Что такое кодеки и для чего они нужны

Tuesday, April 16, 2024

Видео и аудио потоки в мультимедийных файлах в настоящее время в большинстве случаев кодируются специальными программами кодирования (так называемыми кодеками). Это помогает уменьшить размер файла при сохранении относительно хорошего качества видео и звука. Для воспроизведения таких файлов требуются специальные программы декодирования (d ecoders) для каждого видео / аудио формата, используемого для кодирования данных в этих файлах (например, DivX , XviD , H.264 , H.265 , MP3 , AAC и т. д.). Некоторые мультимедийные проигрыватели / редакторы уже содержат необходимые кодеки, в то время как другие (например, Windows Media Player) используют внешние кодеки, которые необходимо установить на ваш компьютер отдельно, например отсюда http://klite-kodec.ru/.

Что такое кодек

Кодек - это устройство или программа, предназначенная для сжатия необработанных медиа-файлов (например, видео, аудио и / или субтитров). Есть несколько вариантов кодеков для каждого формата файла; Типичные примеры видеокодеков: H.264, HEVC, VP9 и AV1. Для аудио есть: AAC, MP3 или Opus. Несколько основных кодеков видны на изображении ниже:

Целью кодека является эффективная и быстрая передача, хранение или воспроизведение файла на устройстве. Процесс сжатия этих необработанных или несжатых файлов в кодек известен как кодировка.

Что такое кодек

Что такое кодирование

Кодирование - это процесс преобразования необработанного видеофайла (кодека) в совместимый, сжатый и эффективный цифровой формат. Новый сжатый файл может распространяться через Интернет и воспроизводиться на мобильных или телевизионных проигрывателях.

Например: мультимедийному конгломерату может быть поручено распространять OTT-контент, такой как Game of Thrones, на мобильное устройство пригородного пассажира в регионе, который может иметь более низкую скорость интернета / передачи данных. Следовательно, эта передача потребует большого количества внутренних коммуникаций и кодов; где распространение отдельного эпизода с высочайшим качеством будет крайне неэффективным и дорогим. Решение, которое корпорация может принять, состоит в том, чтобы пропустить эти видео сверхвысокого качества через видео-кодер на этапе обработки. Это упаковывает запрошенные видеофайлы таким образом, чтобы при передаче было потеряно минимальное качество, иначе называемое «сжатие без потерь».

С технической точки зрения примером кодирования может быть доставка одного несжатого 16-битного кадра RGB с размером 12,4 МБ в монохромный 8-битный кадр с размером 3,11 МБ. Таким образом, за 60 секунд видео со скоростью 24 кадра в секунду программное обеспечение для кодирования снизит общий размер видеофайла с 17,9 до 2,9 ГБ. Однако 3 ГБ для 60 секунд видео может все еще быть слишком много для потоковой передачи с телефона, поэтому необходима дальнейшая оптимизация.

Что такое кодирование

Что такое транскодирование?

Более сложным вариантом кодирования является транскодирование, процесс преобразования одного кодека в другой (или тот же) кодек. И декодирование, и кодирование являются необходимыми шагами для достижения успешного транскодирования. Транскодирование - это стандартная практика для онлайн-видео - процесс сжатия уже сжатого файла. Таким образом, потребители получают доступ к более качественным продуктам при значительно меньших затратах на распространение. Другими словами, необходимы дополнительные шаги для доставки этого высококачественного видео на несколько устройств. Кроме того, кодировщик может реализовать уменьшение размера кадра, чтобы максимизировать воспринимаемое качество среднего потребителя.

Итак, как еще сжать файл данных? Используя интерфейс командной строки, кодировщики, такие как Bitmovin, которые предоставляют продукты для кодирования API и GUI, анализируют и обрабатывают все введенные видеофайлы. В зависимости от того, какое разрешение требуется в выходном файле, используется другой видеокодек. Лучший видеокодек - это тот, который кодирует видео для конкретного разрешения и формата, который оптимизируется для наилучшего воспринимаемого качества при минимально возможном размере. Одним из стандартных показателей измерения качества видео является пиковое отношение сигнал / шум (PSNR): сравнение «хороших данных» с уровнем шума в файле. Чем выше число, тем лучше. PSNR измеряется с использованием децибел (как в звуке), и 80 дБ, как правило, является хорошим показателем качества.

Однако не все видеофайлы одинаковы, спортивные и динамические ролики значительно больше по размеру и сложности, чем ваш обычный мультфильм. В результате кодеры, такие как Bitmovin, используют еще одно настраиваемое решение - кодирование для каждого заголовка, которое настраивает каждое сжатие для достижения максимального качества, минимального размера и с наименьшими затратами.

Что такое битрейт?

Изучив определения кодирования и транскодирования и то, как они влияют на качество контента, следующим шагом является определение основы измерения скорости и стоимости передачи мультимедиа. Промышленный стандарт, битрейты, рассчитываются (и оплачиваются) на основе количества бит в секунду, которое может передаваться по цифровой сети. Большее количество битов, которые могут быть обработаны в секунду, указывает на более быструю и более качественную передачу - однако это обычно происходит с более высокой стоимостью. Все доступные битрейты и разрешения, в которые закодированы видео (и аудио) сегменты, а также их расположение на сервере указаны в текстовом файле, определенном протоколами DASH или HLS. Эти файлы манифеста (.mpd для DASH, .m4u8 для HLS) передаются в проигрыватель; какой протокол используется, полностью зависит от возможностей устройства потребителя.

Битрейт дает значение того, какую часть видеофайла (в битах) мы можем обработать во время воспроизведения видео. Однако не всегда имеет смысл передавать высочайшее качество каждому пользователю и каждому устройству. Есть некоторые, которые будут потреблять контент в сотовой сети во время движения (например, для нашего вышеупомянутого пассажира), и другие, которые будут использовать тот же контент на 4K-телевизоре с оптоволоконным соединением. Кроме того, тот же пользователь может начать просмотр контента на телевизоре 4K и продолжить путь в свой офис на мобильном телефоне с сетью 3G.

Кодирование и битрейт в действии

Во время кодирования видео и аудио компоненты разделяются в 1-секундные сегменты; длина сегмента может быть произвольной, но максимальная - 10 секунд. Каждый из этих сегментов видео может быть сохранен в другом качестве (и размере кадра) с помощью видео-кодера. Качество и размер выходного видео устанавливаются путем выбора скорости передачи в распределительной службе. В идеальном мире поставщик услуг будет выбирать идеальный битрейт для каждого видео, которое будет передано конечному пользователю, что позволит избежать заикания или буферизации.

Новейшие технологии кодирования: кодеки VVC и VP9

Последней современной технологией кодирования является Универсальное кодирование видео (VVC); улучшение по сравнению с Open Gen Open Video или кодеком VP9 (2013). VVC улучшает прогнозирование частей (блоков) в кадре, просматривая другие соседние блоки и сравнивая их с тем, как они вели себя до кодирования / транскодирования. Факторы, влияющие на то, как функция VVC включает в себя: движение блока относительно всех других (или компенсацию движения), изменения блока по сравнению с тем, как он выглядел в прошлом, и прогноз того, как он будет выглядеть в будущем (прогнозирование движения во времени).

Технологии будущего: общий формат мультимедийных приложений (CMAF)

Будущее потоковой передачи обусловлено CMAF, методом кодирования, который разбивает видеофайл на небольшие куски. Эти фрагментированные файлы мгновенно воспроизводятся пользователем, в отличие от сегментированных файлов, которые необходимо полностью загрузить перед воспроизведением. Подумайте о нестабильном соединении: большие задержки с длительным временем буферизации, просто для загрузки скудного 10 секунд видео. CMAF стремится разрешать нестабильные видео в формате Common Encryption, чтобы упростить развертывание технологий управления цифровыми правами.