кодировщик видео что это

Обзор лучших бесплатных программ
и онлайн приложений для конвертирования видео

Проигрыватель выдает ошибку из-за неподходящего расширения ролика? Решите проблему, установив видеоконвертер. Однако выбрать один из всего многообразия похожего софта – непростая задача. Чтобы помочь вам определиться, мы собрали в нашей статье лучшие бесплатные программы для конвертирования видео и онлайн видеоконвертеры.

Скачайте лучший конвертер видео прямо сейчас

ТОП-10 бесплатных конвертеров видео

Мы протестировали популярный софт, сравнив качество конвертирования, удобство использования, количество дополнительных опций и стоимость подписки. Рассмотрим подробнее особенности каждого конвертера нашего ТОП-10.

1. ВидеоМАСТЕР

ВидеоМАСТЕР – русскоязычный конвертер видео, который дополнительно оснащён инструментами для обработки записей. Благодаря понятному продуманному меню, даже новички сразу разберутся в работе всех функций и назначении кнопок. Софт позволяет:

Посмотрите видеоурок, чтобы узнать про все возможности программы:

Помимо функций конвертера, ВидеоМАСТЕР оснащён инструментами редактирования: обрезки, склеивания, поворота, кадрирования видеоматериала. Также вы сможете улучшить качество роликов, накладывать текст, графику и добавлять эффекты. В программе можно заменить звук, наложить музыку, отрегулировать громкость аудио. Еще пользователям доступна запись с вебкамеры, загрузка фильмов прямо из сети, например, с Ютюб или ВК.

2. Any Video Converter

Бесплатная программа для конвертирования видео в MP4, в AVI, MKV и т.п. Работает со всеми популярными расширениями. Способна достаточно быстро выполнить преобразование из одного формата в другой. Кроме своего основного назначения, приложение может скачивать клипы с YouTube, делать стопкадры из видео.

Пользователям доступно 3 версии на выбор, скачать их можно тут. В бесплатной предлагается конвертация в популярные расширения и основные опции редактирования (обрезка, поворот, соединение). В версии Ultimate появляются шаблоны для записи DVD, копирование дисков, а в PRO есть опция захвата изображения с экрана.

Интерфейс Any Video Converter

3. Wondershare Video Converter Ultimate

Wondershare Video Converter Ultimate – функциональный и быстрый конвертер, дополнительно снабжённый опциями редактирования и монтажа роликов. Здесь можно склеить и обрезать видео, наложить эффекты, текст, поработать с аудио. Эта программа для переформатирования видео позволяет записывать ролики, скачивать фильмы из интернета, извлекать звук из клипов, нарезать DVD-диски. Здесь есть встроенный медиасервер для трансляции записи онлайн.

Интерфейс конвертера Wondershare Video Converter Ultimate

Wondershare позволяет конвертировать клипы в любой из 150+ форматов, имеет готовые пресеты для мобильных девайсов, включая iPad. Вы можете преобразовать в новое расширение сразу целую группу файлов.

У ПО много преимуществ, но есть и недостатки: английское меню и высокая стоимость – бессрочная подписка на 1 ПК обойдётся в 2 690 рублей. Купить и скачать можно здесь.

4. Movavi Video Converter

Movavi Video Converter можно приобрести как отдельно, так и в наборе Movavi Suite. Программа для конвертирования видео позволяет преобразовать файлы в различные расширения, подготовить их к отправке на устройства, а также выполнить редактирование.

Интерфейс Movavi Video Converter

В Movavi русское меню, есть инструменты обрезки и кадрирования, можно перевернуть видео, склеить несколько фрагментов в один, добавить спецэффекты и наложить текст. Готовые клипы можно публиковать в соцсетях и на Ютюб прямо из меню.

Недостаток ПО – слишком короткий срок триальной версии. Кроме того, софт может вылетать при работе с поврежденными файлами.

5. Format Factory

Format Factory – универсальная и полностью бесплатная программа для конвертации видео, которая может преобразовать в популярные форматы фото и видеоматериал. Есть минимальные опции редактирования и монтажа, вроде изменения масштаба, поворота, наложения эффектов. В Format Factory можно записывать DVD диски и работать с аудио.

Интерфейс Format Factory

Особенностью софта является возможность восстановления повреждённых видеофайлов и достаточно неплохие показатели скорости конвертирования.

В целом, Format Factory является хорошим вариантом для новичков, но если требуются расширенные опции монтажа и редактирования, лучше поискать альтернативу.

Cкачайте программу №1 для конвертации

6. Xilisoft Video Converter

Xilisoft – приложение для конвертации записей в любой формат, а также подготовки к просмотру на телефонах, планшетах, игровых приставках и плеерах.

Кроме основной возможности перекодировать видео, софт умеет обрезать и соединять ролики, накладывать несложные эффекты, добавлять вотермарки, работать с субтитрами, корректировать цветовой баланс изображения.

Из-за отсутствия локализации не подойдёт пользователям, не владеющим иностранным языком. Также ПО иногда зависает во время обработки HD и 4K фильмов. Отсутствуют пресеты для устройств таких популярных марок, как Huawei, Xiaomi, Meizu.

7. Bigasoft Total Video Converter

Простое приложение для конвертирования с понятным меню, в котором быстро разберётся даже новичок. Работает с десятками популярных расширений: ASF, AVI, MP4 и др., имеет встроенные шаблоны для отправки видеофайлов на устройства или загрузки на сайты.

Интерфейс Bigasoft Total Video Converter

Дополнительно Bigasoft может выступить и как редактор. Здесь доступно кадрирование, наложение эффектов и водяных знаков, работа с субтитрами. Чтобы оценить изменения, можно воспользоваться предпросмотром.

Из недостатков стоит отметить высокую стоимость – 37$. Приобрести можно здесь.

8. Wise Video Converter Pro

Wise Video Converter Pro – софт для продвинутых пользователей, предлагающий гибкие настройки конвертирования. Помимо обычного перевода из одного формата в другой, пользователи могут отрегулировать параметры клипа вручную: кодек, частоту и размер кадров, битность, громкость и дискретизацию звука.

Интерфейс Wise Video Converter Pro

Тонкая настройка потребует времени, но затраты компенсируются хорошим качеством итогового ролика. Файлы можно конвертировать как отдельно, так и сразу группой.

ПО хорошо подойдёт, когда требуется преобразование запись в новое расширение с возможностью точно указать желаемые настройки. Но специализация Wise Video Converter Pro достаточно узкая, вы не найдёте даже минимальных инструментов редактирования роликов. Здесь можно только наложить водяной знак. К тому же интерфейс на английском, официальной локализации не предусмотрено.

9. Free Studio

Free Studio – ПО под Windows, которое позволяет конвертировать ролики в различные форматы, выполнять простое редактировать, а также скачивать видеоматериал из интернета. Софт также способен подготовить фильмы к просмотру на мобильных устройствах Sony PS, Android, девайсах Apple.

С помощью Free Studio можно быстро извлечь звук, выполнить запись информации на диск, отправить файлы в облачное хранилище или на сайты, например на YouTube. Также есть возможность захватить изображение с экрана, однако качество записи очень низкое.

Интерфейс Free Studio

Недостатки ПО: в русской версии встречаются ошибки перевода, нет оптимизации под Windows XP, навязчиво предлагаются к установке партнёрские продукты. Несмотря на то, что вы можете скачать программу для конвертации видео и пользоваться ей абсолютно бесплатно, постоянно появляются просьбы внести пожертвование разработчикам.

10. Total Video Converter

Total Video Converter появился одним из первых среди софта подобного рода. Он выполняет преобразование достаточно быстро и способен работать с десятками различных форматов: SWF, ASF, FLV и другими. Кроме того конвертер хорошо умеет кодировать клипы для просмотра на устройствах, включая iPhone и iPad. Есть минимальные опции редактирования вроде обрезки и склеивания.

Из особых возможностей софта стоит отметить извлечение аудиодорожки из клипов и сохранение её в виде звукового файла (например, в универсальном MP3), а также функцию разбиения видеоряда на серию скриншотов.

Недостатки ПО: не очень удобный интерфейс со старым дизайном, англоязычное меню без русификации, а также отсутствие обновлений пресетов под современные устройства.

Интерфейс Total Video Converter

ТОП-5 лучших онлайн сервисов для конвертирования видеофайлов

Чем конвертировать видео, если не хочется устанавливать сторонний софт? Используйте онлайн сервисы. Они не перегружают систему и справляются с большинством популярных форматов. Правда, воспроизвести видео онлайн в них не получится и прежде, чем просмотреть, придется сначала скачать ролик.

1. Онлайн видео конвертер

Бесплатный конвертер видео с простеньким интерфейсом, но самый щедрый на обработку файлов крупного размера. Готов сконвертировать ролик любого объема, а значит в нем можно обрабатывать не только короткие клипчики с низким разрешением, но и полнометражные фильмы в HD и Full HD.

Работает Онлайн видео конвертер с 16 наиболее популярными форматами — AVI, MP4, MOV и др., умеет превращать видео в гифки. Анимация, правда, при этом не слишком ужимается — после конвертации 161 МБ MP4 в GIF 740х480 файл уменьшился всего на 20 МБ. Если требуется полноценный компрессинг, придется использовать дополнительные средства.

Онлайн видео конвертер

Преимуществом сервиса можно назвать умение обрезать длину ролика и настройку разрешения. Из минусов — на сайте много рекламы.

2. CloudConvert

Этот бесплатный видео конвертер онлайн разрешит переработать до 25 файлов по 1 ГБ каждый, но только после регистрации. Проще всего авторизоваться, если есть учетная запись в Google. Есть в CloudConvert и платные тарифы, которые снимают все ограничения по размеру и количеству файлов внутри одного запуска. Разница лишь в том, сколько запусков в месяц вы планируете использовать — от этого зависит стоимость подписки.

Обрабатывать файлы можно не только с компьютера, но и загружать из облачных хранилищ Google, OneDrive и Dropbox. Есть функция извлечения и конвертации из браузера — нужно только поставить URL видео в соответствующую строку.

К сожалению, вариантов конвертации не очень много — в GIF, например, здесь не перевести. И работает сервис только на английском языке. Зато в нем можно обрезать видео, задать частоту кадров, настроить разрешение и соотношение сторон.

Готовый материал можно выгрузить на ПК или без скачивания сразу отправить в облако Google Drive. Мы сконвертировали в AVI все тот же ролик весом 161 МБ, снизили разрешение до 640х480, и сервис сжал его аж до 7 МБ!

3. Online UniConverter

Бесплатный конвертер видео в MP4, AVI и другие форматы от Wondershare. Радует стильный интерфейс и простая пошаговая инструкция, которая помогает ориентироваться на сайте. Бесплатно в сервис можно загрузить видео до 500 МБ весом и перевести файл в большинство популярных форматов. Можно сконвертировать даже в старенький 3GP, но вот GIF-ку из ролика сделать не получится. Зато в Online UniConverter есть компрессинг — с помощью бегунка можно настроить степень сжатия, как показано на рисунке ниже.

Как настроить сжатие в Online UniConverter

Выбрать файл на обработку можно из разных источников — с ПК, Google Drive, Dropbox или по ссылке на YouTube. Разработчики оставили форму для обратной связи — введите туда свою почту и получите отчет о завершении конвертации. Мы использовали сжатие и меняли формат с MP4 на AVI, и сервис смог ужать данные до 101 МБ без видимой потери качества.

4. Aconvert

Еще один конвертер видео онлайн с понятной и логичной структурой меню. В работу допускаются файлы до 200 МБ. Выбор выходного формата разнообразен — помимо стандартных AVI, MP4 и MKV есть расширения для DVD дисков и даже SWF, который не съедает качество, но сжимает объем.

Есть и дополнительные настройки — битрейт, размеры картинки, отключение аудио и т.д. После обработки данные можно выгрузить в Dropbox, скачать на ПК. На странице висит счетчик, который показывает, через какое время проект будет удален с сервера. Это защищает пользователя от утечки персональных данных.

Минусы в Aconvert стандартные, как и у всех полностью бесплатных сервисов — много назойливой рекламы на самой странице, плюс всплывающие окна с баннерами. А еще он долго обрабатывает видео и для срочных задач не подходит.

5. Convertio

Стильный и функциональный сервис для конвертации файлов с ПК, накопителей и облачных хранилищ. Максимальный вес исходника в бесплатной версии всего 100 МБ, так что для крупных видео в HD или Full HD Convertio не подойдет. Зато он самый многоформатный в нашем ТОПе видео конвертеров для онлайна. Сайт переводит ролики в более, чем 30 форматов, включая расширения для DVD-дисков, анимации, Blu-ray и устаревших моделей мобильных. А еще здесь есть пакетная обработка.

Другая фишка — в точных настройках видео- и аудиопотока. С помощью встроенного редактора можно настроить длительность (по заданному времени), изменить размер, отразить картинку зеркально или повернуть под другим углом. В аудионастройках есть возможность сменить битрейт, кодек и даже отрегулировать громкость.

Мы загрузили на сервер ролик в MP4 объемом 29 МБ и перевели в AVI без изменения дополнительных настроек. Получилось 32 МБ, что на 3 МБ больше, чем исходный вес.

Выводы

Вы познакомились с наиболее яркими представителями софта для конвертации в желаемый формат. Для разовых задач и данных небольшого объема достаточно онлайн-сервисов. Они подходят для маломощных компьютеров, так как вся работа по сути происходит на сервере, а не в процессоре.

Если вам требуется обрабатывать файлы пакетом, чтобы потом загрузить их в телефон или перенести на другой носитель, лучше выбрать стационарную компьютерную программу. Хотите скачать лучший видео конвертер? Оптимальным соотношением удобства, практичности и многофункциональности, на наш взгляд, обладает ВидеоМАСТЕР. Он достаточно прост для освоения даже неопытными пользователями, при этом наделен всеми необходимыми инструментами. Преобразуйте видеофайлы в нужный формат прямо сейчас и наслаждайтесь фильмами отличного качества!

Хотите конвертировать видео в любой формат?

Источник

Как работает видеокодек. Часть 2. Что, для чего, как

Первая часть: Основы работы с видео и изображениями

Что? Видеокодек — это часть программного/аппаратного обеспечения, сжимающая и/или распаковывающая цифровое видео.

Для чего? Невзирая на определённые ограничения как по пропускной способности так
и по количеству места для хранения данных, рынок требует всё более качественного видео. Припоминаете, как в прошлом посте мы подсчитали необходимый минимум для 30 кадров в секунду, 24 бита на пиксель, с разрешение 480×240? Получили 82,944 Мбит/с без сжатия. Сжатие — это пока единственный способ вообще передавать HD/FullHD/4K на телевизионные экраны и в Интернет. Как это достигается? Сейчас кратко рассмотрим основные методы.

Перевод сделан при поддержке компании EDISON Software.

Кодек vs Контейнер

Распространенная ошибка новичков — путать кодек цифрового видео и контейнер цифрового видео. Контейнер это некий формат. Обёртка, содержащая метаданные видео (и, возможно, аудио). Сжатое видео можно рассматривать как полезную нагрузку контейнера.

Обычно расширение видеофайла указывает на разновидность контейнера. Например, файл video.mp4, вероятно всего, является контейнером MPEG-4 Part 14, а файл с именем video.mkv — это, скорее всего, матрёшка. Чтобы быть полностью уверенным в кодеке и формате контейнера, можно воспользоваться FFmpeg или MediaInfo.

Немного истории

Прежде чем перейдем к Как?, давайте слегка погрузимся в историю, чтобы немного лучше понимать некоторые старые кодеки.

Видеокодек H.261 появился в 1990 году (технически — в 1988) и был создан для работы со скоростью передачи данных 64 Кбит/с. В нём уже использовались такие идеи, как цветовая субдискретизация, макроблоки и т.п. В 1995 году был опубликован стандарт видеокодека H.263, который развивался до 2001 года.

В 2003 году была завершена первая версия H.264/AVC. В том же году компания «TrueMotion» выпустила свой бесплатный видеокодек, сжимающий видео с потерями под названием VP3. В 2008 году Google купил эту компанию, выпустив VP8 в том же году. В декабре 2012 года Google выпустил VP9, ​​и он поддерживается примерно на ¾ рынка браузеров (включая мобильные устройства).

AV1 — это новый бесплатный видеокодек с открытым исходным кодом, разработанный Альянсом за открытые медиа (AOMedia), в состав которого входят известнейшие компании, как-то: Google, Mozilla, Microsoft, Amazon, Netflix, AMD, ARM, NVidia, Intel и Cisco. Первая версия кодека 0.1.0 была опубликована 7 апреля 2016 года.

Рождение AV1

В начале 2015 года Google работал над VP10, Xiph (который принадлежит Mozilla) работал над Daala, а Cisco сделала свой бесплатный видеокодек под названием Thor.

Затем MPEG LA сначала объявила годовые лимиты для HEVC (H.265) и плату, в 8 раз выше, чем за H.264, но вскоре они снова изменили правила:

без годового лимита,
плата за контент (0,5% от выручки) и
плата за единицу продукции примерно в 10 раз выше, чем за H.264.

Альянс за открытые медиа был создан компаниями из разных сфер: производителями оборудования (Intel, AMD, ARM, Nvidia, Cisco), поставщиками контента (Google, Netflix, Amazon), создателями браузеров (Google, Mozilla) и другими.

У компаний была общая цель — видеокодек без лицензионных отчислений. Затем появляется AV1 с гораздо более простой патентной лицензией. Тимоти Б. Терриберри сделал сногсшибательную презентацию, ставшей источником текущей концепции AV1 и её модели лицензии.

Вы будете удивлены, узнав, что можно анализировать кодек AV1 через браузер (заинтересовавшиеся могут перейти по адресу aomanalyzer.org).

Универсальный кодек

Разберём основные механизмы, лежащие в основе универсального видеокодека. Большинство из этих концепций полезны и используются в современных кодеках, таких как VP9, AV1 и HEVC. Предупреждаю, что многие объясняемые вещи будут упрощены. Иногда будут использоваться реальные примеры (как в случае с H.264) для демонстрации технологий.

1-й шаг — разбиение изображения

Первым шагом является разделение кадра на несколько разделов, подразделов и далее.

Для чего? Есть множество причин. Когда дробим картинку, можно точнее прогнозировать вектор движения, используя небольшие разделы для маленьких движущихся частей. В то время как для статического фона можно ограничиться и более крупными разделами.

Обычно кодеки организуют эти разделы в секции (или фрагменты), макроблоки (или блоки дерева кодирования) и множество подразделов. Максимальный размер этих разделов варьируется, HEVC устанавливает 64×64, в то время как AVC использует 16×16, а подразделы могут дробиться до размеров 4×4.

Припоминаете разновидности кадров из прошлой статьи?! Это же можно применить и к блокам, так что, у нас могут быть I-фрагмент, B-блок, P-макроблок и т.п.

Для желающих попрактиковаться — посмотрите как изображение разобъётся на разделы и подразделы. Для этого можно воспользоваться уже упоминаемой в прошлой статье Intel Video Pro Analyzer (тот, что платный, но с бесплатный пробной версией, имеющей ограничение на первые 10 кадров). Здесь проанализированы разделы VP9:

2-й шаг — прогнозирование

Как только у нас появились разделы, мы можем составлять астрологические прогнозы по ним. Для INTER-прогнозирования необходимо передать векторы движения и остаток, а для INTRA-прогнозирования передаётся направление прогноза и остаток.

3-й шаг — преобразование

После того, как получим остаточный блок (предсказанный раздел → реальный раздел), возможно преобразовать его таким образом, чтобы знать, какие пиксели можно отбросить, сохраняя при этом общее качество. Есть некоторые преобразования, обеспечивающие точное поведение.

Хотя есть и другие методы, рассмотрим более подробно дискретное косинусное преобразование (DCT — от discrete cosine transform). Основные функции DCT:

Не переживайте, если не поняли преимуществ каждого пункта. Сейчас на конкретных примерах убедимся в их реальной ценности.

Давайте возьмем такой блок пикселей 8×8:

Этот блок рендерится в следующее изображение 8 на 8 пискелей:

Применим DCT к этому блоку пикселей и получаем блок коэффициентов размером 8×8:

И если отрендерим этот блок коэффициентов, получим такое изображение:

Как видим, это не похоже на исходное изображение. Можно заметить, что первый коэффициент сильно отличается от всех остальных. Этот первый коэффициент известен как DC-коэффициент, представляющий все выборки во входном массиве, нечто похожее на среднее значение.

У этого блока коэффициентов есть интересное свойство: он отделяет высокочастотные компоненты от низкочастотных.

В изображении большая часть мощности сконцентрирована на более низких частотах, поэтому, если преобразовать изображение в его частотные компоненты и отбросить более высокие частотные коэффициенты, можно уменьшить количество данных, необходимых для описания изображения, не слишком жертвуя качеством картинки.

Частота означает, насколько быстро меняется сигнал.

Давайте попробуем применить знания, полученные в тестовом примере, преобразовав исходное изображение в его частоту (блок коэффициентов), используя DCT, а затем отбросив часть наименее важных коэффициентов.

Сначала конвертируем его в частотную область.

Далее отбрасываем часть (67%) коэффициентов, в основном нижнюю правую часть.

Наконец, восстанавливаем изображение из этого отброшенного блока коэффициентов (помните, оно должно быть обратимым) и сравниваем с оригиналом.

Видим, что оно напоминает исходное изображение, но есть много отличий от оригинала. Мы выбросили 67,1875% и все же получили что-то, напоминающее первоисточник. Можно было более продуманно отбросить коэффициенты, чтобы получить изображение ещё лучшего качества, но это уже следующая тема.

Каждый коэффициент формируется с использованием всех пикселей

Важно: каждый коэффициент напрямую не отображается на один пиксель, а представляет собой взвешенную сумму всех пикселей. Этот удивительный график показывает, как рассчитывается первый и второй коэффициент с использованием весов, уникальных для каждого индекса.

Вы также можете попытаться визуализировать DCT, взглянув на простое формирование изображения на его основе. Например, вот символ A, формируемый с использованием каждого веса коэффициента:

4-й шаг — квантование

После того как на предыдущем шаге выбрасываем некоторые коэффициенты, на последнем шаге (преобразование), производим особую форму квантования. На этом этапе допустимо терять информацию. Или, проще говоря, будем квантовать коэффициенты для достижения сжатия.

Как можно квантовать блок коэффициентов? Одним из самых простых методов будет равномерное квантование, когда берём блок, делим его на одно значение (на 10) и округляем то что получилось.

Можем ли обратить этот блок коэффициентов? Да, можем, умножив на то же значение, на которые делили.

Этот подход не самый лучший, поскольку он не учитывает важность каждого коэффициента. Можно было бы использовать матрицу квантователей вместо одного значения, а эта матрица может использовать свойство DCT, квантуя большинство нижних правых и меньшинство верхних левых.

5 шаг — энтропийное кодирование

После того, как мы квантовали данные (блоки изображений, фрагменты, кадры), все еще можем сжимать их без потерь. Существует много алгоритмических способов сжатия данных. Мы собираемся кратко познакомиться с некоторыми из них, для более глубокого понимания вы можете прочитать книгу «Разбираемся со сжатием: сжатие данных для современных разработчиков» («Understanding Compression: Data Compression for Modern Developers»).

Кодирование видео с помощью VLC

Сжимаем поток, предполагая, что в итоге потратим 8 бит на каждый символ. Без сжатия на символ понадобилось бы 24 бита. Если каждый символ заменять на его код, то получается экономия!

Первый шаг заключается в кодировании символа e, который равен 10, а второй символ — это a, который добавляется (не математическим способом): [10] [0], и, наконец, третий символ t, который делает наш финальный сжатый битовый поток равным [10] [0] [1110] или же 1001110, для чего требуется всего 7 бит (в 3,4 раза меньше места, чем в оригинале).

Обратите внимание, что каждый код должен быть уникальным кодом с префиксом. Алгоритм Хаффмана поможет найти эти цифры. Хотя данный способ не без изъянов, существуют видеокодеки, которые всё ещё предлагают этот алгоритмический метод для сжатия.

И кодер, и декодер должны иметь доступ к таблице символов со своими бинарными кодами. Поэтому также необходимо отправить во входных данных и таблицу.

Арифметическое кодирование

С этой таблицей построим диапазоны, содержащие все возможные символы, отсортированные по наибольшему количеству.

Теперь давайте закодируем поток из трёх символов: eat.

Сначала выбираем первый символ e, который находится в поддиапазоне от 0,3 до 0,6 (не включая). Берём этот поддиапазон и снова делим его в тех же пропорциях, что и ранее, но уже для этого нового диапазона.

Давайте продолжим кодировать наш поток eat. Теперь берём второй символ a, который находится в новом поддиапазоне от 0,3 до 0,39, а затем берём наш последний символ t и, повторяя тот же процесс снова, получаем последний поддиапазон от 0,354 до 0,372.

Нам просто нужно выбрать число в последнем поддиапазоне от 0,354 до 0,372. Давайте выберем 0,36 (но можно выбрать и любое другое число в этом поддиапазоне). Только с этим числом сможем восстановить наш оригинальный поток. Это как если бы мы рисовали линию в пределах диапазонов для кодирования нашего потока.

Обратная операция (то бишь декодирование) так же проста: с нашим числом 0,36 и нашим исходным диапазоном можем запустить тот же процесс. Но теперь, используя это число, выявляем поток, закодированный с помощью этого числа.

С первым диапазоном замечаем, что наше число соответствует срезу, следовательно, это наш первый символ. Теперь снова разделяем этот поддиапазон, выполняя тот же процесс, что и раньше. Тут можно заметить, что 0,36 соответствует символу a, и после повторения процесса мы пришли к последнему символу t (формируя наш исходный кодированный поток eat).

И для кодера и для декодера должна быть в наличии таблица вероятностей символов, поэтому необходимо во входных данных отправить и её.

Довольно элегантно, не так ли? Кто-то, придумавший это решение, был чертовски умён. Некоторые видеокодеки используют эту технику (или, во всяком случае, предлагают её в качестве опции).

Идея состоит в том, чтобы сжать без потерь квантованный битовый поток. Наверняка в этой статье отсутствуют тонны деталей, причин, компромиссов и т.д. Но вы, если являетесь разработчиком, должны знать больше. Новые кодеки пытаются использовать разные алгоритмы энтропийного кодирования, такие как ANS.

6 шаг — формат битового потока

После того, как сделали всё это, осталось распаковать сжатые кадры в контексте выполненных шагов. Необходимо явно информировать декодер о решениях, принятых кодером. Декодеру должна быть предоставлена вся необходимая информация: битовая глубина, цветовое пространство, разрешение, информация о прогнозах (векторы движения, направленное INTER-прогнозирование), профиль, уровень, частота кадров, тип кадра, номер кадра и многое другое.

Мы поверхностно ознакомимся с битовым потоком H.264. Нашим первым шагом является создание минимального битового потока H.264 (FFmpeg по умолчанию добавляет все параметры кодирования, такие как SEI NAL — чуть дальше узнаем, что это такое). Можем сделать это, используя наш собственный репозиторий и FFmpeg.

Данная команда сгенерирует необработанный битовый поток H.264 с одним кадром, разрешением 64×64, с цветовым пространством YUV420. При этом используется в качестве кадра следующее изображение.

Битовый поток H.264

Стандарт AVC (H.264) определяет, что информация будет отправляться в макрокадрах (в понимании сети), называемых NAL (это такой уровень абстракции сети). Основной целью NAL является предоставление «дружественного к сети» представления видео. Этот стандарт должен работать на телевизорах (на основе потоков), в Интернете (на основе пакетов).

Существует маркер синхронизации для определения границ элементов NAL. Каждый маркер синхронизации содержит значение за исключением самого первого, который равен Если запустим hexdump для сгенерированного битового потока H.264, то идентифицируем по крайней мере три паттерна NAL в начале файла.

Как говорилось, декодер должен знать не только данные изображения, но также и детали видео, кадра, цвета, используемые параметры и многое другое. Первый байт каждого NAL определяет его категорию и тип.

Обычно первым NAL битового потока является SPS. Этот тип NAL отвечает за информирование об общих переменных кодирования, таких как профиль, уровень, разрешение и прочее.

Если пропустить первый маркер синхронизации, то можем декодировать первый байт, чтобы узнать, какой тип NAL является первым.

Например, первый байт после маркера синхронизации равен 01100111, где первый бит (0) находится в поле forbidden_zero_bit. Следующие 2 бита (11) сообщает нам поле nal_ref_idc, которое указывает, является ли этот NAL ссылочным полем или нет. И остальные 5 бит (00111) сообщает нам поле nal_unit_type, в данном случае это блок SPS (7) NAL.

Второй байт (binary=01100100, hex=0x64, dec=100) в SPS NAL — это поле profile_idc, которое показывает профиль, который использовал кодер. В данном случае использовался ограниченный высокий профиль (т.е. высокий профиль без поддержки двунаправленного B-сегмента).

Если ознакомиться со спецификацией битового потока H.264 для SPS NAL, то обнаружим много значений для имени параметра, категории и описания. Например, давайте посмотрим на поля pic_width_in_mbs_minus_1 и pic_height_in_map_units_minus_1.

Если продолжить проверку нашего созданного видео в двоичном виде (например: ), то можно перейти к последнему NAL, который является самим кадром.

Здесь видим его первые 6 байтовых значений: 01100101 10001000 10000100 00000000 00100001 11111111. Поскольку известно, что первый байт указывает на тип NAL, в данном случае (00101) это IDR фрагмент (5), и тогда получится дополнительно исследовать его:

Используя информацию спецификации, получится декодировать тип фрагмента (slice_type) и номер кадра (frame_num) среди других важных полей.

Чтобы получить значения некоторых полей (ue(v), me(v), se(v) или te(v)), нам нужно декодировать фрагмент, используя специальный декодер, основанный на экспоненциальном коде Голомба. Этот метод очень эффективен для кодирования значений переменных, особенно, когда если есть много значений по умолчанию.

Значения slice_type и frame_num этого видео равны 7 (I-фрагмент) и 0 (первый кадр).

Битовый поток можно рассматривать как протокол. Если желаете узнать больше о битовом потоке, стоит обратиться к спецификации ITU H.264. Вот макросхема, показывающая, где находятся данные изображения (YUV в сжатом виде).

Можно исследовать и другие битовые потоки, такие как VP9, H.265 (HEVC) или даже наш новый лучший битовый поток AV1. Все ли они похожи? Нет, но разобравшись хотя бы с одним — гораздо проще понять остальные.

Хотите попрактиковаться? Исследуйте поток битов H.264

Можно сгенерировать однокадровое видео и использовать MediaInfo для исследования потока битов H.264. Фактически, ничто не мешает даже поглядеть исходный код, который анализирует поток битов H.264 (AVC).

Для практики можно использовать Intel Video Pro Analyzer (я уже вроде говорил, что программа платная, но есть бесплатная пробная версия, с ограничением на 10 кадров?).

Обзор

Отметим, что многие современные кодеки используют ту же самую модель, которую только что изучили. Вот, давайте взглянем на блок-схему видеокодека Thor. Она содержит все шаги, нами пройденные. Весь смысл этой заметки в том, чтобы вы, по крайней мере, лучше понимали инновации и документацию из этой области.

Ранее рассчитали, что потребуется 139 Гб дискового пространства для хранения видеофайла длительностью один час при качестве 720p и 30 fps. Если использовать методы, которые разобрали в этой статье (межкадровые и внутренние прогнозы, преобразование, квантование, энтропийное кодирование и т.п.), то можно достичь (исходя из того, что тратим 0,031 бит на пиксель), видео вполне удовлетворительного качества, занимающее всего 367,82 Мб, а не 139 Гб памяти.

Как H.265 достигает лучшей степени сжатия, чем H.264?

Теперь, когда известно больше о том, как работают кодеки, проще разбираться, как новые кодеки способны обеспечивать более высокое разрешение с меньшим количеством битов.

Если сравнивать AVC и HEVC, стоит не забывать, что это почти всегда выбор между большей нагрузкой на CPU и степенью сжатия.

HEVC имеет больше вариантов разделов (и подразделов), чем AVC, больше направлений внутреннего прогнозирования, улучшенное энтропийное кодирование и многое другое. Все эти улучшения сделали H.265 способным сжимать на 50% больше, чем H.264.

Источник