Codec: Chúng là gì trong video?

bởi kim Cập nhật: 27 Tháng Sáu, 2022

Codecs là một phần quan trọng của quá trình sản xuất video. Codec là một tập hợp các thuật toán được sử dụng để nén và giải nén các tệp video và âm thanh. Codec rất quan trọng để giảm kích thước tệp, cho phép bạn chuyển và lưu trữ chúng nhanh hơn.

Trong bài viết này, chúng tôi sẽ giới thiệu codec là gì, chúng hoạt động như thế nàovà của họ tầm quan trọng trong quá trình sản xuất video.

Định nghĩa của Codec

Một codec là công nghệ mã hóa các luồng video, âm thanh và dữ liệu ở dạng kỹ thuật số. Codec nén dữ liệu để dữ liệu chiếm ít dung lượng hơn trong bộ lưu trữ hoặc để truyền, đồng thời nâng cao chất lượng của luồng video hoặc âm thanh bằng cách cải thiện hình ảnh hoặc âm thanh của luồng đó.

Codec được sử dụng rộng rãi trong phân phối trực tuyến phim, TV và âm nhạc. Các dịch vụ phát trực tuyến như Netflix, Amazon Prime Video và Spotify sử dụng codec để nén nội dung của chúng mà không ảnh hưởng đến chất lượng. Mã hóa video bằng codec nâng cao có thể làm cho chúng có kích thước nhỏ hơn trong khi vẫn giữ được chất lượng của tài liệu nguồn ban đầu. Điều này cho phép các dịch vụ phát trực tuyến dễ dàng phân phối video cho khách hàng mà không áp dụng chi phí băng thông lớn trên mạng hoặc cơ sở hạ tầng của họ.

Ngoài việc cho phép lưu trữ và truyền tải hiệu quả, codec có thể cung cấp một số lợi ích khác cho các nhà cung cấp dịch vụ phát trực tuyến, chẳng hạn như:

• Thời gian tải nhanh hơn
• Cải thiện hiệu quả năng lượng
• Khả năng mở rộng tốt hơn
• Tăng khả năng tương thích của thiết bị

Codec cũng có thể được sử dụng cho mục đích bảo mật bởi mã hóa tập tin nội dung để chỉ những người dùng được ủy quyền mới có thể truy cập chúng.

Vai trò của Codec trong Video

Codecs, viết tắt của “coder-decoder”, là các thuật toán chịu trách nhiệm nén và giải nén các tệp video và âm thanh. Bằng cách sử dụng các kỹ thuật nén chuyên dụng, codec có thể giảm thiểu kích thước của tệp video và âm thanh mà không làm giảm đáng kể chất lượng. Điều này cho phép tốc độ tải lên và tải xuống nhanh hơn - cho dù bạn đang phát trực tuyến phim hay chơi trò chơi trực tuyến - cũng như chiếm ít dung lượng hơn trên ổ cứng của bạn.

Ngoài ra, codec cũng được sử dụng khi ghi và xử lý hậu kỳ dữ liệu video để tạo hình ảnh có độ phân giải cao nhất có thể với các tốc độ khung hình, tốc độ bit, độ sâu màu khác nhau, v.v. Codec xác định loại công nghệ ghi nào sẽ được sử dụng – ví dụ: 4K độ phân giải hoặc HD – để tối ưu hóa trải nghiệm xem. Tùy theo yêu cầu cụ thể của từng ứng dụng mà có nhiều loại codec khác nhau như:

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

Codec hoạt động bằng cách nén luồng đầu vào (tức là video hoặc âm thanh) thành các kích thước tệp nhỏ hơn để có thể quản lý hiệu quả hơn qua mạng hoặc lưu trữ trên ổ đĩa cục bộ; điều này được gọi là mã hóa. Ngược lại, khi phát lại (ví dụ: khi truyền phát video trực tuyến), các tệp nén phải được chuyển đổi trở lại định dạng chất lượng cao ban đầu của chúng, điều này đạt được bằng cách giải mã thông tin được mã hóa từ trước đó; quá trình này được gọi là giải mã. Với sự trợ giúp của phần cứng thích hợp (chẳng hạn như card đồ họa, v.v.), mã hóa hỗ trợ phần cứng có thể cải thiện tốc độ mã hóa một cách ồ ạt với mức giảm chất lượng tối thiểu – điều này làm cho chúng phù hợp với các ứng dụng có tốc độ mã hóa cao. tốc độ khung hình các yêu cầu như dịch vụ phát trực tuyến thời gian thực hoặc chơi game trên đám mây.

Các loại Codec

Codecs là huyết mạch của nội dung video – chúng xác định cách video được nén, giải nén và truyền tải. Chúng cho phép chúng tôi xem các video có kích thước và độ phân giải khác nhau trên hầu hết mọi thiết bị. Có rất nhiều loại codec khác nhau, mỗi loại đóng một vai trò khác nhau trong quá trình xem nội dung video.

Trong bài viết này, chúng ta sẽ xem xét sâu hơn về các loại codec phổ biến nhất:

Codec mất dữ liệu

Codec mất dữ liệu là các tiêu chuẩn nén làm giảm chất lượng của video gốc, hy sinh chất lượng hình ảnh và dữ liệu để đổi lấy kích thước tệp. Mục tiêu là làm cho một luồng video đủ nhỏ để có thể xem hoặc tải xuống một cách nhanh chóng và hiệu quả. Khi so sánh với các codec không mất dữ liệu, các codec mất dữ liệu thường tạo ra các tệp nhỏ hơn với ít dữ liệu hơn, nhưng điều này phải trả giá bằng độ chính xác và độ trung thực tổng thể.

Hai loại codec lossy phổ biến nhất là nội khung or tốc độ bit không đổi (CBR) và liên khung or tốc độ bit thay đổi (VBR). Mã hóa trong khung ghi lại toàn bộ khung nội dung dưới dạng một đơn vị trong mỗi tệp nén; điều này dẫn đến các tệp lớn nhưng ít hiện vật hơn giữa mỗi khung hình và hình ảnh có chất lượng cao hơn về tổng thể. Mã hóa liên khung chia các khung nội dung thành các phần để cho phép nhiều phần được nén hơn mà không có sự thay đổi đáng chú ý giữa các khung; các tệp kết quả có xu hướng có kích thước nhỏ hơn so với khung nội bộ nhưng cũng có nhiều tạo tác hơn giữa các khung.

Các ví dụ phổ biến về codec mất dữ liệu bao gồm MPEG-4 AVC / H.264, MPEG-2 và H.265 / HEVC, Windows Media Video 9 (WMV9), RealVideo 9 (RV9), DivX, Xvid và VP8/VP9. Những thứ này ngày càng trở nên phổ biến trong các ứng dụng truyền phát video như YouTube do khả năng nén lượng lớn dữ liệu nhanh chóng mà không ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng hình ảnh – khách truy cập có thể xem các video dài với kết nối băng thông tương đối thấp trong khi vẫn giữ được độ rõ nét hình ảnh hợp lý.

Codec không mất dữ liệu

Bộ giải mã video là một loại phần mềm máy tính được sử dụng để nén hoặc mã hóa dữ liệu video kỹ thuật số. Quá trình này là cần thiết khi làm việc với các tệp kỹ thuật số lớn để giảm kích thước của tệp và tăng tốc độ tệp được tải xuống, chuyển hoặc phát trực tuyến. Codec được chia thành hai loại riêng biệt: mất mát và không mất mát codec.

Codec không mất dữ liệu cung cấp bản sao kỹ thuật số chính xác của tệp sau khi mã hóa bằng cách cung cấp độ chính xác của dữ liệu hoàn chỉnh, cho phép sao chép kỹ thuật số chính xác trong quá trình giải nén. Nó chiếm nhiều không gian hơn nén mất mát nhưng cũng không liên quan đến sự biến dạng của chính nó cũng như dễ dàng cho phép chỉnh sửa âm thanh/hình ảnh mà không ảnh hưởng đến chất lượng. Codec lossless bao gồm các thuật toán như:

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

Codec phần cứng

codec phần cứng là các codec sử dụng tài nguyên phần cứng chuyên dụng để mã hóa và giải mã tín hiệu video. Một số hệ thống máy tính tương đối mới, chẳng hạn như máy tính xách tay, bao gồm một bộ mã hóa video dựa trên phần cứng có thể được sử dụng để tăng tốc quá trình mã hóa. Các đơn vị này rất hiệu quả và có thể mang lại lợi ích hiệu suất đáng kể so với các codec dựa trên phần mềm. Ngoài ra, tồn tại một số codec phần cứng độc lập cung cấp kết quả chất lượng chuyên nghiệp cho các ứng dụng truyền phát/truyền trực tuyến.

Hai loại codec phần cứng chính là Nén/Mã hóa và giải mã codec:

• Codec nén/mã hóa: Các thiết bị này thường đi kèm với phần mềm độc quyền của riêng chúng, mặc dù cũng có thể có các tùy chọn khác. Họ sử dụng các thành phần chuyên dụng để thực hiện mã hóa video ở tốc độ rất cao mà không tiêu tốn nhiều năng lượng hoặc Sức mạnh CPU liên quan đến bộ mã hóa phần mềm. Giống như bộ mã hóa phần mềm, chúng thường tạo ra nhiều định dạng đầu ra như H.264 hoặc MPEG-2/4 định dạng.
• giải mã codec: Còn được gọi là thẻ giải mã hoặc bộ tăng tốc giải mã, các thiết bị này có chip chuyên dụng mạnh mẽ được thiết kế đặc biệt để giải mã tín hiệu video nén trong thời gian thực mà không tiêu tốn quá nhiều tài nguyên hệ thống (Sức mạnh CPU). Thẻ giải mã chuyên dụng phổ biến trong môi trường chuyên nghiệp, nơi cần giải nén số lượng lớn video một cách nhanh chóng với tác động tối thiểu đến hiệu suất và độ ổn định của hệ thống.

Codec phổ biến

Codecs rất cần thiết cho bất kỳ ai làm việc với phương tiện video. Chúng là các thành phần của tệp video của bạn, các thành phần cho phép trình phát video phân biệt giữa video và âm thanh cũng như các phương pháp nén dữ liệu để giúp lưu trữ và phát trực tuyến dễ dàng hơn. Có nhiều loại codec có sẵn và bạn cần chọn loại codec phù hợp cho dự án của mình.

Trong phần này, chúng ta sẽ thảo luận về codec phổ biến nhất:

H.264

H.264 (còn được biết là AVC MPEG-4) là một trong những codec phổ biến nhất để mã hóa các tệp video kỹ thuật số để sử dụng trong nhiều ứng dụng – từ dịch vụ phát trực tuyến đến đầu phát Blu-ray cho đến điện thoại thông minh. Khả năng nén video chất lượng cao thành các kích thước tệp tương đối nhỏ khiến nó trở thành một trong những codec linh hoạt và được sử dụng rộng rãi nhất trên thị trường hiện nay.

H.264 hoạt động bằng cách chia nhỏ các khung hình kỹ thuật số thành các khối 8×8 pixel, sau đó nén chúng bằng một loạt các thuật toán khác nhau. Vì H.264 rất hiệu quả nên nó có thể tạo video kỹ thuật số chất lượng rất cao ngay cả ở tốc độ bit rất thấp, khiến nó trở nên lý tưởng cho nhiều ứng dụng từ phát sóng HDTV đến trình phát phương tiện tiêu dùng và dịch vụ phát trực tuyến trên điện thoại thông minh/máy tính bảng.

H.264 cung cấp hỗ trợ cho cả quét liên tục (trong đó tất cả các dòng của hình ảnh bắt đầu quét cùng một lúc) và video quét xen kẽ, mặc dù hầu hết các codec hiện đại chỉ hỗ trợ quét liên tục vì chúng hiệu quả hơn về kích thước tệp và sử dụng băng thông. H.264 cũng có khả năng xử lý độ phân giải lên đến 4K (4096×2160 pixel), đảm bảo rằng nội dung đó vẫn phù hợp khi ngày càng có nhiều người sáng tạo nội dung chuyển sang độ phân giải lớn hơn theo thời gian.

Cùng với hiệu quả của nó, một trong những ưu điểm chính của H.264 là nó đã được nhiều nhà sản xuất thiết bị áp dụng, giúp người dùng gửi nội dung giữa các thiết bị dễ dàng hơn mà không phải lo lắng về vấn đề tương thích hoặc cấu hình phần mềm/phần cứng không tương thích. Vì lý do này, H.264 tiếp tục là một codec quan trọng cho nhiều loại thiết bị và ứng dụng ngày nay, mặc dù có các tùy chọn mới hơn như HEVC (Mã hóa video hiệu quả cao).

H.265

H.265, còn được biết là Mã hóa video hiệu quả cao (HEVC), là một tiêu chuẩn nén video cung cấp mã hóa hiệu quả hơn so với người tiền nhiệm của nó, H.264/MPEG-4 AVC (Mã hóa video nâng cao). Nó hỗ trợ độ phân giải 8K và có thể nén các tệp video lên đến hiệu quả gấp đôi như tiêu chuẩn trước đó – với tối đa Duy trì chất lượng cao hơn 40% so với người tiền nhiệm của nó.

H.265 là sự kế thừa tự nhiên của H.264/MPEG-4 AVC, cung cấp khả năng nén lớn hơn với sự phức tạp tối thiểu và phát lại mượt mà hơn trên các thiết bị phát lại như TV, điện thoại thông minh, máy tính xách tay và máy tính bảng. Đây là định dạng mã nguồn mở phù hợp với mọi loại nội dung – từ chương trình phát sóng trên TV đến truyền phát video qua internet và đĩa Blu-ray – cho phép người tạo nội dung mang lại chất lượng video tối đa trong khi giảm thiểu chi phí băng thông.

Tính linh hoạt của H.265 cho phép nó được sử dụng trong nhiều ứng dụng như:

• Truyền hình phát sóng (bao gồm cả 4K hoặc thậm chí 8K)
• Dịch vụ phát trực tuyến và liên lạc bao gồm các dịch vụ dành cho thiết bị di động và vệ tinh
• Trải nghiệm thực tế ảo
• Ứng dụng chăm sóc sức khỏe
• Định dạng hình ảnh HEIF mới – giúp hình ảnh được chụp từ máy ảnh tĩnh kỹ thuật số hoặc điện thoại có camera được nén xa hơn bao giờ hết mà không làm mất chi tiết hình ảnh.

VP9

VP9 là một codec video mở và miễn phí bản quyền được tạo bởi Google. Được phát triển để sử dụng trong các ứng dụng web, nó cung cấp công nghệ tiên tiến nhất với khả năng nén được cải thiện để phát trực tuyến và tải xuống ở tốc độ bit thấp hơn.

VP9 cũng có nhiều tính năng hữu ích cho các ứng dụng video:

• dải động cao và không gian màu,
• chế độ mã hóa lossless,
• phát trực tuyến thích ứng và khả năng mở rộng bộ mã hóa.

Nó hỗ trợ các pixel không phải hình vuông, các ô vuông chồng lấp có màu sắc hoặc giá trị độ sáng khác nhau, các phương pháp mã hóa dự đoán theo thời gian (chẳng hạn như bù chuyển động) cũng như các phương pháp mã hóa dự đoán bên trong (chẳng hạn như biến đổi cosine rời rạc). VP9 cũng có khả năng mã hóa hình ảnh lên đến 8 bit độ sâu màu trên mỗi pixel. Định dạng này cho phép chất lượng hình ảnh tốt hơn thông qua các chi tiết hình ảnh như giảm độ nhiễu và các cạnh sắc nét hơn so với các codec trước đó.

Khi giải mã luồng VP9, ​​thiết bị của người dùng sẽ thực hiện tất cả công việc để giải mã luồng đó trở lại thành một khung video duy nhất. Điều này làm cho nó nhanh chóng truy cập và cho phép phát lại nhanh hơn so với một số codec khác do nó yêu cầu bộ nhớ thấp. Điều này đặc biệt áp dụng khi người dùng trực tuyến đang truy cập nhiều luồng cùng lúc từ nhiều nguồn; họ có thể làm như vậy mà không cần tất cả các tài nguyên máy tính của họ bị ràng buộc trong việc giải mã từng tài nguyên riêng biệt. Ngoài ra, phân phối bằng định dạng tệp phổ biến, chẳng hạn như MP4 giúp cho phép khả năng tương thích giữa các thiết bị hoặc nền tảng có thể không xem được nội dung được mã hóa ở các định dạng khác như WebM hoặc MKV.

Codec và chất lượng video

Codecs là một phần quan trọng của mã hóa và giải mã video, có thể ảnh hưởng đến chất lượng của video. Codec được sử dụng để nén và giải nén các tệp video và loại codec bạn chọn có thể ảnh hưởng đến kích thước và chất lượng của video.

Trong bài viết này, chúng ta sẽ thảo luận về các loại codec khác nhau và cách chúng có thể ảnh hưởng đến chất lượng của video:

bitrate

bitrate là thước đo lượng thông tin mà một codec cần để thể hiện một video nhất định. Được đo bằng bit trên giây, tốc độ bit có thể ảnh hưởng đến cả chất lượng của video và kích thước tệp của nó sẽ lớn như thế nào.

Tốc độ bit càng cao, chi tiết hơn có thể được bao gồm trong quá trình mã hóa (hoặc nén) và do đó bạn sẽ nhận được chất lượng hình ảnh tốt hơn. Tuy nhiên, điều đó cũng có nghĩa là các tệp lớn hơn sẽ cần được lưu trữ hoặc truyền đi. Nếu bạn đang gửi video của mình qua bất kỳ loại mạng kỹ thuật số nào (chẳng hạn như internet), bạn có thể thấy rằng tốc độ bit cao hơn làm tăng đáng kể độ trễ hoặc thời gian đệm.

Một yếu tố khác ảnh hưởng đến tốc độ bit là độ phân giải – khi độ phân giải tăng lên, kích thước tệp cũng tăng theo – nhưng điều này phụ thuộc vào các đặc điểm khác như codec được sử dụng, tốc độ khung hình và kích thước khung hình. Nói chung, tốc độ bit thấp hơn có xu hướng cung cấp video có chất lượng kém hơn ngay cả khi các yếu tố khác như độ phân giải cao.

Tất cả các codec đều có phạm vi lý tưởng được đề xuất riêng cho chất lượng hình ảnh tốt nhất và sử dụng ít dữ liệu nhất vì vậy hãy đảm bảo xem xét các bộ mã hóa ưa thích của bạn trong quá trình nén.

Độ phân giải

Độ phân giải là thước đo thông tin của video dưới dạng pixel và là một trong những yếu tố chính quyết định chất lượng video. Điều quan trọng là phải hiểu rằng độ phân giải cao hơn sẽ luôn tạo ra các video đẹp hơn bởi vì đơn giản là có nhiều pixel hơn được nhồi nhét vào mỗi khung hình. Các độ phân giải phổ biến nhất được sử dụng trong phát trực tuyến là 1920 × 1080 (Full HD) và 1280 × 720 (HD).

Video có độ phân giải cao hơn yêu cầu nhiều sức mạnh xử lý hơn, điều này có thể gây ra sự cố tương thích nếu hệ thống của người dùng không cập nhật. Video có độ phân giải cao hơn cũng có nghĩa là các tệp lớn hơn, yêu cầu codec tốt hơn để có thể phát đúng cách trên tất cả các thiết bị. Các codec công nghiệp phổ biến được sử dụng để phát trực tuyến bao gồm H.264 hoặc AVC, VP8, VP9 và HLS hoặc Apple HLS (Phát trực tiếp HTTP).

Tùy thuộc vào ứng dụng của bạn và loại thiết bị bạn định phân phối nội dung của mình sẽ xác định codec nào phù hợp nhất với bạn.

Cuối cùng, nếu bạn có một thiết lập mã hóa phù hợp có tính năng codec tốt nhất hiện có sau đó bạn sẽ không gặp vấn đề gì khi giao hàng video chất lượng cao ở mọi độ phân giải sẽ không bị lưu vào bộ đệm hoặc các sự cố phát lại khác trong khi vẫn duy trì mức độ trung thực hình ảnh tốt.

Frame Rate

Tỷ lệ khung hình là một yếu tố quan trọng khi nói đến chất lượng video và codec. Đó là thước đo số lượng khung hình riêng lẻ được chụp trong một giây, thường được đo bằng khung hình mỗi giây (FPS). Tốc độ khung hình càng cao, cảnh quay sẽ càng mượt mà. Tốc độ khung hình thấp dẫn đến video bị giật, trong khi tốc độ khung hình cao hơn sẽ hiệu quả hơn trong việc cung cấp hình ảnh mượt mà.

Ví dụ: khi quay bằng máy ảnh 8 FPS so với máy ảnh 30 FPS, máy ảnh 8 FPS sẽ tạo ra cảnh quay sắc nét hơn do số khung hình mỗi giây thấp hơn. Mặt khác, máy ảnh 30 FPS tạo ra cảnh quay mượt mà hơn với nhiều chuyển động mờ hơn giữa chúng so với máy ảnh 8 FPS vì sẽ có số lượng khung hình được chụp nhiều gấp ba lần.

Ngoài ra, các codec khác nhau yêu cầu tốc độ khung hình tối thiểu hoặc tối đa khác nhau để có kết quả tối ưu. Nếu sử dụng không đúng cách hoặc không biết các yêu cầu của codec về khả năng tương thích tốc độ khung hình, chất lượng video của bạn có thể bị ảnh hưởng. Tốc độ khung hình tiêu chuẩn phổ biến nhất cho hầu hết các định dạng video hiện tại và trải nghiệm xem là 24 khung hình/giây (phim) và 30 khung hình/giây (chương trình truyền hình). Tuy nhiên, một số codec cũng có thể hỗ trợ những codec cao hơn – chẳng hạn như 48 khung hình/giây hoặc thậm chí 60 khung hình/giây – đồng thời cung cấp hình ảnh và độ mượt mà vượt trội so với các đối tác thấp hơn của chúng.

Kết luận

Tóm lại, hiểu codec là một phần quan trọng trong việc tạo và xem video trên các thiết bị kỹ thuật số của chúng tôi. Biết kiến ​​thức cơ bản về codec âm thanh và video, định nghĩa của chúng và sự khác biệt đáng kể giữa chúng có thể giúp chúng tôi đưa ra quyết định sáng suốt hơn khi chọn và xem phương tiện kỹ thuật số. Ngoài ra, có một cái nhìn tổng quát về codec video được sử dụng phổ biến nhất cũng có thể giúp chúng tôi hiểu rõ hơn về cách các codec khác nhau có thể thay đổi hình thức và âm thanh của video.

Cuối cùng, thật hữu ích khi ghi nhớ rằng không phải tất cả các codec video đều tương thích chéo—có nghĩa là một số video yêu cầu một codec có thể không phát đúng cách trên một thiết bị khác nếu thiết bị đó không nhận dạng được loại cụ thể đó. May mắn thay, giờ đây chúng ta có nhiều tùy chọn hơn bao giờ hết khi xem nội dung kỹ thuật số yêu thích của mình—bao gồm khả năng tương thích tốt hơn trên nhiều nền tảng. Vì vậy, hãy dành thời gian nghiên cứu định dạng phù hợp với bạn và tìm ra định dạng phù hợp nhất với nhu cầu của bạn!

Xin chào, tôi là Kim, một người mẹ và là người đam mê stop-motion với kiến ​​thức nền tảng về tạo phương tiện truyền thông và phát triển web. Tôi có niềm đam mê lớn với vẽ và hoạt hình, và bây giờ tôi đang lao đầu vào thế giới stop-motion. Với blog của mình, tôi đang chia sẻ những kiến ​​thức của mình với các bạn.