Форматы видео: стандарты и кодеки

Вам не кажется, что мы уже просто обязаны поговорить о том, в каких именно форматах хранится цифровое видео? Какие существуют алгоритмы сжатия и почему именно их выбор для нас столь важен?

Начнем с азов: при работе с компьютерным видео нам нужно будет усвоить (и различать) сразу три различных понятия:

•          стандарт сжатия (компрессии);

•          кодек;

•          контейнер

Эти термины многие путают, а это — грубейшая ошибка! Еще больше запутывает то, что помимо этих основных характеристик у цифрового видео есть еще и куча дополнительных: разрешение кадра, битрейт и так далее.

Объяснить разницу между этими понятиями можно на примере обычной консервной банки. То, что в банке лежит — мясо, рыба или кабачковая икра — это и будет стандарт. В таком случае кодек — это материал, из которого изготовлена наша банка (она может быть металлической или стеклянной), контейнер — это этикетка и раскраска. Ну а объем банки — это уже битрейт.

Грубо, но, надеюсь, понятно.

Ну а теперь и начнем разбираться с каждым параметром досконально,

Стандарт сжатия

Чтобы сделать консервы, мясо нужно превратить в тушенку — иначе не хранить, ни есть его будет невозможно. Примерно такому же надругательству подвергается и видео: даже в эпоху многотерабайтных винчестеров видео приходится сжимать, выдавливая из каждого кадра максимальное количество «воды», неудивительно. Попробуем подсчитать, сколько заняла бы на нашем жестком диске минута чистого, несжатого видео в DVD-качества, с разрешением 720×576 точек.:

720×576 точек х 30 кадров в секунду х 16 бит цвета для каждой точки х 60 секунд…

Получается ни много ни мало — около полутора гигабайт! И это, заметьте, без учета звука… И чтобы запихнуть этого «слона» в более-менее компактный «рюкзак», приходится использовать разнообразные методы компрессии. Начнем с самых простых, хорошо знакомых обладателям домашних видеокамер старого образца.

[1]      MJPEG — один из самых древних и простых алгоритмов компрессии: каждый кадр сжимается примерно в 5 раз. Этот алгоритм напоминает действие обычных архиваторов — или уже знакомого нам алгоритма сжатия изображений JPEG. При использовании программного кодека MJPEG степень сжатия можно установить вручную, получая на выходе поток от 6 до 60 Гб в час, В аппаратных кодеках степень сжатия обычно зафиксирована на уровне 1:5, что дает нам около 12 Гб в час. Тоже немало — зато редактировать такой фильм очень легко, а аппаратные кодировщики M-JPEG встроены даже в простенькие платы захвата.

• Более продвинутой реализацией того же алгоритма является формат кодирования DV: он обеспечивает ту же степень сжатия (5:1) и ту же величину потока (12,5 Гб/час), зато качество картинки при этом гораздо выше. Для сжатия фильма в формат DV требуется относительно небольшая процессорная мощность, так что выполнить такую компрессию можно и на относительно слабом компьютере. К тому же видео с цифровых камер мы получаем уже в DV-формате, готовеньким.

Конечно, у этих алгоритмов есть масса преимуществ. И прежде всего — легкость обработки: ведь в DV-видео мы можем получить доступ к каждому отдельному кадру! Но хранить такие фильмы все-таки неудобно: сменные носители информации емкостью в десятки гигабайт появились совсем недавно. Поэтому еще пятнадцать лет назад специатисты задуматись о создании новых алгоритмов сжатия, которые позволили бы сократить «вес» цифрового фильма еще в несколько раз («несколько» в итоге обернулось более чем 150-кратным сжатием!). Для этого пришлось искать совершенно новый принцип работы — ведь выжать лишнюю «воду» из каждого отдельного кадра было уже невозможно!

Выход был найден — и довольно неожиданный. Вспомним: хотя за секунду перед нашими глазами пробегает целых 30 кадров, большая их часть хранит одну и ту же информацию! Большая часть фона остается практически неизменной, да и сами кадры порой просто дублируются. А значит, нам отнюдь не обязательно перегонять в цифру точную копию каждого кадра — вполне достаточно фиксировать несколько ключевых, а потом сохранять сведения об их изменении! При этом оставшиеся кадры разбиваются на квадратики, и об изменении каждого из них сохраняется информация. Не меняется квадратик на протяжении секунды — отлично, вот уже и экономия!

Так было создано семейство алгоритмов MPEG, с двумя представителями которого мы с вами обязательно познакомимся поподробнее:

О MPEG-2 (1995). Используется в современных DVD, а также для передачи спутникового и кабельного телевидения. Качество картинки и степень сжатия значительно выше, чем у его предшественника: размер кадра у этого стандарта составляет 720×576 точек при 25 кадрах в секунду — при этом предусматривается возможность сохранения пятиканальной звуковой дорожки (Dolby Digital 5.1, DTS). Емкость DVD составляет до 9 Гб, а запихнуть в этот объем можно до трех часов видео с полным качеством (я не беру в расчет пиратские DVD — там и по 20 фильмов на одном диске — не редкость).

О MPEG-4 (1999). Поскольку термин «MPEG-З» прочно приклеился к формату «сжатого звука (на деле его точное имя — MPEG-1 layer III), новое семейство форматов сжатия видео наградили не вполне заслуженной «четверкой». Раз- рабатыватся этот формат для довольно специфических целей — улучшения качества картинки при низкой скорости потока (битрейте). Рассчитанный на «высокоскоростной» режим MPEG-2 нужного качества обеспечить не мог, поэтому атгоритм модифицировали: теперь при сжатии картинки некоторые ее части не «фотографироватись», а описывались языком формул.

Сегодня можно уже с уверенностью говорить, что стандарт MPEG 2 доживает последние годы, если не месяцы. Конечно, списывать со счетов DVD пока рановато, но вряд ли кто будет спорить с тем, что фильмы этого формата отжили свое. Вот уже несколько лет, как человечество вступило в эру HD — видео высокого разрешения можно снимать даже бытовыми фотоаппаратами и мобильниками. А для его хранения MPEG-2 уже не годится… По всем параметрам сразу: из-за невысокого по нынешним меркам разрешения, высокого «битрейта» (то есть объема информации, необходимого для кодирования секунды экранного времени), а также качества картинки: даже на самых совершенных DVD-фильмах глаз нет-нет да улавливает знакомые «квадратики», особенно, если вы смотрите фильм на большом экране.

В общем, если вы собираетесь создавать домашнюю видеотеку из собственноручно «сграбленных» с диска фильмов или «домашнего видео», снятого HD- совместимой видеокамерой — старайтесь в любом случае ориентироваться на кодеки семейства MPEG-4.

Алгоритмы и кодеки

Вот мы и упомянули второе главное понятие — кодек! Это своего рода стандарт внутри стандарта: даже выбрав алгоритм сжатия (MPEG-4) мы можем сжимать видео с помощью совершенно различных инструментов — и получать на выходе абсолютно разные результаты. Видео, которое вы записываете на крохотную камеру своего мобильника, картинку с коммерческого Blu-Ray и выкачанный из сети фильм HD-формата — все они закодированы с использованием одного и того же стандарта MPEG-4. Но качество и характеристики этих фильмов отличаются настолько разительно, что вам и в голову не придет заподозрить их в родстве: у одного картинка чудовищного качества и плохенький монофонический звук, у другого — красота неземная, хоть в Третьяковку вешай…

Кстати, не об одной картинке речь, ведь мы не в эпоху немого кино живем, надо учитывать и звук! А тут тоже сплошная свистопляска: в одних фильмах для кодирования звука используется отлично знакомый нам МРЗ, в других, с многоканальной дорожкой — более совершенный формат ААС…

Во многом эти различия как раз и определяются «кодеком» — инструментом сжатия, каждый из которых использует свой собственный алгоритм и отличается как по качеству, так и по скорости кодирования.

Перечислять все виды этих кодеков мы не будем — упомянем лишь несколько самых распространенных. Напомним, что само слово «кодек» — это сокращение от «кодер-декодер»: стало быть, каждый кодек должен вктючать модули как для просмотра видео (декодер), так и дтя, наоборот, дтя сжатия (кодер). Первые чаще всего бесплатны — в частности, полный набор декодеров для воспроизведения видео практически всех существующих форматов можно получить в составе пакета кодеков — например, Windows 7 Codecs Pack (http://www.windows7codecs.com) — его я рекомендовал вам установить еще в главе, посвященной Windows. Бывают, впрочем, и исключения: для того, чтобы смотреть видео с дисков Blu-Ray с нормальным качеством, вам тоже придется покупать программный «декодер» — правда, не отдельно, а в составе какого-нибудь плеера (например, PowerDVD).

Еще хуже обстоит дело с «кодировочной» половинкой кодека: все самые лучшие и быстрые кодеки, к великому сожалению, платные. Так что варианта у вас всего два — либо приобрести платную программу, в состав которой уже включен этот кодек, либо воспользоваться его бесплатным аналогом (например, XviD, х.264 или Theora).

MPEG-4 Part 2 ASP. Первый алгоритм семейства MPEG-4, появившийся на рынке еще в 1999 году, кода и о HD-видео никто не слышал! Качество кодеков этого типа крайне низкое, что отчасти компенсируется довольно высокой скоростью кодирования (не менее важно и то, что воспроизведение сжатых этим кодеком фильмов не требует значительных аппаратных ресурсов). Именно поэтому этот алгоритм востребован и сегодня — он используется при кодировании видео для мобильных устройств типа коммуникаторов, персональных медиаплееров (формат МР4) и так далее. Яркими представителями кодеков на основе этого алгоритма являются отлично знакомые каждому компьютерному видеоману DivX и его альтернативный некоммерческий вариант XviD (http://www.xvid.org).

Н.264 или MPEG-4 AVC — одна из последних и самых популярных модификаций, с одинаковым успехом использующаяся для сжатия видео, как с низким разрешением, так и HD. Именно этим кодеком закодировано большинство фильмов, выпускающихся на дисках Blu-Ray, прижился он и на бытовых HD-видеокамерах (AVCHD). Как и в случае с DivX, у этого кодека существуют как коммерческие модификации, включенные в состав профессиональных видеоредакторов (Nero Recode, Pinnacle Studio, Adobe Premiere и т. д.), так и бесплатные варианты — например, х.264 (http://x264.nl).

VC-1 — «альтернативный» кодек, разработанный всеми нами любимой корпорацией Microsoft. Первоначально использовался для кодирования игрового видео для приставок Х-Вох, однако сегодня выполз из игрового вольера и вовсю окучивает видеорынок, отчаянно конкурируя с Н.264.

Ну и сакраментальный вопрос — что же нам выбрать? Единого ответа, увы, нет. Самым универсальным и доступным решением для хранения готового видео, несомненно, для многих станет бесплатный кодек х.264. Но и другими решениями пренебрегать не стоит: так, старый добрый МР4 пригодится для смартфонов, а снятое на качественную HD-камеру домашнее видео, которое вы планируете в будущем записать на Blu-Ray, лучше всего сразу сжимать профессиональным кодеком Н.264 или VC-1.

«Контейнер»

Остается выбрать «контейнер» — упаковку, тип файла, в котором мы будем хранить наши фильмы. Контейнеров существует огромное количество, больше, чем кодеков, причем в контейнере может храниться видео совершенно разных форматов! Возьмите классический AVI — этот контейнер может содержать видео как в древнем стандарте MPEG-1, так и MPEG-4. Та же штука с MPG или, скажем, любимого пользователями компьютеров Apple QuickTime (qt). Хотя большинство контейнеров четко привязаны к определенному формату — например, mp4, ts (в этом контейнере хранятся фильмы на дисках Blu-Ray).

Конечно, качества фильма определяется кодеком (и параметрами, которые мы устанавливаем при перекодировке — о них ниже), но и от контейнера зависит немало! В частности — количество звуковых дорожек, каналов субтитров, типы используемых кодеков. А заодно (что тоже немаловажно — совместимость с бытовыми проигрывателями). Кандидатов на эту роль три:

•          файлы формата AVI — самого древнего и традиционного из всех контейнеров. Плюсы — совместимость практически со всеми плеерами и… собственно, и все. Датыне пойдут минусы: невозможность упаковать в файл тестовые субтитры (если только они не впаяны в фильм намертво). Беда и со звуковыми дорожками: некоторые умельцы ухитряются запихнуть в AVI несколько альтернативных «саундтреков», но это скорее исключение, чем правило.

•          два варианта «контейнеров», заточенных под кодек х.264 — MKV (он же «матрешка») и МР4.

С «авишками» все ясно — Ее Roi Est Mort, Vive Ее Roi! Несмотря на то, что для большинства из нас понятия «авишки» и «фильмы» связаны, как сиамские близнецы, на деле старику JWI давно пора на сватку. И дело не только в кодеке DivX (в AVI можно хранить и фильм, сжатый с помощью х.264) — сам формат-«контейнер» устарел до неприличия.

Оба его конкурента предоставляют в разы больше возможностей: тут и несколько звуковых дорожек (причем с возможностью хранения многоканатьного звука), и отключаемые субтитры, и возможность хотя бы частичного сохранения меню диска и временных меток для быстрой навигации по фильму. Очень удобно, особенно если мы имеем дело с концертной записью, где частенько хочется перескочить прямо на нужную песню. Отдельным частям фильма можно даже дать какие-то вменяемые имена вместо банатьного Chapter 1, 2, 3 и так далее. Иногда это полезно — к примеру, если мы имеем дело со сборником ктипов или концертом.

Таким образом, коллекцию мы будем создавать в формате MKV или МР4.

На платформе ПК оба формата идут ноздрю в ноздрю. А вот вне системного блока расктад уже иной: фильм в МР4 можно проиграть практически на любых устройствах, начиная с карманного медиаплейера или мобильника и заканчивая игровой приставкой (например, Playstation 3). MKV же поддерживают только самые новые медиацентры, о портативных же устройствах лучше просто забыть. Стоит добавить, что формат МР4 — «родной» для всего «маковского» железа, от MacBook до iPhone, так что обладатели компьютеров «с яблочком» наверняка выберут его. С другой стороны, собирать-разбирать «матрешку» куда проще, чем МР4, так что заменить звук и добавить новые субтитры можно всего за пару минут.

Что получаем? А то, что при всей крутизне и прогрессивности формата MKV на самом деле его возможности востребованы лишь изредка: для суперколлекционных релизов с кучей дорожек и каналов субтитров, либо для видео сверхвысокого качества. И в том случае, если вы согласны пожертвовать совместимостью, ограничившись просмотром киношек на ПК или медиацентрах. Если переводить на язык операционных систем, то JWI — это, скорее, Windows, МР4 — чистейший Мак, ну a MKV — это что-то вроде Linux. Конструктор-самосборка, паззл, с которым каждый может возиться столько, сколько душе угодно.

Источник: Леонтьев В. П. Новейшая энциклопедия компьютера 2011. — М.: OЛMA Медиа Групп, 2010. — 960 е.: ил. — (Новейшая энциклопедия.)

Похожие посты:

Вы можете оставить комментарий, или ссылку на Ваш сайт.

Оставить комментарий