Kodeki: czym są w wideo?

przez kim Aktualizacja: 27 czerwca 2022 r.

Kodeki kodów kreskowych są ważną częścią procesu produkcji wideo. Kodeki to zestaw algorytmów używanych do kompresować i dekompresować pliki wideo i audio. Kodek ma kluczowe znaczenie dla zmniejszenia rozmiaru plików, umożliwiając szybsze przesyłanie i przechowywanie.

W tym artykule przedstawimy, czym są kodeki, jak oni pracują, i ich znaczenie w procesie produkcji wideo.

Definicja kodeka

Kodek to technologia kodująca strumienie wideo, audio i danych w postaci cyfrowej. Kodeki kompresują dane, dzięki czemu zajmują mniej miejsca w pamięci lub podczas transmisji, a także poprawiają jakość strumienia wideo lub audio, poprawiając jego wygląd lub dźwięk.

Kodeki są szeroko stosowane w internetowej dystrybucji filmów, programów telewizyjnych i muzyki. Usługi przesyłania strumieniowego online, takie jak Netflix, Amazon Prime Video i Spotify używać kodeków do kompresji treści bez uszczerbku dla jakości. Kodowanie filmów za pomocą zaawansowanych kodeków może zmniejszyć ich rozmiar przy jednoczesnym zachowaniu jakości oryginalnego materiału źródłowego. Dzięki temu usługi przesyłania strumieniowego mogą łatwo dystrybuować filmy do klientów bez nakładania ogromnych kosztów przepustowości na ich sieci lub infrastrukturę.

Oprócz umożliwienia wydajnego przechowywania i transmisji, kodeki mogą zapewnić dostawcom transmisji strumieniowej online kilka innych korzyści, takich jak:

• Szybsze czasy ładowania
• Poprawiona efektywność energetyczna
• Lepsza skalowalność
• Zwiększona kompatybilność urządzeń

Kodeki mogą być również wykorzystywane do celów bezpieczeństwa przez szyfrowanie plików zawartości tak, aby tylko upoważnieni użytkownicy mieli do nich dostęp.

Rola kodeków w wideo

Kodeki kodów kreskowych, skrót od „coder-decoder”, to algorytmy odpowiedzialne za kompresję i dekompresję plików wideo i audio. Korzystając ze specjalistycznych technik kompresji, kodeki są w stanie zminimalizować rozmiar plików wideo i audio bez znaczącej utraty jakości. Umożliwia to szybsze przesyłanie i pobieranie — niezależnie od tego, czy przesyłasz strumieniowo film, czy grasz w grę online — a także zajmuje dużo mniej miejsca na dysku twardym.

Ponadto kodeki są również używane podczas nagrywania i przetwarzania danych wideo w celu tworzenia obrazów o najwyższej możliwej rozdzielczości z różnymi szybkościami klatek, przepływnościami, głębią kolorów itp. Kodeki określają, jaki rodzaj technologii nagrywania będzie używany – np. 4K rozdzielczość lub HD – w celu optymalizacji wrażeń z oglądania. W zależności od konkretnych wymagań dla każdej aplikacji, dostępnych jest kilka różnych typów kodeków, takich jak:

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

Kodek działa poprzez kompresję strumienia wejściowego (tj. wideo lub audio) do plików o mniejszych rozmiarach, którymi można wydajniej zarządzać w sieci lub przechowywać na dyskach lokalnych; jest to znane jako kodowanie. Odwrotnie w przypadku odtwarzania (na przykład podczas przesyłania strumieniowego wideo online) skompresowane pliki muszą zostać przekonwertowane z powrotem do ich oryginalnego formatu o wysokiej jakości, co osiąga się przez rozszyfrowanie zakodowane informacje sprzed; proces ten jest znany jako rozszyfrowanie. Przy pomocy odpowiedniego sprzętu (takiego jak karty graficzne itp.), kodowanie wspomagane sprzętowo mogą znacznie poprawić szybkość kodowania przy minimalnej utracie jakości, co czyni je odpowiednimi do zastosowań o wysokich parametrach częstotliwość wyświetlania klatek wymagań, takich jak usługi przesyłania strumieniowego w czasie rzeczywistym lub gry w chmurze.

Rodzaje kodeków

Kodeki kodów kreskowych są siłą napędową treści wideo — określają, w jaki sposób filmy są kompresowane, dekompresowane i przesyłane. Umożliwiają nam oglądanie filmów o różnych rozmiarach i rozdzielczościach na niemal każdym urządzeniu. Dostępnych jest wiele różnych typów kodeków, z których każdy pełni inną rolę w procesie oglądania treści wideo.

W tym artykule przyjrzymy się bliżej najpopularniejszych typów kodeków:

Stratne kodeki

Kodeki stratne to standardy kompresji, które obniżają jakość oryginalnego wideo, poświęcając jakość obrazu i danych na rzecz rozmiaru pliku. Celem jest, aby strumień wideo był wystarczająco mały, aby można go było przeglądać lub pobierać szybko i wydajnie. W porównaniu do kodeków bezstratnych, kodeki stratne zwykle tworzą mniejsze pliki z mniejszą ilością danych, ale dzieje się to kosztem ostrości i ogólnej wierności.

Dwa najczęstsze rodzaje stratnych kodeków to wewnątrzramkowy or stała szybkość transmisji (CBR) i międzyramkowe or zmienna przepływność (VBR). Kodowanie wewnątrzramkowe rejestruje całą ramkę zawartości jako pojedynczą jednostkę w każdym skompresowanym pliku; skutkuje to dużymi plikami, ale mniejszą liczbą artefaktów między każdą klatką i ogólną wyższą jakością obrazów. Kodowanie międzyramkowe dzieli ramki treści na sekcje, aby umożliwić bardziej skompresowane sekcje bez zauważalnych zmian między ramkami; pliki wynikowe mają zwykle mniejsze rozmiary niż pliki międzyramkowe, ale także więcej artefaktów między klatkami.

Popularne przykłady stratnych kodeków obejmują MPEG-4 AVC / H.264, MPEG-2 i H.265 / HEVC, Windows Media Video 9 (WMV9), RealVideo 9 (RV9), DivX, XviD i VP8/VP9. Stają się one coraz bardziej popularne w aplikacjach do strumieniowego przesyłania wideo, takich jak YouTube, ze względu na ich zdolność do szybkiej kompresji dużych ilości danych bez znaczącego pogorszenia jakości obrazu – odwiedzający mogą oglądać długie filmy przy stosunkowo niskiej przepustowości połączenia, zachowując jednocześnie rozsądną przejrzystość wizualną.

Bezstratne kodeki

Kodeki wideo to rodzaj oprogramowania komputerowego używanego do kompresji lub kodowania cyfrowych danych wideo. Ten proces jest niezbędny podczas pracy z dużymi plikami cyfrowymi w celu zmniejszenia rozmiaru pliku i zwiększenia szybkości pobierania, przesyłania lub przesyłania strumieniowego pliku. Kodeki dzielą się na dwie odrębne kategorie: stratny i bezstratny kodeki.

Bezstratne kodeki zapewniają dokładną cyfrową replikę pliku po zakodowaniu, zapewniając całkowitą dokładność danych, co pozwala na dokładną cyfrową duplikację podczas dekompresji. Zajmuje więcej miejsca niż np Kompresja stratna ale także nie wiąże się z własnymi zniekształceniami, a także umożliwia łatwą edycję audio/obrazu bez kompromisów w jakości. Bezstratne kodeki obejmują algorytmy takie jak:

• LZW
• JPEGLS
• FLAC
• ALAC
• MPEG-4 ALS

Kodeki sprzętowe

Kodeki sprzętowe to kodeki wykorzystujące dedykowane zasoby sprzętowe do kodowania i dekodowania sygnałów wideo. Niektóre stosunkowo nowe systemy komputerowe, takie jak laptopy, zawierają sprzętowy koder wideo, którego można użyć do przyspieszenia procesu kodowania. Jednostki te są bardzo wydajne i mogą zapewnić znaczną poprawę wydajności w porównaniu z kodekami opartymi na oprogramowaniu. Ponadto istnieją pewne samodzielne kodeki sprzętowe, które oferują wyniki profesjonalnej jakości dla aplikacji nadawczych/strumieniowych.

Dwa główne typy kodeków sprzętowych to Kompresja/Kodowanie i Dekodowanie kodeków:

• Kodeki kompresji/kodowania: Urządzenia te są często dostarczane z własnym, zastrzeżonym oprogramowaniem, chociaż mogą być dostępne również inne opcje. Wykorzystują wyspecjalizowane komponenty do kodowania wideo z bardzo dużą szybkością bez zużywania dużej ilości energii lub Moc procesora względem koderów programowych. Podobnie jak kodery programowe, zwykle generują różne formaty wyjściowe, takie jak H.264 lub MPEG-2/4 formaty.
• Dekodowanie kodeków: Znane również jako karty dekodujące lub akceleratory dekodowania, urządzenia te są wyposażone w wydajne dedykowane układy scalone zaprojektowane specjalnie do dekodowania skompresowanych sygnałów wideo w czasie rzeczywistym bez zużywania zbyt dużej ilości zasobów systemowych (Moc procesora). Dedykowane karty do dekodowania są powszechne w środowiskach profesjonalnych, w których duża liczba filmów musi zostać szybko zdekompresowana przy minimalnym wpływie na wydajność i stabilność systemu.

Popularne kodeki

Kodeki kodów kreskowych są niezbędne dla każdego, kto pracuje z mediami wideo. Są to składniki twojego pliku wideo, składniki, które pozwalają odtwarzaczowi wideo rozróżnić wideo i audio oraz metody kompresji danych, aby ułatwić ich przechowywanie i przesyłanie strumieniowe. Dostępnych jest wiele kodeków i należy wybrać odpowiedni dla swojego projektu.

W tej sekcji omówimy najpopularniejsze kodeki:

H.264

H.264 (znany również jako AVC MPEG-4) to jeden z najpopularniejszych kodeków do kodowania cyfrowych plików wideo do użytku w różnych aplikacjach – od serwisów streamingowych, przez odtwarzacze Blu-ray, po smartfony. Jego zdolność do kompresji wideo wysokiej jakości do stosunkowo małych rozmiarów plików sprawia, że ​​jest to jeden z najczęściej używanych i wszechstronnych kodeków dostępnych obecnie na rynku.

H.264 działa poprzez rozbijanie ramek cyfrowych na bloki 8×8 pikseli, a następnie kompresowanie ich za pomocą szeregu różnych algorytmów. Ponieważ H.264 jest tak wydajny, może tworzyć cyfrowe wideo o bardzo wysokiej jakości, nawet przy bardzo niskich przepływnościach, dzięki czemu idealnie nadaje się do szerokiego zakresu zastosowań, od transmisji HDTV po konsumenckie odtwarzacze multimedialne i usługi przesyłania strumieniowego na smartfony/tablety.

H.264 obsługuje zarówno skanowanie progresywne (gdzie wszystkie linie obrazu rozpoczynają skanowanie jednocześnie), jak i skanowanie wideo z przeplotem, chociaż większość nowoczesnych kodeków obsługuje tylko skanowanie progresywne, ponieważ są one bardziej wydajne pod względem rozmiaru pliku i wykorzystania przepustowości. H.264 jest również w stanie obsłużyć rozdzielczości do 4K (4096×2160 pikseli), upewniając się, że pozostaje ona aktualna, ponieważ z czasem coraz więcej twórców treści przechodzi na większe rozdzielczości.

Oprócz wydajności, jedną z głównych zalet H.264 jest fakt, że został on już przyjęty przez wielu producentów urządzeń, co ułatwia użytkownikom przesyłanie treści między urządzeniami bez martwienia się o problemy ze zgodnością lub niekompatybilne konfiguracje oprogramowania/sprzętu. Z tego powodu H.264 nadal pozostaje ważnym kodekiem dla szerokiej gamy urządzeń i aplikacji, pomimo dostępnych nowszych opcji, takich jak HEVC (kodowanie wideo o wysokiej wydajności).

H.265

H.265, znany również jako Kodowanie wideo o wysokiej wydajności (HEVC), to standard kompresji wideo, który zapewnia bardziej wydajne kodowanie niż jego poprzednik, H.264/MPEG-4 AVC (zaawansowane kodowanie wideo). Obsługuje rozdzielczość 8K i może kompresować pliki wideo do dwukrotnie wydajniej jak w poprzednim standardzie – do 40 procent więcej zachowania jakości niż jego poprzednik.

H.265 jest naturalnym następcą H.264/MPEG-4 AVC, zapewniając większe możliwości kompresji przy minimalnych komplikacjach i płynniejsze odtwarzanie na urządzeniach odtwarzających, takich jak telewizory, smartfony, laptopy i tablety. Jest to format typu open source odpowiedni dla wszystkich rodzajów treści — od transmisji telewizyjnych po strumieniowe przesyłanie wideo przez Internet i dyski Blu-ray — umożliwiając twórcom treści dostarczanie maksymalnej jakości wideo przy minimalizacji kosztów przepustowości.

Elastyczność standardu H.265 umożliwia jego stosowanie w szerokim zakresie zastosowań, takich jak:

• Telewizja nadawana (w tym 4K lub nawet 8K)
• Usługi transmisji strumieniowej i komunikacyjne, w tym usługi dla urządzeń mobilnych i satelitarnych
• Doświadczenia rzeczywistości wirtualnej
• Aplikacje opieki zdrowotnej
• Nowy format obrazu HEIF – umożliwiający kompresję obrazów przechwyconych z aparatów cyfrowych lub telefonów z aparatem bardziej niż kiedykolwiek wcześniej bez utraty szczegółów obrazu.

VP9

VP9 to otwarty i bezpłatny kodek wideo stworzony przez Google. Opracowany do użytku w aplikacjach internetowych, oferuje najnowocześniejszą technologię z ulepszoną kompresją do przesyłania strumieniowego i pobierania przy niższych przepływnościach.

VP9 oferuje również różne funkcje przydatne w aplikacjach wideo:

• wysoki zakres dynamiczny i przestrzenie barw,
• bezstratny tryb kodowania,
• adaptacyjne przesyłanie strumieniowe i skalowalność kodera.

Obsługuje piksele niekwadratowe, nakładające się kwadraty o różnych kolorach lub wartościach luminancji, metody kodowania predykcji czasowej (takie jak kompensacja ruchu), jak również metody kodowania predykcji intra (takie jak dyskretne transformaty kosinusowe). VP9 ma również możliwość kodowania obrazów z maks 8 bitów głębi kolorów na piksel. Format zapewnia lepszą jakość obrazu dzięki szczegółom wizualnym, takim jak obniżony poziom szumów i ostrzejsze krawędzie w porównaniu z innymi wcześniejszymi kodekami.

Podczas dekodowania strumienia VP9 urządzenie użytkownika wykonuje całą pracę, aby zdekodować go z powrotem do pojedynczej klatki wideo. Dzięki temu jest szybki dostęp i umożliwia szybsze odtwarzanie niż w przypadku niektórych innych kodeków niskie wymagania pamięciowe. Dotyczy to w szczególności sytuacji, gdy użytkownicy online uzyskują dostęp do wielu strumieni jednocześnie z wielu źródeł; mogą to zrobić bez angażowania wszystkich swoich zasobów obliczeniowych w dekodowanie każdego z nich osobno. Ponadto dostarczanie przy użyciu popularnego formatu pliku, takiego jak MP4 pomaga zapewnić kompatybilność między urządzeniami lub platformami, które w przeciwnym razie mogłyby nie być w stanie wyświetlać treści zakodowanych w innych formatach, takich jak WebM lub MKV.

Kodeki i jakość wideo

Kodeki kodów kreskowych są ważną częścią kodowania i dekodowania wideo, co może mieć wpływ na jakość wideo. Kodeki służą do kompresji i dekompresji plików wideo, a typ wybranego kodeka może mieć wpływ na rozmiar i jakość wideo.

W tym artykule omówimy różne typy kodeków i jak mogą wpłynąć na jakość filmu:

bitrate

bitrate jest miarą ilości informacji potrzebnych kodekowi do przedstawienia danego wideo. Mierzona w bitach na sekundę, szybkość transmisji może wpływać zarówno na jakość wideo i jak duży będzie rozmiar pliku.

Im wyższy bitrate, tym więcej szczegółów można uwzględnić w procesie kodowania (lub kompresji). a tym samym lepszą jakość obrazu, jaką uzyskasz. Oznacza to jednak również, że większe pliki będą musiały być przechowywane lub przesyłane. Jeśli przesyłasz wideo przez jakąkolwiek sieć cyfrową (taką jak Internet), może się okazać, że wyższe przepływności powodują zauważalny wzrost opóźnienia lub czasu buforowania.

Innym czynnikiem wpływającym na szybkość transmisji bitów jest rozdzielczość — wraz ze wzrostem rozdzielczości rośnie również rozmiar pliku — ale zależy to od innych cech, takich jak używane kodeki, liczba klatek na sekundę i rozmiary klatek. Ogólnie rzecz biorąc, niższe przepływności zwykle dają filmy o gorszej jakości, nawet jeśli inne czynniki, takie jak rozdzielczość, są wysokie.

Wszystkie kodeki mają swój własny sugerowany idealny zakres dla najlepszą jakość obrazu i najmniejsze zużycie danych więc pamiętaj, aby sprawdzić preferowane kodery podczas procesu kompresji.

Rozkład

Rozdzielczość jest miarą informacji wideo w postaci pikseli i jest jednym z podstawowych czynników określających jakość wideo. Ważne jest, aby to zrozumieć wyższe rozdzielczości zawsze będą generować lepiej wyglądające filmy ponieważ w każdej klatce jest po prostu więcej pikseli. Najpopularniejsze rozdzielczości używane w strumieniowaniu online to 1920 × 1080 (Full HD) i 1280 × 720 (HD).

Wideo o wyższej rozdzielczości wymaga większej mocy obliczeniowej, co może powodować problemy ze zgodnością, jeśli system użytkownika nie jest aktualny. Filmy w wyższej rozdzielczości oznaczają również większe pliki, które wymagają lepszego kodeka do prawidłowego odtwarzania na wszystkich urządzeniach. Typowe kodeki branżowe używane do przesyłania strumieniowego online obejmują H.264 lub AVC, VP8, VP9 i HLS lub Apple HLS (HTTP Live Streaming).

W zależności od aplikacji i typu urządzenia, na które planujesz dostarczać zawartość, określisz, który kodek jest dla Ciebie najlepszy.

Ostatecznie, jeśli masz odpowiednią konfigurację kodowania, która zawiera najlepszy dostępny kodek wtedy nie powinieneś mieć problemu z dostawą wysokiej jakości filmy w dowolnej rozdzielczości które nie będą cierpieć z powodu buforowania lub innych problemów z odtwarzaniem, zachowując jednocześnie dobry poziom wierności wizualnej.

Częstotliwość wyświetlania klatek

Częstotliwość wyświetlania klatek jest kluczowym czynnikiem, jeśli chodzi o jakość wideo i kodeki. Jest to miara liczby pojedynczych klatek rejestrowanych w ciągu jednej sekundy, zwykle mierzona w klatki na sekundę (FPS). Im wyższa liczba klatek na sekundę, tym płynniejszy będzie materiał. Niska liczba klatek na sekundę powoduje przerywanie wideo, podczas gdy wyższa liczba klatek na sekundę skuteczniej zapewnia płynny obraz.

Na przykład podczas nagrywania kamerą 8 kl./s w porównaniu z kamerą 30 kl./s kamera 8 kl./s uzyska bardziej przerywany materiał ze względu na mniejszą liczbę klatek na sekundę. Z drugiej strony kamera 30 FPS zapewnia płynniejszy materiał z większym rozmyciem ruchu między nimi niż kamera 8 FPS, ponieważ przechwyconych klatek byłoby trzy razy więcej.

Ponadto różne kodeki wymagają różnej minimalnej lub maksymalnej liczby klatek na sekundę, aby uzyskać optymalne wyniki. Jeśli używasz go niewłaściwie lub bez znajomości wymagań kodera-dekodera dotyczących szybkości klatek, jakość wideo może ucierpieć. Najpopularniejsze standardowe liczby klatek na sekundę dla większości aktualnych formatów wideo i wrażeń podczas oglądania to 24 kl./s (filmy) i 30 kl./s (programy telewizyjne). Jednak niektóre kodeki mogą również obsługiwać wyższe kodeki - takie jak 48 fps, a nawet 60 fps – przy jednoczesnym zapewnieniu lepszych efektów wizualnych i płynności w porównaniu do ich niższych odpowiedników.

Wnioski

Podsumowując, zrozumienie kodeków jest ważną częścią tworzenia i oglądania filmów na naszych urządzeniach cyfrowych. Znajomość podstawowych kodeków audio i wideo, ich definicji oraz znaczących różnic między nimi może pomóc nam w podjęciu bardziej świadomej decyzji przy wyborze i oglądaniu multimediów cyfrowych. Dodatkowo, mając ogólny przegląd najczęściej używanych kodeków wideo może również zapewnić nam lepsze zrozumienie, w jaki sposób różne kodeki mogą zmienić wygląd i dźwięk wideo.

Na koniec warto o tym pamiętać nie wszystkie kodeki wideo są kompatybilne krzyżowo— co oznacza, że ​​niektóre filmy wymagające jednego kodeka mogą nie być odtwarzane poprawnie na innym urządzeniu, które nie rozpoznaje tego konkretnego typu. Na szczęście mamy teraz więcej opcji niż kiedykolwiek, jeśli chodzi o przeglądanie naszych ulubionych treści cyfrowych — w tym lepszą kompatybilność na wielu platformach. Nie spiesz się więc, szukając odpowiedniego formatu i dowiedz się, który z nich najlepiej odpowiada Twoim potrzebom!

Cześć, jestem Kim, jestem mamą i entuzjastką animacji poklatkowej z doświadczeniem w tworzeniu mediów i tworzeniu stron internetowych. Mam ogromną pasję do rysowania i animacji, a teraz rzucam się w świat animacji poklatkowej. Na moim blogu dzielę się z wami moją nauką.