系列之5─能讓你流暢播放影像的音效濾鏡-Reclock

今天要介紹的Reclock這個東西，為DirectShow Filter的一種，在MPC的架構裡面它會作為Audio renderer被呼叫，它是SlySoft論壇上的James所開發，主要有兩大特色，其一為強大的音訊輸出功能，支援XP的Kernel Streaming或WIN7的WASAPI輸出，Bitstream的數位輸出，以及各種位元率和取樣率的轉換；其二就是同步功能，這個同步是指螢幕更新率跟影片速率(FPS)的同步，透過小幅度的對音訊和視訊串流做加減速讓其跟螢幕更新率完全同步，以達至最流暢的影像播放。

不裝Reclock對播放影片有沒有什麼影響呢？老實說並沒有什麼太大的影響，在前面的系列文之中，我們該有的解碼器都裝了，渲染器部分也設定好了，字幕的問題也解決了，播放各式各樣的影音格式都不成問題，但如果您眼睛夠利，也許會發現畫面的呈現有一點點的"奇怪"，而這個"奇怪"，在於畫面的移動，似乎不是那麼的平滑，有點抖動的感覺，不是那麼的"順"，亦或是畫面的變換或拉動忽快忽慢，不是用一種平穩的速度呈現，或是偶爾給你跳個一下......我舉的這些例子，其實我敢說大部分的人平常在電腦上看影片都不會注意到，但是當你看過"正確呈現"，真正平滑順暢的影像，再回過頭來檢視這些以前這些沒有正確呈現的影片，你或許會驚覺自己以前竟然能容忍那麼多糟糕的播放效果而不自知！

這就是我要寫文介紹Reclock的原因，Reclock能幫助影片正確的呈現出它原本該有的效果，而且這軟體並不消耗資源，就算不使用madVR或只使用MPC-BE內建的解碼器解碼，也可以搭配Reclock使用。事實上我強烈建議安裝這個軟體，對我而言看影片時已經到沒有它不行的程度了。

這邊簡單解說一下何謂同步，以及Reclock的運作方式及它會遇到的一些限制：

我們知道所謂的螢幕更新率，代表螢幕每一秒鐘呈現多少畫面，以一般的LCD電腦螢幕而言，大多為60Hz，也就是一秒更新60個畫面。但其實60Hz並不是精確的數字，實際上它的更新率會多一點或少一點，像我兩個LCD螢幕顯卡設置裡皆為60Hz，但實際測出來一個60.00779Hz，另一個是59.88230Hz，最後面兩位數字還會跳動。

而所謂的影片速率，或影片幀數，或影片格數，指的是影片每一秒鐘有幾個畫面，單位為fps(frames per second)，一般常見的電影或動畫幀數為24fps，電視劇為30fps(60場併為30幀計算)，但實際上在電腦上播放時它的視訊串流也不會是整數，而是23.976 fps(更精確來說是24/1.001=23.976023976......)和29.970 fps(30/1.001)。
這個微小的差異有沒有影響呢？其實是有的，後面我們會做實驗證明。

接下來要講同步或非同步，所謂的同步，即是螢幕更新率為影片幀數的整數倍，反之則為非同步。例如在60Hz上播放30fps的影像，即為同步，播放24fps的影像，即為非同步。影片如果在同步的狀況下播放，每一個幀在畫面上停留的時間都相同，影片幀數能完美配合螢幕更新，像上面的例子，60Hz更新率的螢幕上播放30fps的影像，幀的呈現為1122334455667788......依此類推，如此在一秒內呈現了60個影像(因更新率為幀數兩倍，故每個幀都呈現兩次)。而非同步的狀況就不同了，螢幕更新率並非影片幀數的整數倍，故每個幀在畫面上停留的時間就不相同，某些幀必須重複比較多次，像上面的例子，60Hz更新率的螢幕上播放24fps的影像，幀的呈現就會變成11122333445556677788......，依此類推，以3:2的比例在一秒內呈現了60個影像(有點類似前面講交錯式影像時提到的3:2 pulldown，但注意這邊全部是指循序式影像的處理)，而這個做法造成的影響是在觀賞時影像會有輕微的顫動感(judder)，尤其在橫向拉動的畫面最為明顯，播放幾個有類似場景的24p影片看看是否感覺得出來，另外我們也可以試著暫時把MPC的渲染器改成EVR-CP，然後播放影片時按"Ctrl+T"打開抖動測試，看看那兩條紅線的移動中是否能感覺得到所謂的"judder"，如果感覺不出來，可以先播一個有同步的，再播一個沒同步的，應該就能感覺到紅線在跑時有一點不一樣了吧。

但這邊有一點我要強調的是，Reclock並不能讓本來就完全非同步的影像變成同步(其實並不是不行，但那麼做的話會造成音質嚴重損失，故不建議)，而是讓本來看似同步實際上並沒有真正同步的影像達到真正完美的同步。例如前面提到的60Hz更新率的螢幕上播放30fps的影像，看起來好像是同步，實際上我們從精確的數字來看並沒有真正的同步，我們之前有提過真正的螢幕更新率可能為59.882，而影片播放時真正的速率也不是30fps而是29.970fps，我們做個簡單的計算，59.882/29.97=1.998......，並非剛好整數倍，而為什麼會有這種情形呢？那是因為兩者的速率是依據不同的裝置時鐘決定的，螢幕更新率是由系統時鐘(system clock)來決定，而影片的播放速率則是由音效裝置時鐘來決定(audio hardware clock)，兩者並非完全的契合，存在一個偏移量(audio clock deviation)，而這是造成一切問題的根源。
影片播放一段時間後，影片的速率超過螢幕的更新率，而必須drop掉一個frame；或是影片的速率跟不上螢幕的更新率，而必須repeat(重複)一個frame，如此才能維持聲音和影像的同步，而這樣週期性的掉格或重複畫格正是讓我們視覺產生影片速率不一致，卡頓感，忽快忽慢或是顫動感的主因。

在EVR-CP渲染底下播放一個本來應該要同步的影像，按Ctrl+J打開OSD，可看到那個類似心電圖的東西，紅線是螢幕更新率，綠線是影片速率，兩條線一開始平行，然後綠線會慢慢飄升(或降低)到一個程度又拉回去，而那個轉折表示有drop或repeat一個幀，我們視覺上會覺得影像有奇怪的感覺也正是這個時候。

而本來非同步的影像更不用說了，紅綠線呈現鋸齒狀，而且也有週期性的跳動

而Reclock做的，是把影片速率做小幅度的加減速，例如把29.970fps加速到30fps，並對聲音做重取樣(例如原本48000Hz，重取樣為48048Hz)，如此在保持影音同步的情況下讓影片速率跟螢幕更新率能夠達到完全的同步。我們來看看上面的例子用了Reclock同步後會變怎樣。

螢幕更新率60Hz，播放29.970fps的影片，使用Reclock，可以發現紅線跟綠線現在恆為平行線，綠線經過很長的時間也不會飄升或降低，不會有轉折出現，意即完全同步，沒有任何drop或repeat的幀。

螢幕更新率60Hz，播放23.976fps的影片，使用Reclock，可以發現Reclock並無法自動讓完全不同步的影像變成同步(手動可以，但先前提過如此大幅度的強行同步極損音質，因為聲音重取樣的幅度過大)，不過Reclock依然能做到穩定幀率的作用，這邊可以觀察到紅綠性呈現穩定的鋸齒狀，而不會產生週期性的大跳動。

我們換回madVR，一樣播放時開啟OSD來觀察幀率資訊，首先為螢幕更新率60Hz，播放29.970fps的影片，不使用Reclock的情況，可以看到其顯示"1 frame drop every 16.57 seconds"，表示其計算出每16.57秒左右可能會掉一幀，並且下方的"dropped frames"也的確會有週期性的增加。

再來看看螢幕更新率60Hz，播放29.970fps的影片，使用Reclock的情況，可以看到其顯示"1 frame repeat every 1.65 hours"，可見幀率明顯穩定了，達到完全同步，不再產生掉格或重複幀。

螢幕更新率60Hz，播放23.976fps的影片，不使用Reclock的情況：

螢幕更新率60Hz，播放23.976fps的影片，使用Reclock的情況，可以發現在不同步的情況下，對穩定幀率依然有一定的作用，這對畫面表現有一定程度的改善，但並無法完全消除judder就是，因為其畫面呈現依然是111223334455566......這類3:2重複的模式。

事實上我們平常會播放的影片可能有很大一部分都是23.976fps這種幀率的影片(大部分的電影、動畫、還有一些紀錄片都是1秒24格拍攝的)，要如何讓其達到同步播放呢？大致上有兩種路徑可行，第一種是從顯示裝置下手，使用支援48Hz、72Hz、96Hz、或120Hz這種24fps整數倍螢幕更新率的的CRT螢幕、液晶/電漿電視、或投影機並搭配Reclock來播放，如此就可以得到有如原生24格影片在電影院播放那種原汁原味又順暢的播放體驗。而nvidia的顯示卡據說可以以自訂解析度的方式讓60Hz的LCD以72Hz來顯示，不過我並沒有用過N卡，無法提供太多的心得，我本身是用A卡，也曾以PowerStrip這類軟體改過更新率，不過會有一些小問題，並不是很推薦就是，建議還是使用直接支援以上更新率的顯示裝置方為上策。第二種路徑，是使用之後會介紹的SVP這個補幀軟體，直接將24fps的影片插補到60fps，如此配合Reclock也可以完全同步，不過這種方式是會有一些副作用在的，留待SVP的篇章再做解釋。
在madVR v0.86之後的版本，有第三種路徑可以選擇，即madVR新增的"smooth motion FRC"這個功能，也能讓24p@60Hz的情形達到完全同步。

下面提供一張範例是23.976fps的影片在我的CRT開120Hz上播放的結果，這種情況下影片是以111112222233333444445555566666......這種每個幀重複5次來達到每秒120個畫面的更新率並完全同步。

講完影像的部分，也順便來談談聲音的部分，Reclock對於聲音的輸出也是有正面幫助的，前面提到Reclock支援XP的Kernel Streaming或WIN7的WASAPI輸出，這東西可以讓你聲音輸出時繞過Win底下的混音層直接送給音效驅動，可以確保聲音訊號的低延遲及減少失真，我們來看看以下的圖解，用紅線標出的路徑即為Reclock走WASAPI的Exclusive Mode(獨佔模式)的傳輸路徑。

前面講了那麼多的廢話，希望大家不要介意，接下來正式介紹Reclock的安裝及設置方法：

首先先到官方討論頁下載：

https://forum.slysoft.com/showthread.php?56678-ReClock-1-8-8-0

安裝時勾選前兩個就好，如果電腦裡有安裝TMT或PowerDVD也可依版本一併勾選，不過須注意Reclock必須是最後安裝的

安裝好後到WIN的控制台>聲音>音效裝置 內容>進階裡，確認獨佔模式下面兩個選項都勾選，取樣率和位元深度，如果要用Reclock的DirectSound輸出而非WASAPI的話，看音效驅動有支援到多大就選最大的那個

從程式集(所有程式)或桌面打開Reclock的設定頁，如下圖，下方依代號來解釋各個選項：

1. 聲音訊號輸出的模式，建議選擇WASAPI Exclusive(WIN7)或Kernel Streaming(XP)，但如果不喜歡影片播放時音效被獨佔，就選擇DirectSound(default)，DirectSound為WIN預設的音效輸出。WASAPI Exclusive是讓音效使用WASAPI的獨佔模式，播放時WIN7底下的音量控制會失去作用(因為被繞過了)，軟體層面只能從播放程式本身調整音量，不過如果有外接擴大機的話，建議將播放程式音量調至100%輸出，在擴大機上面控制音量即可，如此可以得到最低失真的音訊輸出。
2. 調整緩衝區的大小，預設是500ms，這個值建議越小越好，不過小到一個程度可能會產生爆音，所以要依自身系統去調出一個可以接受的最小數值，像我的系統大概300ms左右，再小就很容易爆音了。
3. Sampling rate選擇"Same as input"即可，除非遇到音效驅動不支援的取樣率才指定一個驅動支援的取樣率讓它重取樣。Quality的部分選擇"Best Sinc Interpolation"。Format的部分建議選擇"24 bit int padded to 32"，並勾選"16 bit integer for 16 bit source"。這邊解釋一下，經由音訊解碼器(例如LAV audio decoder)解碼出來的PCM訊號，其位元深度可能有16bit整數、24bit整數、32bit整數、32bit浮點數這幾種形式，大部分音效驅動都支援16bit整數和32bit整數的訊號輸入，但不一定支援24bit整數和32bit浮點數，而上面這樣設定遇到24bit整數的訊號會將其後面幾位填0變成32bit整數的訊號輸出，32bit浮點數則轉成32bit整數輸出，16bit整數維持16bit整數輸出，也就是這樣設定相容性比較高且不失品質。當然如果你確定你的音效驅動全都支援的話也可以選擇"Same as input"。如果只支援16bit整數也可以選擇"16 bit int"，這樣Reclock都會幫你轉換成驅動可接受的形式，而且據說Reclock的轉換有使用dither的算法，可以維持一定的轉換品質。
4. 一般狀況下這四個選項都不用勾選，解釋一下，第一個選項是把單聲道訊號拓展成立體聲。第二個選項"Set matching speakers configuration"如果勾選的話WIN的音效輸出會去對應輸入的訊號，例如你有7.1聲道喇叭，如果影片音效是7.1聲道訊號就會用7.1的喇叭輸出，而如果是2聲道的訊號就會用2聲道的設定讓7.1聲道的喇叭輸出，也就是只有前方左右兩支喇叭有聲音而非把2聲道擴展到全部的喇叭都有聲音(這點並不是很確定，如果有誤歡迎指正)，如果有使用多聲道喇叭，或者有用HDMI輸出PCM訊號才有必要勾選此選項，一般兩聲道的喇叭輸出不必勾選此項。第三個選項"Time Streching"是指影片在做加減速時進行時間展延以維持聲音的原本音高，一般小幅度的加減速並不需要這個動作，有需要的是我前面提過的強行大幅度的加減速動作，不過就算維持原音高還是會造成聲音的嚴重失真，故這個選項也不建議勾選。第四個選項是用S/PDIF或HDMI做數位輸出時才有需要勾選，一般也不用勾選。

到"video settings"這個分頁，建議如下圖設定，用紅線框起來的"Assumed frame rate when not found"指定一個幀率，選自己最常看的影片幀率即可，播放時就算跟播放的影片不合Reclock也會在幾秒鐘後自動校正成正確的幀率，所以不用擔心。左下角的"Clean-up manual frame rates database"，每次更新過顯卡驅動後請按一下這選項清除資料庫的資料讓它重抓，我的經驗是這樣比較不會出問題。

到"Advanced settings"這頁，建議如下圖設定，左下角的"Clean-up video clock timings database"，一樣每次更新過顯卡驅動後最好按一下這選項清除資料庫的資料讓它重抓

打開MPC-BE，到設定選項>音訊 裡面，把Audio Renderer改成"ReClock Audio Renderer"，就可以在播放影片時讓其自動被調用了

設定到此告一段落，現在試著播放影片，會發現右下角工作列出現Reclock的時鐘小圖示，通常使用Reclock第一次開影片時速度會較久，因為Reclock在抓取螢幕更新率資料，並在其資料庫中建檔，之後再開就不會拖慢速度了。而工作列的Reclock時鐘小圖示有三種顏色，紅色、黃色、跟綠色，紅色表示還沒抓取到影片幀率資訊，黃色表示影片幀率跟螢幕更新率不同步，綠色則表示影片幀率跟螢幕更新率同步。

在時鐘小圖示上點一下左鍵，可叫出Reclock狀態選單，以下依代號解說

1. 影片的視訊串流跟音訊串流資訊，視訊：幀率、解析度、掃描形式、色彩空間、位元深度；音訊：原取樣率、聲道數、位元深度
2. 影片播放的螢幕之更新率和解析度
3. 視訊渲染器和音訊渲染器的資訊，例如其顯示目前為WASAPI獨佔模式輸出
4. 視訊加減速的方式，預設是AUTO，會自動執行小幅度加減速，不用去改，若要使用我前面提過的強行同步就是去下拉式選單指定一個可以同步的幀率。另外下面也會顯示音訊重取樣的結果，一般AUTO的話重取樣的結果並不會差原取樣率太多。那個"Locked"選項勾了就是把下拉式選單鎖住而已，如果有指定幀率，勾了的話開別的影片就不會自動變回AUTO而是鎖在你選擇的那個幀率，如果是用AUTO的話，勾不勾都可以，沒什麼差別。
5. 將歐規PAL(25fps)的視訊減速到24fps，這個是搭配madVR那篇提到過的PAL幀率轉換功能時才需要勾選的，一般不需要勾選。

關於Reclock的重取樣(resample)，DOOM9上也有網友提供一個SSRC resampler，這個是舊版的Reclock所使用，CPU使用率會稍微增加一點點，不過提供比較好的重取樣品質，最新版的Reclock使用的是Libresample resampler，CPU使用率較低不過取樣品質比SSRC稍微差一點點，下面提供該網友的發帖，裡面有載點跟說明：

http://forum.doom9.org/showthread.php?p=1610883#post1610883

http://forum.doom9.org/showthread.php?p=1610921#post1610921

載點分流：
http://www.mediafire.com/?4om183nv6rakfgx

只需將下載的"resampler.dll"這個檔案放到Reclock的安裝資料夾裡並覆蓋原有檔案即可，最後再到Reclock的設定第一頁，Quality的部分重新設置為"Best Sinc Interpolation"。

不過也有一派人士認為(包括madVR的開發者madshi)如果影片觀賞過程中沒有很明顯的掉幀或重複幀的現象，就沒有必要去使用Reclock讓幀率跟螢幕更新率達到高精確的同步，畢竟Reclock為了達到同步而對音訊串流做的重取樣動作還是多少會對音質有一些負面的影響，如果你的耳朵十分敏銳並且也同意這種看法的話，透過下圖的設定就會取消Reclock的同步功能，而仍能夠使用Reclock來進行WASAPI輸出

如圖，勾選"Slave reference clock to audio"，Speed的選單選擇"Original speed"並勾選"Locked"，這樣設定的話以後開啟影片都會預設不使用Reclock的同步功能，如果覺得有需要就這樣設定吧！

謝謝大家看完我成串的廢話，enjoy it！


2013/01/26新增內容：

關於時間展延功能的使用方法，其可以在影片加速或減速播放的時候，維持影片的原來音高而不會讓聲音變得讓唐老鴨一樣。如果有需要用到這個功能的話，可將Reclock設定頁第一頁如下設定(如果只會快進的話也可只勾"when speeding up")

MPC-BE讓影片快進或慢進的熱鍵是"Ctrl+Up"或"Ctrl+Down"，每按一次就增加加減速幅度，如下圖是2倍速播放，不過請注意，這個動作跟在上面文章提到的從下拉式選單選擇幀率讓其強置同步的原理是完全一樣的(2倍數播放其實就是幀率變兩倍)，所以對音質有一定程度負面影響

2014/02/23  補充說明：

目前最新的版本為1.8.8.3，但比較不建議更新到此版本，因為開發者降低了幀率自動偵測的優先權，所以只要設定頁第二頁有先設定幀率的話播放時都會用該幀率強制覆寫，如果要讓1.8.8.3版的Reclock自動偵測幀率的話就必須先在設定頁第二頁幀率那邊改成"unknown"，並且點一下左下角"Clean-up manual frame rates database"清除之前的資料庫，播放時才會自動參測幀率，但如此一來會變成大部份影片(例如23.976、29.970、59.970都會)播放開始前幾秒偵測到影片幀率時都會有一個小爆音，如不介意者當然沒有影響，但我會推薦用回1.8.8.0版照我文中之前的設定先預選常看的影片幀率然後再讓它自動偵測，就比較沒有這個問題.....

1.8.8.3的話必須如此設定