4K中的10bit究竟是10.7亿种颜色还是一种编码格式

michaellv2015

       本来不想写这帖子，但是实在是看不过论坛中的一些只会度娘谷哥的嘴巴大神，不排除可能是某些别有用心的翘边模子（俗称“拖”）
       事情起因是俺提及有高端设备的用户（sony z9d+oppo203）反应UHD的颜色不如BD（摘自Sony电视吧，另自从UHD大量被破解在高清播放机论坛也有不少的Sony的4k用户反应此问题），但是马上就有人跳出来说UHD是10bit/10.7亿色，怎么可能不如8bit/1677万色，俺就告知其：10bit只是一种编码格式，然后就被两个翘边模子疯狂的冷嘲热讽！
       事实上，俺已经举例了五年前就已经出现了的x264 10bit的重编码，以前大名鼎鼎的思路制作组就曾出过大量的此类重编码，这种重编码的特性就是比常规的8bit重编码体积小30%左右，稍微有点常识的朋友看到这里肯定也会有疑问：为啥10bit的重编码反而比8bit的体积小？因为这个10bit并不是实际意义上的颜色位深，它只是一种更先进的编码格式。
       纯洁老实的俺生怕那两货不理解，还特地举例了一张16位颜色的照片，如果转化为真彩32位，那么体积不可能缩小只会大幅增加，可惜还是对牛弹琴。
       勤劳本分的俺甚至于亲自用不同的编码搞了好几段重编码样本，但是俺还是高估了只会胡言乱语，避重就轻的人的执着。

好吧，度娘谁不会呢？

一、摘自“知乎”作者：沈万马
10bit 视频是什么？相比起 8bit 视频有什么优势？简单说，10bit视频是指一种视频编码的特征，意思是每个颜色通道用10个bit来表达。这样，每个颜色通道的色彩级数从8bit的256级提高到了1024级，就可以更细致地表达颜色。
实际体验上，更细致的颜色分级意味着渐变色更细腻。在8bit编码下，有些时候一些渐变色块由于色彩变化范围很小而面积很大，容易导致一端到另一端总共只出现了很少的几种颜色，这就使得画面看上去不是渐变色带而是几块颜色，这种现象叫做banding。10bit由于颜色级数是8bit的4倍，色块就不容易出现，同时由于相邻颜色区别更小，人眼也难以看出色块之间的界限。

（从wiki偷来的banding效果图，左边是banding，中间是dithering，右边是高bit数下的效果）
虽然直观上感觉10bit比8bit多占用25%的数据量，但实际上在实践中10bit往往能带来更高的压缩率。这是由于10bit更能准确地描述颜色，提升了信噪比。例如为了解决banding，8bit编码技术可以通过一种称为dither（抖动）的方法，也就是在色块边缘混入细碎的相邻色的色点，来模糊色块边缘。但是由于这些色点的存在大幅提高了画面的复杂度，产生了许多冗余信息量。由于8bit必须采用这些技术来提高视觉观感，所以8bit编码往往要引入大量冗余信息，而10bit不需要dither也能实现一样的画面感受，所以往往10bit编码出来的视频大小小于同等质量的8bit视频。


（一张关于各种dithering算法的图）
有人可能关心10bit编码并没有意义，因为最终用户的屏幕可能只有6bit或者8bit。这不会使10bit变得没有意义，因为最终在输出阶段画面会经由输出硬件或渲染软件抖动。这样就能够在6bit/8bit的设备上实现类似10bit的输出效果。
当然10bit不是没有缺点。首先，计算机系统处理数据的单位往往是byte，也就是8bit。使用10bit，可能会浪费一部分硬件数据传输和处理能力，使得处理性能低于8bit编码。这也是为什么一直以来使用8bit的原因。同时，该技术较新，很多硬件和软件尚没有提供较好的支持，使得应用起来往往存在播放困难、消耗太多资源等等问题。


二、摘自百度文库
10bit视频编码——特性及全面播放方法介绍
      10bit重编码的优势，实际上就是用更高位深来进行数据的有损编码的优势，而且bit越高效果越好。最简单的一句话就是，压缩率更高，以更低的码率提供更好的还原效果，这已经足够具有意义了。
      在二进制下对8bit的源数据进行有损编码，造成相同量化损失时，以8bit为100%的error（残差）时，9bit为50%的error，10bit为25%，12bit为6.25%……所以在HEVC（也就是H.265）里有个叫IBDI（Internal bit depth increase）的技术，就是用12bit的内部精度来进行8bit源数据的重编码。
      例如：
      8bit源数据：  10011010
      8bit量化后：  10011011
      10bit量化后：1001101001
      12bit量化后：100110100001

      当然相同量化时肯定是bit越高的数据占的容量多，但由于损失程度的降低，综合下来的结果是，相同码率下高位深编码的还原程度始终大于等于低位深。
      而其实在目前的大部分有损音频编码里，不管输入的是16bit整数还是24bit整数，其内部都是用32bit浮点数来进行编码的，能大大减小error。至于为什么不在视频里用浮点数编码，可能的原因之一是，目前最强的桌面级CPU也只能勉强解码一个浮点数编码的1080p 24fps视频。

      至于你想说：“我只有8bit的显示设备，10bit有什么用呢？” 这不是什么问题，因为最终是要靠dither（抖动）转换成8bit RGB的，事实上madVR内部是不管你8bit还是10bit输入，都先升到16bit进行处理，最后再dither成8bit RGB32进行输出，所以它才能实现最高精度的转换和最小的error。
      而且最近还有这么一篇文章，对不同位深的YUV空间的色彩数量进行分析，发现8bit YUV转换成RGB后远远到达不了8bit RGB的16777216色（目前大部分高清视频就是属于8bit-Rec709的情况），只有用10bit及以上精度YUV转换为8bit RGB才能达到16.7M色：http://goldenhige.cocolog-nifty. ... gb2416777216yu.html

      另外也可参考这里taro大所说的：http://tieba.baidu.com/p/1356709843?pn=2

三、摘自SOS论坛视频技术基地
10bit-depth相比8bit-depth的优劣
10bit压制主要是通过提升编码的预测精度，从而在大多数有损压缩时可以采用更高的量化值，同时还能保证相当好的质量，于是可以在比8bit压制更低的码率下还原出更好的画面。

LimitRange前提，8bit量化下的Luma（亮度）和Chroma（色度）取值范围：Y:16-235，Cb/Cr:16-240。10bit量化下的Luma和Chroma取值范围：Y:64-940，Cb/Cr:64-960。所以10bit在更高的精度冗余下可以在有损编码时往往有更高的效率。

具体对于画质有利的方面主要在于：
1.防止banding（色彩平滑过渡区域的色带）产生
2.提升暗场效果
3.更好地容纳噪点
而这几项正好都是现在8bit压制中很难处理的地方。特别是对于动画，banding是个及其麻烦的东西。暗场是十分容易码率分配不足，并且产生画面劣化的部分（也就是所谓的“暗场烂掉了”；我记得凝芳文以前也抱怨过这些）。而噪点则是十分消耗码率。10bit下这些困难的东西都变得容易处理了（基本就不用特意再去额外处理啥的了）。

x264.nl去年10月提供了一个PDF（现在仍有），里面提到10bit能比8bit节省25%的码率（等质量）。如果只是比较banding/暗场这些的话，10bit即便只有8bit一半码率也往往可能表现更佳。另外，即使片源是8bit,
显示器本身也不支持10bit, 依然能享受到其75%的好处

不过10bit由于需要更多的采样，无损编码和极低码率编码均不如8bit（但正常来讲，没人会去用这么极端的压片方式吧）

跟8bit相比，10bit的解码需求也更高，但10bit
4:2:0比8bit 4:2:2还轻松，再加上现在解码器效率也不低，倒也不用担心太多

10bit到目前为止还没有支持硬解的解码器，故播放Hi10p
1080p需要比较强劲的CPU（24p的话，Core 2双核3GHz肯定能吃得消）
Flash
player还不支持10bit解码，所以10bit在线视频暂且没戏（不过flash那本身的解码效率和渲染效果……另一方面，HTML5本身似乎也没啥消息）
所有移动播放设备全灭

相同片源+压制参数比较，10bit编码比8bit慢18%~32%（测试得出的数据；不过通过合适改变参数，还是会发现10bit的编码速度+压缩率更优）

总体而言，10bit相比8bit还是利大于弊的，并且是能用眼睛看出来的，这也是为什么现在有人在不遗余力地推广10bit.



事实上，网上类似的文献或科普还有很多，真心不明白为啥还有人会死咬10bit是10.7亿种颜色！联想起4K的某些鼓吹者甚至于根本不是10bit面板电视机的翘边模子对此的忽悠，俺似乎一下子又都明白鸟！
当然也许只是俺被伤害后的老人心太过于敏感了，那么俺就送给那些嘴上大神们一句俺自己琢磨出来的土话：也许你能在网上查到对你有用的东东，但能让你成功的方法是绝对不可能有的（PS:如果有也是过时的）
实践出真知，这你妹是谁说的，咋现在的人就不喜欢了呢？

michaellv2015

今天把Super.HiVi.CAST.BluRay的原盘结构给办了，分别搞出了视频和音频两部分的REMUX，然后用不同的编码相同的参数压了几个重编码，目前正在上传中，准备同坛友们共同分享。

chncwk

michaellv2015 发表于 2017-10-26 15:12
今天把Super.HiVi.CAST.BluRay的原盘结构给办了，分别搞出了视频和音频两部分的REMUX，然后用不同的编码相 ...

这种测试碟，重编码后还有测试作用吗？

michaellv2015

chncwk 发表于 2017-10-26 15:52
这种测试碟，重编码后还有测试作用吗？

搞着玩玩，何况俺还是用CQ-16较高参数压制的，理论上重编码由于码率下降会洗掉一层颜色，但老实说一般的显示设备用户根本看不出来，不过你倒是提醒了俺，顺便把REMUX也上传了，正好让大家比较一下画质的区别。

michaellv2015

@毛毛雪，赶紧来现身吧！
不要紧的，俺这次写了足足有好几千个字，就凭你那张嘴总能找到能喷击的地方！
再说你只暴露了自己是01年注册的某个“大神”的小号而已，
不要紧的，实在不行大号出马俺也是奉陪的！
对于你这种靠忽悠平民大众为生的论坛蛀虫，俺绝对是奉陪到底的！

kitpoy

颜色就是编码呀，8bit就是，2^8*2^8*2^8=256＊256＊256=1677万呀，纯白参数就是255，255，255。10bit确实就是10亿色呀。8bit它也是一种编码方式

michaellv2015

kitpoy 发表于 2017-10-26 18:55
颜色就是编码呀，8bit就是，2^8*2^8*2^8=256＊256＊256=1677万呀，纯白参数就是255，255，255。10bit确实就 ...

这里的10bit绝对不是指10亿色，你再仔细看看上面俺摘自度娘上的内容。实际上，你可以将其当做一种更先进的压缩编码方式。

michaellv2015

其实还有一个更好检验的方法，各位家里肯定是有电视机的，直插USB基本也应该能播放普通的重编码视频，那么请你们去网上找一些x264 10bit的视频，看看是不是能播放。如果不能播放，那不就证明了10bit的本质就是一种编码方式，因为不能解码所以才会出现不能播放的情况。话句话说：如果真是10亿色，不可能存在不能播放的情况。
PS: 必须是x264 10bit的哦！

风中叶

10bit不是叫编码方式，叫量化位数。10bit量化可以带来10.7亿色的表现能力。

风中叶

h264,h265是一种编码格式。

michaellv2015

再来两张技术图：

这个官网开源的x265编码器，任何人都能免费下载


这个是解压缩后的文件列表，很明显10bit是单独用了一个编码器即可执行文件，如果10bit真的是代表颜色数量的话根本不会出现单独的编码器。道理很简单，有谁听说过把黑白照片转为256色的要用256色程序，把16位转为24位的要用24位程序？

michaellv2015

为啥黑白电视机也能放彩色电视节目，为啥老人机的渣屏幕也能显示高清晰的真彩32位图片？
那么为啥家里的老电视机盒子不能放X265编码的视频，为啥动漫组压制的x264 10bit重编码用高清播放机或电视机就不能播放了呢？
请大家仔细考虑一下，再来驳斥俺的观点。

风中叶

这个是非常简单的常识，无需讨论。

bluejd

10-bit color depth 怎么解释都不会改变它的本意。

godpiao

10bit 有硬件支持 就能展示10亿颜色 没毛病