手机拍的一秒视频,装着多少个瞬间?
视频的原理:帧与帧率
先来两张,让小人眨个眼
别急着走路,先来最小的。拿两张纸,第一张右下角画个小人,眼睛睁着;第二张,在同一个角、同一个位置,画同一个他,眼睛闭上。两张叠好,左手捏住左边,右手拇指把右下角一弯一松,来回几遍——睁、闭、睁、闭,他冲你眨眼了。
两张,就是世界上最小的视频:一叠不动的画,换得够快,你就看见了动。
拿四张便利贴,你就能让一个小人走起来
你多半见过这个:一本书,每一页的同一个位置都画着一个小人,拇指飞快地把书页放开,小人就自己动起来了。眨眼两张就够,走路得加两张——我们自己来做一个,只要四张纸。
要准备的: 四张便利贴,或者随手撕的四张一样大的纸;一支笔。
第一步,画四张。 把四张纸摊开,一张一张画。第一张,在右下角画一个小人,两条腿并着站好。第二张,在同一个角、同一个位置,画同一个小人,左腿往前迈出去一点。第三张,那条腿迈得再开一点。第四张,右腿跟上来。四个小人要画在同一个角、差不多同一个高度上——位置差太多,待会儿他就不是在走,是满纸乱跳。
第二步,叠好。 按顺序叠成一叠:第一张在最上面,第四张压在最底下。四条边对齐。
第三步,把纸角弯起来。 左手捏住左边——就是没画画的那一边——捏紧别动。右手大拇指按在右下角那一叠纸角上,把四张一起往上弯,弯到拇指压住它们,四个小人都被扣在拇指底下。
第四步,慢慢松。 拇指一点点往外移,让纸一张一张从拇指上翻过去。你会看见第一张、第二张、第三张、第四张,一张一张露出来。
做对了是什么样: 四张能一张一张单独翻过去,不粘连、不一次过两张。要是翻得乱,把边对齐了再来一次。
第五步,翻快。 再来一遍,这回拇指一下松开,让四张一口气翻完。眼睛盯住那个角,别看别处——
他走起来了。
可你并没有画过一个会走的小人。你画的是四个小人,每一个都站在原地,一动不动。
翻快、翻慢,动会出现,也会消失
再翻一遍,这回慢一点。慢到一定程度,"走"就没了:你看见的是一张、又一张、又一张,四个各自站着的小人,一个接一个从眼前过去。它们没有连起来。
再翻快一点。快到某个地方,那四张忽然合上了——腿不再是四个姿势,而是一条正在走路的腿。
慢,是四张画;快,是一个人在走。画一张都没变,变的只有你翻它的快慢。

一秒翻过去多少张?这件事有个名字
那到底要多快?这就得看一秒钟里翻过去多少张。一张画,有个学名,叫一帧;一秒钟翻过去多少帧,也有个学名,叫帧率。
你刚才翻得慢,帧率低,四张各走各的;翻快了,帧率高,它们才合成一个走路的人。
电影一秒钟过去 24 帧。你用手机拍视频,多半是一秒 30 帧。这两个数不是算出来的,是人们一路试、一路商量定下来的——就像哪个编号代表字母 A,也是大家约好的,不是天生就该那样。
可你把它停住,一张都不会动
现在做件事:翻到一半,停住。手指压住那一叠,你手里是什么?一张纸,上面一个小人,站着不动。
换下一张看,还是一个站着不动的小人。四张全翻一遍,四个都不动。这一叠里,没有任何一张是动的。一张也没有。
可你刚才明明看见他走了。
那个"走",不在纸上。纸上只有四个站着的姿势。那个"走",是在你的眼睛和脑子里长出来的——上一张还没从你脑子里退干净,下一张就压上来了,你的脑子把它们接成了一段连着的动作。
它究竟怎么接的?说实话,人们给过好几种解释,到今天还在研究。这么常见的一件事——你每天看视频,每一秒都在发生——还没被完全弄明白。但它确实会接:你刚才亲手验过了。
1878 年,有人把一匹跑着的马切成了十二张
你刚才干的事,和一百多年前一个人干的,正好是同一件事的两头。
1878 年,美国加州。有位靠修铁路发了大财的老板,叫利兰·斯坦福——就是后来办起斯坦福大学的那位——他爱马,而且认准一件事:马跑起来的时候,有那么一瞬间,四只蹄子是同时离地的。
可他证明不了。马跑得太快,眼睛跟不上,你盯着看一整天,也说不清那一瞬间腿在哪里。当时画家画奔跑的马,都是前腿往前伸、后腿往后蹬,像在飞——那是画家想出来的姿势,不是看出来的。
斯坦福找来一位摄影师,叫埃德沃德·迈布里奇。迈布里奇想出的办法,正是你翻便利贴那件事反过来的一步:既然眼睛跟不上,那就把"跑"切成一张一张。
那年 6 月,在斯坦福的马场,他沿着跑道支起十二台相机,每台前面拉一根细线,横在马要跑过去的路上。马驮着骑手冲过来,身子碰断第一根线,第一台相机咔地拍下一张;碰断第二根,第二台拍下一张……十二根线一根接一根断掉,十二张照片就拍完了——全程不到半秒钟。你算算:不到半秒,十二张。这不就是一秒钟二十几张吗?和今天电影的帧率,差不多是一回事。
照片洗出来,答案清清楚楚:确实有那么一瞬间,四只蹄子全离了地。而且不是画家画的那个姿势——不是前后伸开的时候,是四条腿全收到肚子底下的时候。画了几百年的马,画错了。
这十二张照片今天还在,美国国会图书馆存着当年把它们印在一起的那张卡片。十二格从左上角数到右下角,你自己找一找:哪几格里,四只蹄子是全离地的?

最妙的是后面这一下。迈布里奇把这些姿势照着重新描到一块玻璃圆盘上,让盘子转起来,拿光一打——马又跑起来了。切开,是为了看清;转起来,动又回来了。这两头,他一个人都干了。
换成电脑,每一张都是上一期那种格子图
便利贴讲完了。换成电脑,道理一模一样,只是每一张换了个身份。上上期你已经知道电脑里一张图是什么了:切成一格一格的小方块,一格记一个颜色数字,这些小方块叫像素。现在把一叠这样的图排起来,按时间一张接一张送到屏幕上,一秒钟送过去二十几张——这就是一段视频。
所以视频的画面存在电脑里,就是一叠图的数字,按时间排好。屏幕做的事和你的拇指一样:把一张换成下一张,换得够快。
你现在手里有两把刀,其实是同一把:上上期切图片,把连成一片的画面切成一格一格,切在面上;上一期切声音,把连成一片的波切成一串数,切在时间上,那一刀叫采样;这一期切视频,把连成一片的动作切成一张一张,还是切在时间上。
你画的小人不会出声,视频却会说话
不过你那个小人,从头到尾一声不吭。你平时看的视频不是——里面的人会说话,脚步会响。声音是哪来的?上一期你已经拆过了:一段声音,就是按时间排好的一串数。
所以一段有声音的视频,其实是两串东西并排放着:一叠按时间排好的图,一串按时间排好的声音数。播的时候,两边得对上——第几张图配上第几段声音,差一点都不行。这件事有个学名,叫同步。
同步没做好会怎样,你多半见过:网络卡的时候,人的嘴还在动,声音慢半拍才到,口型就对不上了。那不是画面坏了,也不是声音坏了,是这两串东西没能对齐。
一秒二十几张,一部电影要装多少个数字?
最后算笔账。一秒二十几张,一部电影两个钟头,那就是十几万张图。每一张又是几十万、上百万个像素,每个像素还得记上几个数。
你自己乘一乘,大得吓人。这么多数字,一部电影怎么装得下?这个问题你先记着,答案是以后的故事。
可还有一笔账,我们欠得更久。还记得吗,前面有一期我们拆过:字母要进电脑,得先查一张表,换成编号。那张表一共 128 格,从头到尾,一个汉字也没有。
可你每天在手机上打的是汉字。你的名字,你写的每一句话,一个都不在那张表里。
那它们,到底是怎么挤进去的?——那就是我们下次,要一起拆开看的事了。
延伸阅读:胶片、慢动作,还有你电脑里的文件
正文到这里就讲完了。这一段是给还想再多翻一页的你——三个小角落,都守在"视频就是一叠不动的画"这一层,不往深里钻。
电影胶片:一格一格,对着光就能看见
今天的电影院早就用电脑放片了,可胶片这东西还在:博物馆里有,老放映机上有,还有些导演坚持用它拍。
一卷电影胶片,是一条长长的透明带子,上面一格一格,每一格就是一帧。带子两边打着一排小方孔,机器靠它一格一格往前拽。你把胶片举起来对着光,能一格一格数过去:这一格他抬起手,下一格手又高了一点。
一部两小时的电影,胶片能长到几公里。它就是你那一叠便利贴,摊平了,拉长了。
手机的慢动作,是怎么慢下来的
你手机里多半有个慢动作。拍出来的东西慢悠悠的,可你按下去的时候,世界并没有变慢。
它干的事很直白:拍的时候把帧率调高——平常一秒存 30 帧,慢动作一秒能存 120 帧甚至更多。放的时候,还是照常速一秒 30 帧放。
一秒里存下的东西,要花四秒才放得完,所以它慢了四倍。那些平常来不及记下的姿势,全被留住了。迈布里奇当年干的,正是这件事,只不过他用的是十二台相机。
你电脑里的 GIF 和 MP4
你在聊天里发过的那种会自己动的小图,多半就是 GIF。它记的正是今天讲的两样东西:一叠图,和每张停多久。所以它在谁的手机上都照样动——那一叠画是跟着文件一起走的。
你平时看的视频多半是 MP4。它记的还是那一叠图,只是存进去之前先缩过一遍——不然一部电影真装不下。怎么缩的?和上一期 MP3 是同一个问题,也是同一句回答:那是以后的故事。
翻一翻你那四张便利贴,再看一眼手机里的视频——它们是一回事:一叠不动的画,换得够快。动的那一部分,一直在你这边。下次看到 .gif、.mp4 这些后缀,你也知道:里头裹着的,都是你今天亲手翻过的那种一张一张。