Kodeki: kaj so v videu?

kim Posodobljeno: Junij 27, 2022

Kodeki so pomemben del procesa video produkcije. Kodeki so nabor algoritmov, ki se uporabljajo za stiskanje in razpakiranje video in avdio datotek. Kodek je ključnega pomena za zmanjšanje velikosti datotek, kar vam omogoča hitrejši prenos in shranjevanje.

V tem članku bomo predstavili, kaj so kodeki, kako delujejo, in njihova pomen v procesu video produkcije.

Opredelitev kodeka

Kodek je tehnologija, ki kodira video, avdio in podatkovne tokove v digitalni obliki. Kodeki stisnejo podatke, tako da zavzamejo manj prostora v pomnilniku ali za prenos, prav tako pa izboljšajo kakovost videa ali zvočnega toka z izboljšanjem njegove slike ali zvoka.

Kodeki se v veliki meri uporabljajo pri spletni distribuciji filmov, televizije in glasbe. Storitve spletnega pretakanja, kot je npr Netflix, Amazon Prime Video in Spotify uporabite kodeke za stiskanje njihove vsebine, ne da bi pri tem ogrozili kakovost. Če videoposnetke kodirate z naprednimi kodeki, jih lahko zmanjšate, hkrati pa ohranite kakovost izvirnega izvornega materiala. To omogoča storitvam pretakanja, da preprosto distribuirajo videoposnetke strankam, ne da bi pri tem povzročile ogromne stroške pasovne širine za njihova omrežja ali infrastrukturo.

Poleg omogočanja učinkovitega shranjevanja in prenosa lahko kodeki nudijo številne druge prednosti ponudnikom spletnega pretakanja, kot so:

• Hitrejši čas nalaganja
• Izboljšana energetska učinkovitost
• Boljša razširljivost
• Povečana združljivost naprave

Kodeke lahko uporablja tudi za varnostne namene šifriranje vsebinskih datotek tako da lahko do njih dostopajo samo pooblaščeni uporabniki.

Vloga kodekov v videu

Kodeki, okrajšava za »koder-dekoder«, so algoritmi, odgovorni za stiskanje in dekompresijo video in avdio datotek. Z uporabo posebnih tehnik stiskanja lahko kodeki minimizirajo velikost video in zvočnih datotek, ne da bi bistveno izgubili kakovost. To omogoča hitrejše nalaganje in prenašanje – ne glede na to, ali pretakate film ali igrate spletno igro – ter zavzame veliko manj prostora na vašem trdem disku.

Poleg tega se kodeki uporabljajo tudi pri snemanju in naknadni obdelavi video podatkov za ustvarjanje slik najvišje možne ločljivosti z različnimi hitrostmi sličic, bitnimi hitrostmi, barvnimi globinami itd. Kodeki določajo, katera vrsta snemalne tehnologije bo uporabljena – npr. 4K ločljivost ali HD – da bi optimizirali izkušnjo gledanja. Odvisno od posebnih zahtev za vsako aplikacijo je na voljo več različnih vrst kodekov, kot so:

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

Kodek deluje tako, da stisne vhodni tok (tj. video ali avdio) v manjše velikosti datotek, ki jih je mogoče učinkoviteje upravljati prek omrežij ali shraniti na lokalne pogone; to je znano kot kodiranje. Nasprotno pa je treba pri predvajanju (na primer pri pretakanju videoposnetkov v spletu) stisnjene datoteke pretvoriti nazaj v izvirno visokokakovostno obliko, kar se doseže z dekodiranje kodirane informacije od prej; ta proces je znan kot dekodiranje. S pomočjo ustrezne strojne opreme (kot so grafične kartice itd.), strojno podprto kodiranje lahko močno izboljšajo hitrost kodiranja ob minimalni izgubi kakovosti – zaradi česar so primerni za aplikacije z visoko frame rate zahteve, kot so storitve pretakanja v realnem času ali igranje iger v oblaku.

Vrste kodekov

Kodeki so življenjska sila video vsebin – določajo, kako se videoposnetki stisnejo, razpakirajo in prenašajo. Omogočajo nam ogled videoposnetkov različnih velikosti in ločljivosti na skoraj vseh napravah. Na voljo je veliko različnih vrst kodekov, od katerih ima vsak svojo vlogo v procesu gledanja video vsebine.

V tem članku si bomo podrobneje ogledali najpogostejši tipi kodekov:

Izgubni kodeki

Kodeki z izgubo so standardi stiskanja, ki zmanjšajo kakovost izvirnega videoposnetka ter žrtvujejo kakovost slike in podatkov zaradi velikosti datoteke. Cilj je narediti video tok dovolj majhen, da si ga je mogoče hitro in učinkovito ogledati ali prenesti. V primerjavi s kodeki brez izgub, kodeki z izgubo običajno ustvarijo manjše datoteke z manj podatkov, vendar gre to na račun ostrine in splošne zvestobe.

Dve najpogostejši vrsti kodekov z izgubo sta znotraj okvira or konstantna bitna hitrost (CBR) in interframe or spremenljiva bitna hitrost (VBR). Kodiranje znotraj okvirja posname celoten okvir vsebine kot eno samo enoto znotraj vsake stisnjene datoteke; Posledica tega so velike datoteke, vendar manj artefaktov med vsakim okvirjem in splošne kakovosti slik. Kodiranje med okvirji razdeli okvirje vsebine na odseke, da omogoči bolj stisnjene odseke brez opazne spremembe med okvirji; Posledične datoteke imajo običajno manjše velikosti kot znotraj okvirjev, a tudi več artefaktov med okvirji.

Priljubljeni primeri kodekov z izgubo vključujejo MPEG-4 AVC / H.264, MPEG-2 in H.265 / HEVC, Windows Media Video 9 (WMV9), RealVideo 9 (RV9), DivX, Xvid in VP8/VP9. Te so postale vse bolj priljubljene v aplikacijah za pretakanje videoposnetkov, kot je YouTube, zaradi svoje zmožnosti hitrega stiskanja velikih količin podatkov brez znatnega žrtvovanja kakovosti slike – obiskovalci lahko gledajo dolge videoposnetke z razmeroma nizko pasovno širino povezave, medtem ko ohranjajo primerno vizualno jasnost.

Kodeki brez izgub

Video kodeki so vrsta računalniške programske opreme, ki se uporablja za stiskanje ali kodiranje digitalnih video podatkov. Ta postopek je potreben pri delu z velikimi digitalnimi datotekami, da se zmanjša velikost datoteke in poveča hitrost prenosa, prenosa ali pretakanja. Kodeki so razdeljeni v dve različni kategoriji: izgubljen in brez izgube kodeki.

Kodeki brez izgube zagotavljajo natančno digitalno repliko datoteke po kodiranju z zagotavljanjem popolne točnosti podatkov, kar omogoča natančno digitalno podvajanje med dekompresijo. Zavzame več prostora kot stiskanje z izgubo vendar prav tako ne vključuje lastnega popačenja in enostavno omogoča urejanje zvoka/slike brez kakršnega koli kompromisa v kakovosti. Kodeki brez izgube vključujejo algoritme, kot so:

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

Strojni kodeki

Strojni kodeki so kodeki, ki uporabljajo namenske vire strojne opreme za kodiranje in dekodiranje video signalov. Nekateri relativno novi računalniški sistemi, kot so prenosni računalniki, vključujejo strojno enoto za kodiranje videa, ki jo je mogoče uporabiti za pospešitev postopka kodiranja. Te enote so zelo učinkovite in lahko zagotovijo pomembne prednosti v primerjavi s programskimi kodeki. Poleg tega obstajajo nekateri samostojni kodeki strojne opreme, ki ponujajo rezultate profesionalne kakovosti za aplikacije za oddajanje/pretakanje.

Dve glavni vrsti strojnih kodekov sta Stiskanje/kodiranje in Kodeki za dekodiranje:

• Kodeki za stiskanje/kodiranje: Te naprave imajo pogosto svojo lastniško programsko opremo, čeprav so lahko na voljo tudi druge možnosti. Uporabljajo specializirane komponente za izvajanje video kodiranja pri zelo visoki hitrosti brez porabe veliko energije oz CPE moč glede na programske kodirnike. Tako kot programski kodirniki bodo običajno izdelali različne izhodne formate, kot je npr H.264 ali MPEG-2/4 Oblike.
• Kodeki za dekodiranje: Te naprave, znane tudi kot kartice za dekodiranje ali pospeševalci dekodiranja, imajo zmogljive namenske čipe, zasnovane posebej za dekodiranje stisnjenih video signalov v realnem času, ne da bi pri tem porabile preveč sistemskih virov (CPE moč). Namenske kartice za dekodiranje so običajne v profesionalnih okoljih, kjer je treba hitro razpakirati veliko število videoposnetkov z minimalnim vplivom na zmogljivost in stabilnost sistema.

Priljubljeni kodeki

Kodeki so bistvenega pomena za vsakogar, ki dela z video mediji. So sestavine vaše videodatoteke, sestavine, ki video predvajalniku omogočajo razlikovanje med videom in zvokom, in metode stiskanja podatkov za lažje shranjevanje in pretakanje. Na voljo je vrsta kodekov in izbrati je treba pravega za vaš projekt.

V tem razdelku bomo razpravljali o najbolj priljubljeni kodeki:

H.264

H.264 (poznan tudi kot AVC MPEG-4) je eden najbolj priljubljenih kodekov za kodiranje digitalnih video datotek za uporabo v različnih aplikacijah – od pretočnih storitev do predvajalnikov Blu-ray do pametnih telefonov. Njegova zmožnost stiskanja visokokakovostnega videa v razmeroma majhne velikosti datotek ga uvršča med najbolj razširjene in vsestranske kodeke na današnjem trgu.

H.264 deluje tako, da digitalne okvirje razdeli na bloke 8 × 8 slikovnih pik in jih nato stisne z vrsto različnih algoritmov. Ker je H.264 tako učinkovit, lahko ustvari digitalni video zelo visoke kakovosti tudi pri zelo nizkih bitnih hitrostih, zaradi česar je idealen za široko paleto aplikacij od HDTV oddaj do potrošniških medijskih predvajalnikov in pretočnih storitev za pametne telefone/tablične računalnike.

H.264 nudi podporo tako za progresivno skeniranje (kjer se vse vrstice slike začnejo skenirati vse naenkrat) kot za video s prepletenim skeniranjem, čeprav večina sodobnih kodekov podpira samo progresivno skeniranje, ker so učinkovitejši glede velikosti datoteke in izkoriščenosti pasovne širine. H.264 podpira tudi ločljivosti do 4K (4096×2160 slikovnih pik), s čimer zagotovite, da ostane ustrezen, saj se vse več ustvarjalcev vsebine sčasoma premika proti večjim ločljivostim.

Poleg njegove učinkovitosti je ena od glavnih prednosti H.264 dejstvo, da so ga sprejeli že številni proizvajalci naprav, kar uporabnikom olajša pošiljanje vsebine med napravami, ne da bi jim bilo treba skrbeti za težave z združljivostjo ali nezdružljive konfiguracije programske/strojne opreme. Zaradi tega H.264 še naprej ostaja pomemben kodek za široko paleto naprav in aplikacij danes, kljub novejšim možnostm, kot je npr. HEVC (visoko učinkovito video kodiranje).

H.265

H.265, poznan tudi kot Visoko učinkovito video kodiranje (HEVC), je standard za stiskanje videa, ki zagotavlja učinkovitejše kodiranje kot njegov predhodnik, H.264/MPEG-4 AVC (napredno video kodiranje). Podpira ločljivost 8K in lahko stisne video datoteke do dvakrat bolj učinkovito kot prejšnji standard – z do 40 odstotkov več ohranjanja kakovosti kot njegov predhodnik.

H.265 je naravni naslednik H.264/MPEG-4 AVC, ki zagotavlja večje zmožnosti stiskanja z minimalnimi zapleti in bolj gladko predvajanje na napravah za predvajanje, kot so televizorji, pametni telefoni, prenosniki in tablice. Je odprtokodni format, primeren za vse vrste vsebine – od televizijskih oddaj do pretakanja videoposnetkov prek interneta in diskov Blu-ray –, ki ustvarjalcem vsebine omogoča zagotavljanje največje kakovosti videa ob zmanjšanju stroškov pasovne širine.

Prilagodljivost H.265 omogoča njegovo uporabo v številnih aplikacijah, kot so:

• Oddajanje televizije (vključno s 4K ali celo 8K)
• Storitve pretakanja in komunikacije, vključno s storitvami za mobilne in satelitske naprave
• Izkušnje z navidezno resničnostjo
• Vloge za zdravstveno varstvo
• Nov format slike HEIF – omogoča, da se slike, posnete z digitalnimi fotoaparati ali telefoni s fotoaparati, stisnejo bolj kot kdaj koli prej brez izgube podrobnosti slike.

VP9

VP9 je odprt in brezplačen video kodek, ki ga je ustvaril Google. Razvit za uporabo v spletnih aplikacijah, ponuja najsodobnejšo tehnologijo z izboljšanim stiskanjem za pretakanje in nalaganje pri nižjih bitnih hitrostih.

VP9 ima tudi različne funkcije, ki so uporabne za video aplikacije:

• visok dinamični razpon in barvni prostori,
• način kodiranja brez izgub,
• prilagodljivo pretakanje in razširljivost kodirnika.

Podpira nekvadratne slikovne pike, prekrivajoče se kvadratke različnih barv ali vrednosti svetilnosti, metode kodiranja s časovno napovedjo (kot je kompenzacija gibanja) kot tudi metode kodiranja z intra napovedjo (kot so diskretne kosinusne transformacije). VP9 ima tudi možnost kodiranja slik z do 8 bitov barvne globine na piksel. Format omogoča boljšo kakovost slike z vizualnimi podrobnostmi, kot so zmanjšane ravni šuma in ostrejši robovi v primerjavi z drugimi prejšnjimi kodeki.

Pri dekodiranju toka VP9 uporabniška naprava opravi vse delo, da ga dekodira nazaj v en okvir videa. Zaradi tega je hiter dostop in omogoča hitrejše predvajanje kot pri nekaterih drugih kodekih nizke zahteve po pomnilniku. To še posebej velja, kadar spletni uporabniki dostopajo do več tokov hkrati iz več virov; to lahko storijo, ne da bi imeli vse svoje računalniške vire vezane na dekodiranje vsakega posebej. Poleg tega je dostava z uporabo običajnega formata datoteke, kot je npr MP4 pomaga omogočiti združljivost med napravami ali platformami, ki si sicer ne bi mogle ogledati vsebine, kodirane v drugih formatih, kot sta WebM ali MKV.

Kodeki in kakovost videa

Kodeki so pomemben del kodiranja in dekodiranja videa, ki lahko vpliva na kakovost videa. Kodeki se uporabljajo za stiskanje in dekompresijo video datotek, vrsta kodeka, ki jo izberete, pa lahko vpliva na velikost in kakovost videa.

V tem članku bomo razpravljali o različnih vrstah kodekov in kako lahko vplivajo na kakovost videa:

bitrate

bitrate je merilo, koliko informacij potrebuje kodek za predstavitev danega videa. Bitna hitrost, merjena v bitih na sekundo, lahko vpliva tako na kakovost videa in kako velika bo njegova datoteka.

Višja kot je bitna hitrost, tem več podrobnosti je mogoče vključiti v postopek kodiranja (ali stiskanja). in s tem boljšo kakovost slike, ki jo boste dobili. Vendar to tudi pomeni, da bo treba shraniti ali prenesti večje datoteke. Če videoposnetek pošiljate prek kakršnega koli digitalnega omrežja (kot je internet), boste morda ugotovili, da višje bitne hitrosti povzročijo opazno povečanje zakasnitve ali časa medpomnilnika.

Drug dejavnik, ki vpliva na bitno hitrost, je ločljivost – ko se ločljivosti povečujejo, se povečuje tudi velikost datoteke – vendar je to odvisno od drugih značilnosti, kot je uporabljeni kodeki, hitrost sličic in velikosti sličic. Na splošno nižje bitne hitrosti dajejo videoposnetke slabše kakovosti, tudi če so drugi dejavniki, kot je ločljivost, visoki.

Vsi kodeki imajo svoj predlagani idealni obseg za najboljša kakovost slike in najmanjša poraba podatkov zato med postopkom stiskanja preverite svoje želene kodirnike.

Resolucija

Ločljivost je merilo informacij videoposnetka v smislu slikovnih pik in je eden glavnih dejavnikov, ki določajo kakovost videa. To je pomembno razumeti višje ločljivosti bodo vedno ustvarile lepše videe ker je v vsakem okvirju preprosto več slikovnih pik. Najpogostejše ločljivosti, ki se uporabljajo pri spletnem pretakanju, so 1920 × 1080 (Full HD) in 1280 × 720 (HD).

Video z višjo ločljivostjo zahteva več procesorske moči, kar lahko povzroči težave z združljivostjo, če uporabnikov sistem ni posodobljen. Videoposnetki z višjo ločljivostjo pomenijo tudi večje datoteke, ki zahtevajo boljši kodek za pravilno predvajanje v vseh napravah. Običajni industrijski kodeki, ki se uporabljajo za spletno pretakanje, vključujejo H.264 ali AVC, VP8, VP9 in HLS ali Apple HLS (HTTP Live Streaming).

Odvisno od vaše aplikacije in vrste naprave, v katero nameravate dostaviti svojo vsebino, boste določili, kateri kodek je najboljši za vas.

Navsezadnje, če imate ustrezno nastavitev kodiranja, ki vključuje najboljši razpoložljivi kodek potem ne bi smeli imeti težav z dostavo visokokakovostne videoposnetke v kateri koli ločljivosti ki ne bo trpel zaradi medpomnjenja ali drugih težav s predvajanjem, hkrati pa bo ohranil dobro raven vizualne zvestobe.

Frame Rate

Frame rate je ključni dejavnik, ko gre za kakovost videa in kodeke. Je merilo, koliko posameznih sličic je zajetih v eni sekundi, običajno merjeno v sličic na sekundo (FPS). Višja kot je hitrost sličic, bolj gladek bo posnetek. Nizka hitrost sličic ima za posledico prekinitve videa, medtem ko so višje hitrosti sličic učinkovitejše pri zagotavljanju tekoče slike.

Na primer, ko snemate s kamero z 8 sličicami na sekundo v primerjavi s kamero s 30 sličicami na sekundo, bo kamera z 8 sličicami na sekundo zaradi manjšega števila sličic na sekundo ustvarila bolj razdrobljene posnetke. Po drugi strani pa kamera s 30 sličicami na sekundo ustvari bolj tekoče posnetke z večjo zameglitvijo gibanja med njimi kot kamera s hitrostjo 8 sličic na sekundo, saj bi bilo posnetih sličic trikrat več.

Poleg tega različni kodeki zahtevajo različne najmanjše ali največje hitrosti sličic za optimalne rezultate. Če ga uporabljate nepravilno ali brez poznavanja zahtev vašega kodeka glede združljivosti hitrosti sličic, lahko kakovost vašega videa poslabša. Najpogostejše standardne hitrosti sličic za večino trenutnih video formatov in izkušenj gledanja so 24 sličic na sekundo (filmi) in 30 sličic na sekundo (TV oddaje). Nekateri kodeki pa lahko podpirajo tudi višje – kot npr 48 fps ali celo 60 fps – obenem pa zagotavlja vrhunsko vizualnost in gladkost v primerjavi s svojimi nižjimi primerki.

zaključek

Skratka, razumevanje kodekov je pomemben del ustvarjanja in gledanja videoposnetkov na naših digitalnih napravah. Poznavanje osnov avdio in video kodekov, njihovih definicij in bistvenih razlik med njimi nam lahko pomaga pri sprejemanju bolj informirane odločitve pri izbiri in ogledu digitalnih medijev. Poleg tega ima splošen pregled nad najbolj priljubljeni video kodeki nam lahko zagotovi tudi boljše razumevanje, kako lahko različni kodeki spremenijo videz in zvok videa.

Nazadnje je koristno imeti v mislih to vsi video kodeki niso navzkrižno združljivi— kar pomeni, da se nekateri videoposnetki, ki zahtevajo en kodek, morda ne bodo pravilno predvajali v drugi napravi, če ta ne prepozna te določene vrste. Na srečo imamo zdaj več možnosti kot kdaj koli prej, ko gre za ogled naših najljubših digitalnih vsebin – vključno z boljšo združljivostjo na več platformah. Zato si vzemite čas in raziščite pravo obliko zase in ugotovite, katera najbolj ustreza vašim potrebam!

Živjo, sem Kim, mama in ljubiteljica stop-motiona z izkušnjami pri ustvarjanju medijev in spletnem razvoju. Imam veliko strast do risanja in animacije, zdaj pa se na glavo potapljam v svet stop-motiona. S svojim blogom z vami delim svoja spoznanja.