影片位元速率是什麼？壓縮影片關鍵，讓觀影品質大躍進

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大家好，我是布萊克。在拍攝影片的時候，時常會看到 100Mbps 這類的選項，你知道這是什麼意思嗎？不知道沒關係，這裡面有一些很有用的知識，布萊克也會用這篇文章告訴你應該怎麼提升影片品質。有幫助到你的話也歡迎幫我分享出去喔！

影視創作者討論拍攝素材／出自 Pexels

 
 
 

Bitrate 是什麼？

前面提到的 bps 是 bits per second 的縮寫，中文名稱為位元速率 (Bitrate)，也就是每秒鐘可以傳遞多少位元 (Bit) 的意思，是用來計算頻寬最常見的單位。這樣的概念在電信和網路的領域稱為傳輸頻寬，而在多媒體稱為影像流量，同一件事情只是說法不同。

在位元速率中是以 bps 為單位，那麼

• 1kbps 就是每秒有 1,000 bits 的意思
• 1Mbps 就是每秒有 1,000,000 bits 的意思

 
 

Mbps 與 MB/s 差異

以下這段是寫給不懂位元組 (byte) 和位元 (bit) 關係的朋友看的，如果你已經理解，可以跳過喔！

看完 Mbps 之後，那還要再來看一個 MB/s，它又是什麼？你可能會說「這不就是每秒幾 MB 的意思嗎？那與 Mbps 應該是同一個意思」。

這想法當然是錯的！

Mbps 與 MB/s 是不同的

 

Mbps 與 MB/s 雖然都是講每秒鐘傳輸多少流量的意思，但差異就是在一個是小寫 b，一個是大寫 B。小寫 b 表示是 bit 的意思，也就是位元；大寫 B 表示是 byte 的意思，也就是位元組。

1 byte (位元組) = 8 bits (位元)。

Mbps 與 MB/s 是有換算關係

 

也就是說，Mbps 要除以 8 才會是 MB/s。

 

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影像流量 vs. 影片容量

講到網路速度「每秒的流量」的意思，你可能懂得是什麼意思，畢竟現在很多人都是吃到飽的網速。那同樣的概念搬到多媒體領域，「影像流量」又是什麼意思呢？

講簡單一點就是影片每秒包含的數據量，當需要記錄的訊息越多，影片容量就越大。

影像流量決定影片的容量大小

 

一般人拍影片的目的大多數是為了記錄生活，所以並不會太在意影片的細節。但如果今天換作是一個創作者可就不同了，影視作品相當注重畫面的細節，否則可能就會引來網友的抱怨。

影視創作者拍攝 Vlog 影片／出自 Sony Camera Channel YouTube 頻道

 

看到這邊，你應該對於影像流量 (位元速率) 有點基本的認識了，但可能還不是那麼有 FU...

先讓你看兩張圖，這是我從一段影片擷取下來靜態圖，同樣都是 1080p 60fps 的影片。怎麼樣？是不是與你映像中 1080p 就應該要有優異的畫質有衝突呢？這就是位元速率的威力。

50Mbps 的截圖

800kbps 的截圖

 

明明都是同樣的解析度，低位元速率的截圖會有類似馬賽克的效果，而高位元速率的截圖則相當清晰。光是截圖就有那麼大的區別了，如果換作是整部影片都這樣呢？那觀眾作何感想。

而影片的解析度越高，那就會需要更高的位元速率來紀錄畫面中的細節，但並不是越高越好，超過一定的門檻之後，肉眼就無法辨識出差異了。

目前多數的影片平台如 YouTube 或 Vimeo 都有限制影像流量，例如在 YouTube 內就有限制 4K 影片最多只有 45Mbps，以節省平台的硬碟空間與觀眾的網路流量。

Youtube 影片建議的位元速率

 

很多相機可以拍到 4K 100Mbps 的影片，但要上傳到網路上只剩下 45Mbps，等於是要犧牲掉 55% 的細節呀！因此，要在這些限制下做到最好的影片品質是不容易的事情。

 

那麼應該怎樣在硬碟空間與影片質量上取得一個平衡呢？那你應該考量壓縮影片，或是調整影像流量至最佳化。

布萊克之前已經有寫過一篇文章介紹影片壓縮的概念了，快看看這篇文章解惑一下吧！

 
 
 

調整影像流量 (位元速率) 方法

看完上面的基礎介紹，那麼可以來談談怎麼在有限的影像流量達到最佳的品質了。因為網路上找得到的轉檔工具都有點複雜，布萊克也不確定影片中的解析度、音質、畫質、色彩深度...等有沒有被調整到。

因此，為了確保以下的內容不被其他的設定給動到，我用 ffmpeg 這個開放原始碼的自由軟體，但缺點是沒有任何 UI 介面，只有指令才能操作，因此我會在下方提供一些指令給你參考。

 
 

固定位元速率 CBR

CBR = Constant Bitrate

既然影像流量是有限制的，那最簡單且粗暴的方式就是固定成一個定值，讓每幀影格都用相同的空間，那就可以精準掌握影片的檔案大小了。

聰明如你，你一定也知道這不是一個好的調整方式，畢竟每個影片甚至每個畫面都不相同，這不可能會是最佳的影片品質。

如果不是硬碟空間考量，那布萊克建議你不要使用這個模式。

以下是 ffmpeg 的指令，因沒有原生的 CBR 模式，因此經由限制最大與最小的位元速率來模擬 CBR 模式。

ffmpeg -i 原始檔名.mp4 -c:v libx264 -x264-params "nal-hrd=cbr" -b:v 800k -minrate 800k -maxrate 800k -bufsize 3000k 新檔名.mp4 -benchmark

• -c:v libx264 表示指定的編碼
• -x264-params "nal-hrd=cbr" 指定 CBR 模式
• -b:v 設定新影片的平均位元速率
• -minrate 設定最小的位元速率
• -maxrate 設定最大的位元速率
• -bufsize 控制緩衝區大小
• -benchmark 顯示轉換時間

 
 

可變式位元速率 VBR

VBR = Variable Bitrate

依照使用者自行設置的目標位元速率、最高與最低的位元速率，用以配置影格的空間。畫面比較簡單的影格就用低位元速率，複雜的畫面就用高位元速率。

如果想要讓更精確的運用位元速率，那還可以設置 2 個以上的階段 (稱為 Pass)。第 1 次事先分析影片，並且標註出幾個關鍵影格，讓那幾幀影格配置較多的空間給它們記錄資訊量，其他比較靜態的影格就配置較少的空間即可。

分析完後就知道整部影片的重要資訊在哪裡了，接著第 2 次就從頭開始限制位元速率。但也因為需要多一次的分析時間，所以輸出影片時需要多一些時間，這就看你是要時間還是要質量了。

ffmpeg -i 原始檔名.mp4 -c:v libx264 -b:v 2000k -pass 1 -f mp4 NULL -benchmark
ffmpeg -i 原始檔名.mp4 -c:v libx264 -b:v 2000k -pass 2 新檔名.mp4 -benchmark

• -c:v libx264 表示指定的編碼
• -b:v 設定新影片的平均位元速率
• -pass 設定階段
• -f mp4 設定封裝格式
• -benchmark 顯示轉換時間

 
 

平均位元速率 ABR

ABR = Average Bitrate

這種模式與 VBR 相似，都要使用者自行設置的目標位元速率。不同的是，VBR 可能要經過兩次或多次的階段，但 ABR 只需要一次就能限制位元速率了，所以壓制的時間比較短。

不過，沒有事先分析影片要怎麼配置位元速率？

其實這個模式會預先讀取未來的幾個影格做為參考，如此就可以計算現在的影格要配置多少空間給它，但並不精準。

如果更後面的影格是比較有動感或說較豐富的畫面，如跑步之類的。前面的影格可能已經用完大量的空間了，那就只能犧牲後面的影格了。因此，這個模式可能會在影片前、後都有較差的畫質。

ffmpeg -i 原始檔名.mp4 -c:v libx264 -b:v 2000k 新檔名.mp4 -benchmark

• -c:v libx264 表示指定的編碼
• -b:v 設定新影片的平均位元速率
• -benchmark 顯示轉換時間

 
 

恆定品質因子 CRF

CRF = Constant Rate Factor

當影片不知道要給多少位元速率時，或是沒有壓制經驗的朋友，要設置前面幾項參數真的很困難。這時使用 CRF 模式可能比較簡單，而且僅需要預先給定一個品質指標數值就好。

在這個模式下會自動分配位元速率來達到一定品質，每個影格都會配置適當的空間，藉此保持影片品質。

設定上並不需要指定目標位元速率，因此無法預測壓制之後的影片容量。CRF 僅需要設定一個數字，可以說是品質指標，它的範圍介於 0~51 之間，預設值是 23，0 是最高品質，但需要等待最久的壓制時間。

你可以自行調整品質參數，但數字小到一定的程度之後，肉眼也幾乎無法辨識出差異，可以斟酌一下。

ffmpeg -i 原始檔名.mp4 -c:v libx264 -crf 23 新檔名.mp4 -benchmark

• -c:v libx264 表示指定的編碼
• -crf 設定 CRF 模式，數字越低，品質越高
• -benchmark 顯示轉換時間

 
 

做個小結論

上面講了很多位元速率的設定方式，每種都有其優劣之處。如果時間很多就使用 CRF 模式，有硬碟空間考量就用 CBF 模式，要兼顧硬碟與時間就選擇 VBR 或 ABR 模式。這樣的說法可能較為粗糙，可以都試看看自行比較一下各種模式之間的差異。

限制位元速率的方法還有很多，文章中討論的是壓縮影片的冰山一角而已。更何況這次討論的只有畫面而已，聲音的部分都沒有深入探討，但這不是本篇文章的重點。

而 ffmpeg 還有提供 x.264 的預設集 (Preset)，x.264 是一種基於 MPEG-4 AVC/H.264 標準寫出來的工具。

經由設定預設集 (Preset)，可以快速設定 x.264 編碼時所用的各種參數，總共有 10 種樣板。至於怎麼選就跟你電腦的 CPU 有關係，有興趣的可以自行摸索看看。

x.264 預設集與不同位元速率的消耗時間／出自 FFmpeg 網站

 

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做個實驗比較一下

以下的實驗都是拿旅遊時拍的同一段影片來壓制，解析度是 Full HD 1080p (1920x1080)，位元速率是 50Mbps 60fps。影片原檔有 17 秒，總共 117MB。
 
 

相同位元速率，高畫質會很模糊

本次是採用 CBR 模式限制位元速率在 800kbps，分別壓制出 1080p 與 360p 影片。

從下方的截圖中應該不難發現高畫質的 1080p 影片，有很明顯的馬賽克，而且顏色有斷層，人臉也是模糊不清的。而 360p 的影片雖然也看不清人臉，但至少輪廓是相當清晰的，也沒有明顯的馬賽克。

1080p (1920x1080) 影片，容量是 1.96MB

360p (640x360) 影片，容量是 1.83MB

 
 

相同解析度，高位元速率較清晰

本次是採用 CBR 模式，將同一個 1080p 影片分別限制位元速率 2000kbps 與 800kbps。

前面的介紹就有強調位元速率會影響影片品質，高位元速率能容納較多的細節，品質就會出來了。因此，2000kbps 的影片品質明顯比較優異。

限制 2000kbps，容量是 4.28MB

限制 800kbps，容量是 1.96MB

 

雖然高位元速率很重要，但高到一定的程度之後，肉眼也會無法辨識出差異。舉個例子來說，下面就是 50Mbps 與 10Mbps 的差異，這兩者差距 5 倍的位元速率，但細緻程度似乎不到 5 倍。

影片原檔 (50Mbps)，容量是 116MB

限制 10Mbps，容量是 19.1MB

 
 

n-Pass VBR 模式比較

本次是採用 VBR 模式，將同一個 1080p 影片限制平均的位元速率為 2000kbps 並分別以 1 次與 2 次階段 (Pass) 壓制。

在硬碟容量有限制的時候，經常會使用 VBR 模式來壓制影片，畢竟可以預測出影片容量。但如果位元速率過低，低到像是現在的 2000kbps，經過兩次的階段 (Pass) 可能會有反效果，馬賽克的感覺更明顯了。

建議要使用多次階段 (Pass) 壓制時，請先提高平均的位元速率，如提高至 10Mbps 之類的，以影片品質為優先。

1-Pass，容量是 4.16MB

2-Pass，容量是 4.76MB

 
 

原檔與 CRF 模式比較

本次是採用 CRF 模式，並且設定數值至預設的 23。

前面講了那麼多設定位元速率的方法，但詳細要設定多少倒是要按情況來判斷，無法有個統一的原則。這時使用 CRF 模式就比較簡單了，而且壓制的品質還不錯。

從下方的原始影片與 CRF 模式壓制的結果，應該不容易看出差異。即便布萊克將這兩張截圖疊在一起快速切換，也僅存在一點點差異而已。這也就是我們壓縮影片想要得到的效果，既節省硬碟空間，也不會讓影片品質損失太多。

影片原檔 (50Mbps)，容量是 116MB

CRF 為 23，容量是 15.4MB

 
 
 

結論

壓縮影片是一門很深的學問，寫了這篇文章才知道這裡面水有多深。如果文章上有遺漏一些重要的資訊也請見諒，或是可以在下方留言跟我討論你的看法。

經過前面的介紹，你應該知道影像流量 (位元速率) 的重要性了，這並不是數字越大越好，也要為了你的硬碟著想。

文章中也有介紹到如何壓制影片，布萊克是採用 ffmpeg 這個軟體，也可以使用你慣用的軟體來壓縮影片。除此之外還有介紹一些壓制的模式，每種都有適用的場合，沒有對錯。

以我個人來說，我會採用 VBR 或是 CRF 這兩種模式，畢竟對我來說壓制的時間可以在晚上睡覺的時候來做，時間上不會是問題，保留優良的品質比較重要。

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by 工程師布萊克