зачем нужны видео кодеки

Что такое кодеки и для чего они нужны?

Чаще всего, после установки новой Windows, Ваш компьютер становится «пустым» (конечно, если Вы не использовали не лицензионную копию ОСи и не какой то сборник с предустановленными программами). И обычно Вам хочется почти сразу послушать музыку или посмотреть видео. Хорошо если они имеют стандартный общеизвестный формат, тогда с этим может справится плеер от Windows. Но чаще бывает такое, что при попытке открыть файл с музыкой или видео, плеер просто не может его открыть и выдает сообщение об ошибке.

Что делать в таком случае? Можно скачать и установить сторонние плееры (например для проигрывания музыки), некоторые из которых уже идут со встроенными кодеками. Но гораздо правильным решением будет скачать и установить кодеки для Windows. Но об этом чуть ниже.

Зачем нужны кодеки и для чего такая кодировка?

Дело в том, что мультимедиа файлы имеют большие размеры (особенно видео), что очень неудобно, например, при передаче таких файлов по сети. Кодеки же позволяют уменьшать первоначальный размер файлов, сохраняя при этом максимально хорошее качество.

Именно поэтому, если Вы пытаетесь запустить мультимедия файл, а плеер выдаёт ошибку при открытии или же воспроизводит его неправильно, то в большинстве случаев это связано с тем, что система не может найти программу для раскодировки данного файла, т.е. у вас нет необходимого кодека.

Как узнать какие кодеки установлены в системе?

2) Появится окно, которое будет разделено на две части. В левой части этого окна находим строку «Компоненты» и раскрываем его, щелкнув на «плюсик». Затем так же раскрываем список «Мультимедиа» и видим нужные нам кодеки.

Эту информацию я предоставил больше для общей осведомленности. Теперь перейдем к самому интересному:

Как установить кодеки?

Просто скачиваем и устанавливаем один из некоторых, предоставленных мною, как обычную программу.

Кодеки не нужно запускать для того, чтобы они начали работать. Это не обычная программа, они сами начинают работать и запускаться автоматически сразу после установки. Обычно после установки нужно перезагрузиться.

Источник

Разбираемся с форматами и кодеками видео

Содержание

Содержание

Современные медийные платформы позволяют пользователям наслаждаться высокодетализированным видео и потрясающими аудиоэффектами в режиме онлайн.

Однако создание подобного контента было бы невозможно без существования кодеков и контейнеров.

Чем кодеки отличаются от контейнера — их часто путают

Для ответа на вопрос, чем кодеки отличаются от контейнеров, необходимо понять, что такое кодеки.

Смысл понятия «кодек» лежит прямо в его названии:

Фактически кодек — это цифровой инструмент компрессии и декомпрессии данных. Компрессия (сжатие данных) необходима для экономии занимаемого файлом места. Например, несжатое видео высокой четкости в raw-формате, при 60 кадрах в секунду способно достигать размеров в полтерабайта на каждый час записи.

Восьмиканальная аудиодорожка в 24-битном разрешении будет занимать 16 мегабит за одну секунду записи. Такие объемы данных не подходят ни для штатного хранения, ни для их передачи онлайн, поэтому для их сжатия применяются специальные формулы, которые и называются кодеками.

Для хранения сжатой информации создаются контейнеры-обертки в определенном формате. Современные контейнеры способны хранить информацию, обработанную разными кодеками. Такие обертки указывают устройству на то, какими кодеками была сжата информация, и по какой формуле ее восстанавливать.

Если разобрать стандартное видео со звуком на кодеки и контейнеры, в результате получится три составные части:

В случае если в видео нет звука, аудиокодек не нужен.

Популярные и прогрессивные кодеки

Большинство создаваемого видеоконтента обрабатывается кодеками XviD, MPEG-1\2, H.264, MPEG-4, DivX, WMV, MJPEG, RealVideo, Bink Video и их вариациями. Для аудиоформатов в основном используют AAC, Opus и MP3-кодеки. Из новинок стоит отметить кодек H.266/VVC, разрабатываемый для потоковой передачи видео в 4K и 8K.

Новый кодек позволяет вдвое сократить объем файла относительно H.265 кодека за счет более сложных алгоритмов. Сложные вычисления потребляют больше ресурсов, до 1000 % от потребления H.265 при кодировании, и до 200% при декодировании.

Какие кодеки в основном поддерживаются современными ТВ и обновляются ли они с прошивкой

Современные системы поддерживают большинство существующих кодеков.

Поддержка кодеков MPEG от первого до четвертого, вариации H.264 для воспроизведения Blu-Ray, а также XviD и DivX, входят в базовый пакет любого современного телевизора.

Ведущие производители всегда следят за ошибками и актуальностью своего программного обеспечения.

Обновление кодеков в процессе прошивки регулируется разработчиками индивидуально под каждую модель SmartTV.

Если новые кодеки необходимы, поддерживаются устройством на аппаратном уровне и не вызывают ошибок отображения, ничего не мешает разработчикам добавить их в ближайших обновлениях.

Не все устройства совместимы с новыми кодеками, поэтому установка неофициальных обновлений прошивки не рекомендуется потому как может привести к ошибкам воспроизведения.

Какие кодеки используются при проигрывании онлайн-видео (современные кодеки youtube)

В настоящее время стандартом большинства видеосервисов стали кодеки H.264 и MPEG-4, значительно реже встречаются кодеки FFDshow, XviD и DivX.

Одним из самых перспективных кодеков является бесплатный AV1-кодек. Разработан сообществом AOMedia, включающим в себя таких гигантов как AMD, Google, Netflix, Mozilla, Nvidia, Intel, ARM и Cisco. Исходный код кодека открыт и свободно распространяется без каких-либо лицензионных отчислений.

Что даст конечному пользователю переход ютуба на современный AV1

Кодек AV1 разрабатывался для воспроизведения видео онлайн, в браузерах Safari, Firefox, Edge и Chrome. Степень сжатия видео кодеком AV1 превосходит кодеки VP8 и H.264 от 30% до 50%, а кодек HEVC до 30–43 % на высоких битрейтах.

Полный переход видео платформы YouTube на AV1-кодек не только ускорит загрузку всех видеороликов от 20% до 50%, но и позволит стримить в разрешении 4K.

Для минимизации потерь качества, при сохранении и конвертации файла рекомендуется использовать кодеки AV1 для видео и Opus для аудио, обернутые в MP4-контейнер.

Источник

Что такое кодеки, для чего они нужны, где можно скачать и как удалить

Порою при прослушивании музыки и/или просмотре видео файлов пользователи сталкиваются с неполадками.

К примеру, изображение показывается нормально при просмотре видео, а вот звук почему-то не воспроизводится или же наоборот. Такие проблемы могут быть вызваны отсутствием специальных кодеков. Их наличие обеспечивает полноценное воспроизведение тех или иных медиа файлов.

Что такое кодеки

Кодеком принято называть специальную программу, которая необходима для воспроизведения медиа файлов.

Так как медиа файлы отличаются по форматам, то для воспроизведения каждого из них существует свой отдельный кодек. Без кодеков аудио и видео форматы файлов остаются всего лишь просто файлам без какой-либо возможности их услышать или просмотреть.

Например, на CD-диск были записаны музыкальные треки. И каждый трек при этом имел объем 60 мб. Файлы можно конвертировать в mp3 формат, и для такого кодирования понадобится кодек. В итоге размер каждого трека будет уменьшен в 10 раз, то есть будет иметь величину каждый по 6 мб. Теперь, чтобы воспроизвести данные треки, снова потребуется специальный кодек, который способен считывать и воспроизводить mp3 формат.

Аналогичным образом обстоит ситуация и с видео файлами, например, которые конвертируют из DVD-video формата в формат AVI.

Формат файла можно определить по его расширению. Например, в имени файла после последней точки (если точек несколько) могут быть такие расширения WMA, WMV, MP3, MP4 или AVI. Это часто используемые форматы.

Для чего нужны кодеки?

Одной из главных функций кодеков является способность сжимать медиа файлы, существенно уменьшать их размеры, и при этом сохранять качество видео и аудио на максимальном уровне.

Кодеки можно разделить на два вида по способу уменьшения объема файлов. Первый вид производит сжатие файлов практически без потери качества. А второй вид подразумевает сжатие с потерей качества.

В зависимости от того, какой был использован способ сжатия, происходит либо сохранение объема файла («тяжелый» файл таким же и остается), либо уменьшение объема (он меньше «весит»). В итоге, если объем файла сохраняется, практически без изменений, то улучшается качество как самого изображения, так и звука. А при уменьшении объема файла, увы, теряется его качество, но зато его размер становится гораздо меньше.

Здесь как обычно в вычислительной технике – соблюдается принцип: чем больше размер, тем выше качество. И, наоборот, уменьшение размера файла приводит к снижению качества его воспроизведения. Понять почему так происходит не трудно: чем меньше размер файла, тем меньше информации в нем содержится. Значит для воспроизведения качественного видео и аудио в файле явно не будет хватать необходимых данных.

Наоборот, при больших размерах файла в нем будет много данных для качественного воспроизведения видео контента. Фактически, хорошему качеству требуется и хорошее количество – одно другому не противоречит, а наоборот, дополняет! Кодеки лишь следуют этому принципу, позволяя разворачивать и демонстрировать на экране качественно видео, записанное в файлах большого размер.

Существуют ли базовые кодеки

Возникают очевидные вопросы. Эти самые кодеки уже есть в компьютере? Или их обязательно нужно где-то искать и дополнительно устанавливать на компьютер? Без них ведь невозможно будет посмотреть ни видео, ни послушать аудио файлы.

Ответ на эти вопросы один и тот же – Да. В стандартной обычно поставляемой операционной системе всегда присутствуют базовые кодеки. Однако они не в состоянии обеспечить 100% функциональность даже стандартных проигрывателей, включенных в состав операционной системы.

Например, в Windows имеется бесплатный стандартный проигрыватель звуковых и видеофайлов Windows Media Player, сокращённо WMP. Но это отнюдь не означает, что с помощью данного плейера можно будет открыть и просмотреть абсолютно любой видео файл. Да, многие файлы откроются. Но некоторые, требующие для своей работы другие кодеки, не смогут открыться, видеоплеер откажется их воспроизводить.

Кстати, подобные отказы от воспроизведения видео файлов, порой, вводят в ступор пользователей компьютеров. Ведь кажется очевидным: вчера плейер открывал и показывал какие-то видео, а сегодня почему-то отказывается это делать для других видео! Причем даже расширения файлов, что были вчера, и что появились сегодня, тоже одинаковые. Но не показывает плейер сегодняшние файлы. Вот тут как раз кроется проблема: необходимость установки дополнительных кодеков.

Где можно скачать кодеки

При возникновении проблем с воспроизведением тех или иных медиа файлов, рекомендуется производить установку дополнительных кодеков.

Самыми качественными и многофункциональными кодеками, например, считаются кодеки «K-Lite Codec Pack».

Другие кодеки также можно бесплатно скачать в интернете. Для этого достаточно воспользоваться любым поисковиком и в качестве запроса ввести название необходимого кодека.

Желательно для скачивания использовать официальные сайты во избежание дальнейших проблем и установки дополнительного нежелательного софта. К тому же именно на официальном сайте выкладывается для скачивания свежая, последняя версия кодеков, с внесенными правками. Выше приведен именно официальный сайт для скачивания кодеков.

Так как кодеки скачиваются бесплатно, их производители могут «зашивать» в программы выбора кодеков ряд дополнительных опций. Например, вместе с кодеками можно скачать другой антивирус, вместо того, который уже установлен на компьютере пользователя. Могут быть предложены и другие варианты скачивания чего-либо «заодно» с кодеками.

Поэтому перед скачиванием кодеков, рекомендуется проверить все «галочки» в полях выбора дополнительных опций. Лишние галочки нужно снимать, чтобы кроме кодеков не закачать что-то ненужное и, порой, даже вредное. Ведь, скажем, не стоит скачивать и устанавливать второй антивирус на компьютер – два антивируса на одном компьютере не могут спокойно «уживаться», и будут мешать работе друг друга.

Кодеки: вопросы и ответы

По этой ссылке можно перейти на официальный сайт компании Microsoft, где для Windows 10 и Win 8.1 приведены ответы на распространенные вопросы пользователей: что такое кодек, как определить, какие именно кодеки установлены на компьютере, как найти кодек и другие.

Как удалить кодеки в Windows 10

Порой бывает необходимо не только устанавливать кодеки, но и «сносить» их с компьютера. Например, если кодеков уже установлено много настолько, что они мешают друг другу. Или для удаления тех кодеков, которые были установлены, но так и не понадобились. Могут быть варианты удаления устаревших кодеков, чтобы взамен поставить новые кодеки. В общем, причины для удаления кодеков могут быть самые разные.

Кликаем на значок с лупой (цифра 1 на рис. 2) для поиска стандартной программы, с помощью которой можно удалить кодеки. В строку поиска вводим без кавычек «удаление программ» (2 на рис. 2). Кликаем по найденной программе «Установка и удаление программ» (3 на рис. 2).

Откроется окно «Приложения и возможности» (рис. 3).

Ищем строку, содержащую название «Codec Pack». Кликаем по найденным кодекам. Появится кнопка «Удалить», по которой следует нажать.

Удаленные кодеки можно заново скачать и установить, как только они понадобятся, как только пользователю потребуется открыть новые видео или аудио файлы на своем компьютере.

Источник

Что такое кодеки, зачем они нужны, какие бывают и как установить на свой компьютер

Приветствую, мои дорогие читатели и верные подписчики. Текущая статья поможет вам разобраться с таким понятием, как кодек. Это незаменимая вещь, который мы пользуемся каждый день и даже не догадываемся об этом! Именно поэтому я расскажу вам, что такое кодеки и для чего они нужны, где они используются и на что влияют, а также как их установить на свой персональный компьютер или ноутбук.

Помимо этого, мы поговорим с вами о таком универсальном пакете кодеков, как K-LIFE CODEC PACK. Вы заинтересованы? Тогда вперед за дело!

Что такое кодек и с чем его едят

Кодек – это небольшого размера приложение, предназначенное для сжатия (кодирования) и воспроизведения из сжатого состояния (декодирование) различных файлов мультимедиа. В основном это относится к видео- и аудиозаписям.

Чтобы лучше понять, о чем идет речь, вспомните такие ситуации, когда вы, к примеру, смотрите фильм, а в нем звук отстает от изображения.

Другой вариант. Вы включаете кинофильм, а звук или картинка вообще отсутствуют. Иногда бывают и ситуации, когда какой-либо медиафайл не воспроизводится и на экране появляется ошибка о невозможности прочесть текущий файл.

Все эти ситуации относятся к проблеме функционирования или отсутствия кодеков.

Они бывают разных форматов.

Для видео: WMV, AVI, MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4, RM, DivX, Cinepak, Indeo, H.264, H.263, H.261, RV.

Для аудио: MP3, AIF, Ogg Vorbis, AAC, WMA, ACELP.live, RA, RAM, AU.

Принцип работы кодеков

Так какая же все-таки их главная роль? Давайте разберем на примере видео. Итак, видеофайл – это в первую очередь набор изображений, сменяющих друг друга. Представьте себе сколько бы весели фильмы, если бы пользователям они предоставлялись не в сжатом виде. Чтобы это не было и существуют кодеки.

Они значительно уменьшают размер видео и при этом не влияют на качество изображений.

Еще при съемке видеоматериала в камере «трудятся» аудио- и видеокодеки. Они сжимают входящую информацию, каждый свою. А после два этих потока синхронизируются и объединяются в одном контейнере, который мы называем форматом. Это может быть AVI, MP4 и т.д.

Далее ваш отснятый материал попадает на устройство воспроизведения. И тут также за работу принимаются установленные кодеки. Они воспроизводят сжатую информацию.

Немного истории

Я все повторяю это странное слово «кодек». Может быть некоторые из вас уже и догадались, откуда пошел такой термин. Если это так, то вы большие молодцы!

Мы говорили с вами о кодировании и декодировании. Так вот на английском языке это пишется следующим образом: COder и DECoder. А теперь обратите внимание на выделенные части в этих словах. Если их соединить, то как раз и выйдет CODEC.

Руководство по установке полезных кодеков

Если на вашей машине не хватает каких-то кодеков, то вы можете пробить, какой именно вам нужен (иногда программы при выдаче ошибки сами подсказывают, что необходимо установить), и скачать его в интернете.

Однако в последнее время все обращаются за помощью к пакету K-LIFE CODEC PACK. В него входят не только различные аудио- и видеокодеки, а еще и фильтры DirectShow.

Данный пакет достаточно часто обновляется, пополняясь новыми форматами и необходимыми компонентами. Само приложение обеспечивает юзеров стабильной работой, поддерживает воспроизведение субтитров, обеспечивает поиск поврежденных кодеков и многое другое.

Во время установки вы можете проконтролировать процесс, отметить все имеющиеся кодеки в пакете или же выбрать какие-то определенные. Также продвинутые пользователи могут для некоторых форматов настраивать под свои требования и оборудование определенные конфигурации.

Очень важным преимуществом является то, что данный пакет тщательно проверяется и тестируется. Поэтому в нем нет никаких конфликтных кодеков, ошибок совместимости, ложных файлов или других подобных проблем. Если же что-то такое возникает, то сразу оперативно исправляется.

На сегодняшний день существует несколько версий данного пакета, начиная от минимальной сборки и заканчивая полным набором всех необходимых инструментов:

Подробнее об этом вы сможете почитать на сайте. Там же можно и скачать программу.

Описанный пакет полностью совместим со всеми версиями ОС Windows. Его можно установить как для Windows XP, так и для Windows 7, 8 и 10.

Ну вот я и рассказал вам основную информацию о кодеках, об их разновидностях и пакете, который поможет обеспечить ваш компьютер или ноутбук всеми необходимыми компонентами для успешного воспроизведения звука и видео.

Надеюсь текущая публикация вам понравилась. Обязательно подписывайтесь на обновления блога и делитесь ссылками на статьи. До новых встреч! Пока-пока!

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