В чём разница?
Ищем и находим разницу во всём

Чем отличаются видеокодеки ​​H.264, H.265, AV1, VP9, MPEG-2 и Apple ProRes?

Цифровое видео прошло долгий путь с начала 2000-х годов. Мы видим, как качество изображения улучшается стремительно, одновременно с внедрением новых технологий отображения, таких как OLED. Как потребители, мы также имеем более высокие ожидания, чем когда-либо прежде, как дома, так и в отношении портативных устройств, таких как смартфоны и планшеты. Кодеки позволяют все это, сжимая большие объемы необработанной информации в видеофайл, который гораздо удобнее хранить, транслировать и распространять.

На протяжении многих лет крупные игроки отрасли, такие как Google, Intel и Apple, интересовались новыми способами сжатия и упаковки видео. Возможно, вы слышали о том, что YouTube принимает новый стандарт AV1, например, и о новых моделях iPhone, ориентированных на профессиональных видеооператоров с кодеком Apple ProRes. Действительно, в настоящее время используется по крайней мере несколько различных стандартов, каждый из которых имеет свои сильные и слабые стороны. При таком количестве предлагаемых видеокодеков стоит обсудить, что они делают, почему индустрия цифрового видео все еще фрагментирована и чем некоторые из самых популярных стандартов отличаются друг от друга. Вот все, что вам нужно знать.

Сам термин «кодек» дает довольно большой намек на понимание того, как все это работает — это просто сокращение для кодирования и декодирования. Вы спросите, почему видео кодируются и декодируются? Проще говоря, это потому, что они обычно несут много необработанных данных.

Возможно, вы слышали, что видео — это, по сути, серия неподвижных изображений. Кинопроекторы старой школы — лучшая демонстрация этого принципа. Они физически загружают катушку пленки и показывают вам 24 кадра в секунду, заставляя ваш мозг думать, что это кино.

Алгоритм работы видеокодека ​​H.264 и H.265
Алгоритм работы видеокодека ​​H.264 и H.265

Хотя вместо этого вы можете сделать то же самое с цифровыми изображениями, объем хранилища, необходимый для такого объема данных, непостижим. Согласно расчетам Mozilla, одно 30-минутное видео, хранящееся в виде необработанных изображений, будет занимать более 1 ТБ. Это в десять раз больше общей емкости обычного смартфона на 128 ГБ.

С этой целью хранение и воспроизведение видео просто невозможно без использования сложных алгоритмов сжатия в виде кодеков. Также стоит отметить, что кодеки существуют и для аудио, из-за тех же причин объема данных. Во время записи необработанного и несжатого видео и аудио, происходит быстрое увеличение их размере на носителе, что делает невозможным редактирование, хранение и распространение.

Как работают Кодеки?

В то время как кодеки используют несколько сложных алгоритмов сжатия, некоторые основные методы можно кратко объяснить. Например, используется метод, при котором сохраняется только информация, относящаяся к изменениям между одним кадром и следующим, вместо хранения полноразмерных изображений. Таким образом, можно значительно сжать статичное видео продолжительностью несколько минут. Например, человек, говорящий на статичном фоне, обычно двигается мало, и это довольно распространенный сценарий в большинстве видео и фильмов.

Принцип работы кодека
Принцип работы кодека

Кроме того, еще один шаг вперед к сжатию можно сделать с помощью векторов движения и алгоритмов компенсации. С их помощью можно достичь более высоких уровней сжатия, предсказав, где окажется конкретный пиксель в будущем кадре. Например, если камера просто горизонтально перемещается, кодек может определить, что определенный пиксель будет смещен влево или вправо после нескольких кадров.

Другой метод сжатия включает в себя группировку соседних пикселей с похожими цветами. Однако, в крайних случаях, именно это вызывает печально известный «квадратный» вид в видео низкого качества. В этом случае сжатый файл просто не содержит достаточно информации для декодера, чтобы восстановить исходное изображение.

В умеренных количествах эти методы сжатия, наряду с другими, могут обеспечить хорошее изображение, но по размеру составляющее лишь часть от исходного. Хотя при сжатии вы неизбежно теряете некоторую информацию, это, мягко говоря, достойный компромисс.

Каждый видеокодек использует свой подход или метод для достижения нужного сжатия. И, как и следовало ожидать, новые кодеки предназначены для сохранения или улучшения качества изображения, а также для уменьшения размера файла.

Для чего нужны Видеокодеки?

От чат-приложений, таких как WhatsApp, до потоковых сервисов, таких как Netflix и Disney+, кодеки открывают двери для многих вариантов использования смартфонов. Например, совместное использование мультимедийного файла в такой службе, как Facebook или Twitter, обычно включает перекодирование видео в меньший размер. То же самое и с фотографиями и аудиофайлами. Например, такие компании, как YouTube, кодируют и хранят каждый фрагмент мультимедиа с разным качеством и разными кодеками. Затем они предоставят нужную версию в зависимости от возможностей вашего устройства и скорости подключения.

Видео сжатое кодеком H.265 при том же качестве будет иметь размер на 30% меньше, чем видео в ​​H.264
Видео сжатое кодеком H.265 при том же качестве будет иметь размер на 30% меньше, чем видео в ​​H.264

Несмотря на то, что скорость интернета за последние годы значительно улучшилась, большинству из нас все еще приходится сталкиваться с ограничениями передачи данных и периодической медлительностью. Не стоит забывать, что видео с высоким разрешением быстро съедает ограниченное пространство накопителя в мобильных устройствах. Более новые кодеки разработаны с учетом этих особенностей.

Таким образом, видеокодеки нужны при записи видео. Многие современные устройства на Android предлагают возможность записи с использованием более эффективного кодека, что позволяет сэкономить ценное дисковое пространство.

Например, при сравнении двух 20-секундных видео в 4K, при записи на смартфоне используя кодек H.264, размер будет составлять около 125 МБ, тогда как при записи с кодеком H.265, размер видео составит около 90 МБ. Разница в размере файлов с этими кодеками составляет 30%! Более того, возможно еще больше сжать файл, используя более мощное оборудование, чем SoC смартфона. Для таких компаний, как Netflix или YouTube, переход на более эффективный кодек может сократить требования к хранилищу и полосе пропускания почти вдвое, сэкономив при этом ошеломляющие суммы денег.

Как узнать, какие кодеки поддерживает ваш смартфон или устройство

Производительности кодирования и декодирования видео может значительно помочь наличие специального оборудования. С этой целью все микросхемы в наших телевизорах, мобильных телефонах, компьютерах и даже игровых консолях поддерживают фиксированный набор кодеков на аппаратном уровне. Другими словами, они способны чрезвычайно эффективно сжимать и распаковывать видеофайлы, используя аппаратное ускорение. Это особенно важно для смартфонов, поскольку меньшая нагрузка на обработку означает более длительное время автономной работы.

Однако вы все равно можете встретить видеофайл, который не может быть воспроизведен или открыт никаким приложением — есть вероятность, что он использует кодек, который ваше устройство либо не может обработать, либо не распознает. Чтобы подтвердить это, вы можете использовать такое приложение, как MediaInfo, для определения формата видео и деталей кодирования. На Android вы можете использовать бесплатные приложения, такие как Codec Info или AIDA64, чтобы проверить, поддерживает ли ваше устройство аудио- и видеокодеки. Если определенного кодека нет в списке, скорее всего, он не поддерживается вашим устройством. На сайте разработчиков Android есть список обязательных кодеков, если вам интересно.

Тем не менее, современные смартфоны обладают достаточной мощностью процессора для декодирования неподдерживаемых кодеков. С этой целью сторонние приложения для видеоплееров, такие как VLC, предлагают воспроизведение таких файлов с помощью программного декодирования без какого-либо аппаратного ускорения. Однако это может привести к нагреву вашего устройства и разрядке аккумулятора, поэтому лучше не полагаться на него.

Краткая история Видеокодеков

Конкурирующие кодеки и стандарты когда-то были серьезной проблемой для видеоиндустрии. Многие популярные кодеки действительно хорошо работают только с оборудованием определенных производителей. К счастью, за последние несколько лет производители устройств сошлись на нескольких кодеках. Хотя фрагментация больше не является проблемой, все же стоит знать, с какими кодеками вы, вероятно, столкнетесь в реальном мире.

Видеокодек MPEG-2

MPEG-2, пожалуй, самый старый видеокодек, который сегодня все еще используется. Он стал чрезвычайно популярным в начале 2000-х годов, когда его исключительно использовали для сжатия телетрансляций и выпусков фильмов на DVD. Некоторые ранние выпуски Blu-Ray также использовали MPEG-2 для контента высокой четкости.

Для воспроизведения видео и звука DVD-плееры используют кодек MPEG-2
Для воспроизведения видео и звука DVD-плееры используют кодек MPEG-2

Сегодня, новый контент, практически не кодируется в MPEG-2. Однако поддержка декодирования для него чрезвычайно распространена, тем более, что многие новые устройства обратно совместимы с ним. В наши дни легко найти устройство, которое может воспроизводить файлы MPEG-2, от обычных DVD-плееров до компьютеров десятилетней давности.

Видеокодек H.264

Advanced Video Coding (AVC), или H.264, как его более широко называют, — это новый король видеокодеков с точки зрения совместимости и внедрения. Его популярность росла вместе с ростом видео высокой четкости из-за его более высокой эффективности по сравнению с предыдущими кодеками. H.264 обеспечивает аналогичное качество изображения при размере примерно на 50% меньше, чем MPEG-2.

H.264 стал настолько мощным скачком в эффективности по сравнению с предыдущими кодеками, что быстро стал де-факто стандартом для HD-видео. Это особенно актуально при ограниченной пропускной способности, например в потоковом видео через Интернет. Фактически, именно кодек H.264 позволил YouTube впервые внедрить поддержку разрешений 720p и 1080p еще в 2008 и 2009 годах соответственно. Даже десятилетие спустя вы обнаружите, что H.264 широко используется для потоковой передачи видео, в дисках HD Blu-Ray и в телевизионных трансляциях.

В результате этого повсеместного внедрения этот кодек сегодня поддерживается практически всеми устройствами и программным обеспечением. Неудивительно, что многие смартфоны и цифровые камеры также записывают видео в формате H.264, чтобы обеспечить максимальную совместимость с другими устройствами.

Видеокодек H.265

Видеокодек H.265 или HEVC (High Efficiency Video Coding — переводится как Высокоэффективное Кодирование Видео), было продолжением невероятно популярного кодека H.264. Как следует из названия, он предлагает довольно значительный скачок в эффективности по сравнению с предыдущими кодеками, что делает его незаменимым для приложений, чувствительных к пропускной способности, и контента со сверхвысоким разрешением.

Рост HEVC совпал с появлением дисплеев и видео в 4K. Для этого в новейшем стандарте Blu-Ray — Ultra HD Blu-Ray — используется кодек H.265. Вы также можете столкнуться с H.265 при записи видео 4K и 8K на смартфоны, особенно при съемке в формате HDR, таком как Dolby Vision.

Однако, несмотря на свои преимущества, HEVC не смог добиться такого же успеха, как H.264, в других областях. В течение многих лет внедрение H.265 тормозилось неопределенностью в отношении лицензионных сборов и лицензионных отчислений для кодеков. С тремя различными заинтересованными сторонами кодека H.265 по сравнению с единой группой лицензирования кодека H.264 игрокам в индустрии контента, оборудования и программного обеспечения потребовались годы, чтобы разобраться с HEVC. И даже сейчас основные веб-браузеры, такие как Google Chrome и Mozilla Firefox, вообще не поддерживают его.

Видеокодек VP9

Сомнения по поводу патентов и лицензионных отчислений HEVC побудили Google взять дело в свои руки и разработать альтернативу с открытым исходным кодом под названием VP9. Он обеспечивает 30% прирост эффективности по сравнению с H.264, что делает его идеальным выбором для видеофайлов с высоким разрешением. Что еще более важно, VP9 полностью бесплатен, а это означает, что компаниям не нужно ничего платить Google, чтобы добавить его поддержку.

У кодека VP9 эффективность пропускной способности на 30% лучше по сравнению с H.264
У кодека VP9 эффективность пропускной способности на 30% лучше по сравнению с H.264

Google поддержал внедрение VP9, ​​когда решил использовать его для видео 4K на YouTube. Начиная с 2016 года, также требовалось, чтобы производители устройств Android TV поддерживали кодек. И того, и другого было достаточно, чтобы привести VP9 к успеху, по крайней мере, в большей степени, чем HEVC. Неудивительно, что практически все смартфоны, браузеры и телевизоры, выпущенные с 2017 года, могут обрабатывать контент в кодировке VP9.

Однако не многие контент-провайдеры приняли VP9. Помимо собственных платформ Google YouTube и Stadia, только Netflix на короткое время приняла их.

Видеокодек AV1

AV1 — это новейший видеокодек в этом списке, который также собирается стать настоящим преемником популярного H.264. Как и VP9, ​​он имеет открытый исходный код и не требует лицензионных отчислений. Что еще более важно, его поддерживают гораздо больше компаний, чем любой предыдущий кодек. Разработкой AV1 руководит Alliance of Open Media — межотраслевая коалиция таких гигантов, как Intel, Apple, Google, Adobe, Facebook и Arm. С такой поддержкой трудно представить, что AV1 будет давать сбои, как HEVC и другие кодеки, разработанные для эпохи потоковой передачи.

Тестирование Facebook в 2018 году показало, что AV1 предлагает на 50% лучшее сжатие, чем H.264. Другой тест показал, что AV1 обеспечивает уменьшение размера файла на 10% и 15% по сравнению с HEVC и VP9 соответственно. Эти цифры означают, что фильм Blu-Ray размером 25 ГБ 1080p, закодированный в H.264, можно сжать до 12–13 ГБ, используя вместо этого AV1 — и все это без какого-либо ухудшения качества изображения.

Видеокодек AV1 (AOMedia Video 1) является преемником VP9 и H.265 и имеет более высокую производительность.
Видеокодек AV1 (AOMedia Video 1) является преемником VP9 и H.265 и имеет более высокую производительность.

Хотя спецификация AV1 была завершена в 2019 году, внедрение продвигалось медленнее, чем можно было ожидать. Это связано с тем, что до относительно недавнего времени практически ни одно оборудование на рынке не предлагало аппаратное ускорение кодирования для этого кодека. Без аппаратного ускорения кодирования, как подсчитали в Московском государственный университете, кодирование AV1 в 2500–3000 раз медленнее, чем у его конкурентов.

Аналогичным образом, возможности декодирования AV1 также не были широко распространены. Android Dimensity 1200 от Mediatek стал первым чипсетом, который в начале 2021 года включил аппаратное ускорение для AV1. Однако его прямые конкуренты — Qualcomm Snapdragon 888 и 870 SoC — вообще не поддерживали этот кодек. Так как Qualcomm не входит в Alliance of Open Media, он не поддерживает AV1 в своем последнем чипсете Snapdragon 8 Gen 1.

Как только поддержка AV1 на аппаратном уровне станет более обычным явлением, мы, вероятно, увидим, что все больше и больше сервисов будут ее применять. YouTube и Netflix уже используют AV1 на Android, как и Google Duo. Более того, все основные веб-браузеры, за исключением Safari, поддерживают этот кодек.

Видеокодек Apple ProRes

В отличие от других кодеков в этом списке, ProRes — это специализированный видеокодек, разработанный исключительно для видеоредакторов и профессионалов. Проще говоря, видео, хранящиеся в ProRes, содержат больше информации с более низким уровнем сжатия. Это упрощает постобработку, такую ​​как цветокоррекция, поскольку файл по-прежнему сохраняет большое количество необработанной информации с камеры.

Видеокодек Apple ProRes создан для профессионалов и сохраняет больше информации с более низким уровнем сжатия.
Видеокодек Apple ProRes создан для профессионалов и сохраняет больше информации с более низким уровнем сжатия.

Конечно, больше информации и более низкая степень сжатия означают, что файлы ProRes имеют тенденцию быть немного больше в размере. Согласно официальному документу Apple, в котором подробно описан кодек ProRes, один час видео 4K с 30 кадрами в секунду, закодированного в ProRes, даст размер файла от 280 ГБ! Вот почему ProRes почти никогда не используется для доставки контента, а только на промежуточных этапах производства. Фактически, Apple даже не позволит вам записывать 4K-видео ProRes на 128-гигабайтную модель iPhone 13.

В 2021 году Apple объявила, что iPhone 13 станет первым смартфоном, который может снимать видео сразу в ProRes. Позже в том же году производитель дронов DJI выпустил Mavic 3 Cine — свой флагманский потребительский дрон с возможностью записи в ProRes. Что касается кодирования, Apple включила специальные ускорители ProRes в медиа-движки своих SoC M1 Pro и M1 Max.

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.