壓縮、不壓縮、及 RAW 的差異

作者:Phil Rhodes

日期:2017年7月2日


用鐵鎚碎雞蛋?(影像由Shutterstock.com提供)


我們前一篇文所得到的結論:壓縮是種災難,就不難理解現在提供以不壓縮、幾乎不壓縮、RAW、或上述組合的方式記錄影片的攝影機數量增加。


這些方式之間的不同,因市場行銷的強大力度而被模糊化,導致易於產生誤解。我們今天的目的在於討論低壓縮、或無壓縮,好讓我們能合理的選擇使用何種格式拍攝,及在拍片現場與後製需什麼樣的儲存設備。


不壓縮

大多數的人都瞭解什麼是不壓縮的資料,這個工作流程最簡單的莫過於基於可能仍為最古老的方法:一個裝滿DPX檔的目錄。每一個檔案包含了數字的列表,而每個數字代表一個像素的紅、綠、或藍色值。DPX大體上與BMP檔相同。同樣的,我們也可使用像是:Blackmagic及AJA SDI等截取卡普遍使用的R10K或R210編碼,在AVI或Quicktime檔中完整儲存不壓縮的資料。這些非真實的編碼(Not-Really-Codec)只是將紅、綠、及藍色值列表的方式標準化而已。當人們說到“不壓縮(Uncompressed)”,通常所討論的就是這個。


(稍微偏離一下本文主題,在像是V210編碼中的差分量影像(Component Image - 不精確的說,就是YUV)的問題,如果我們考慮到色彩次取樣(Subsampling)的壓縮,也真的是壓縮,那麼就沒有不壓縮的差分量影像了 — 但這是改天另外再來談論的一個故事。)


無損壓縮

不論如何,成像專家宣稱攝影的影像中,儲存了許多“多餘的資訊”,這通常暗示了能接受一些對影像的小改變以獲得壓縮,這也正是如ProRes等壓縮格式的產生。然而,今天我們所談論的是關於不喪失任何影像品質的壓縮,有一種無損的JPEG版本,雖然它一般僅應用於動態影像,而成為CinemaDNG(下面將做說明)的一部份。


HuffYUV及Ut編碼可在Windows及Mac兩平台使用,且可用於無損(Lossless)壓縮資料的Quicktime或AVI檔。這些方法以低於3:1的壓縮,做到適度的壓縮,而通常大約為2:1。這是無損或在數學上無損的壓縮。雖然對於CPU的時間、及相容性的風險比較大,但其結果通常與不壓縮的工作流程相同。


RAW

在這樣的壓縮比,HD或4K素材對於轉盤式硬碟而言,仍是繁重的工作,而快閃記憶體(Flash)作為大量的儲存又通常太小。問題是,最現代的攝影機,使用單一、Bayer-Filtered感光元件,如果是4K的攝影機擁有4K感光元件,未處理的感光元件資料組成一4096x2160單色(Monochrome)的影像,如果我們將它轉成4K RGB資料,現在對於紅、綠、藍色我們就各有一4096x2160的圖層,三分之二的RGB資料乃以內插值替換(Interpolated,亦即捏造),如果我們僅儲存未加工的感光元件資料,也許我們就可在不損失影像品質的情況下,儲存甚至比無損壓縮RGB更少的資料。


“RAW”這個字來自數於位相機檔案,而其作用正如上述。它們主要儲存簡單的像素值列表,雖然DSLR製造商,透過將這些數字列表包裝起來、成為保護智慧財產的檔案格式,讓它們不易讀取,刻意讓它複雜化、有時是故意的。要解決那樣的問題已經成為一種問題,而樂見有開放原始碼的程式DCRAW,它支援來自各種不同攝影機的幾百種格式,且成為備份及保存舊資料的重要工具。一般而言,雖然只是在檔案中找出數字在哪裡,並將Bayer Mosaic資料處理成可觀看的影像而已。那麼,這就是RAW及關於相機,其結果通常與不壓縮的工作流程相同。


壓縮的 RAW

要壓縮RAW資料是完全可能的,它仍是一序列的照片影像,而壓縮可以是有損耗(Lossy)或無損耗(Non-Lossy),第一台對RAW感光元件資料進行無損耗壓縮的攝影機,可能是Silicon Imaging的SI2K,因此與SI2K關連的Cineform編碼,是第一個廣泛使用於壓縮RAW資料便於稍後處理的方法。相同的方法在後來為RED所採用,它亦應用小波編碼(Wavelet Codec)。Cineform及R3D檔皆是用單一檔案呈現一段完整的動態影片,但它們都沒有使用兩個影格的相似性(similarity)進行資料的壓縮。其結果大體上相似於Adobe免費的CinemaDNG格式,但它以一個DNG檔儲存一個影格,是為DSLR而設計的一般性格式。假如DNG檔使用耗損壓縮,那就是耗損壓縮的RAW,DNG也可用無耗損對RAW進行壓縮。


結論

那麼,我們已經考慮了不壓縮的RGB影像、無損壓縮的RGB影像,及以壓縮或不壓縮儲存RAW感光元件資料,它可以是耗損或無耗損。我們唯一漏掉的是OpenEXR格式,它主要用於視覺特效(Visual Effect),它可使用各式各樣的壓縮,其中有部分是針對處理無雜訊、電腦算圖的影像而設計。理論上,將影像儲存於磁碟的方法千百種,當然,實際上我們已從大致上相同的概念,提出許多彼此不相容重複想法,但這至少能保持事情的趣味。

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