在 720p 屏幕上观看同一媒体的 1080p 和 720p 版本有什么区别？

Question

假设我的屏幕上有 1280x720 像素，当前分辨率也设置为 1280x720。同一媒体的1080p版和720p版有什么区别？最终用户（非视频专家或爱好者）是否会注意到它？

澄清编辑：问题是关于 .mkv 文件而不是 YouTube 视频。

Answer 1

理论

未经训练的眼睛可能不会注意到视频中的差异。1080p 视频无论如何都必须缩小。但是，它不会完全相同，因为压缩和缩放以不同的顺序应用。

让我们假设原始视频是 1080p。在这种情况下，720p 视频首先被缩放，然后被压缩。另一方面，1080p 剪辑首先在服务器端压缩，然后在您的机器上进行缩放。1080p 文件显然会更大。（否则它会提供更高的分辨率，但质量会降低，破坏视觉体验并使使用更高分辨率¹的意义无效）

有损压缩通常会导致视觉伪像，在视频暂停时显示为带有明显边缘的方形块，但在以正常帧速率播放时不可见。1080p 文件将包含比 720p 视频更多的方块（由压缩引起），但这些方块在两个视频中的大小大致相同。

做简单的数学计算，我们可以计算出 1080p 视频将包含 2.25 倍的此类块，因此将其缩小到 720p 后，这些块将比实际 720p 视频小 2.25 倍。这些块越小，最终视频的质量就越好，因此 1080p 视频会比 720p 视频看起来更好，即使在 720p 屏幕上也是如此。调整大小的 1080p 视频会比实际的 720 剪辑看起来更清晰。

如果源材料大于 1080p，事情会变得更加复杂。1080p 剪辑在播放之前首先缩放到 1080p 并压缩，然后在播放时再次缩放。720p 剪辑仅缩放一次，然后压缩。1080p 视频情况下的中间缩放步骤将使其质量略差²。但是，压缩会使 720p 变得更糟，因此无论如何 1080p 都会胜出。

还有一件事：压缩的不仅是视频，还有音频。当人们决定使用更高的比特率¹进行视频压缩时，他们通常对音频也这样做。同一视频的 1080p 版本可能比 720p 视频提供更好的音质。

¹：比特率是以文件大小为代价决定压缩视频有多好的因素。压缩视频时手动指定。它指定压缩视频的每一帧（或时间单位）可以使用多少磁盘空间。更高的比特率 = 更好的质量和更大的文件。使用相同的比特率和相同的帧率将产生（大约）相同大小的文件，无论视频分辨率是多少，但使用更高的分辨率，单个像素可以花费的磁盘空间越少，因此提高输出分辨率而不增加比特率会使压缩视频看起来比输出分辨率较低时更糟糕。

²：自己尝试：在任何编辑器中打开一张照片并将其缩放到更小的尺寸，然后一次又一次地将其保存为PNG。然后再次打开原始照片并一步将其缩放到相同大小。第二次尝试会得到更好的结果。

测试

@Raestloz 在他的评论中要求提供实际视频以进行比较。我找不到同一视频的 1080p 和 720p 版本进行比较，所以我做了一个。

我使用了“大象的梦想”电影（http://www.elephantsdream.org/）中的未压缩帧，这些帧在 CC-BY 2.5 下可用。我已经下载了 1-6000 帧，并使用ffmpeg和以下批处理文件将它们转换为视频：

ffmpeg -i %%05d.png -c:v libx264 -framerate 24 -b:v 500k -an -s 1280x720 -f mp4 _720p_500k.mp4
ffmpeg -i %%05d.png -c:v libx264 -framerate 24 -b:v 700k -an -s 1280x720 -f mp4 _720p_700k.mp4
ffmpeg -i %%05d.png -c:v libx264 -framerate 24 -b:v 1125k -an -s 1280x720 -f mp4 _720p_1125k.mp4
ffmpeg -i %%05d.png -c:v libx264 -framerate 24 -b:v 4000k -an -s 1280x720 -f mp4 _720p_4000k.mp4
ffmpeg -i %%05d.png -c:v libx264 -framerate 24 -b:v 500k -an -f mp4 _1080p_500k.mp4
ffmpeg -i %%05d.png -c:v libx264 -framerate 24 -b:v 700k -an -f mp4 _1080p_700k.mp4
ffmpeg -i %%05d.png -c:v libx264 -framerate 24 -b:v 1125k -an -f mp4 _1080p_1125k.mp4
ffmpeg -i %%05d.png -c:v libx264 -framerate 24 -b:v 4000k -an -f mp4 _1080p_4000k.mp4

• 24 帧/秒
• 1080p 和 720p
• 每个分辨率的四个恒定比特率：
  • 500 kbps
  • 700 kbps
  • 1125kbps
  • 4000 kbps

500 kbps 足够低，可以在 720p 视频上出现压缩伪影和失真。1125 kbps 是 1080p 的每像素比例比特率（500 × 2.25 = 1125，其中 2.25 = 1920 × 1080 / 1280 × 720）。700 kbps 是中间比特率，用于检查使用比 1080p 比例低得多的比特率是否有意义。4000 kbps 足够高，可以在两种分辨率下创建大部分无损视频，以便将调整大小的 1080p 与实际 720p 进行比较。

然后我将视频拆分回单帧。提取所有帧很慢并且占用大量空间（真实故事），所以我建议使用ffmpeg 的-r开关来提取每 8 帧（即-r 324 fps 视频）

我无法为视频提供面向未来的下载链接，但可以轻松复制这些步骤以创建像我这样的剪辑。作为记录，这里是输出文件大小：（两种分辨率应该大致相同，因为每秒比特率是恒定的）

• 500 kbps：13.6 MB / 13.7 MB
• 700 kbps：18.8 MB / 19 MB
• 1125 kbps：29.8 MB / 30.2 MB
• 4000 kbps：105 MB / 105 MB

本文末尾提供了提取帧示例的下载。

提高比特率和分辨率

这是缩放到 720p（第 2097 帧）后从两个帧中裁剪出的相同区域的比较。看看手指、头和悬挂在天花板上的设备：即使从 500 kbps 到 700 kbps 也会产生明显的差异。请注意，两个图像都已缩放到 720p。

框架 3705。注意地毯的边缘和电缆：

帧 5697。这是一个没有很好压缩的帧示例。1080p 700 kbps 视频不如 720 500 kbps 剪辑（耳朵边缘）详细。所有压缩帧上的皮肤细节都会丢失。

所有三个帧的 GIF，比特率不断增加。（不幸的是我不得不使用抖动，因为 GIMP 在 GIF 中不支持超过 255 种颜色，所以有些像素有点偏离。）

• 帧 2097
• 框架 3705
• 框架 5697

恒定比特率，不同分辨率

受@TimS. 评论的启发，这里是 2097 帧中的同一区域，720p 和 1080p 并排。

对于 500 kbps，720p 比 1080p 好一点。1080p 看起来更清晰，但这些细节实际上并不存在于未压缩的图像中（左边的裤子）。700 kbps 我称之为平局。最后，1080p 以 1125 kbps 的速度获胜：两个静止图像看起来基本相同，但右侧的图片有更明显的阴影（后墙上和右下方的管道）。

非常高的比特率

@Noah 在评论中提出了一个很好的问题：在比特率足够高的情况下，两张图像看起来是否相同？这是 720p 4000 kbps 与 1080p 4000 kbps 与未压缩帧 5697：

现在这是非常主观的，但这是我能看到的：

• 耳朵的左边缘在 720p 下像素化，但在 1080p 下平滑，尽管比特率相同。
• 720p 比 1080p 更能保留脸颊皮肤细节。
• 头发在 1080p 下看起来更锐利一些。

缩放在这里开始发挥作用。人们可以直观地回答，1080p 在 720p 屏幕上看起来会比 720p 差，因为缩放总是会影响质量。在这种情况下并不完全正确，因为我使用的编解码器（h.264，还有其他编解码器）有一些缺陷：它会创建在对比边缘可见的小框。它们也出现在 1080p 快照上（请参阅底部的链接），但调整为 720p 会导致一些细节丢失，特别是平滑这些框并提高质量。

好的，让我们计算 720p（左）和 1080p（右）与原始帧之间的差异并拉伸合同，使其清晰可见：

这张图片让我们更清楚地了解正在发生的事情。黑色像素在压缩（并调整为 720p）帧中完美呈现，彩色像素与强度成正比。

• 脸颊在 720p 上更接近原始图像，因为缩放平滑了右半部分的皮肤细节。
• 耳朵的边缘并没有那么接近未压缩的像素，但在 1080p 时更好。同样，在 720p 的一半上可以看到伪像 - 它们也会出现在未调整大小的 1080p 上，但缩放使它们平滑了，效果非常好。
• 头发在 720p 上看起来更好，因为它接近黑色，但实际上它看起来像是随机噪音。另一方面，1080p 的失真与头发边缘对齐，因此它实际上强调了发际线。这可能是再次缩放的魔力：缩放时“噪音”增加，但它也开始有意义。

免责声明

此测试纯粹是合成的，并不能证明现实生活中的 1080p 视频在较小屏幕上播放时看起来比 720p 更好。但是，它显示了视频比特率与调整为屏幕大小的视频质量之间的密切关系。我们可以有把握地假设 1080p 视频的比特率将高于 720p，因此它将提供更详细的帧，在大多数情况下增强观看者的体验。最重要的不是分辨率，而是视频比特率，它在 1080p 视频中更高。

为 720p 视频使用疯狂的高比特率不会使它看起来比 1080p 更好。压缩后缩小对 1080p 是有益的，因为它会塑造压缩噪声并消除伪影。增加比特率并不能弥补额外像素的不足，因为有损编解码器并不完美。

在极少数情况下（非常详细的场景），更高分辨率、更高比特率的视频实际上可能看起来更糟。

这个人工测试和现实生活中的视频有什么区别？

• 我假设 1080p 的比特率至少比 720p 高 40%。看看结果，我想20% 就足以注意到质量改进，但我还没有测试过。比特率的成比例增加将提供更好的结果，即使较低的分辨率与屏幕使用的匹配，但它不太可能在现实生活中使用。（不过，这是成比例的，@JamesRyan）
• 现实生活中的视频通常使用可变比特率 (VBR)。我采用了 1-pass 恒定比特率 (CBR)，希望它能让所有令人不快的压缩副作用更加明显。
• 不同的编解码器可以以不同的方式做出反应。该测试是使用流行的 h.264 编解码器进行的。

再说一次：我不是说这篇文章证明了什么。我的测试基于人工制作的视频。YMMV 为现实例子。尽管如此，该理论可能是正确的，没有任何迹象表明它可能是错误的。（除了缩放的东西，但测试处理它）

结论是，在大多数情况下，无论屏幕分辨率如何，1080p 视频都会比 720p 视频更好看。

下载：

• 帧 2097：
  • 720p@500k 720p@700k 720p@1125k 720p@4000k
  • 1080p@500k 1080p@700k 1080p@1125k 1080p@4000k
  • 1080p 未压缩
• 帧 3705：
  • 720p@500k 720p@700k 720p@1125k 720p@4000k
  • 1080p@500k 1080p@700k 1080p@1125k 1080p@4000k
  • 1080p 未压缩
• 帧 5697：
  • 720p@500k 720p@700k 720p@1125k 720p@4000k
  • 1080p@500k 1080p@700k 1080p@1125k 1080p@4000k
  • 1080p 未压缩

Answer 2

这在很大程度上取决于媒体。

例如，如果您有 720p 显示器并且您播放 youtube 1080p，我可以在事物移动时看到差异。它只是更详细一点。再说一次，眼睛训练不足的人可能看不出有什么区别。

除了 1080p 需要更多的渲染能力来显示之外，质量的提高，如果有的话，就是不值得的。我的建议是无论如何都选择 720p。