Кодеци: какви са те във видео?

от ким Обновено: Юни 27, 2022

кодеци са важна част от процеса на видео продукция. Кодеците са набор от алгоритми, които се използват за компресиране и декомпресиране на видео и аудио файлове. Кодекът е от решаващо значение за намаляване на размера на файловете, което ви позволява да ги прехвърляте и съхранявате по-бързо.

В тази статия ще ви представим какво представляват кодеците, как работят, и техния значение в процеса на производство на видео.

Дефиниция на кодек

Кодек е технология, която кодира видео, аудио и потоци от данни в цифрова форма. Кодеците компресират данните, така че да заемат по-малко място в хранилището или за предаване, и също така подобряват качеството на видео или аудио поток чрез подобряване на неговата визуализация или звук.

Кодеците се използват широко в онлайн разпространението на филми, телевизия и музика. Онлайн стрийминг услуги като Netflix, Amazon Prime Video и Spotify използвайте кодеци, за да компресирате съдържанието си, без да правите компромис с качеството. Кодирането на видеоклипове с разширени кодеци може да ги направи по-малки по размер, като същевременно запазва качеството на оригиналния изходен материал. Това позволява на стрийминг услугите лесно да разпространяват видеоклипове до клиентите, без да налагат огромни разходи за честотна лента на техните мрежи или инфраструктура.

В допълнение към възможността за ефективно съхранение и предаване, кодеците могат да предоставят няколко други предимства на доставчиците на онлайн стрийминг като:

• По-бързо време за зареждане
• Подобрена енергийна ефективност
• По-добра мащабируемост
• Повишена съвместимост на устройството

Кодеците могат да се използват и за целите на сигурността от криптиране на файлове със съдържание така че само оторизирани потребители да имат достъп до тях.

Ролята на кодеците във видеото

кодеци, съкращение от „кодер-декодер“, са алгоритми, отговорни за компресиране и декомпресиране на видео и аудио файлове. Чрез използването на специализирани техники за компресиране, кодеците са в състояние да минимизират размера на видео и аудио файловете без значителна загуба на качество. Това позволява по-бързи скорости на качване и изтегляне – независимо дали предавате поточно филм или играете игра онлайн – както и заема много по-малко място на вашия твърд диск.

Освен това кодеците се използват и при записване и последваща обработка на видео данни, за да се създадат изображения с най-висока възможна разделителна способност с различни кадрови честоти, битрейт, дълбочина на цветовете и т.н. Кодеците определят кой тип технология за запис ще се използва – напр. 4K резолюция или HD – за да се оптимизира изживяването при гледане. В зависимост от специфичните изисквания за всяко приложение има няколко различни вида кодеци, като например:

• H264/AVC
• .265/HEVC
• VC-1/WMV9
• MPEG4
• VP8/VP9

Кодекът работи чрез компресиране на входен поток (т.е. видео или аудио) в по-малки размери на файлове, които могат да се управляват по-ефективно в мрежи или да се съхраняват на локални устройства; това е известно като кодиране. Обратно, при възпроизвеждане (например при стрийминг на видео онлайн), компресираните файлове трябва да бъдат преобразувани обратно в техния оригинален формат с високо качество, което се постига чрез декодиране кодираната информация от преди; този процес е известен като декодиране. С помощта на подходящ хардуер (като графични карти и др.), хардуерно подпомагано кодиране могат значително да подобрят скоростта на кодиране при минимална загуба на качество – което ги прави подходящи за приложения с висока скорост на кадрите изисквания като услуги за стрийминг в реално време или облачни игри.

Видове кодеци

кодеци са жизнената сила на видео съдържанието – те определят как видеоклиповете се компресират, декомпресират и предават. Те ни позволяват да гледаме видеоклипове с различни размери и разделителни способности на почти всяко устройство. Налични са много различни видове кодеци, всеки от които играе различна роля в процеса на гледане на видео съдържание.

В тази статия ще разгледаме по-задълбочено най-често срещаните видове кодеци:

Кодеци със загуба

Кодеците със загуба са стандарти за компресиране, които намаляват качеството на оригиналното видео, жертвайки качеството на изображението и данните в името на размера на файла. Целта е видео потокът да бъде достатъчно малък, така че да може да се гледа или изтегля бързо и ефективно. В сравнение с кодеците без загуба, кодеците със загуба обикновено произвеждат по-малки файлове с по-малко данни, но това е за сметка на остротата и цялостната прецизност.

Двата най-често срещани вида кодеци със загуба са вътрешнокадрови or постоянен битрейт (CBR) намлява интерфрейм or променлив битрейт (VBR). Вътрешното кодиране записва целия кадър със съдържание като единична единица във всеки компресиран файл; това води до големи файлове, но по-малко артефакти между всеки кадър и изображения с по-високо качество като цяло. Междурамковото кодиране разделя рамките на съдържанието на секции, за да позволи по-компресирани секции без забележима промяна между кадрите; получените файлове обикновено имат по-малки размери от вътрешните кадри, но също така и повече артефакти между кадрите.

Популярните примери за кодеци със загуба включват MPEG-4 AVC / H.264, MPEG-2 намлява H.265 / HEVC, Windows Media Video 9 (WMV9), RealVideo 9 (RV9), DivX, Xvid намлява VP8/VP9. Те стават все по-популярни в приложения за видео стрийминг като YouTube поради способността им да компресират бързо големи количества данни без значителни жертви в качеството на картината – посетителите могат да гледат дълги видеоклипове с връзка с относително ниска честотна лента, като същевременно запазват разумна визуална яснота.

Кодеци без загуба

Видео кодеците са вид компютърен софтуер, използван за компресиране или кодиране на цифрови видео данни. Този процес е необходим, когато работите с големи цифрови файлове, за да намалите размера на файла и да увеличите колко бързо се изтегля, прехвърля или предава поточно. Кодеците са разделени на две отделни категории: със загуби намлява Lossless кодеци.

Кодеците без загуба осигуряват точна цифрова реплика на файл след кодиране, като осигуряват пълна точност на данните, което позволява точно цифрово дублиране по време на декомпресия. Заема повече място от компресия със загуби но също така не включва собствено изкривяване, както и лесно разрешаване на редакции на аудио/изображения без никакъв компромис в качеството. Кодеците без загуба включват алгоритми като:

• LZW
• JPEG LS
• FLAC
• ALAC
• MPEG-4 ALS

Хардуерни кодеци

Хардуерни кодеци са кодеци, които използват специални хардуерни ресурси за кодиране и декодиране на видео сигнали. Някои сравнително нови компютърни системи, като лаптопи, включват хардуерен видео енкодер, който може да се използва за ускоряване на процеса на кодиране. Тези устройства са много ефективни и могат да осигурят значителни предимства в производителността спрямо софтуерно базираните кодеци. Освен това съществуват някои самостоятелни хардуерни кодеци, които предлагат резултати с професионално качество за приложения за излъчване/поточно предаване.

Двата основни вида хардуерни кодеци са Компресия/Кодиране намлява Декодиращи кодеци:

• Кодеци за компресиране/кодиране: Тези устройства често идват със собствен патентован софтуер, въпреки че може да са налични и други опции. Те използват специализирани компоненти за извършване на видео кодиране с много висока скорост, без да консумират много енергия или мощност на процесора спрямо софтуерните енкодери. Подобно на софтуерните енкодери, те обикновено произвеждат различни изходни формати, като напр H.264 или MPEG-2/4 формати.
• Декодиращи кодеци: Известни също като карти за декодиране или ускорители за декодиране, тези устройства разполагат с мощни специални чипове, проектирани специално за декодиране на компресирани видео сигнали в реално време, без да консумират твърде много системни ресурси (мощност на процесора). Специализираните карти за декодиране са често срещани в професионални среди, където голям брой видеоклипове трябва да бъдат декомпресирани бързо с минимално въздействие върху производителността и стабилността на системата.

Популярни кодеци

кодеци са от съществено значение за всеки, който работи с видео медии. Те са съставките на вашия видео файл, съставките, които позволяват на видеоплейъра да различи между видео и аудио, както и методите за компресиране на данните, за да улеснят съхраняването и предаването им. Налични са различни кодеци и трябва да изберете правилния за вашия проект.

В този раздел ще обсъдим най-популярните кодеци:

H.264

H.264 (също известен като AVC MPEG-4) е един от най-популярните кодеци за кодиране на цифрови видео файлове за използване в различни приложения – от стрийминг услуги до Blu-ray плейъри до смартфони. Способността му да компресира висококачествено видео в сравнително малки размери на файлове го прави един от най-широко използваните и гъвкави кодеци на пазара днес.

H.264 работи, като разделя цифровите кадри на 8×8 пикселни блокове и след това ги компресира с набор от различни алгоритми. Тъй като H.264 е толкова ефективен, той може да създаде много висококачествено цифрово видео дори при много ниски битрейтове, което го прави идеален за широк спектър от приложения от HDTV излъчвания до потребителски медийни плейъри и стрийминг услуги за смартфон/таблет.

H.264 осигурява поддръжка както за прогресивно сканиране (където всички редове на изображение започват да сканират наведнъж), така и за видео с презредово сканиране, въпреки че повечето съвременни кодеци поддържат само прогресивно сканиране, тъй като те са по-ефективни по отношение на размера на файла и използването на честотната лента. H.264 също може да обработва разделителни способности до 4K (4096×2160 пиксела), като се уверите, че остава уместно, тъй като все повече създатели на съдържание преминават към по-големи разделителни способности с течение на времето.

Наред с неговата ефективност, едно от основните предимства на H.264 е фактът, че той вече е възприет от много производители на устройства, което улеснява потребителите да изпращат съдържание между устройствата, без да се налага да се притеснявате за проблеми със съвместимостта или несъвместими софтуерни/хардуерни конфигурации. Поради тази причина H.264 продължава да остава важен кодек за голямо разнообразие от устройства и приложения днес, въпреки наличните по-нови опции като HEVC (високоефективно видео кодиране).

H.265

H.265, известен още като Високоефективно видео кодиране (HEVC), е стандарт за видео компресия, който осигурява по-ефективно кодиране от своя предшественик, H.264/MPEG-4 AVC (разширено видео кодиране). Поддържа 8K резолюция и може да компресира видео файлове до два пъти по-ефективно като предишния стандарт – с до 40 процента повече запазване на качеството от своя предшественик.

H.265 е естественият наследник на H.264/MPEG-4 AVC, осигуряващ по-големи възможности за компресиране с минимални усложнения и по-плавно възпроизвеждане на възпроизвеждащи устройства като телевизори, смартфони, лаптопи и таблети. Това е формат с отворен код, подходящ за всички типове съдържание – от телевизионни предавания до стрийминг на видео през интернет и Blu-ray дискове – позволявайки на създателите на съдържание да осигурят максимално качество на видеото, като минимизират разходите за честотна лента.

Гъвкавостта на H.265 му позволява да се използва в широк спектър от приложения като:

• Излъчване на телевизия (включително 4K или дори 8K)
• Стрийминг и комуникационни услуги, включително такива за мобилни и сателитни устройства
• Преживявания с виртуална реалност
• Приложения за здравеопазване
• Новият формат на изображението HEIF – което прави възможно изображенията, заснети от цифрови фотоапарати или телефони с камера, да бъдат компресирани повече от всякога без загуба на детайлност на изображението.

VP9

VP9 е отворен и безплатен видео кодек, създаден от Google. Разработен за използване в уеб приложения, той предлага най-съвременна технология с подобрена компресия за поточно предаване и изтегляне при по-ниски битрейтове.

VP9 разполага и с различни функции, които са полезни за видео приложения:

• висок динамичен диапазон и цветови пространства,
• режим на кодиране без загуби,
• адаптивен стрийминг и мащабируемост на енкодера.

Той поддържа неквадратни пиксели, припокриващи се квадрати с различни цветове или стойности на осветеност, методи за кодиране с времево прогнозиране (като компенсация на движение), както и методи за кодиране с вътрешно прогнозиране (като дискретни косинусови трансформации). VP9 също има способността да кодира изображения с до 8 бита дълбочина на цвета на пиксел. Форматът позволява по-добро качество на картината чрез визуални детайли като намалени нива на шум и по-остри ръбове в сравнение с други предишни кодеци.

Когато декодира VP9 поток, устройството на потребителя върши цялата работа, за да го декодира обратно в един кадър от видео. Това го прави бърз за достъп и позволява по-бързо възпроизвеждане, отколкото с някои други кодеци поради неговия ниски изисквания към паметта. Това се отнася особено когато онлайн потребители имат достъп до множество потоци наведнъж от множество източници; те могат да го направят, без всичките им изчислителни ресурси да са свързани в декодирането на всеки един поотделно. Освен това, доставка с помощта на общ файлов формат, като напр MP4 помага за активиране на съвместимост между устройства или платформи, които иначе не биха могли да преглеждат съдържание, кодирано в други формати като WebM или MKV.

Кодеци и качество на видеото

кодеци са важна част от кодирането и декодирането на видео, което може да повлияе на качество на видеото. Кодеците се използват за компресиране и декомпресиране на видео файлове и избраният от вас тип кодек може да повлияе на размера и качеството на видеото.

В тази статия ще обсъдим различните видове кодеци и как могат да повлияят на качеството на видеоклипа:

Bitrate

Bitrate е мярка за това колко информация се нуждае от кодек, за да представи дадено видео. Измерен в битове в секунда, битрейтът може да повлияе както на качество на видеото намлява колко голям ще бъде неговият размер на файла.

Колкото по-висок е битрейтът, толкова повече подробности могат да бъдат включени в процеса на кодиране (или компресиране). и по този начин по-доброто качество на картината, което ще получите. Това обаче също така означава, че ще трябва да се съхраняват или предават по-големи файлове. Ако изпращате видеоклипа си през всякакъв вид цифрова мрежа (като интернет), може да откриете, че по-високите битрейтове причиняват забележимо увеличаване на латентността или времето за буфериране.

Друг фактор, който влияе върху битрейта, е разделителната способност – с увеличаването на разделителната способност нараства и размерът на файла – но това зависи от други характеристики като използвани кодеци, кадрова честота и размери на кадрите. Като цяло, по-ниските битрейтове са склонни да дават видеоклипове с по-лошо качество, дори ако други фактори като разделителна способност са високи.

Всички кодеци имат свой собствен предложен идеален диапазон за най-добро качество на картината и най-малко използване на данни така че не забравяйте да разгледате предпочитаните от вас енкодери по време на процеса на компресиране.

Резолюция

Разделителната способност е мярката за информацията във видеоклипа по отношение на пиксели и е един от основните фактори, които определят качеството на видеото. Важно е да разберете това по-високите разделителни способности винаги ще създават по-добре изглеждащи видеоклипове защото просто има повече пиксели, натъпкани във всеки кадър. Най-често използваните разделителни способности при онлайн стрийминг са 1920 × 1080 (Full HD) намлява 1280 × 720 (HD).

Видеото с по-висока разделителна способност изисква повече процесорна мощност, което може да причини проблеми със съвместимостта, ако системата на потребителя не е актуална. Видеоклиповете с по-висока разделителна способност също означават по-големи файлове, които изискват по-добър кодек, за да могат да се възпроизвеждат правилно на всички устройства. Обичайните индустриални кодеци, използвани за онлайн стрийминг, включват H.264 или AVC, VP8, VP9 и HLS или Apple HLS (HTTP поточно предаване на живо).

В зависимост от вашето приложение и вида на устройството, на което планирате да доставяте вашето съдържание, ще се определи кой кодек е най-подходящ за вас.

В крайна сметка, ако имате подходяща настройка за кодиране, която включва най-добрият наличен кодек тогава не би трябвало да имате проблем с доставката висококачествени видеоклипове с всякаква резолюция които няма да страдат от буфериране или други проблеми с възпроизвеждането, като същевременно запазват добро ниво на визуална прецизност.

Frame Rate

Кадрова честота е ключов фактор, когато става дума за видео качество и кодеци. Това е мярката за това колко отделни кадъра са заснети за една секунда, обикновено се измерва в кадри в секунда (FPS). Колкото по-висока е скоростта на кадрите, толкова по-гладък ще изглежда заснетият материал. Ниската честота на кадрите води до накъсано видео, докато по-високите честоти на кадрите са по-ефективни при предоставянето на течно изображение.

Например, когато записвате с камера с 8 FPS срещу камера с 30 FPS, камера с 8 FPS ще произведе по-накъсани кадри поради по-малкия си брой кадри в секунда. От друга страна, камера с 30 FPS създава по-плавни кадри с повече замъгляване на движението между тях, отколкото камера с 8 FPS, тъй като ще има три пъти повече заснети кадри.

Освен това различните кодеци изискват различна минимална или максимална честота на кадрите за оптимални резултати. Ако се използва неправилно или без да знаете изискванията на вашия кодек за съвместимост с честота на кадрите, качеството на вашето видео може да се влоши. Най-често срещаните стандартни честоти на кадрите за повечето настоящи видео формати и преживявания при гледане са 24 кадъра в секунда (филми) и 30 кадъра в секунда (телевизионни предавания). Някои кодеци обаче могат да поддържат и по-високи – като напр 48 fps или дори 60 fps – като същевременно осигуряват превъзходна визуализация и плавност в сравнение с по-ниските си колеги.

Заключение

В заключение, разбирането на кодеците е важна част от създаването и гледането на видеоклипове на нашите цифрови устройства. Познаването на основите на аудио и видео кодеците, техните дефиниции и значителните разлики между тях може да ни помогне да вземем по-добре информирано решение при избора и гледането на цифрова медия. Освен това, като имате общ преглед на най-популярните видео кодеци може също така да ни даде повече разбиране за това как различни кодеци могат да променят външния вид и звука на видеото.

И накрая, полезно е да имате предвид това не всички видео кодеци са кръстосано съвместими— което означава, че определени видеоклипове, които изискват един кодек, може да не се възпроизвеждат правилно на друго устройство, ако то не разпознае този конкретен тип. За щастие, сега имаме повече възможности от всякога, когато става въпрос за гледане на любимото ни цифрово съдържание – включително по-добра съвместимост между множество платформи. Така че не бързайте да проучите правилния формат за вас и разберете кой работи най-добре за вашите нужди!

Здравейте, аз съм Ким, майка и ентусиаст на stop-motion с опит в създаването на медии и уеб разработката. Имам огромна страст към рисуването и анимацията и сега се гмуркам с главата напред в света на стоп-кадъра. С моя блог споделям наученото с вас, момчета.