Стримовање у 4К је нова норма, али са информацијама за више од 8,2 милиона пиксела који се преносе сваких 16 милисекунди—чување и пренос 4К видеа на интернету није лак задатак.
Двосатни филм би имао преко 1,7 терабајта меморије када би био некомпримован. Дакле, како гиганти за стриминг као што су ИоуТубе и Нетфлик успевају да складиште и стримују видео записе који заузимају толико простора?
Па, немају јер користе видео кодеке за смањење величине филмова, али шта је видео кодек и који је најбољи?
Шта је видео кодек?
Пре него што зароните дубоко у сложеност видео кодека, од виталног је значаја да разумете како се прави видео. Једноставно речено, видео није ништа друго до скуп фотографија које брзо замењују једна другу.
Због ове велике брзине промене, људски мозак мисли да се слике крећу, стварајући илузију гледања видеа. Стога, када гледате видео у 4К, само гледате скуп слика резолуције 2160к3840. Ова висока резолуција слика омогућава снимање видеа у 4К да пружи одлично видео искуство. Ипак, ова висока резолуција слика повећава величину видеа, што онемогућава стримовање преко канала са ограниченим пропусним опсегом, као што је интернет.
Да бисмо решили овај проблем, имамо видео кодеке. Скраћено за кодер/декодер или компресију/декомпресију, видео кодек компресује ток слика у битове података. Ова компресија може или да умањи квалитет видео записа или да нема утицаја на њега на основу алгоритама компресије који се користе.
Као што име каже, бит компресије у кодеку смањује величину сваке слике. Да би урадио исто, алгоритам компресије користи нијансе људског ока - спречавајући људе да сазнају да су видео снимци које гледају компримовани.
Декомпресија, напротив, ради супротно и приказује видео користећи компресоване информације.
Иако кодеци раде одличан посао када је у питању компримовање информација, извођење истих може да оптерећује ваш ЦПУ. Због тога је нормално да видите флуктуације у перформансама система када покренете алгоритме видео компресије на свом систему.
Да би се решио овај проблем, ЦПУ и ГПУ-ови долазе са посебним хардвером који може покренути ове алгоритме компресије. Омогућавање ЦПУ-у да обавља постојеће задатке док наменски хардвер обрађује видео кодеке, побољшавајући ефикасност.
Како функционише видео кодек?
Сада када имамо основно разумевање шта видео кодек ради, можемо погледати како кодек функционише.
Цхрома Субсамплинг
Као што је раније објашњено, видео снимци се састоје од слика, а подузорковање хрома смањује информације у свакој слици. Да би то урадио, смањује информације о боји садржане у свакој слици, али како људско око детектује ово смањење информација о боји?
Па, видите, људске очи су одличне у откривању промена у осветљености, али то се не може рећи за боје. То је зато што људско око има више штапића (фоторецепторских ћелија одговорних за откривање промена у осветљености) у поређењу са чуњићима (фоторецепторске ћелије одговорне за разликовање боја). Разлика у штапићима и чуњићима спречава очи да открију промене боје када се упореде компримоване и некомпримоване слике.
Да би извршио подузорковање боје, алгоритам видео компресије конвертује информације о пикселима у РГБ-у у податке о осветљености и боји. Након тога, алгоритам смањује количину боје на слици на основу нивоа компресије.
Уклањање сувишних информација о оквиру
Видео снимци се састоје од неколико оквира слика и у већини случајева сви ови оквири садрже исте информације. На пример, замислите видео са особом која говори у фиксној позадини. У том случају сви кадрови у видеу имају сличну композицију. Због тога нису потребне све слике за приказивање видеа. Све што нам треба је основна слика која садржи све информације и податке који се односе на промене при преласку из једног оквира у други.
Дакле, да би се смањила величина видео записа, алгоритам компресије дели видео оквире на И и П оквире (Предвиђени оквири). Овде су И оквири основна истина и користе се за креирање П оквира. П оквири се затим приказују користећи информације у И оквирима и информације о промени за тај одређени оквир. Користећи ову методологију, видео се рашчлањава на скуп И оквира који се преплићу у П оквире који даље компресују видео.
Компресија покрета
Сада када смо поделили видео на И и П оквире, морамо да погледамо компресију покрета. Део алгоритма видео компресије који помаже у креирању П оквира користећи И оквире. Да би то урадио, алгоритам компресије разбија И оквир у блокове познате као макро-блокови. Овим блоковима се затим дају вектори кретања који дефинишу смер у коме се ови блокови крећу приликом преласка из једног оквира у други.
Ове информације о кретању за сваки блок помажу алгоритму видео компресије да предвиди локацију сваког блока у наредном кадру.
Уклањање високофреквентних података о слици
Баш као и промене у подацима о боји, људско око не може да открије суптилне промене у високофреквентним елементима на слици, али шта су то високофреквентни елементи? Па, видите, слика приказана на вашем екрану се састоји од неколико пиксела, а вредности ових пиксела се мењају на основу слике која се приказује.
У неким деловима слике, вредности пиксела се постепено мењају, а за такве области се каже да имају ниску фреквенцију. С друге стране, ако дође до брзе промене у подацима о пикселима, област се категорише као са подацима високе фреквенције. Алгоритми видео компресије користе дискретну косинусну трансформацију за смањење високофреквентне компоненте.
Ево како то функционише. Прво, ДЦТ алгоритам ради на сваком макро-блоку, а затим детектује области у којима је промена интензитета пиксела веома брза. Затим уклања ове тачке података са слике – смањујући величину видеа.
Енцодинг
Сада када су све сувишне информације у видеу уклоњене, можемо да ускладиштимо преостале битове података. Да би то урадио, алгоритам видео компресије користи шему кодирања као што је Хуффман кодирање, које повезује све битове података у оквиру на број пута који се појављују у видео снимку, а затим их повезује на начин попут дрвета. Ови кодирани подаци се чувају у систему, што му омогућава да лако прикаже видео.
Различити видео кодеци користе различите технике за компримовање видео записа, али на веома основном нивоу, користе пет основних метода дефинисаних изнад за смањење величине видео записа.
АВ1 вс. ХЕВЦ вс. ВП9: Који је кодек најбољи?
Сада када разумемо како кодеци функционишу, можемо одредити који је најбољи од АВ1, ХЕВЦ и ВП9.
Компресибилност и квалитет
Ако имате 4К видео који заузима пуно простора на вашем систему и не можете да га отпремите на омиљена платформа за стриминг, можда тражите видео кодек који нуди најбољу компресију однос. Међутим, такође морате узети у обзир да се квалитет који испоручује опада како наставите да компресујете видео. Због тога, приликом одабира алгоритма за компресију, битно је да погледате квалитет који он пружа при одређеној брзини у битовима, али колика је брзина видео записа?
Једноставно речено, битрате видео записа се дефинише као број битова које видео треба да репродукује у секунди. На пример, 24-битни некомпримовани 4К видео који ради на 60 кадрова има брзину протока од 11,9 Гб/с. Стога, ако емитујете некомпримовани 4К видео на интернету, ваш Ви-Фи мора да испоручује 11,9 гигабита података сваке секунде – исцрпљујући вашу месечну квоту података за неколико минута.
Коришћење алгоритма за компресију, напротив, смањује брзину преноса на веома мали износ на основу брзине у битовима по вашем избору без деградирања квалитета.
Када је реч о бројевима компресибилности/квалитету, АВ1 води у пакету и нуди 28,1 одсто бољи компресију у поређењу са Х.265 и 27,3 посто уштеде у поређењу са ВП9 док испоручује слично квалитета.
Стога, ако тражите најбољу компресију без деградације квалитета, АВ1 је однос компресије за вас. Због великог односа компресије и квалитета АВ1 кодека, Гоогле га користи у апликација за видео конференције Гоогле Дуо и по Нетфлик током преноса видеа на податковној вези ниске пропусности.
Компатибилност
Као што је раније објашњено, алгоритам видео компресије кодира видео када се компримује. Сада да бисте пустили овај видео, ваш уређај мора да декодира исто. Стога, ако ваш уређај нема хардверску/софтверску подршку за декомпресију видео записа, неће моћи да га покрене.
Стога је важно разумети аспект компатибилности алгоритма компресије, јер која је сврха креирања и компресије садржаја који не може да ради на многим уређајима?
Дакле, ако је компатибилност нешто што тражите, онда би ВП9 требао бити кодек за вас као Подржан је на преко две милијарде крајњих тачака и може да ради на сваком претраживачу, паметном телефону и паметном телефону ТВ.
Исто се не може рећи за АВ1 јер користи новије, сложеније алгоритме за смањење величине видео записа и не може се репродуковати на старијим уређајима. Што се тиче подршке за прегледач, Сафари не може да репродукује АВ1, али прегледачи као што су Фирефок и Цхроме могу да репродукују АВ1 видео записе без икаквих проблема.
Што се тиче хардверске подршке, нови СоЦ и ГПУ-ови попут Снапдрагон 8 Ген 2, Самсунг Екинос 2200, МедиаТек Дименсити 1000 5Г, Гоогле Тенсор Г2, Нвидиа РТКС 4000 серија и Интел Ксе и Арц ГПУ подржавају убрзано хардверско декодирање за АВ1 кодек. Стога, ако поседујете уређаје који се покрећу овим скуповима чипова, можете уживати у стримовању садржаја компримованог помоћу АВ1 кодека без исцрпљивања снаге ЦПУ/ГПУ-а.
Када је у питању кодек Х.265, најпопуларнији претраживачи као што су Сафари, Фирефок и Гоогле Цхроме могу да покрећу видео записе кодиране помоћу алгоритма компресије без икаквих проблема. Међутим, у поређењу са АВ1 и ВП9, Х.265 није отвореног кода и потребно је набавити лиценце за коришћење Х.265 кодека. Из тог разлога, апликације као што је Мицрософт Мовиес & ТВ видео плејер, који се испоручују са оперативним системом, не могу подразумевано да покрећу видео записе кодиране помоћу Х.265. Уместо тога, корисници морају да инсталирају додатне додатке из Виндовс продавнице да би покренули такве видео записе.
Брзина кодирања
Видео кодеци значајно смањују величину видео записа, али да би се смањила величина видео записа, некомпримовани видео треба да се обради помоћу софтвера, за шта је потребно време. Стога, ако желите да смањите величину видео записа, морате да погледате време које је потребно за компримовање видео записа помоћу алгоритма компресије.
Што се тиче ефикасности кодирања, ВП9 води у пакету, а време кодирања за компресију видео записа је много мање од Х.265 и АВ1. АВ1, с друге стране, има најспорије време кодирања и може да захтева три пута више времена за кодирање видео записа у поређењу са Х.265.
Који кодек треба да изаберете?
Када су у питању видео кодеци, проналажење савршеног кодека је веома субјективно, јер сваки кодек нуди различите карактеристике.
Ако тражите најбољи видео квалитет, изаберите АВ1. С друге стране, ако тражите најкомпатибилнији видео кодек, ВП9 би вам најбоље одговарао.
Коначно, Х.265 кодек је одличан ако вам је потребан добар квалитет и компресија без додатних трошкова кодирања.