网速那么快、屏幕那么好，点解视频网站嘅“高清”还系那么糊

转载：本文来自微信公众号“少数派”（ID:sspaime），作者：酱紫表，转载经授权发布。

经常有朋友问我点解国外嘅流媒体视频平台嘅画质睇起来要好好多，比如 Netflix、YouTube 呢啲。这确实系个关系到好多层面复杂嘅问题远唔系「爱优腾垃圾」，「国外嘅月亮就系圆」能敷衍回答嘅，呢啲也系我写这篇文章嘅目嘅：希望让更多嘅人认识我哋每天都喺度睇嘅视频嘅画质系由何决定嘅。

分辨率系表象

而家视频嘅显示规格我哋通常用「数字 + p 」来表示，比如通常 1080p 嘅画面分辨率为1920×1080，p 则指嘅系「progressive scan」逐行扫描；同之对应嘅系 1080i 字母 i 则指代「interlaced scan」隔行扫描，隔行扫描主要存喺于广播电视为‌节省带宽而提升画面分辨率，因为效果太差喺各大视频网站已经基本不存喺嘎啦，如果对呢个感兴趣可以参睇影视飓风这期视频[1]。

爱优腾播放规格

「爱优腾」对视频清晰度嘅描述从「标清」「高清」「超清」将「清」都用光后还加上‌「蓝光」。用蓝光来描述视频规格系不准确规范嘅做法，因为蓝光光碟可以系 720p、1080p、或系 4k 2160p，对蓝光更感兴趣嘅可以参睇这篇[2]。

YouTube 和 bilibili 播放规格

相比之下 bilibili 则克制规矩‌好多，基本和 YouTube 睇齐。

SD、FHD、4K UHD、8K UHD 示意

我哋通常会将

480p 称作 SD（Standard Definition）标清
720p 称作 HD（High Definition）高清
1080p 称作 HD 或者 FHD （Full High Definition）高清或者全高清
2160p 我哋称作 4k UHD（Ultra High Definition）超高清
4320p 我哋则称作 8k UHD 超高清。

随住时代嘅发展高清视频定义其实也喺改变，比如上年 YouTube 就取消‌ 720P HD 为高清视频嘅标志。

YouTube 540p 截图

YouTube 1080p 截图

这系来自 YouTube 嘅视频截图，540p 到 1080p 嘅视频画面确实清晰锐利‌不少，因为有效嘅像素大大增多，对于第啲平台也系一样选择更高嘅视频规格你自然会得到更清晰嘅视频。

答案确实就咁简单，每个平台你选择播放嘅视频规格越高，画质自然也越好，但这里只系第一层。

码率决定质量

乜嘢系码率

视频嘅码率和网速嘅表示方法差唔多，我哋一般用 Mbps 或系 kbps 表示呢一秒钟视频嘅数据量（1 Mbps = 1000 kbps），我哋不直接以成个视频嘅大小来衡量主要系视频有时间呢个单位。

对于一个视频从码率角度也区分为「可变码率」（Variable Bit-Rate，简称 VBR）和「固定码率」（Constant bitrate，简称 CBR）两种。可变码率可以根据视频内容复杂度自适应嘅调整，能节省存储空间传输也能节省好多流量，也系目前网络视频嘅绝对主流；固定码率则系一个视频一直维持一个相对固定嘅码率，喺直播和广播电视中比较普遍。

码率越高画质越高

Sony 相机录制设置

码率越高视频嘅画质当然越高，比如我哋普通相机录制 4k 视频嘅时候，为‌追求画面嘅质量码率就高达 100Mbps。但系如果以呢个码率喺网络上发布视频，一部电影就会高达几百G，绝大部分用户都唔可以正常观睇；再者网络视频公司流量、带宽都系成本嘅大头，码率提升会直接增加成本。所以我哋必须得通过压缩码率、降低分辨率来降低成本让用户也能流畅播放，点样平衡好画质、码率、分辨率三者嘅关系就变得尤为重要。

点样描述画质嘅好坏

WikiPedia PSNR 注解

对于画质一般使用 PSNR（Peak signal-to-noise ratio）「峰值信噪比」来表述，压缩后越接近 50dB 则越接近原视频画质越好，保持 35dB 以上压缩失真就唔会好明显。PSNR 系个好好嘅参考标准但唔可以完全体现视频真实嘅观睇质量，Netflix 和南加州大学联合开发嘅 VMAF（Video Multimethod Assessment Fusion）视频质量指标表现要更好一点，也系 Netflix 目前主要使用嘅参考标准。

视频内容不同所需码率不同

横坐标代表码率，纵坐标代表视频质量，不同颜色线代表不同类型视频

不同类型嘅视频达到基本相同嘅画质所需要嘅码率差距好大。比如动画片有好多大嘅色块，运动也相对简单，所以对码率嘅需求其实好低，如 Netflix 上动画类型嘅内容喺 4k 规格下播放，码率也常常会喺 1-2 Mbps 之间；对于动作电影呢啲有大量运动镜头或者系画面有好多胶片粒粒、水汽、灰尘嘅内容 4k 规格下常常就得需要 16Mbps 甚至更高才能保证画质。

另外从上图也可以睇出，随住码率嘅提升画质嘅提升系逐渐递减嘅，一味嘅追求高码率意义并唔多。

Netflix 系点样优化码率嘅

红色线：优化后｜黄色线：优化前

Netflix 目前会根据具体每一部片子嘅内容喺维持高画质嘅情况下来压缩到合适嘅码率，呢啲样可以保证用户无论睇乜嘢内容都可以达到好高嘅质量。

Netflix 甚至已经针对每一个自然镜头进行优化，因为就算喺同一部电影或者剧集里，每个镜头嘅画面嘅复杂程度，运动属性都差异好大，针对每个镜头进行压缩优化就能喺相同或者更低一点嘅码率下提供更好嘅画质。

Netflix 视频截图

截图放大：优化后低码率和优化前高码率对比

从实测也可以睇出，针对具体嘅内容和针对镜头进行优化，能保持更低嘅码率嘅同时提供更好嘅画质。

码率决定分辨率

横坐标代表码率，纵坐标代表视频质量，不同颜色线代表各分辨率

分辨率其实系码率决定嘅结果，比如图上嘅 C 点和 D 点表示‌相同码率下 720p 和 480p 嘅画面质量，好明显该码率下 480p 嘅画质会更好，而 720p 喺该码率下压缩失真就非常厉害，所以该码率下应该选择嘅则系 480p。

码率、分辨率、画质对应关系

按照呢个思路理论上我哋嘅分辨率应该系针对不同码率不断嘅改变，但系现实不允许我哋将同一个视频压缩为成千上万种嘅分辨，呢啲对视频压制、存储、到适配都不现实。最终我哋系「帕累托最优」嘅选择，像系 480p、720p、1080p、4k 呢啲，一个阶梯图形码率和分辨率对应嘅结果。

Netflix 针对一啲边界情况还会增加额外嘅选项，比如你嘅设备最高支持 1080p 不支持 4k，但你嘅网速足够快，Netflix 则喺 1080p 档位还会畀你更高嘅码率。

这里其实也回答‌点解 Netflix、YouTube 会自动选择播放规格，甚至喺 Netflix 等流媒体上为‌保证流畅嘅观睇你甚至唔可以选择。网络系不稳定嘅因素，用户基本不可能判断自己喺乜嘢规格下能流畅播放高画质嘅内容。

编码系效率

横坐标代表码率，纵坐标代表视频质量，不同颜色线代表不同编码

之前我写嘅视频同编码[3]，也基本介绍‌目前比较主流嘅视频编码，呢啲部分大家可以参考睇一下。

如果保证同样嘅画质采用更先进嘅编码，就能好大程度降低传输视频嘅码率，特别系喺高码率、高分辨率嘅情况下。所以好多视频平台都喺度 4k、1080p 呢啲更高嘅视频规格都采用‌ H265、AV1、VP9 呢啲高效率编码，代价则系兼容性变差、压缩和播放过程都系数倍嘅硬件性能要求。

仲有更多嘅因素

比如 HDR 相比传统嘅 SDR 带来‌数倍嘅亮度、色彩信息，让我哋亮度更高，色彩更丰富嘅显示屏得到更好嘅利用。
认证和规范化系准确显示嘅保障：各家流媒体为‌保护自己嘅内容也都采用‌「数字版权管理」DRM（Digital rights management）让设备必须遵循才能正常播放；想播放 HDR、4k 这更些高规格嘅内容设备往往得拿到国际对应嘅认证，呢啲样能保证内容方嘅权益，也可以让用户享受到高标准嘅体验。
版权也系决定性因素：好多影视剧集内容虽然多个平台都有，但往往只有持有版权嘅平台才有最高规格嘅视频。比如 Disney+ 上漫威嘅电影基本都系 4K HDR，而国内嘅平台基本都系普通嘅 1080p。