“胶片成像的颗粒感，是数字影像无奈复制的独特魅力。”驰名导演克里斯托弗·诺兰在《信条》上映时示意。作为胶片电影的忠诚追随者，自处女作起，诺兰每一部影片都采纳胶片进行拍摄，其中包含《星际穿梭》《盗梦空间》等风靡寰球的著述。

诺兰导演口中的“胶片成像的颗粒感”，正是本文要探讨的Film Grain（胶片颗粒）。

为何Film Grain作为一种噪声，却能失去大量导演和观众的青睐？其实是因为在某些特定的非线性零碎中，噪声的存在可能加强强劲信号的检测能力，这种景象就称为随机共振。而在图像零碎中，在肯定噪声（如Film Grain）强度条件下，图像视觉品质能够达到更优的成果。

因而，Film Grain作为影视创作用意的一部分，在对视频进行编码时，无效保留Film Grain是十分重要的。

但Film Grain作为图像噪声，散布和大小都不规则，具备随机性。Film Grain的随机性使得传统编码技术难以无效压缩，同时也使得预测变得十分艰难，静止预计的精度也会升高。

就此，微帧科技在微帧Aurora AV1根底上研发了Film Grain编码技术，此技术已胜利利用于某出名PGC视频平台，并取得了客户及平台用户的认可。

应用AV1能更高效地保留与合成Film Grain。因为传统视频规范在制订时，并没有将Film Grain加进规范，使用传统编码方式对视频编码，容易造成grain散布不平均、保留不残缺等问题。而AV1在制订时就把Film Grain解决工具加进了规范，对于Film Grain编码和解码的反对度更高。

与开源libaom相比，微帧Aurora-AV1的劣势在于编码速度更快、效率更高，其次是能反对10bit Film Grain的去噪解决；并且，在开源libaom编码器上保留grain容易呈现显著的banding，微帧Aurora-AV1的自适应量化模式也能更好的防止这种状况。

针对不同类型的grain，微帧科技采纳Aurora-AV1视频编码器进行了3个方向的尝试：去噪+合成（Grain Synthesis）、间接保留（Grain Preservation）、保留+合成（Preservation+Synthesis）。

01、去噪+合成（Grain Synthesis）

Grain Synthesis是通过去噪解决去除视频中的grain，并预计出grain参数，这些参数将随压缩视频流一起发送至解码器，解码后，再将grain合成并增加到重建的视频帧中。

此办法有助于保留已编码视频的grain外观，与间接对grain进行编码比，能放弃更低的码率。

但Grain Synthesis的毛病在于：合成过程中的第一步须要生成一个64x64的模板，之后随机从模板中选取一个32x32的块。在选取的时候，x,、y的坐标须要小于32，导致相邻块选取的32x32块会有重叠，且朝向统一，在grain强的序列中的平坦区域非常容易产生pattern，以及显著的artifacts。

就此问题，微帧的解决办法是：选取grain的种子，只采纳pattern没那么显著的种子进行合成。

02、间接保留（Grain Preservation）

若源视频中的Film Grain是未经压缩的，能够用AV1 Film Grain工具进行重建；但对于已被转码压缩的视频，则很难重建。因为grain通过压缩后，会呈现低频重量，产生肯定的pattern，这些很难用AR model齐全示意进去。因而，对于显著有低频重量的grain pattern，须要通过间接编码的形式进行保留。

除此之外，对于grain比拟细的序列，采纳间接保留grain的形式，能让grain保留的更平均，也能保障更好的清晰度，使得在无grain artifact的同时生成较好的grain视频。

值得一提的是，采纳微帧Aurora-AV1间接编码保留grain，可能克制grain不统一和不同帧清晰度不统一的景象，这是一般AV1编码器目前所达不到的。

03、保留+合成（Preservation+Synthesis）

编码过程中还会遇到同一帧grain散布十分不平均的状况，比方上半局部有grain，下半局部没有grain，这种状况不能依赖Grain Synthesis的办法，因为规范全图都为同一种grain model。间接编码的形式则可能会呈现grain保留不残缺、不统一等状况。

对于相似这种简单的grain，微帧采纳的办法是：将grain合成，针对难以用Grain Synthesis规范生成的grain，间接依赖编码器进行编码；针对Grain Synthesis规范比拟好生成的grain，采纳规范生成grain，如高频的高斯噪声局部则能够采纳Grain Synthesis来合成。

Preservation+Synthesis的形式能解决Grain Synthesis的局限性，重现比较复杂pattern的grain。同时，减少了grain合成的形式会比间接编码的办法，能保留更多的细小的grain。