XAVC 是什麼？圖解硬核影片壓縮原理，看懂影片錄影的奧秘

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大家好，我是布萊克。最近 Sony 發表了全新 Sony A7M4 全片幅無反光鏡相機，裡面有一些關於動態影片的規格很複雜，像什麼是 XAVC HS、XAVC S-I...等等的影片壓縮規格，很難一篇文章內講完所有的概念。今天用淺顯易懂的圖解方式讓你一次搞懂，有幫助到你的話也歡迎幫我分享出去喔！

影片壓縮怎麼選／出自 Pexels

 
 
 

1080p 影片有多大？

進入文章正題之前，布萊克問你一個問題「你用相機或手機拍 1080p 的影片 10 秒鐘，檔案會有多大呢？」，是 1MB、10MB 還是 100MB 呢？

我們將 10 秒鐘的影片當作是好多連續的相片組合而成的，電影中常見就是每秒鐘 24 個畫面，簡稱為 24fps。

將影片視為好幾張的相片／出自 Sony Camera Channel YouTube 頻道

 

假設色彩深度為 8bit，以 1080p 的畫質來說，它的解析度是 1920x1080。

相乘以上的數字，可以得到 1424MB 的檔案大小。布萊克也曾經在下面的這篇文章計算過，想知道更多的可以去看看。

 

看到這裡你可能會很驚訝，10 秒鐘的影片怎麼可能那麼大？沒錯，如果影片沒有經過壓縮，檔案就是這麼大，而這就是影片壓縮技術厲害的地方了。

影響影片容量的因素很多，像是上面文章提到的 10bit 4:2:2 色彩取樣方法、幀率 (fps)、位元速率 (bitrate)...等，或是下面會提到的影片編碼方式都有關。
 
 

MP4 影片格式？應該稱為封裝格式

看到 .mp4 格式的檔案我們會簡稱它是一個影片格式，但實際上正確的講法叫做「封裝格式」。封裝格式可以理解為一種容器，與影片容量大小沒有多大的關連，還需要搭配編碼格式才會是一個完整的檔案。

影片格式

 

當影片被打開的時候，你的電腦就會用一個正確的解碼方式播放影片的內容。而常見的容器格式包含了以下這些：

常見的影片封裝格式

 

如果你想知道還有哪些容器格式，可以參考維基百科的內容。

 

既然 .mp4 只是一個容器，那也意味著要改成 .avi 這類的容器是有可能不用重新編碼的，這就可以大幅降低轉檔的等待時間。像是下圖是使用 MediaCoder 這個軟體進行轉檔，結果僅花費 0.4 秒就轉好檔案了。

僅改變封裝格式進行轉檔

 

那麼你可能又會有疑問，既然轉檔那麼容易，怎麼需要格式工廠這類的軟體呢？

當你要轉換的容器格式沒有支援的影片編碼時，那就會需要重新編碼，這時候格式工廠就是最佳的幫手了。

舉個例子來說，若是布萊克要將 .mp4 轉換為 .webm 格式，因為兩種格式間並沒有互通的影片編碼格式，所以布萊克就需要對影片重新編碼。
 
 

影片編碼 (Codec)

經過前面的解說，你一定也知道影片壓縮是非常重要的，這不僅僅是為了你的硬碟容量著想而已。對一個影視創作者來說，將影片上傳到網路上時，也可以節省許多上傳的流量，而且觀賞影片時又不用消耗大量的流量，因此壓縮影片是必要的。

Codec 是由 Coder (編碼器) 和 Decoder (解碼器) 兩字組成的。

最常見的影片編碼有兩種方式

• 影格內編碼模式 (Intra Coding，也翻譯為幀內編碼)
• 影格間編碼模式 (Inter Coding，也翻譯為幀間編碼)
   

它們之間有什麼差異呢？以下布萊克舉個實際的情境，假設布萊克正在拍攝影片，朋友從背後經過，不巧撞到牆壁上的畫，結果畫作就掉到地上了。
 
 

影格內編碼模式

在影片壓縮的時候，最簡單的想法就是將影片當成好幾張連續的相片。那就針對每張相片進行單獨的分析，分析完後就進行個別影格的壓縮。

像是下圖就當成 4 張個別的相片分別壓縮，影格之間沒有關聯。

這樣做的好處就是播放影片時，解碼的時候會比較輕鬆，有點像是當成幻燈片播放的概念。但缺點就是這樣能夠壓縮的程度相當有限。不過，若有後製的需求，則這種編碼方式則會有比較多的調整空間。

影格內編碼模式

 
 

影格間編碼模式

這種編碼方式會分析連續的影格中，區分出關鍵影格與不重要的影格，僅記錄畫面中物體的移動軌跡。影片解碼的時候就可以重新運算出中間的影格，這樣就可以得到連續的影格畫面了。

這樣做的優點就是可以大幅度減少影片的容量，但缺點就是播放影片時則會加重電腦運算能力。

最常見的影格間編碼模式就是 H.264，它也稱為 MPEG-4 AVC (Advanced Video Codec)。

它分成 I、P、B 三種影格樣式：

• I 影格：完整的關鍵影格
• P 影格：當與前一個影格變化不大時，表示這個影格是可以預測的，僅記錄移動軌跡
• B 影格：在前兩種影格基礎下，再次進行預測的，而且這次會參考前後的影格，並記錄下移動軌跡

影格間編碼模式

 

這三種影格樣式組合可以稱為 GOP (Group of Picture)，它的長度取決於多久出現一次 I 影格。在位元速率固定的前提下，當 GOP 的數值越高，表示 P、B 影格出現越頻繁，表示壓縮率變高了，那就有更多空間可以塞下位元速率越高的畫面，同時影片的畫質就會比較好。

GOP 的示意圖

 

既然 H.264 編碼僅記錄關鍵影格，剩下的都是推測出來的影格，這樣就可以節省大量的儲存空間了。

但這也衍生出另外一個問題，當影格中出現不可預測的移動軌跡時，因 P、B 影格是依賴可預測的軌跡，因此可能會大量失真。

像是上圖出現有朋友經過，而且畫作還掉到地上。當畫面中的變化越多時，這就變成不可預測的軌跡了，到時候畫面就會變得模糊或是失真，此時可能就要調整成可調整的位元速率 (VBR，Variable bitrate) 來解決了。

 

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XAVC S、XAVC HS、XAVC S-I 是什麼？

前面講了那麼多，那總算可以來回答開頭提到的問題了，那就是以下這三種編碼到底是什麼？

• XAVC S
• XAVC HS
• XAVC S-I

其實這三種編碼，前面稍微都有提過了，只是換個名稱而已。

 
 

XAVC S

Sony 會使用 MPEG-4 AVC/H.264 編碼器來錄製動態影像。

在 Sony 的相機中還會出現兩種選項 XAVC S HD 和 XAVC S 4K，差異就是在於畫面的解析度，我想你應該有概念。

因為影片壓縮的關係，檔案容量就會變得比較小，適合記憶卡空間不大的攝影師。不過，當你需要後製調整時，可能也會因畫面失真而讓造成不能使用的情況。

這種編碼方式是現在 Sony 相機中最為常見的。
 
 

XAVC HS

Sony 會使用 MPEG-H HEVC/H.265 編碼器來錄製動態影像。

那什麼是 H.265 呢？它也稱為 MPEG-H HEVC (High Efficiency Video Coding)，同樣是一種影片編碼。

它的壓縮方式同樣有影格內編碼模式、影格間編碼模式...等等的方式。H.265 保留原來的 H.264 的某些技術，並同時改進算法。在相同的位元速率 (bitrate) 下，H.265 的影片容量只有 H.264 的一半。

雖然檔案變小了，但這也讓電腦更加吃不消了，像是播放 H.265 的影片就會消耗更多的硬體資源，尤其剪輯影片的時候更是如此。這就是為什麼電腦讀取 H.265 的影片都會很卡頓的原因。

現在比較新的 Sony 相機都有支援此格式，想用更加優異的影片編碼儲存自己的影視作品，那就不妨先從升級自己的電腦開始吧！
 
 

XAVC S-I

Sony 會使用 MPEG-4 AVC/H.264 編碼器來錄製動態影像。

與 XAVC S 不同的是，它會使用 All-I H.264 的方式進行編碼，也就是說將所有影格都當成 I 影格，也就是採用「影格內編碼模式」。

All-I 的示意圖

 

前面提到過，這種影片壓縮方式能夠節省的儲存空間有限，所以這種格式的檔案容量會比 XAVC S 還要大，但是若有後製的需求，則 XAVC S-I 會比 XAVC S 更有調整空間。

它比較適合錄製煙火這類畫面變化很大的景色，而像是室內比較靜態的錄影或是背景不太變化的場景，那就不太適合這種影片壓縮方式，拍完也有一種浪費儲存空間的感覺。

 
 

應該怎麼選呢？

這三種影片規格是現在 Sony 相機中比較常出現的，各自都有適合的使用時機。像布萊克平時記錄錄影片段時並不會有額外的用途，只是記錄生活而已，那我就會選擇最親民的 XAVC S 格式，檔案格式較小，讓我可以拍更長的影片。

布萊克幫你整理了這三種規格的優缺點，讓你比較出適合自己的方案。

 
 
 

結論

經過以上的介紹，你應該對於 XAVC 這三種規格已經有基本的認識，剩下的就是你自己深入實際測試，這樣才會讓記憶更加深刻。

以我個人來說，如果不是要追求極致的影片水準，基本上這三種規格表現出來的畫質都不會有太大的差異，但檔案容量上會有非常明顯的不同，對於電腦播放的效能也有不同的表現。

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by 工程師布萊克