Kodeki: kas tie ir videoklipā?

autors Kim Atjaunots: Jūnijs 27, 2022

Kodeki ir svarīga video veidošanas procesa sastāvdaļa. Kodeki ir algoritmu kopa, kas tiek izmantota saspiest un atspiest video un audio failus. Kodekam ir izšķiroša nozīme, lai samazinātu failu lielumu, ļaujot tos ātrāk pārsūtīt un uzglabāt.

Šajā rakstā mēs iepazīstināsim ar kodekiem, kā viņi strādā, un to nozīme video veidošanas procesā.

Kodeka definīcija

Kodeku ir tehnoloģija, kas kodē video, audio un datu straumes digitālā formā. Kodeki saspiež datus, lai tie aizņemtu mazāk vietas krātuvē vai pārraidei, kā arī uzlabo video vai audio straumes kvalitāti, uzlabojot tā vizuālo vai skaņu.

Kodekus plaši izmanto filmu, TV un mūzikas tiešsaistes izplatīšanā. Tiešsaistes straumēšanas pakalpojumi, piemēram, Netflix, Amazon Prime Video un Spotify izmantojiet kodekus, lai saspiestu to saturu, nekaitējot kvalitātei. Videoklipu kodēšana ar uzlabotiem kodekiem var padarīt tos mazākus, vienlaikus saglabājot oriģinālā avota materiāla kvalitāti. Tas ļauj straumēšanas pakalpojumiem viegli izplatīt videoklipus klientiem, neradot milzīgas joslas platuma izmaksas viņu tīklos vai infrastruktūrā.

Papildus efektīvas uzglabāšanas un pārraides nodrošināšanai kodeki var sniegt vairākas citas priekšrocības tiešsaistes straumēšanas pakalpojumu sniedzējiem, piemēram:

• Ātrāks ielādes laiks
• Uzlabota energoefektivitāte
• Labāka mērogojamība
• Paaugstināta ierīču saderība

Kodekus drošības nolūkos var izmantot arī satura failu šifrēšana lai tiem varētu piekļūt tikai pilnvaroti lietotāji.

Kodeku loma video

Kodeki, kodētāja-dekodētāja saīsinājums, ir algoritmi, kas atbild par video un audio failu saspiešanu un atspiešanu. Izmantojot specializētas saspiešanas metodes, kodeki spēj samazināt video un audio failu lielumu, būtiski nezaudējot kvalitāti. Tas nodrošina ātrāku augšupielādes un lejupielādes ātrumu neatkarīgi no tā, vai straumējat filmu vai spēlējat spēli tiešsaistē, kā arī aizņem daudz mazāk vietas cietajā diskā.

Turklāt kodekus izmanto arī video datu ierakstīšanas un pēcapstrādes laikā, lai izveidotu pēc iespējas augstākās izšķirtspējas attēlus ar dažādu kadru ātrumu, bitu pārraides ātrumu, krāsu dziļumu utt. Kodeki nosaka, kāda veida ierakstīšanas tehnoloģija tiks izmantota, piemēram, 4K izšķirtspēja vai HD — lai optimizētu skatīšanās pieredzi. Atkarībā no īpašajām prasībām katrai lietojumprogrammai ir pieejami vairāki dažādi kodeku veidi, piemēram:

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

Kodekss darbojas, saspiežot ievades straumi (ti, video vai audio) mazākos failos, kurus var efektīvāk pārvaldīt tīklos vai saglabāt vietējos diskos; tas ir pazīstams kā šifrēšana. Savukārt atskaņošanas laikā (piemēram, straumējot video tiešsaistē), saspiestie faili ir jāpārveido atpakaļ to sākotnējā augstas kvalitātes formātā, ko panāk dekodēšana iepriekš kodētā informācija; šis process ir pazīstams kā dekodēšana. Izmantojot atbilstošu aparatūru (piemēram, grafiskās kartes utt.), kodēšana ar aparatūras palīdzību var ievērojami uzlabot kodēšanas ātrumu ar minimālu kvalitātes zudumu, kas padara tos piemērotus lietojumprogrammām ar augstu kadru ātrums prasības, piemēram, reāllaika straumēšanas pakalpojumi vai mākoņa spēles.

Kodeku veidi

Kodeki ir video satura dzīvības spēks – tie nosaka, kā videoklipi tiek saspiesti, atspiesti un pārraidīti. Tie ļauj mums skatīties dažāda izmēra un izšķirtspējas videoklipus gandrīz jebkurā ierīcē. Ir pieejami daudz dažādu veidu kodeki, un katram ir atšķirīga loma video satura skatīšanās procesā.

Šajā rakstā mēs sīkāk aplūkosim visizplatītākie kodeku veidi:

Zaudēti kodeki

Zaudēti kodeki ir saspiešanas standarti, kas samazina oriģinālā video kvalitāti, upurējot attēla kvalitāti un datus faila lieluma dēļ. Mērķis ir padarīt video straumi pietiekami mazu, lai to varētu ātri un efektīvi skatīt vai lejupielādēt. Salīdzinot ar bezzudumu kodekiem, zudumu kodeki parasti rada mazākus failus ar mazāku datu apjomu, taču tas notiek uz asuma un vispārējās precizitātes rēķina.

Divi visizplatītākie zudumu kodeku veidi ir iekšrāmja or konstants bitu pārraides ātrums (CBR) un starpkadrs or mainīgs bitu pārraides ātrums (VBR). Intraframe kodēšana ieraksta visu satura kadru kā vienu vienību katrā saspiestajā failā; tas rada lielus failus, bet mazāk artefaktu starp katru kadru un augstākas kvalitātes attēlus kopumā. Interframe kodēšana sadala satura kadrus sadaļās, lai nodrošinātu vairāk saspiestu sadaļas bez pamanāmām izmaiņām starp kadriem; iegūtajiem failiem parasti ir mazāki izmēri nekā iekškadriem, bet arī vairāk artefaktu starp kadriem.

Populāri zaudējuma kodeku piemēri ir MPEG-4 AVC / H.264, MPEG-2 un H.265 / HEVC, Windows Media Video 9 (WMV9), RealVideo 9 (RV9), DivX, XviD un VP8/VP9. Tie ir kļuvuši arvien populārāki video straumēšanas lietojumprogrammās, piemēram, YouTube, jo tās spēj ātri saspiest lielu datu apjomu, būtiski nezaudējot attēla kvalitāti — apmeklētāji var skatīties garus videoklipus ar salīdzinoši zemu joslas platuma savienojumu, vienlaikus saglabājot saprātīgu vizuālo skaidrību.

Bezzudumu kodeki

Video kodeki ir datora programmatūras veids, ko izmanto digitālo video datu saspiešanai vai kodēšanai. Šis process ir nepieciešams, strādājot ar lieliem digitālajiem failiem, lai samazinātu faila lielumu un palielinātu faila lejupielādes, pārsūtīšanas vai straumēšanas ātrumu. Kodekus iedala divās atšķirīgās kategorijās: zaudējams un bezzudumu kodekus.

Bezzudumu kodeki nodrošina precīzu faila digitālo kopiju pēc kodēšanas, nodrošinot pilnīgu datu precizitāti, kas nodrošina precīzu digitālo dublēšanu dekompresijas laikā. Tas aizņem vairāk vietas nekā zudumu saspiešana bet arī neietver savus kropļojumus, kā arī viegli ļauj rediģēt audio/attēlu bez jebkādiem kvalitātes kompromisiem. Bezzudumu kodeki ietver tādus algoritmus kā:

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

Aparatūras kodeki

Aparatūras kodeki ir kodeki, kas izmanto īpašus aparatūras resursus, lai kodētu un atšifrētu video signālus. Dažās salīdzinoši jaunās datorsistēmās, piemēram, klēpjdatoros, ir uz aparatūras balstīta video kodētāja vienība, ko var izmantot, lai paātrinātu kodēšanas procesu. Šīs vienības ir ļoti efektīvas un var nodrošināt ievērojamas veiktspējas priekšrocības salīdzinājumā ar programmatūras kodekiem. Turklāt pastāv daži atsevišķi aparatūras kodeki, kas piedāvā profesionālas kvalitātes rezultātus apraides/straumēšanas lietojumprogrammām.

Divi galvenie aparatūras kodeku veidi ir Saspiešana/kodēšana un Kodeku dekodēšana:

• Kompresijas/kodēšanas kodeki: šīm ierīcēm bieži vien ir sava patentēta programmatūra, lai gan var būt pieejamas arī citas iespējas. Tie izmanto specializētus komponentus, lai veiktu video kodēšanu ļoti lielā ātrumā, nepatērējot daudz enerģijas vai CPU jauda attiecībā pret programmatūras kodētājiem. Tāpat kā programmatūras kodētāji, tie parasti ražos dažādus izvades formātus, piemēram H.264 vai MPEG-2/4 formātos.
• Kodeku dekodēšana: Šīs ierīces ir pazīstamas arī kā dekodēšanas kartes vai dekodēšanas paātrinātāji, un tām ir jaudīgas īpašas mikroshēmas, kas īpaši izstrādātas saspiestu video signālu dekodēšanai reāllaikā, nepatērējot pārāk daudz sistēmas resursu (CPU jauda). Īpašas dekodēšanas kartes ir izplatītas profesionālās vidēs, kur ir nepieciešams ātri atspiest lielu skaitu videoklipu, minimāli ietekmējot sistēmas veiktspēju un stabilitāti.

Populāri kodeki

Kodeki ir būtiski ikvienam, kas strādā ar video medijiem. Tās ir jūsu video faila sastāvdaļas, sastāvdaļas, kas ļauj video atskaņotājam atšķirt video un audio, kā arī datu saspiešanas metodes, lai atvieglotu to saglabāšanu un straumēšanu. Ir pieejami dažādi kodeki, un ir jāizvēlas savam projektam piemērotākais.

Šajā sadaļā mēs apspriedīsim populārākie kodeki:

H.264

H.264 (Pazīstams arī kā AVC MPEG-4) ir viens no populārākajiem kodekiem digitālo video failu kodēšanai izmantošanai dažādās lietojumprogrammās – no straumēšanas pakalpojumiem līdz Blu-ray atskaņotājiem un viedtālruņiem. Tā spēja saspiest augstas kvalitātes video salīdzinoši mazos failos padara to par vienu no visplašāk izmantotajiem un daudzpusīgākajiem kodekiem mūsdienu tirgū.

H.264 darbojas, sadalot digitālos kadrus 8 × 8 pikseļu blokos un pēc tam saspiežot tos, izmantojot dažādus algoritmus. Tā kā H.264 ir tik efektīva, tā var izveidot ļoti augstas kvalitātes digitālo video pat ar ļoti zemu bitu pārraides ātrumu, padarot to ideāli piemērotu plašam lietojumu klāstam, sākot no HDTV pārraidēm līdz plaša patēriņa multivides atskaņotājiem un viedtālruņu/planšetdatoru straumēšanas pakalpojumiem.

H.264 nodrošina atbalstu gan progresīvai skenēšanai (kur visas attēla līnijas sāk skenēt visas uzreiz), gan pītās skenēšanas video, lai gan lielākā daļa mūsdienu kodeku atbalsta tikai progresīvo skenēšanu, jo tie ir efektīvāki faila lieluma un joslas platuma izmantošanas ziņā. H.264 spēj apstrādāt arī izšķirtspēju līdz 4K (4096 × 2160 pikseļi), nodrošinot, ka tas joprojām ir aktuāls, jo vairāk satura veidotāju laika gaitā pāriet uz lielāku izšķirtspēju.

Papildus efektivitātei viena no galvenajām H.264 priekšrocībām ir fakts, ka to jau ir pieņēmuši daudzi ierīču ražotāji, kas lietotājiem atvieglo satura pārsūtīšanu starp ierīcēm, neuztraucoties par saderības problēmām vai nesaderīgām programmatūras/aparatūras konfigurācijām. Šī iemesla dēļ H.264 joprojām ir nozīmīgs kodeks dažādām ierīcēm un lietojumprogrammām mūsdienās, neskatoties uz jaunākām pieejamajām iespējām, piemēram, HEVC (augstas efektivitātes video kodēšana).

H.265

H.265, zināms arī kā Augstas efektivitātes video kodēšana (HEVC), ir video saspiešanas standarts, kas nodrošina efektīvāku kodēšanu nekā tā priekšgājējs, H.264/MPEG-4 AVC (uzlabotā video kodēšana). Tā atbalsta 8K izšķirtspēju un var saspiest video failus līdz divreiz efektīvāk kā iepriekšējais standarts – ar līdz Par 40 procentiem vairāk kvalitātes saglabāšanas nekā tā priekšgājējs.

H.265 ir dabisks H.264/MPEG-4 AVC pēctecis, nodrošinot lielākas saspiešanas iespējas ar minimālām komplikācijām un vienmērīgāku atskaņošanu atskaņošanas ierīcēs, piemēram, televizoros, viedtālruņos, klēpjdatoros un planšetdatoros. Tas ir atvērtā pirmkoda formāts, kas piemērots visu veidu saturam — no TV pārraidēm līdz video straumēšanai internetā un Blu-ray diskiem — ļauj satura veidotājiem nodrošināt maksimālu video kvalitāti, vienlaikus samazinot joslas platuma izmaksas.

H.265 elastība ļauj to izmantot plašā lietojumu klāstā, piemēram:

• Televīzijas apraide (tostarp 4K vai pat 8K)
• Straumēšanas un sakaru pakalpojumi, tostarp mobilajām un satelīta ierīcēm
• Virtuālās realitātes pieredze
• Veselības aprūpes lietojumprogrammas
• Jaunais HEIF attēla formāts — ļauj no digitālajām fotokamerām vai kameru tālruņiem uzņemtos attēlus saspiest vēl vairāk nekā jebkad agrāk, nezaudējot attēla detaļas.

VP9

VP9 ir Google izveidots atvērts un bezmaksas video kodeks. Izstrādāts lietošanai tīmekļa lietotnēs, tā piedāvā jaunākās tehnoloģijas ar uzlabotu saspiešanu straumēšanai un lejupielādei ar mazāku bitu pārraides ātrumu.

VP9 piedāvā arī dažādas funkcijas, kas ir noderīgas video lietojumprogrammām:

• augsts dinamiskais diapazons un krāsu telpas,
• bezzudumu kodēšanas režīms,
• adaptīvā straumēšana un kodētāja mērogojamība.

Tā atbalsta ne-kvadrātveida pikseļus, dažādu krāsu vai spilgtuma vērtību pārklājošus kvadrātus, laika prognozēšanas kodēšanas metodes (piemēram, kustības kompensāciju), kā arī iekšējās prognozēšanas kodēšanas metodes (piemēram, diskrētās kosinusa transformācijas). VP9 ir arī iespēja kodēt attēlus ar līdz 8 biti krāsu dziļuma uz vienu pikseļu. Formāts nodrošina labāku attēla kvalitāti, izmantojot vizuālas detaļas, piemēram, samazinātu trokšņu līmeni un asākas malas salīdzinājumā ar citiem iepriekšējiem kodekiem.

Atšifrējot VP9 straumi, lietotāja ierīce veic visu darbu, lai to atšifrētu vienā video kadrā. Tas nodrošina ātru piekļuvi un nodrošina ātrāku atskaņošanu nekā ar dažiem citiem kodekiem zemas atmiņas prasības. Tas jo īpaši attiecas uz gadījumiem, kad tiešsaistes lietotāji piekļūst vairākām straumēm vienlaikus no vairākiem avotiem; viņi to var izdarīt, neizmantojot visus savus skaitļošanas resursus, lai dekodētu katru atsevišķi. Turklāt piegāde, izmantojot izplatītu faila formātu, piemēram, MP4 palīdz nodrošināt saderību starp ierīcēm vai platformām, kuras citādi nevarētu skatīt citos formātos, piemēram, WebM vai MKV, kodētu saturu.

Kodeki un video kvalitāte

Kodeki ir svarīga video kodēšanas un dekodēšanas daļa, kas var ietekmēt video kvalitāte. Kodekus izmanto video failu saspiešanai un atspiešanai, un jūsu izvēlētais kodeka veids var ietekmēt video izmēru un kvalitāti.

Šajā rakstā mēs apspriedīsim dažādus kodeku veidus un kā tie var ietekmēt video kvalitāti:

bitrate

bitrate ir mērs, cik daudz informācijas kodekam ir nepieciešams, lai attēlotu konkrēto videoklipu. Mērot bitos sekundē, bitu pārraides ātrums var ietekmēt gan video kvalitāte un cik liels būs tā faila lielums.

Jo lielāks bitu pārraides ātrums, jo sīkāku informāciju var iekļaut kodēšanas (vai saspiešanas) procesā un tādējādi iegūsit labāku attēla kvalitāti. Tomēr tas nozīmē arī to, ka būs jāsaglabā vai jāpārsūta lielāki faili. Ja sūtāt video, izmantojot jebkāda veida digitālo tīklu (piemēram, internetu), iespējams, pamanīsit, ka lielāks bitu pārraides ātrums ievērojami palielina latentuma vai buferizācijas laiku.

Vēl viens faktors, kas ietekmē bitu pārraides ātrumu, ir izšķirtspēja — palielinoties izšķirtspējai, palielinās arī faila lielums, taču tas ir atkarīgs no citiem parametriem, piemēram, izmantotie kodeki, kadru ātrums un kadru izmēri. Parasti zemāks bitu pārraides ātrums parasti nodrošina sliktākas kvalitātes videoklipus, pat ja citi faktori, piemēram, ir augsta izšķirtspēja.

Visiem kodekiem ir savs ieteiktais ideālais diapazons vislabākā attēla kvalitāte un mazāks datu lietojums tāpēc saspiešanas procesa laikā noteikti apskatiet vēlamos kodētājus.

rezolūcija

Izšķirtspēja ir video informācijas mērs pikseļos, un tas ir viens no galvenajiem faktoriem, kas nosaka video kvalitāti. Ir svarīgi to saprast augstāka izšķirtspēja vienmēr radīs labākus videoklipus jo katrā kadrā vienkārši ir vairāk pikseļu. Tiešsaistes straumēšanā visbiežāk izmantotās izšķirtspējas ir 1920 × 1080 (Full HD) un 1280 × 720 (HD).

Augstākas izšķirtspējas video prasa lielāku apstrādes jaudu, kas var izraisīt saderības problēmas, ja lietotāja sistēma nav atjaunināta. Augstākas izšķirtspējas videoklipi nozīmē arī lielākus failus, kuriem ir nepieciešams labāks kodeks, lai tos varētu pareizi atskaņot visās ierīcēs. Tiešsaistes straumēšanai tiek izmantoti izplatītākie nozares kodeki H.264 vai AVC, VP8, VP9 un HLS vai Apple HLS (HTTP tiešraides straumēšana).

Atkarībā no jūsu lietojumprogrammas un ierīces veida, kurā plānojat piegādāt saturu, tiks noteikts, kurš kodeks jums ir vislabākais.

Galu galā, ja jums ir piemērots kodēšanas iestatījums, kas ietver labākais pieejamais kodeks tad jums nevajadzētu būt problēmām ar piegādi augstas kvalitātes video jebkurā izšķirtspējā kas neciestu no buferizācijas vai citām atskaņošanas problēmām, vienlaikus saglabājot labu vizuālās precizitātes līmeni.

Kadru ātrums

Kadru ātrums ir galvenais faktors, kad runa ir par video kvalitāti un kodekiem. Tas ir mērs, cik daudz atsevišķu kadru tiek uzņemts vienā sekundē, parasti mēra kadri sekundē (FPS). Jo augstāks kadru nomaiņas ātrums, jo vienmērīgāks būs uzņemtais materiāls. Zems kadru nomaiņas ātrums rada nemierīgu video, savukārt lielāks kadru nomaiņas ātrums ir efektīvāks plūstoša attēla nodrošināšanā.

Piemēram, ierakstot ar 8 kadri/s kameru, salīdzinot ar 30 kadri/s kameru, 8 kadri/s kamera radīs nevienmērīgāku kadru skaitu, jo tai ir mazāks kadru skaits sekundē. No otras puses, 30 kadri/s kamera rada vienmērīgāku kadru ar lielāku kustības izplūšanu nekā kamera ar ātrumu 8 kadri/s, jo uzņemtu kadru būtu trīs reizes vairāk.

Turklāt dažādiem kodekiem optimāliem rezultātiem ir nepieciešams atšķirīgs minimālais vai maksimālais kadru nomaiņas ātrums. Ja to izmantosit nepareizi vai nezinot kodeka prasības attiecībā uz saderību ar kadru ātrumu, var pasliktināties video kvalitāte. Visizplatītākie standarta kadru ātrumi lielākajai daļai pašreizējo video formātu un skatīšanās pieredzes ir 24 kadri/s (filmas) un 30 kadri/s (TV šovi). Tomēr daži kodeki var atbalstīt arī augstākus kodekus, piemēram, 48 kadri sekundē vai pat 60 kadri sekundē – vienlaikus nodrošinot izcilu vizuālo attēlu un gludumu salīdzinājumā ar zemākajiem līdziniekiem.

Secinājumi

Noslēgumā jāsaka, ka izpratne par kodekiem ir svarīga daļa, veidojot un skatoties videoklipus mūsu digitālajās ierīcēs. Zinot audio un video kodeku pamatus, to definīcijas un būtiskās atšķirības starp tiem, mēs varam pieņemt labāk apzinātu lēmumu, izvēloties un skatoties digitālos medijus. Turklāt, iegūstot vispārīgu pārskatu par populārākie video kodeki var arī sniegt mums labāku izpratni par to, kā dažādi kodeki var mainīt video izskatu un skaņu.

Visbeidzot, ir lietderīgi to paturēt prātā ne visi video kodeki ir savstarpēji saderīgi— tas nozīmē, ka noteikti videoklipi, kuriem nepieciešams viens kodeks, var netikt pareizi atskaņoti citā ierīcē, ja tā neatpazīst konkrēto veidu. Par laimi, mums tagad ir vairāk iespēju nekā jebkad agrāk, kad runa ir par mūsu iecienītā digitālā satura skatīšanu, tostarp labāku saderību starp vairākām platformām. Tāpēc veltiet laiku, lai izpētītu sev piemērotāko formātu un noskaidrojiet, kurš no tiem vislabāk atbilst jūsu vajadzībām!

Sveiki, es esmu Kima, mamma un stop-motion entuziaste ar pieredzi mediju veidošanā un tīmekļa izstrādē. Man ir milzīga aizraušanās ar zīmēšanu un animāciju, un tagad es ienirstu ar galvu stop-motion pasaulē. Izmantojot savu emuāru, es dalos ar jums savās mācībās.