2×2 陣列抽取4 個Y 樣本,按圖5(b)所標位置分別抽取U、V 樣本,并做為其它3 個樣本的代表,得到YUV420 的采樣陣列;當采用YUV411 方式時,按4×1 陣列抽取4 個Y 樣本,按圖5(c)所標位置分別抽取UV 樣本并做為其它3 個樣本的代表, 得到YUV411 的采樣陣列。之后將YUV411 和YUV420 采樣陣列進行互轉,結果如圖5(d)和圖5(e)所示。圖5 的各采樣點數(shù)據(jù)中,當與YUV444 不同時用紅字進行標識,其中YUV444 轉換為YUV411 和YUV420 時,各有12個UV 值與原值有誤差;再分別進行YUV411 和YUV420 陣列之間的互轉,發(fā)現(xiàn)有14 個UV 值與原值有誤差,且偏差值明顯大于第1 次轉換。

        圖5 YUV 采樣和轉換圖

        視頻編碼是指將視頻內容按某種算法進行壓縮,進而可以使用更小的空間存儲文件,通常采用的是有損壓縮的方式。在電視行業(yè)中主要采用MPEG-2 編碼,當采用YUV422進行1080i 采樣時,碼率一般為50Mbit/s,每小時文件長度約為18GB。

        由于MPEG-2 編碼的文件太大,因此民用領域的攝錄設備,以及網(wǎng)絡視頻點播主要使用MPEG-4、H.264等編碼,其一般使用YUV420、YUV411 的采樣方式,產生的視頻文件較小,1920×1080 分辯率的視頻碼率一般為2~10Mbit/s,每小時文件長度約700MB~3.6GB。

        將YUV420 的H.264 編碼轉換為YUV422 的MPEG-2 編碼時,畫質不會有任何的提升,而反過來轉換時畫質則會相應的下降,因為是有損壓縮,每次重新編碼都會帶來一定的畫質損失,且這個損失是不可逆的。

        如果素材僅僅是文件封裝格式上與廣電標準不同,而其內部的編碼、分辨率、采樣方式完全相同,則可以試著使用FFmbc 將視頻編碼通過“復制”的方式重新進行格式封裝,從而保證圖像質量。

        3.5 音頻流和聲道

        音頻格式轉換所涉及的參數(shù)主要是采樣率、編碼、音頻流和聲道等。電視制作所使用的音頻采樣率是48000Hz,編碼使用無壓縮的PCM 編碼;第三方素材常用的是22050Hz 和44100Hz,編碼使用有損壓縮的MP3 和AAC 編碼,在進行采樣和編碼轉換時會產生一定的失真,但對于單聲道播出的電視節(jié)目而言,聽覺上影響不大。

        對于音頻流,聲道方面則需要注意,在一般的電影視頻文件中,對于雙語或多語種的視頻文件,每個語種對應一個音頻流,而每個音頻流又含有多個聲道,在播放時只能選擇其中的一個音頻流進行輸出;而在電視制作中則不同,比如SONY 公司的IMX30、IMX50 只有1 個音頻流,但內置4 聲道,而XDCAM HD422 格式則是支持1~8 個音頻流,每個流都是單聲道(相當于每個音頻流就是一個聲道)。由于素材的來源不同,音頻的流和聲道之間存在1∶N、N∶1、N∶M 等多種關系,當使用轉碼軟件時,可能會在轉換過程中丟失某些音頻流的數(shù)據(jù)。

        結語

        在融媒體時代,傳統(tǒng)電視面對網(wǎng)絡視頻平臺的沖擊,一方面要提高節(jié)目內容的制作水平,另一方面要保持高質量的影音效果,才能挽留住收視觀眾。所謂細節(jié)決定成敗,素材的轉碼看似簡單,但如果不注重方式方法,最終將影響電視節(jié)目的播出效果。

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