Кодеки: які вони у відео?

від kim Оновлено: 27 Червня, 2022.

Кодеки є важливою частиною процесу виробництва відео. Кодеки — це набір алгоритмів, які використовуються для стискати та розпаковувати відео та аудіофайли. Кодек має вирішальне значення для зменшення розміру файлів, дозволяючи швидше передавати та зберігати їх.

У цій статті ми розповімо, що таке кодеки, як вони працюють, і їх важливість у процесі виробництва відео.

Визначення кодека

Кодек це технологія, яка кодує відео, аудіо та потоки даних у цифровій формі. Кодеки стискають дані, щоб вони займали менше місця в сховищі або для передачі, а також підвищують якість відео- чи аудіопотоку, покращуючи його зображення чи звук.

Кодеки широко використовуються в Інтернеті для розповсюдження фільмів, телебачення та музики. Сервіси онлайн-трансляції, такі як Netflix, Amazon Prime Video та Spotify використовуйте кодеки для стиснення вмісту без шкоди для якості. Кодування відео за допомогою вдосконалених кодеків може зменшити їх розмір, зберігаючи при цьому якість оригінального вихідного матеріалу. Це дозволяє потоковим службам легко розповсюджувати відео клієнтам без великих витрат на пропускну здатність їхніх мереж чи інфраструктури.

Окрім забезпечення ефективного зберігання та передачі, кодеки можуть надати ряд інших переваг для провайдерів онлайн-потоку, таких як:

• Швидший час завантаження
• Покращена енергоефективність
• Краща масштабованість
• Підвищена сумісність пристрою

Кодеки також можуть використовуватися з метою безпеки шифрування файлів вмісту щоб лише авторизовані користувачі мали доступ до них.

Роль кодеків у відео

Кодеки, абревіатура «кодер-декодер», це алгоритми, відповідальні за стиснення та розпакування відео- та аудіофайлів. Використовуючи спеціалізовані методи стиснення, кодеки здатні мінімізувати розмір відео- та аудіофайлів без значної втрати якості. Це забезпечує швидшу швидкість завантаження та завантаження, незалежно від того, транслюєте ви фільм чи граєте в онлайн-ігри, а також займає набагато менше місця на жорсткому диску.

Крім того, кодеки також використовуються під час запису та пост-обробки відеоданих для створення зображень із найвищою роздільною здатністю з різною частотою кадрів, бітрейтом, глибиною кольору тощо. Кодеки визначають, який тип технології запису використовуватиметься – наприклад, 4K роздільна здатність або HD – щоб оптимізувати враження від перегляду. Залежно від конкретних вимог для кожної програми, доступно кілька різних типів кодеків, наприклад:

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

Кодек працює шляхом стиснення вхідного потоку (тобто відео чи аудіо) у файли меншого розміру, якими можна ефективніше керувати в мережі або зберігати на локальних дисках; це відомо як кодування. І навпаки, під час відтворення (наприклад, під час потокового передавання відео в Інтернеті) стиснені файли потрібно конвертувати назад у вихідний формат високої якості, що досягається за допомогою декодування закодована раніше інформація; цей процес відомий як декодування. За допомогою відповідного апаратного забезпечення (наприклад, відеокарт тощо), апаратне кодування можуть значно підвищити швидкість кодування з мінімальною втратою якості, що робить їх придатними для додатків із високою частота кадрів такі вимоги, як потокові сервіси в реальному часі або хмарні ігри.

Типи кодеків

Кодеки є джерелом життя відеовмісту – вони визначають, як відео стискається, розпаковується та передається. Вони дозволяють нам переглядати відео різного розміру та роздільної здатності майже на будь-якому пристрої. Існує багато різних типів кодеків, кожен з яких відіграє свою роль у процесі перегляду відеовмісту.

У цій статті ми глибше розглянемо найпоширеніші типи кодеків:

Кодеки з втратами

Кодеки з втратами — це стандарти стиснення, які знижують якість оригінального відео, жертвуючи якістю зображення та даних заради розміру файлу. Мета полягає в тому, щоб зробити відеопотік достатньо малим, щоб його можна було швидко та ефективно переглядати чи завантажувати. У порівнянні з кодеками без втрат, кодеки з втратами зазвичай створюють менші файли з меншою кількістю даних, але це відбувається за рахунок чіткості та загальної точності.

Два найпоширеніші типи кодеків із втратами внутрішньокадровий or постійний бітрейт (CBR) та міжкадрові or змінний бітрейт (VBR). Внутрішньокадрове кодування записує весь кадр вмісту як єдину одиницю в кожному стисненому файлі; це призводить до великих файлів, але меншої кількості артефактів між кожним кадром і вищої якості зображень у цілому. Міжкадрове кодування ділить кадри вмісту на секції, щоб забезпечити більш стислі секції без помітних змін між кадрами; результуючі файли, як правило, мають менші розміри, ніж внутрішньокадрові, але також більше артефактів між кадрами.

Популярні приклади кодеків із втратами включають MPEG-4 AVC / H.264, MPEG-2 та H.265 / HEVC, Windows Media Video 9 (WMV9), RealVideo 9 (RV9), DivX, XviD та VP8/VP9. Вони стають все більш популярними в програмах потокового відео, таких як YouTube, завдяки їхній здатності швидко стискати великі обсяги даних без суттєвої втрати якості зображення – відвідувачі можуть переглядати довгі відео з відносно низькою пропускною здатністю з’єднання, зберігаючи прийнятну візуальну чіткість.

Кодеки без втрат

Відеокодеки – це тип комп’ютерного програмного забезпечення, що використовується для стиснення або кодування цифрових відеоданих. Цей процес необхідний під час роботи з великими цифровими файлами, щоб зменшити розмір файлу та збільшити швидкість його завантаження, передачі чи потокової передачі. Кодеки поділяються на дві різні категорії: згубний та без втрат кодеки.

Кодеки без втрат забезпечують точну цифрову копію файлу після кодування, забезпечуючи повну точність даних, що дозволяє точне цифрове копіювання під час декомпресії. Займає більше місця, ніж стиснення з втратами але також не передбачає власних спотворень, а також дозволяє легко редагувати аудіо/зображення без будь-яких компромісів у якості. Кодеки без втрат включають такі алгоритми, як:

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

Апаратні кодеки

Апаратні кодеки це кодеки, які використовують спеціальні апаратні ресурси для кодування та декодування відеосигналів. Деякі відносно нові комп’ютерні системи, такі як ноутбуки, містять апаратний відеокодер, який можна використовувати для прискорення процесу кодування. Ці пристрої є дуже ефективними та можуть забезпечити значні переваги продуктивності порівняно з програмними кодеками. Крім того, існують деякі автономні апаратні кодеки, які пропонують результати професійної якості для програм трансляції/потокового передавання.

Існує два основних типи апаратних кодеків Стиснення/кодування та Декодування кодеків:

• Кодеки стиснення/кодування: Ці пристрої часто постачаються з власним запатентованим програмним забезпеченням, хоча можуть бути доступні й інші варіанти. Вони використовують спеціалізовані компоненти для кодування відео на дуже високій швидкості, не споживаючи багато енергії або Потужність процесора щодо програмних кодувальників. Подібно програмним кодувальникам, вони зазвичай виробляють різноманітні вихідні формати, наприклад H.264 або MPEG-2/4 форматах.
• Декодування кодеків: також відомі як карти декодування або прискорювачі декодування, ці пристрої оснащені потужними спеціальними мікросхемами, розробленими спеціально для декодування стислих відеосигналів у режимі реального часу, не споживаючи надто багато системних ресурсів (Потужність процесора). Спеціальні карти декодування є звичайним явищем у професійних середовищах, де потрібно швидко розпакувати велику кількість відео з мінімальним впливом на продуктивність і стабільність системи.

Популярні кодеки

Кодеки важливі для всіх, хто працює з відеозасобами. Вони є складовими вашого відеофайлу, інгредієнтами, які дозволяють відеоплеєру розрізняти відео та аудіо, а також методами стиснення даних, щоб полегшити їх зберігання та передачу. Існує безліч доступних кодеків, і потрібно вибрати правильний для вашого проекту.

У цьому розділі ми обговоримо найпопулярніші кодеки:

H.264

H.264 (також відомий як AVC MPEG-4) є одним із найпопулярніших кодеків для кодування цифрових відеофайлів для використання в різноманітних програмах – від потокових служб до програвачів Blu-ray і смартфонів. Його здатність стискати відео високої якості у файли відносно невеликого розміру робить його одним із найпоширеніших і універсальних кодеків на ринку сьогодні.

H.264 працює, розбиваючи цифрові кадри на блоки 8×8 пікселів і потім стискаючи їх за допомогою низки різних алгоритмів. Оскільки H.264 настільки ефективний, він може створювати високоякісне цифрове відео навіть із дуже низькими бітрейтами, що робить його ідеальним для широкого спектру додатків від трансляції HDTV до споживчих медіаплеєрів і потокових служб для смартфонів/планшетів.

H.264 забезпечує підтримку як прогресивної розгортки (коли всі рядки зображення починають сканувати всі одночасно), так і відео з черезрядковою розгорткою, хоча більшість сучасних кодеків підтримують лише прогресивну розгортку, оскільки вони більш ефективні з точки зору розміру файлу та використання пропускної здатності. H.264 також здатний обробляти роздільну здатність до 4K (4096×2160 пікселів), переконавшись, що він залишається актуальним, оскільки з часом все більше творців вмісту переходять до більшої роздільної здатності.

Поряд з його ефективністю, однією з головних переваг H.264 є той факт, що його вже прийняли багато виробників пристроїв, що полегшує користувачам надсилання вмісту між пристроями, не турбуючись про проблеми сумісності чи несумісні конфігурації програмного/апаратного забезпечення. З цієї причини H.264 продовжує залишатися важливим кодеком для широкого спектру пристроїв і програм сьогодні, незважаючи на доступні новіші варіанти, такі як HEVC (високоефективне відеокодування).

H.265

H.265, також відомий як Високоефективне кодування відео (HEVC), це стандарт стиснення відео, який забезпечує більш ефективне кодування, ніж його попередник, H.264/MPEG-4 AVC (розширене кодування відео). Він підтримує роздільну здатність 8K і може стискати відеофайли до вдвічі ефективніше як попередній стандарт – з до На 40 відсотків краще збереження якості ніж його попередник.

H.265 є природним наступником H.264/MPEG-4 AVC, забезпечуючи більші можливості стиснення з мінімальними ускладненнями та більш плавне відтворення на таких пристроях відтворення, як телевізори, смартфони, ноутбуки та планшети. Це формат із відкритим вихідним кодом, який підходить для всіх типів вмісту – від телевізійних трансляцій до потокового відео через Інтернет і дисків Blu-ray – що дозволяє творцям контенту забезпечувати максимальну якість відео при мінімізації витрат на пропускну здатність.

Гнучкість H.265 дозволяє використовувати його в широкому діапазоні додатків, таких як:

• Трансляція телебачення (включаючи 4K або навіть 8K)
• Потокові та комунікаційні послуги, в тому числі для мобільних і супутникових пристроїв
• Досвід віртуальної реальності
• Заявки на охорону здоров'я
• Новий формат зображення HEIF, який дає змогу стискати зображення, зняті з цифрових камер або телефонів із камерами, без втрати деталей зображення.

VP9

VP9 це відкритий і безоплатний відеокодек, створений Google. Розроблений для використання у веб-додатках, він пропонує найсучаснішу технологію з покращеним стисненням для потокового передавання та завантаження з нижчими бітрейтами.

VP9 також має різні функції, корисні для відеозастосунків:

• широкий динамічний діапазон і колірні простори,
• режим кодування без втрат,
• адаптивне потокове передавання та масштабованість кодера.

Він підтримує неквадратні пікселі, квадрати, що перекриваються, різних кольорів або значень яскравості, методи кодування з часовим прогнозуванням (такі як компенсація руху), а також методи кодування з внутрішнім прогнозуванням (такі як дискретне косинусне перетворення). VP9 також має можливість кодувати зображення за допомогою до 8 біт глибини кольору на піксель. Цей формат забезпечує кращу якість зображення завдяки візуальним деталям, як-от зниженому рівню шуму та гострішим краям порівняно з іншими попередніми кодеками.

Під час декодування потоку VP9 пристрій користувача виконує всю роботу, щоб декодувати його назад в один кадр відео. Це забезпечує швидкий доступ до нього та забезпечує швидше відтворення, ніж за допомогою деяких інших кодеків низькі вимоги до пам'яті. Це особливо стосується випадків, коли онлайн-користувачі мають доступ до кількох потоків одночасно з кількох джерел; вони можуть робити це, не залучаючи всі свої обчислювальні ресурси для декодування кожного окремо. Крім того, доставка з використанням загального формату файлу, наприклад MP4 допомагає забезпечити сумісність між пристроями або платформами, які інакше не зможуть переглядати вміст, закодований в інших форматах, наприклад WebM або MKV.

Кодеки та якість відео

Кодеки є важливою частиною кодування та декодування відео, яка може впливати на якість відео. Кодеки використовуються для стиснення та розпакування відеофайлів, і тип вибраного кодека може впливати на розмір і якість відео.

У цій статті ми обговоримо різні типи кодеків і як вони можуть вплинути на якість відео:

швидкість передачі

швидкість передачі це міра того, скільки інформації потрібно кодеку для представлення певного відео. Бітрейт, виміряний у бітах на секунду, може впливати як на якість відео та наскільки великим буде розмір його файлу.

Чим вищий бітрейт, тим більше деталей можна включити в процес кодування (або стиснення). і, отже, ви отримаєте кращу якість зображення. Однак це також означає, що файли більшого розміру потрібно буде зберігати або передавати. Якщо ви надсилаєте своє відео через будь-яку цифрову мережу (наприклад, Інтернет), ви можете виявити, що вищі бітрейти спричиняють помітне збільшення затримки або часу буферизації.

Іншим фактором, який впливає на бітрейт, є роздільна здатність – зі збільшенням роздільної здатності збільшується і розмір файлу – але це залежить від інших характеристик, як-от використовувані кодеки, частота кадрів і розміри кадрів. Загалом нижчі бітрейти, як правило, дають відео нижчої якості, навіть якщо інші фактори, наприклад, висока роздільна здатність.

Усі кодеки мають власний рекомендований ідеальний діапазон найкраща якість зображення та мінімальне використання даних тому під час процесу стиснення обов’язково перевірте кодери, яким ви віддаєте перевагу.

дозвіл

Роздільна здатність – це міра інформації відео в пікселях, і це один із основних факторів, що визначають якість відео. Це важливо розуміти висока роздільна здатність завжди створюватиме кращі відео тому що в кожному кадрі просто більше пікселів. Найпоширенішими роздільними здатностями, які використовуються в онлайн-трансляції, є 1920 × 1080 (Full HD) та 1280 × 720 (HD).

Відео з вищою роздільною здатністю вимагає більшої потужності обробки, що може спричинити проблеми сумісності, якщо система користувача не оновлена. Відео з вищою роздільною здатністю також означає більші файли, які потребують кращого кодека для належного відтворення на всіх пристроях. Поширені галузеві кодеки, які використовуються для онлайн-трансляції, включають H.264 або AVC, VP8, VP9 і HLS або Apple HLS (HTTP Live Streaming).

Залежно від вашої програми та типу пристрою, на який ви плануєте доставляти свій вміст, буде визначено, який кодек найкращий для вас.

Зрештою, якщо у вас є відповідне налаштування кодування, яке містить найкращий доступний кодек тоді у вас не повинно виникнути проблем з доставкою відео високої якості в будь-якому дозволі який не страждатиме від буферизації чи інших проблем із відтворенням, зберігаючи при цьому високий рівень візуальної точності.

Частота кадрів

Частота кадрів є ключовим фактором, коли йдеться про якість відео та кодеки. Це міра кількості окремих кадрів, знятих за одну секунду, зазвичай вимірюється в дюймах кадрів в секунду (FPS). Що вища частота кадрів, то плавнішим буде відзнятий матеріал. Низька частота кадрів призводить до переривчастого відео, тоді як вища частота кадрів більш ефективна для забезпечення плавного зображення.

Наприклад, під час запису за допомогою камери 8 кадрів/с порівняно з камерою 30 кадрів/с, камера 8 кадрів/с створюватиме більш поривчастий матеріал через меншу кількість кадрів на секунду. З іншого боку, камера зі швидкістю 30 кадрів/с створює плавніші кадри з більшим розмиттям між ними, ніж камера з частотою 8 кадрів/с, оскільки кадрів буде втричі більше.

Крім того, для отримання оптимальних результатів різні кодеки вимагають різної мінімальної або максимальної частоти кадрів. Якщо використовувати його неналежним чином або не знати вимог кодека щодо сумісності з частотою кадрів, якість відео може погіршитися. Найпоширеніші стандартні частоти кадрів для більшості сучасних відеоформатів і перегляду 24 кадри в секунду (фільми) і 30 кадрів в секунду (телешоу). Однак деякі кодеки можуть підтримувати і вищі кодеки, наприклад 48 кадрів в секунду або навіть 60 кадрів в секунду – водночас забезпечуючи чудові візуальні ефекти та плавність порівняно з нижчими аналогами.

Висновок

Підсумовуючи, розуміння кодеків є важливою частиною створення та перегляду відео на наших цифрових пристроях. Знання основ аудіо- та відеокодеків, їх визначення та істотних відмінностей між ними може допомогти нам прийняти більш обґрунтоване рішення під час вибору та перегляду цифрових медіа. Крім того, маючи загальний огляд найпопулярніші відеокодеки також може надати нам більше розуміння того, як різні кодеки можуть змінити вигляд і звук відео.

Нарешті, корисно мати на увазі таке не всі відеокодеки є перехресно сумісними—це означає, що певні відео, для яких потрібен один кодек, можуть не відтворюватися належним чином на іншому пристрої, якщо він не розпізнає цей конкретний тип. На щастя, тепер у нас є більше можливостей, ніж будь-коли, коли справа доходить до перегляду нашого улюбленого цифрового вмісту, включаючи кращу сумісність між різними платформами. Тож не поспішайте досліджувати правильний формат для вас і з’ясуйте, який із них найкраще підходить для ваших потреб!

Привіт, я Кім, мама та ентузіаст стоп-моушну з досвідом створення медіа та веб-розробки. Я маю величезну пристрасть до малювання та анімації, і тепер я з головою занурююся у світ стоп-моушну. У своєму блозі я ділюся з вами своїми знаннями.