經(jīng)常有朋友問(wèn)我為什么國(guó)外的流媒體視頻平臺(tái)的畫(huà)質(zhì)看起來(lái)要好很多，比如 Netflix、YouTube 這些。這確實(shí)是個(gè)關(guān)系到很多層面復(fù)雜的問(wèn)題遠(yuǎn)不是「愛(ài)優(yōu)騰垃圾」，「國(guó)外的月亮就是圓」能敷衍回答的，這也是我寫(xiě)這篇文章的目的：希望讓更多的人了解我們每天都在看的視頻的畫(huà)質(zhì)是由何決定的。

分辨率是表象

現(xiàn)在視頻的顯示規(guī)格我們通常用「數(shù)字 + p 」來(lái)表示，比如通常 1080p 的畫(huà)面分辨率為1920×1080，p 則指的是「progressive scan」逐行掃描；與之對(duì)應(yīng)的是 1080i 字母 i 則指代「interlaced scan」隔行掃描，隔行掃描主要存在于廣播電視為了節(jié)省帶寬而提升畫(huà)面分辨率，因?yàn)樾Ч钤诟鞔笠曨l網(wǎng)站已經(jīng)基本不存在了，如果對(duì)這個(gè)感興趣可以參看 影視颶風(fēng)這期視頻。

愛(ài)優(yōu)騰播放規(guī)格

「愛(ài)優(yōu)騰」對(duì)視頻清晰度的描述從「標(biāo)清」「高清」「超清」把「清」都用光后還加上了「藍(lán)光」。用藍(lán)光來(lái)描述視頻規(guī)格是不準(zhǔn)確規(guī)范的做法，因?yàn)樗{(lán)光光碟可以是 720p、1080p、或是 4k 2160p，對(duì)藍(lán)光更感興趣的可以參看 這篇。

YouTube 和 bilibili 播放規(guī)格

相比之下 bilibili 則克制規(guī)矩了很多，基本和 YouTube 看齊。

SD、FHD、4K UHD、8K UHD 示意

我們通常會(huì)把

• 480p 稱(chēng)作 SD（Standard Definition）標(biāo)清
• 720p 稱(chēng)作 HD（High Definition） 高清
• 1080p 稱(chēng)作 HD 或者 FHD （Full High Definition）高清或者全高清
• 2160p 我們稱(chēng)作 4k UHD（Ultra High Definition）超高清
• 4320p 我們則稱(chēng)作 8k UHD 超高清。

隨著時(shí)代的發(fā)展高清視頻定義其實(shí)也在改變，比如去年 YouTube 就 取消 了 720P HD 為高清視頻的標(biāo)志。

YouTube 540p 截圖

YouTube 1080p 截圖

這是來(lái)自 YouTube 的視頻 截圖，540p 到 1080p 的視頻畫(huà)面確實(shí)清晰銳利了不少，因?yàn)橛行У南袼卮蟠笤龆啵瑢?duì)于其它平臺(tái)也是一樣選擇更高的視頻規(guī)格你自然會(huì)得到更清晰的視頻。

答案確實(shí)就這么簡(jiǎn)單，每個(gè)平臺(tái)你選擇播放的視頻規(guī)格越高，畫(huà)質(zhì)自然也越好，但這里只是第一層。

碼率決定質(zhì)量

什么是碼率

視頻的碼率和網(wǎng)速的表示方法差不多，我們一般用 Mbps 或是 kbps 表示這一秒鐘視頻的數(shù)據(jù)量（1 Mbps = 1000 kbps），我們不直接以整個(gè)視頻的大小來(lái)衡量主要是視頻有時(shí)間這個(gè)單位。

對(duì)于一個(gè)視頻從碼率角度也區(qū)分為「可變碼率」（Variable Bit-Rate，簡(jiǎn)稱(chēng) VBR）和「固定碼率」（Constant bitrate，簡(jiǎn)稱(chēng) CBR）兩種。可變碼率可以根據(jù)視頻內(nèi)容復(fù)雜度自適應(yīng)的調(diào)整，能節(jié)省存儲(chǔ)空間傳輸也能節(jié)省很多流量，也是目前網(wǎng)絡(luò)視頻的絕對(duì)主流；固定碼率則是一個(gè)視頻一直維持一個(gè)相對(duì)固定的碼率，在直播和廣播電視中比較普遍。

碼率越高畫(huà)質(zhì)越高

Sony 相機(jī)錄制設(shè)置

碼率越高視頻的畫(huà)質(zhì)當(dāng)然越高，比如我們普通相機(jī)錄制 4k 視頻的時(shí)候，為了追求畫(huà)面的質(zhì)量碼率就高達(dá) 100Mbps。但是如果以這個(gè)碼率在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)布視頻，一部電影就會(huì)高達(dá)幾百G，絕大部分用戶(hù)都不能正常觀看；再者網(wǎng)絡(luò)視頻公司流量、帶寬都是成本的大頭，碼率提升會(huì)直接增加成本。所以我們必須得通過(guò)壓縮碼率、降低分辨率來(lái)降低成本讓用戶(hù)也能流暢播放，如何平衡好畫(huà)質(zhì)、碼率、分辨率三者的關(guān)系就變得尤為重要。

如何描述畫(huà)質(zhì)的好壞

WikiPedia PSNR 注解

對(duì)于畫(huà)質(zhì)一般使用 PSNR（Peak signal-to-noise ratio）「峰值信噪比」 來(lái)表述，壓縮后越接近 50dB 則越接近原視頻畫(huà)質(zhì)越好，保持 35dB 以上壓縮失真就不會(huì)很明顯。PSNR 是個(gè)很好的參考標(biāo)準(zhǔn)但不能完全體現(xiàn)視頻真實(shí)的觀看質(zhì)量，Netflix 和南加州大學(xué)聯(lián)合開(kāi)發(fā)的 VMAF （Video Multimethod Assessment Fusion）視頻質(zhì)量指標(biāo)表現(xiàn)要更好一點(diǎn)，也是 Netflix 目前主要使用的參考標(biāo)準(zhǔn)。

視頻內(nèi)容不同所需碼率不同

橫坐標(biāo)代表碼率，縱坐標(biāo)代表視頻質(zhì)量，不同顏色線(xiàn)代表不同類(lèi)型視頻

不同類(lèi)型的視頻達(dá)到基本相同的畫(huà)質(zhì)所需要的碼率差距很大。比如動(dòng)畫(huà)片有很多大的色塊，運(yùn)動(dòng)也相對(duì)簡(jiǎn)單，所以對(duì)碼率的需求其實(shí)很低，如 Netflix 上動(dòng)畫(huà)類(lèi)型的內(nèi)容在 4k 規(guī)格下播放，碼率也常常會(huì)在 1-2 Mbps 之間；對(duì)于動(dòng)作電影這些有大量運(yùn)動(dòng)鏡頭或者是畫(huà)面有很多膠片顆粒、水汽、灰塵的內(nèi)容 4k 規(guī)格下常常就得需要 16Mbps 甚至更高才能保證畫(huà)質(zhì)。

另外從上圖也可以看出，隨著碼率的提升畫(huà)質(zhì)的提升是逐漸遞減的，一味的追求高碼率意義并不大。

Netflix 是如何優(yōu)化碼率的

紅色線(xiàn)：優(yōu)化后 ｜ 黃色線(xiàn)：優(yōu)化前

Netflix 目前會(huì)根據(jù)具體每一部片子的內(nèi)容在維持高畫(huà)質(zhì)的情況下來(lái)壓縮到合適的碼率，這樣可以保證用戶(hù)無(wú)論看什么內(nèi)容都能達(dá)到很高的質(zhì)量。

Netflix 甚至已經(jīng)針對(duì)每一個(gè)自然鏡頭進(jìn)行優(yōu)化，因?yàn)榧词乖谕徊侩娪盎蛘邉〖?，每個(gè)鏡頭的畫(huà)面的復(fù)雜程度，運(yùn)動(dòng)屬性都差異很大，針對(duì)每個(gè)鏡頭進(jìn)行壓縮優(yōu)化就能在相同或者更低一點(diǎn)的碼率下提供更好的畫(huà)質(zhì)。

Netflix 視頻截圖

截圖放大：優(yōu)化后低碼率和優(yōu)化前高碼率對(duì)比

從實(shí)測(cè)也可以看出，針對(duì)具體的內(nèi)容和針對(duì)鏡頭進(jìn)行優(yōu)化，能保持更低的碼率的同時(shí)提供更好的畫(huà)質(zhì)。

碼率決定分辨率

橫坐標(biāo)代表碼率，縱坐標(biāo)代表視頻質(zhì)量，不同顏色線(xiàn)代表各分辨率

分辨率其實(shí)是碼率決定的結(jié)果，比如圖上的 C 點(diǎn)和 D 點(diǎn)表示了相同碼率下 720p 和 480p 的畫(huà)面質(zhì)量，很明顯該碼率下 480p 的畫(huà)質(zhì)會(huì)更好，而 720p 在該碼率下壓縮失真就非常厲害，所以該碼率下應(yīng)該選擇的則是 480p。

碼率、分辨率、畫(huà)質(zhì)對(duì)應(yīng)關(guān)系

按照這個(gè)思路理論上我們的分辨率應(yīng)該是針對(duì)不同碼率不斷的改變，但是現(xiàn)實(shí)不允許我們把同一個(gè)視頻壓縮為成千上萬(wàn)種的分辨，這對(duì)視頻壓制、存儲(chǔ)、到適配都不現(xiàn)實(shí)。最終我們是 「帕累托最優(yōu)」 的選擇，像是 480p、720p、1080p、4k 這些，一個(gè)階梯圖形碼率和分辨率對(duì)應(yīng)的結(jié)果。

Netflix 針對(duì)一些邊界情況還會(huì)增加額外的選項(xiàng)，比如你的設(shè)備最高支持 1080p 不支持 4k，但你的網(wǎng)速足夠快，Netflix 則在 1080p 檔位還會(huì)給你更高的碼率。

這里其實(shí)也回答了為什么 Netflix、YouTube 會(huì)自動(dòng)選擇播放規(guī)格，甚至在 Netflix 等流媒體上為了保證流暢的觀看你甚至不能選擇。網(wǎng)絡(luò)是不穩(wěn)定的因素，用戶(hù)基本不可能判斷自己在什么規(guī)格下能流暢播放高畫(huà)質(zhì)的內(nèi)容。

編碼是效率

橫坐標(biāo)代表碼率，縱坐標(biāo)代表視頻質(zhì)量，不同顏色線(xiàn)代表不同編碼

之前我寫(xiě)的 視頻與編碼 ，也基本介紹了目前比較主流的視頻編碼，這部分大家可以參考看一下。

如果保證同樣的畫(huà)質(zhì)采用更先進(jìn)的編碼，就能很大程度降低傳輸視頻的碼率，特別是在高碼率、高分辨率的情況下。所以很多視頻平臺(tái)都在 4k、1080p 這些更高的視頻規(guī)格都采用了 H265、AV1、VP9 這些高效率編碼，代價(jià)則是兼容性變差、壓縮和播放過(guò)程都是數(shù)倍的硬件性能要求。

還有更多的因素

• 比如 HDR 相比傳統(tǒng)的 SDR 帶來(lái)了數(shù)倍的亮度、色彩信息，讓我們亮度更高，色彩更豐富的顯示屏得到更好的利用。
• 認(rèn)證和規(guī)范化是準(zhǔn)確顯示的保障 ：各家流媒體為了保護(hù)自己的內(nèi)容也都采用了「數(shù)字版權(quán)管理」DRM（Digital rights management）讓設(shè)備必須遵循才能正常播放；想播放 HDR、4k 這更些高規(guī)格的內(nèi)容設(shè)備往往得拿到國(guó)際對(duì)應(yīng)的認(rèn)證，這樣能保證內(nèi)容方的權(quán)益，也可以讓用戶(hù)享受到高標(biāo)準(zhǔn)的體驗(yàn)。
• 版權(quán)也是決定性因素：很多影視劇集內(nèi)容雖然多個(gè)平臺(tái)都有，但往往只有持有版權(quán)的平臺(tái)才有最高規(guī)格的視頻。比如 Disney+ 上漫威的電影基本都是 4K HDR，而國(guó)內(nèi)的平臺(tái)基本都是普通的 1080p。

總結(jié)

這是華為2017 年的研究報(bào)告 —— 視頻趨勢(shì)大數(shù)據(jù)分析 ，雖然有點(diǎn)老，但也是目前我找到最精確的各平臺(tái)碼率和分辨率的一些數(shù)據(jù)，國(guó)內(nèi)平臺(tái)的畫(huà)質(zhì)不怎么好的體現(xiàn)也在這里。

從 2G 到 3G 讓我們?cè)谝苿?dòng)設(shè)備上在線(xiàn)播放視頻成為了可能，3G - 4G 時(shí)代又讓我們能更流暢播放更高畫(huà)質(zhì)的視頻。最近二十年正是網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)建設(shè)讓我們有更好更快的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋，更多的人家光纖入戶(hù)裝上了百兆甚至千兆的寬帶，正是網(wǎng)速的提升讓我們享受高畫(huà)質(zhì)的視頻成為了可能。

經(jīng)常有人批評(píng)「愛(ài)優(yōu)騰」畫(huà)質(zhì)差的原因當(dāng)然是我們的網(wǎng)速已經(jīng)夠快了，我們的屏幕也已經(jīng)夠好了，但是我們卻不能得到與之匹配的高碼率高畫(huà)質(zhì)的內(nèi)容。客觀一點(diǎn)說(shuō)提高碼率就會(huì)大大增加他們的成本，我們網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的流量、寬帶的價(jià)格其實(shí)要比海外高很多，如何解決這個(gè)矛盾可能是現(xiàn)在最大問(wèn)題。