Что такое формат MPEG?

Семейство форматов MPEG. Часть первая — MPEG-1.

История семейства форматов MPEG, к которому собственно и принадлежит стремительно набирающий в последнее время популярность формат MPEG-4, началась в далеком 1988 году. Именно в этом году был основан комитет Moving Pictures Expert Group, что на русский переводится примерно как экспертная группы кинематографии (движущихся изображений), аббревиатура которого — MPEG известна теперь любому, кто имел дело с мультимедиа — компьютерами или с цифровым телевидением. В этом же году была начата разработка формата MPEG-1, который в окончательном виде был выпущен в 1993 году. Несмотря на все очевидные недостатки этого формата, MPEG-1 по-прежнему является одним из наиболее массовых форматов видеосжатия, лишь в последнее время, начиная постепенно сдавать позиции под натиском более новых и совершенных форматов видеокомпрессии, по большей части из этого же семейства.

Надо сказать, что практически все новаторские по тем временам разработки легшие в основу формата MPEG-1, в том или ином виде встречаются и более совершенных форматах данного ряда, поэтому, рассмотрев в подробностях первого представителя этого семейства форматов видеосжатия можно получить общее представление о том, как же работают алгоритмы MPEG.

Формат MPEG-1. Старый, но еще не побежденный.

Формат MPEG-1 начал разрабатываться в те трудно вообразимые времена, когда не было широкодоступных носителей большого объема, в то время, как видеоданные, даже и сжатые, занимали совершенно колоссальные для конца 80-х объемы — средней продолжительности фильм имел размер больше гигабайта. Если кто не помнит, то это была эпоха 286 и 386 процессоров, 4 Мб оперативной памяти и 250 Мб винчестер считались роскошью, а не убогостью, как сейчас, Windows была примочкой для DOS, а не наоборот, а в качестве легко переносимых носителей информации доминировали 5 дюймовые дискеты и только-только появившиеся 3,5″ дискеты от фирмы SONY. В таких условиях необходимо было найти носитель, на который можно было бы записать гигабайт информации, при этом этот носитель должен был быть недорогим, иначе ни о какой массовости не могло быть и речи.

И такой носитель был найден. Как раз в эти годы впервые на платформе PC появился такой новый тип носителей информации как CD-ROM диски, которые смогли обеспечить необходимый объем информации. Правда, на один диск фильм в формате MPEG-1 все-таки не вмещался, но что мешало записать его на 2 CD, тем более, что новинка стоила очень недорого? Разумеется, первые CD-ROM проигрыватели были односкоростными, поэтому не стоит удивляться, что максимальная скорость пересылки потока данных (bitstream) в формате MPEG-1 ограничена 150 Кб/сек., что соответствует одной скорости CD-ROM.

Надо сказать, что возможности MPEG-1 не ограничены тем низким разрешением, которое вы все видели при просмотре VIDEO-CD. В самом формате была заложена возможность сжатия и воспроизведения видеоинформации с разрешением вплоть до 4095х4095 и частотой смены кадров до 60 Гц. Но из-за того, что поток передачи данных был ограничен 150 Кб/сек., то есть так называемый Constrained Parameters Bitstream (CPB) — зафиксированная ширина потока передачи данных, разработчики формата, а в дальнейшем и создатели кодеков на его основе, были вынуждены использовать разрешения кадра, оптимизированные под данный CPB. Наиболее широко распространенными являются два таких оптимизированных формата — это формат SIF 352х240, 30 кадров в секунду и урезанный формат PAL/SECAM 352х288, 25 кадров в секунду.

Ну вот, с разрешением определились, теперь можно и посмотреть, как это все сжимается.

Принципы Сжатия информации в MPEG-1.

В качестве примера рассмотрим урезанный формат PAL/SECAM, который более распространен, чем SIF, хотя оба эти формата за исключением разрешения и частоты смены кадров ничем друг от друга не отличаются.

Урезанная версия формата PAL/SECAM содержит 352 ppl (point per line — точек на линию), 288 lpf (line per frame — линий на кадр) и 25 fps (frame per second — кадров в секунду). Надо сказать, что полноценный стандарт PAL/SECAM имеет параметры в 4 раза большие, чем аналогичные у MPEG-1 (кроме fps). Поэтому принято говорить, что VIDEO-CD имеет четкость в четыре раза хуже, по сравнению с обычным видео.

Что касается глубины цвета, то тут не все так просто, как в компьютерной графике, где на каждый пиксел отводится определенное фиксированное число бит. MPEG-1 использует цветовую схему YСbCr, где Y — это яркостная плоскость, Сb и Cr — плоскости цветовые. Эти плоскости кодируются с разным разрешением. Существуют несколько вариантов кодирования, которые можно представить с следующем виде:

Вариант кодирования	Отношение разрешений Сb/Y (Сr/Y) по горизонтали	Отношение разрешений Сb/Y (Сr/Y) по вертикали
4:4:4	1:1	1:1
4:2:2	1:2	1:1
4:2:0	1:2	1:2
4:1:1	1:4	1:1
4:1:0	1:4	1:4

Как видно из таблицы Сb и Cr практически всегда кодируются с меньшим разрешением, чем Y. Чем меньше разрешение цветовых плоскостей, тем грубее и неестественнее цветопередача в видеоролике. Разумеется, самым некачественным, но и самым компактным будет последний вариант.

Перед началом кодирования происходит анализ видеоинформации, выбираются ключевые кадры, которые не будут изменяться при сжатии, а так же кадры, при кодировании которых часть информации будет удаляться. Всего выделяется три типа кадров:

Кадры типа I — Intra frame. Ключевые кадры, которые сжимаются без изменений.
Кадры типа P — Predirected frame. При кодировании этих кадров часть информации удаляется. При воспроизведении P кадра используется информация от предыдущих I или P кадров.
Кадры типа В — Bidirectional frame. При кодировании этих кадров потери информации еще более значительны. При воспроизведении В кадра используется информация уже от двух предыдущих I или P кадров. Наличие В кадров в видеоролике — тот самый фактор, благодаря которому MPEG-1 имеет высокий коэффициент сжатия (но и не очень высокое качество).

При кодировании формируется цепочка кадров разных типов. Наиболее типичная последовательность может выглядеть следующим образом: IBBPBBPBBIBBPBBPBB. Соответственно очередь воспроизведения по номерам кадров будет выглядеть так: 1423765.

По окончании разбивки кадров на разные типы начинается процесс подготовки к кодированию.

С I кадрами процесс подготовки к кодированию происходит достаточно просто — кадр разбивается на блоки. В MPEG-1 блоки имеют размер 8х8 пикселов.

А вот для кадров типа P и B подготовка происходит гораздо сложнее. Для того, чтобы сильнее сжать кадры указанных типов используется алгоритм предсказания движения.

В качестве входной информации алгоритм предсказания движения получает блок 8х8 пикселов текущего кадра и аналогичные блоки от предыдущих кадров (I или P типа). На выходе данного алгоритма имеем следующую информацию о вышеуказанном блоке:

Вектор движения текущего блока относительно предыдущих
Разницу между текущим и предыдущими блоками, которая собственно и будет подвергаться дальнейшему кодированию.

Вся избыточная информация подлежит удалению, благодаря чему и достигается столь высокий коэффициент сжатия, невозможный при сжатии без потерь.

Но у алгоритма предсказания движения есть ограничения. Зачастую в фильмах бывают статические сцены, в которых движения нет или оно незначительно и возникают блоки или целые кадры, в которых невозможно использовать алгоритм предсказания движения. Думаю, вы замечали, что у видеороликов сжатых MPEG-1 качество сцен с небольшим количеством двигающихся объектов заметно выше, чем в сценах с интенсивным движением. Это объясняется тем, что в статических сценах P и B кадры, по сути, представляют собой копии I кадров, потерь практически нет, но и сжатие информации незначительно.

В случае же корректного срабатывания алгоритма предсказания движения, объемы кадров разного типа в байтах соотносятся друг с другом примерно следующим образом — I:P:B как 15:5:2. Как вы видите из данного соотношения, уменьшение объема видеоинформации налицо уже на стадии подготовки к кодированию.

По окончании этой стадии начинается собственно само кодирование. Процесс кодирования содержит в себе 3 стадии:

Discrete Cosine Transformation — DTC, дискретное преобразование косинусов, преобразование Фурье.
Quantization — квантование. Перевод данных из непрерывной формы в прерывистую, дискретную.
Преобразование полученных блоков данных в последовательность, то есть преобразование из матричной формы в линейную.

При кодировании блоки пикселов или вычисленная разница между блоками обрабатывается первым из преобразующим алгоритмов — DTC (дискретное преобразование косинусов). Обычно пиксела в блоке и сами блоки изображения каким-то образом связаны между собой — например однотонный фон, равномерный градиент освещения, повторяющийся узор и т.д. Такая связь называется корреляцией. Алгоритм DTC, используя коррелирующие эффекты, производит преобразование блоков в частотные фурье-компоненты. При этом часть информации теряется за счет выравнивания сильно выделяющихся участков, которые не подчиняются корреляции. После этой процедуры в действие вступает алгоритм Quantization — квантование, который формирует Quantization matrix. Quantization matrix — это матрица квантования, элементами которой являются преобразованные из непрерывной в дискретную форму данные, то есть числа, которые представляют собой значения амплитуды частотных фурье-компонентов. После формирования quantization matrix происходит разбивка частотных коэффициентов на конкретное число значений. Точность частотных коэффициентов фиксирована и составляет 8 бит. После квантования многие коэффициенты в матрице обнуляются. И в качестве завершающей стадии происходит преобразование матрицы в линейную форму.

Все эти преобразования касаются только изображения. Но кроме изображения в практически любом видеофрагменте присутствует так же и звук. Кодирование звука осуществляется отдельным звуковым кодером. По мере развития формата MPEG, звуковые кодеры неоднократно переделывались, становясь все эффективнее. К моменту окончательной стандартизации формата MPEG-1 было создано три звуковых кодера этого семейства — MPEG-1 Layer I, Layer II и Layer 3 (тот самый знаменитый MP3). Принципы кодирования всех этих кодеков основаны на психоакустической модели, которая становилась все более и более совершенной и достигла своего апофеоза для семейства MPEG-1 в алгоритмах Layer-3.

Про психоакустическую модель и принципы сжатия аудиоданных с потерями написано множество статей, в частности статья «Описание формата аудиосжатия MP3», которую вы можете прочитать на этом сайте, поэтому описание аудиокодеров можно опустить, упомянув, единственно о синхронизации аудио- и видеоданных и форматов аудиотреков.

Синхронизация аудио- и видеоданных осуществляется с помощью специально выделенного потока данных под названием System stream. Этот поток содержит встроенный таймер, который работает со скоростью 90 КГц и содержит 2 слоя — системный слой с таймером и служебной информацией для синхронизации кадров с аудиотреком и компрессионный слой с видео- и аудиопотоками.

Под служебной информацией понимаются несколько видов меток, наиболее важными из которых являются метки SCR (System Clock Reference) — инкремент увеличения временного счетчика кодека и PDS (Presentation Data Stamp) — метка начала воспроизведения видеокадра или аудиофрейма.

Ну вот рассказ о MPEG-1 практически подошел к концу, осталось лишь назвать некоторые параметры аудиотреков, которые используются в этом формате.

Качество аудиотреков в MPEG-1 может варьироваться в очень больших пределах — от высококачественных до безобразных. Окончательно все форматы сжатия аудиоданных были стандартизированы в 1992 году европейской комиссией по стандартам ISO.

В зависимости от используемого кодера и степени сжатия аудиоинформация видеоролика может быть представлена в следующем виде: моно, dual mono, стерео, интенсивное стерео (стереосигналы, чьи частоты превышают 2 КГц объединяются в моно), m/s стерео (один канал — сумма сигналов, другой — разница) и по частоте дискретизации могут быть: 48, 44.1и 32 КГц.

На этом хватит о MPEG-1, а в следующих главах речь пойдет о его более чем достойных и перспективных наследниках.

Практика: разбираемся с форматами цифрового видео

Сколько весит видео

Читайте также Чем открыть формат JPG?

Видеоизображение стандарта PAL или SECAM – это последовательность картинок, отображаемая с частотой 25 кадров в секунду. В одном цифровом кадре содержится 720х576 точек, то есть 414 тыс. 720 элементов (пикселей). Каждая точка может иметь один из 16,7 млн. цветов и занимать 3 байта в компьютере. Следовательно, один кадр занимает порядка 1,2 Мб. При стандартной частоте получаем цифру около 30 Мб в секунду, то есть хранение одного лишь часа видео (вместе со звуком) без компрессии обойдётся в 107 Гб. Выглядит устрашающе, но уже сейчас допустимо.

Но ведь прогресс видео не стоит на месте. Максимально возможное качество сейчас достигается в HDTV (ТВ высокой чёткости), этот формат подразумевает разрешение 1920х1080 точек, то есть, при прочих равных условиях, серия кадров, рассчитанных на одну секунду, уже займет 148 Мб (521 Гб в час).

Чтобы избежать подобных объемов хранимого видео и нерационального использования ресурсов компьютера, а также получить возможность распространения видеосюжетов, были созданы различные способы сжатия видео. Достигнутые за 15 лет наработки развития цифровой техники активно используются в повседневной жизни, в видеотрансляциях, бытовых устройствах (видеокамерах, DVD-плеерах) и в сети интернет. В зависимости от вида кодека, можно достичь разной степени сжатия и разного «веса» готового фильма.

Как происходит сжатие

В отличие от универсальных архиваторов (вроде WinRar или WinZip), сжатие видео происходит с некоторыми потерями, величина которых зависит от выбранного кодека. Это связано с тем, что алгоритмы обычных архиваторов видеоинформацию (равно как и звук) практически не сжимают. Современные алгоритмы сжатия прибегают к всестороннему логическому анализу видеоролика с целью извлечь повторяющиеся куски между кадрами и уменьшить размер конечного файла. При воспроизведении сжатая информация «раскрывается», и уже после этого демонстрируется пользователю. Раскрытие изображений, сжатых некоторыми кодеками, может потребовать большого времени от маломощного компьютера.

Для сжатия видео используют различные кодеки

Самые популярные кодеки

Сегодня самые распространенные кодеки – это семейство MPEG. Основу ему положило сжатие фотографий. Все мы знакомы с компактными картинками с расширением JPG, а многие даже смогут отличить сильно сжатую картинку (с кубической структурой) от качественной (на глаз, сравнимой с оригиналом). Анатомические особенности глаза человека позволяют, незаметно сжимать картинку в десять раз, используя кодер JPEG.

Максимальное качество

На приведенных примерах можно видеть, какие артефакты, так называемые кубики, возникают на фотографии сжатой неправильно (с большим коэффициентом сжатия) и их отсутствие на фото с правильным сжатием. Подобные потери качества при большом сжатии большинством кодеков, в том числе и JPEG, необратимы.

Очень популярный формат во всём мире, с основой, взятой от кодека JPG. Сжатие в нем производится сериями по три кадра. Это один из самых старых кодеков, так что, практически на любых, даже самых «слабых» машинах вы сможете просмотреть видео со стереозвуком в этом формате. Однако и качество изображения невысокое: оно сравнимо с привычным аналоговым форматом VHS. Картинка имеет разрешение 352х288 точек, да и качество ее оставляет желать лучшего. И хотя MPEG-1 не требователен к ресурсам, его судьба предрешена: с развитием ёмкости и скорости передачи данных в компьютерах и интернете формат будет постепенно забываться

Получить файлы MPEG-1 можно с помощью программы AVI2MPG. Для увеличения нажмите здесь.

Формат использует простую обработку кодированного аналогового видеосигнала по стандарту JPG (с разрешением 768х576 точек). Расшифровывается как Motion-JPEG (движущийся JPEG). На сегодняшний день этот формат практически не используется, т.к. качественно сжатые ролики занимают достаточно много места. В некоторых моделях устройств (например, фотокамерах с функцией видео) встречается упрощенный вариант M-JPEG с разрешением 320х240 точек.

Доминирующий формат на сегодня это MPEG-2 (с разрешением 720х576 точек). Все DVD-video диски работают именно в формате MPEG-2. Трансляции со спутников в несколько каналов на одной частоте, эфирная трансляция, в том числе ТВ высокой четкости, разнообразные плееры DVD, microMV-видеокамеры используют этот формат сжатия. И это не удивительно. После триумфального успеха MPEG-1, новый формат, обеспечивающий практически профессиональное качество картинки утверждался довольно долго, и получился очень удачным. MPEG-2 подходит для записи полуторачасового фильма отличного качества на стандартный диск DVD (4,7 Гб). Кроме того, в этом формате можно записывать на двойные DVD (9 Гб) фильмы повышенного качества с использованием нескольких разных дорожек звука (дубляж), разных форматов многоканального звучания, субтитров, разных углов обзора видеоматериала (несколько синхронных дорожек видео) и других цифровых новшеств. Среди них, например, присутствует произвольный мгновенный доступ к любой части видеоматериала на диске и отсутствие перемотки при достижении конца видеоматериала, что раньше являлось довольно большой проблемой.

MPEG-2 позволяет использовать разрешения вплоть до 1920х1080 пикселов (25 кадров в секунду, с полями и без полей, с прогрессивной разверткой) и поддерживает 6-канальный звук.

Особенности этого формата широко использует компания Sony в своем расширенном стандарте microMV, хотя поток информации там повышен до 12 Мбит/с (по сравнению с максимальным стандартом DVD 9,8 Мбит/с), а размер кассеты уменьшен (по сравнению с DV). И всё же стандарт DV отличается большей устойчивостью и большим распространением по всему миру.

Недавно появились камеры, которые пишут сразу на miniDVD диски в формате MPEG-2. Они имеют несколько важных достоинств — перезапись дисков до 1000 раз без потери качества, доступность материала и некоторые другие преимущества. Но очевиден и недостаток – ограниченный объем записанного материала (до 30 минут на 1 miniDVD диск). Хотя для любительских съемок это очень подходящий вариант: миниDVD диски прекрасно воспроизводятся на бытовых плеерах и ПК, а программы идущие с такими камерами позволяют проводить монтаж на любом компьютере, оснащенном DVD-приводом.

Общепринятые стандарты для формата MPEG

Описание	Разрешение	Максимальный поток	Качество
VCD (видео CD, MPEG-1)	352х288х25	1,11 (4) Мбит/c	VHS, бытовое
SVCD (супер видео CD)	480х576х25	4,0 (6) Мбит/c	S-VHS, Laser Disk
DVD Main, MPEG-2	720х576х25	6,0 (10.6) Мбит/c	CCIR 601, профессиональное
DVD High	1920х1080х25	40,0 (80) Мбит/c	Hi-End видеомонтажное оборудование, кино

Источник: ZOOM.CNews

Развитием формата MPEG-2 является MPEG-4. Все мы уже давно привыкли к звуку MP3, а формат MPEG-4 сочетает отличный звук и максимальное уплотнение видеосигнала (до 30-40% лучше чем у предшественника). Разница заключается в том, что кодируется последовательность более чем из трех кадров (обычно до 250 кадров). Тем самым достигается большее сжатие и возможность смотреть в режиме реального времени качественное потоковое видео в интернет. Динамическое сжатие также эффективно использует ресурсы, и на обычный компакт-диск помещается 1,5 часа видео в достаточно хорошем качестве. Однако, в большинстве случаев, внимательный зритель сможет увидеть на хорошем экране разницу между изображением, закодированном в MPEG2 и MPEG4.

Некоторые параметры, которые можно настроить при кодировании видео в MPEG-4

Некоторые видеокамеры позволяют записывать в формате MPEG-4 видео на собственную карту памяти или работать как web-камера, передавая по USB кабелю видео со звуком в формате MPEG-4.

Кроме того, современные технологии позволяют даже воспроизводить цифровое телевидение (сжатое в формате MPEG-4 или MPEG-2) с помощью мобильных телефонов, используя GPRS.

На сегодня, MPEG-4 — это наиболее популярный формат распространения видео в интернете и на персональных компьютерах. Рациональное использование памяти при хорошем качестве видео дают о себе знать. Каждая последующая версия кодека MPEG-4 (на сегодня используются 3.хх, 4.хх и 5.хх версии) привносит всё новые и новые прогрессивные улучшения. Большое количество бытовых плееров, КПК и прочих устройств без проблем работают с этим форматом. MPEG-4 будет актуален еще, как минимум, лет десять, пока ему на смену не придёт что-то принципиально новое.

Это формат был разработан программистами компании Apple. Используется он в основном на компьютерах этой компании, хотя также распространен довольно сильно и в интернете. Стандарт MOV считается устаревшим, и позволяет хранить несжатое видео, и довольно популярен по сей день, так как воспроизводится практически на любом компьютере. Однако стоит заметить при его использовании неэффективное использование ресурсов ни по качеству изображения, ни по размеру итогового файла.

Windows Media Video предназначен для небольших файлов и плохих каналов передачи данных. Компания Microsoft активно внедряет этот переходной формат в массы. Для просмотра видео небольшого размера в интернете кодек приходится весьма кстати, а потому используется повсеместно, в том числе для прямых трансляций. Некоторые портативные устройства (например, КПК) также используют этот формат хранения сжатых медиа-данных.

Популярностью этот формат пользуется лишь потому, что его продвигает гигант Microsoft. Также Windows Media Video позиционируют для создания высококачественного видео для DVD (в формате Microsoft Windows Media Video High-Definition, или WMV HD), но со скоростью передачи данных, такой же, как и на стандартном DVD. Воспроизводить его можно с использованием плеера Windows Media 10 Series на компьютерах с ОС Microsoft Windows XP. Будущее этой новинки зависит исключительно от настойчивости Микрософт и количество денег, вкладываемых в эту лицензированную разработку.

Digital Video (DV)

По-настоящему качественное цифровое видео появилось с разработкой формата DV (а также с разновидностями DVCAM, DVCPRO, miniDV). Для полноценной работы с этим форматом требуется соединение DV-камеры с компьютером. И оно было найдено – это формат передачи данных IEEE-1394 (также имеющий названия i.Link или FireWire). С помощью порта IEEE-1394 можно копировать все, что отснято на видеокамеру в компьютер и обратно (если камера поддерживает такую возможность). Так как происходит передача цифрового сигнала в обе стороны, потери при переносе информации исключены.

Не вдаваясь в тонкости процесса кодирования, отметим, что благодаря новым методам преобразования, размер кадра в DV достигает 720×576 точек, звук — 48 кГц/стерео, а поток видео — 3,6 Мбайт/с. Таким образом, видео практически профессионального качества стало доступно каждому с цифровой камерой формата DV. Тем более на одну видеокассету подобного формата вмещается до 90 минут (LP режим) высококачественного материала.

Будущее этого формата практически безоблачно. И будет ещё долго радовать всех любителей и ценителей качественного домашнего видео, которое повсеместно используется на ТВ (документальные фильмы, прямые репортажи и пр.)

Что же дальше?

Реальными возможностями наращивания качества является улучшение «цифры». Уже не за горами практическое внедрение стандарта HDV (высококачественное DV) в массы, которое подразумевает увеличение четкости кадра и использует в своей основе все тот же формат DV.

Blue Ray диски уже готовы к массовому использованию, а основное их отличие от DVD – в объеме (на один Blue Ray диск вмещается до 25 Гб информации). Такой объем позволит увеличить объем готовых фалов, а значит, уменьшить степень сжатия и увеличить конечное качество. Видеокамеры с возможностью записи на подобные диски должны появиться в ближайшем будущем и станут очередной ступенькой в развитии прогресса цифровой видеотехники.

Видеокодеки, видеоформаты – что же это всё означает?

Если вы озадачены бесконечным списком параметров экспорта в вашей программе для монтажа видео, то эта статья для вас. Сначала рассмотрим определение кодека. Затем рассмотрим понятие видеоформата, и затем, мы рассмотрим некоторые из наиболее распространенных кодеков и их использование.

Если вы занимаетесь съёмкой или редактированием видео, то почти сразу вам встретиться термин «кодек». Поскольку их так много, и трудно определить разницу между ними, то я сделал краткий обзор, чтобы помочь вам начать работу. Если вы понимаете определенные термины, вы можете лучше решить, какой из них соответствует вашим потребностям. Давайте начнем с простого определения.

Видеокодек это.

Кодек — это на самом деле соединение двух слов: кодер и декодер (co / dec). Что они делают? Проще говоря, поскольку видеофайлы очень большие, вам нужен способ сделать их меньше. Кодек кодирует, сжимая данные для хранения или отправки, а затем распаковывает для воспроизведения или редактирования.

Кодек — это компьютерный код, который выполняет свою функцию всякий раз, когда файл вызывается программным обеспечением. Кодеки также можно использовать в физическом оборудовании, например в камере, для преобразования входящего видео и звука в цифровой формат.

Это происходит в режиме реального времени, либо в точке захвата, либо в точке воспроизведения. Однако, если вы не являетесь инженером по вещанию, то вам придётся положится на свой компьютер или устройство для выбора кодека. Аппаратное обеспечение сжимает ваши видео и аудио данные для просмотра, передачи или хранения.

Видеоформат это.

Формат файла похож на контейнер. Внутри контейнера находятся данные, которые были сжаты с использованием определенного кодека. И иногда они имеют одинаковое имя.

Например, формат файла, такой как Windows Media Audio, содержит данные, сжатые с использованием кодека Windows Media Audio. Однако формат файла, такой как Audio Video Interleaved (AVI), может содержать данные, сжатые любым из нескольких различных кодеков, включая кодеки MPEG-2, DivX или XviD.

AVI-файлы также могут содержать данные, которые не сжимаются никаким кодеком. Следовательно, в зависимости от того, какие кодеки установлены в вашей системе, одни файлы AVI у вас будут нормально воспроизводится, а другие файлы AVI, несмотря на одинаковое расширение файла, воспроизводится не будут.

Также это затрагивает аудио. Часто бывает ситуация, когда при воспроизведении видео, звук воспроизводится, а вот видео нет. Это значит, на вашем устройстве ну установлен соответствующий видеокодек.

Как определить формат видео и используемый видеокодек?

К сожалению, встроенные инструменты в Windows не позволяют узнать подробную информацию о видео файле. Но можно воспользоваться специальными программами. Например, MediaInfo. Это бесплатная программа, из категории свободного программного обеспечения. Которую вы можете скачать по ссылке.

Устанавливаете программу, открываете интересующий вас файл и получаете подробную информацию.

Здесь мы видим, что выбранный мною файл имеет формат видео MPEG-4, использует кодек AVC(H.264), имеет разрешение 3840х2160 пикселей, а также другую информацию по файлу.

Какой формат видео самый маленький?

На данный момент кодек HEVC или H.265 является одним из наиболее эффективных из доступных на рынке и обычно используется для сжатия видео 8K UHD. Однако использование кодека требует оплаты лицензионного сбора, поэтому он не является широко совместимым и широко поддерживаемым различными устройствами или браузерами. Для интернета используется формат .WEBM и соответствующий кодек VP8 / VP9. Эта связка является широко совместимой и популярной для уменьшения размера видеофайлов.

Тем не менее, важно учитывать и другие факторы, помимо размера: где будут воспроизводиться файлы и требуемое качество видео. Далее мы углубимся в каждый из самых популярных форматов, чтобы понять компромиссы.

Форматы видеофайлов.

Как и файл изображения .WEBP, .WEBM был создан Google как эффективный способ распространения медиа среди большой аудитории. Видеофайлы .WEBM имеют относительно небольшой размер и, как таковые, не так высоки с точки зрения качества, как некоторые другие типы файлов в этом списке. Формат видеофайла .WEBM используется для сайтов потокового видео HTML5, таких как YouTube.

.MPG, .MP2, .MPEG, .MPE, .MPV

Файлы .MPG, .MP2, .MPEG, .MPE, .MPV могут воспроизводить аудио / видео или просто аудио. Они имеют небольшой размер файла и относительно низкое качество. Они также имеют сжатие с потерями, что означает, что их качество ухудшится после многократного редактирования. Файлы .MPG, .MP2, .MPEG, .MPE, .MPV лучше всего использовать, когда видео будет записано один раз и никогда больше не будет редактироваться.

Файлы .OGG представляют собой альтернативу файлам .MPG с открытым исходным кодом и используются для передачи высококачественных видео через Интернет. Несмотря на то, что файлы .OGG используются для потоковой передачи, они имеют более высокое качество, чем файлы .WEBM, что означает, что для их доставки конечному пользователю потребуется больше времени. Благодаря тому, что файлы .OGG имеют открытый исходный код, они могут использоваться в различных приложениях, включая GPS-приемники и медиаплееры (как настольные, так и портативные).

.MP4, .M4P, .M4V

.MP4, .M4P, .M4V аналогичны файлам .MPG в том смысле, что они могут содержать аудио и видео или могут быть просто аудиофайлами. Это форматы файлов без потерь, что делает их идеальными для редактирования, поскольку они не потеряют качество при последующем редактировании и сохранении файлов. .MP4, .M4P и .M4V используются для потоковой передачи видео через Интернет. Как правило, они имеют более высокое качество, чем файлы .WEBM, но, как правило, имеют больший размер. Файлы .M4V — это собственные файлы iTunes, которые имеют те же качества, что и файлы .MP4 и .M4P. Файлы M4V защищены от копирования системой DRM.

Файлы .AVI являются одним из старейших и наиболее совместимых форматов видеофайлов. С файлом .AVI можно использовать много разных кодеков, что означает, что этот формат обладает большей гибкостью при выборе баланса между качеством и размером. Однако эти файлы имеют тенденцию быть больше, чем ранее упомянутые форматы, что делает его менее идеальным для Интернета и более идеальным для хранения фильмов на компьютере.

.WMV — это формат видеофайлов, созданный Microsoft и обозначающий Windows Media Video. Кодек, используемый этими файлами, приводит к небольшому размеру файла, но низкому качеству. Этот формат полезен, если вы отправляете видео кому-то со старого компьютера с Windows.

.MOV, .QT

Файлы .MOV и .QT были разработаны Apple для использования с проигрывателем Quicktime. Эти файлы имеют высокое качество, но большие по размеру. И у них плохая совместимость с другими проигрывателями. Этот формат полезен, если вы собираетесь архивировать высококачественное видео на компьютере Apple.

.FLV, .SWF

Файлы .FLV и .SWF были разработаны компанией Adobe в качестве формата видеофайлов для Flash. Использование этих форматов файлов быстро сократилось, поскольку Flash стал менее популярным, особенно после прекращения поддержки Flash для устройств iOS. Использование этих форматов рекомендуется только в том случае, если вам требуется поддержка устаревшей системы, которая может принимать только файлы этого типа.

AVCHD

Файлы высокой четкости AVCHD или Advanced Video Coding — это формат, создаваемый многими цифровыми видеокамерами. Эти файлы используют видеокодек H.264 / MPEG-4 и похожи на файл .MPG.

Как выбрать лучший формат видео файла

Выбор правильного формата видеофайла полностью зависит от того, для чего вы планируете использовать видео. Вы должны выбрать формат, который обеспечивает требуемое качество видео, но не более того. Излишне высококачественные видеофайлы могут быть неудобными для перемещения, обмена, конвертации и управления. Кроме того, важно то, как будут просматриваться видеофайлы. Не все программы, браузеры и устройства могут открывать определенный формат видео. Рассмотрим пару сценариев:

Если видео будет просматриваться в Интернете, выберите формат, поддерживаемый большинством браузеров. Таким образом, ваше видео сможет воспроизводиться без загрузки файла и использования отдельного проигрывателя. Браузер-совместимые форматы видео включают MP4 и WEBM.

Если вы архивируете домашнее видео, выберите формат, который имеет высокое качество и имеет хорошие шансы на воспроизведение в будущем. Форматы с открытым исходным кодом более ориентированы на будущее, чем проприетарные форматы, которые контролируются конкретной компанией. Форматы, которые соответствуют этой категории, являются MP4 или AVI (с использованием открытого кодека).

Если вы работаете в компании, которая использует старые компьютеры Windows, вам следует выбрать формат с высокой степенью сжатия и совместимость с Windows. В этом случае вы хотите использовать файл WMV.

Чтобы проверить, подходит ли вам формат видео для загрузки на YouTube, Facebook, Twitter или Instagram, вот краткая таблица с некоторыми из самых популярных сайтов и поддерживаемых ими видеоформатов:

YouTube	Vimeo Standard Video	Facebook Shared Post	Twitter	Instagram Feed
Format	.MOV, .MPEG4, MP4, .AVI, .WMV, .MPEGPS, .FLV, 3GPP, WebM	.MP4	.MP4 or .MOV file are recommended, but almost all file types are supported	.MP4 or .MOV file with H264 compression	.MP4 or .MOV file are recommended, but almost all file types are supported
Ratio	16:9 (auto adds pillarboxing if set at 4:3)	16:9 and 4:3	16:9 and 9:16 (mobile rendered 2:3)	1:3 and 3:1 (16:9 recommended)	16:9, 4:5, and 1:1
Resolution	426 x 240px to 3840 x 2160px	640×360px and 640×480px	Minimum width 600px (length depends on aspect ratio)	32 x 32px to 1280 x 1024px	Minimum width 600px (length depends on aspect ratio)
Max Size	128 GB or 12 hours (whichever is less)	500 MB per week for free plan	4 GB	512 MB	4 GB
Max Length	12 hours	Any duration	120 minutes	140 seconds	60 seconds
Support Page	YouTube	Vimeo	Facebook	Twitter	Instagram

Таким образом, зная как работают видеоформаты, вы сможете воспроизвести видео любого формата, и что ещё важнее, сможете создавать видео в том формате, который будет удобен для ваших зрителей.

Описание форматов сжатия MPEG-2 и MPEG-4

Отличительной особенностью видеоданных является их чрезвычайно большой объем. Специалисты в области сжатия данных, уже на протяжение многих лет работают над улучшением эффективности алгоритмов компрессии видеоизображений. На рубеже 21 века, с появлением HDTV, назрела острая необходимость передавать большие объемы видеоинформации по спутниковым и кабельным сетям, и встала задача оптимизации способов кодирования видеоданных.

На сегодняшний день MPEG-2 — это стандарт цифрового кодирования аудио и видео сигналов, который используется большинством операторов спутникового телевидения для передачи сигналов абонентам. Данный стандарт был разработан рабочей группой Moving Pictures Experts Group и одобрен Международной Организацией по Стандартизации.

Технические аспекты стандарта MPEG-2

Рабочая группа MPEG описала общие принципы компрессии аудио и видео информации, а разработку деталей оставила для изготовителей кодеков. В основу алгоритма сжатия была положена модель восприятия человеческим глазом видеоизображений и особенности строения человеческого глаза — его способность воспринимать вариации цвета и градации яркости. Так, например, человеческий глаз способен лучше воспринимать градации яркости, чем цветности.

Задача сводится к определению на экране неподвижного фона и движущихся объектов, на основании этого можно выделить и передать информацию о базовом кадре, а потом уже передавать кадры с информацией о движущихся объектах. В процессе передачи данных происходит отбрасывание малозначимой информации, аналогичной принципам, которые используются в графическом формате JPEG. Реализуется процесс путем разбивки потока видеоинформации на группы видеоизображений, каждая группа состоит из 3-х типов видеокадров. Обычно используются потоки из 30 кадров в секунду.

Благодаря постоянному совершенствованию видео кодеков формата MPEG-2 операторы спутникового и кабельного вещания получили возможность передавать в 2 раза больший объем информации при той же пропускной способности канала, чем когда то, на заре эволюции цифрового вещания. Стало появляться все большее количество разных видео кодеков, но они уже не соответствовали существующему формату MPEG-2. Назрела необходимость дальнейшей унификации стандарта.

MPEG-4 и HDTV

Цифровое спутниковое телевидение использует формат MPEG-2, где при разрешении кадра в 720×576 пикселей, скорость информационного потока при 30 кадрах/сек. составляет около 12 Мбит/сек, практически же используется скорость потока около 3 Мбит/сек. При стандартной ширине полосы в 54МГц на одном транспондере спутника обычно умещается 18 каналов. При вещании в HDTV разрешение изображения составляет 1920×1080 пикселей, что в 5 раз больше по сравнению с обычным SD телевидением, и для вещания одного HDTV канала в стандарте MPEG-2 оператору потребовалось бы арендовать чуть ли не треть транспондера.

Очередным витком в развитии алгоритмов видеокомпрессии стал стандарт MPEG-4. Изначально он предназначался для передачи потокового видео по низкоскоростным каналам, но так же нашел применение и в цифровом телевидении.

Компрессии видео в формате MPEG-4 осуществляется по той же схеме, что и в MPEG-2. При кодировании исходного видеоизображения кодек ищет и сохраняет более значимые кадры, как правило, те, на которых происходит смена сюжета. Вместо сохранения промежуточных кадров алгоритм обрабатывает и сохраняет данные об изменениях в текущем кадре по отношению к предыдущему, т.е дифференциально. При этом в процессе обработки изображения кодек оперирует с объектами произвольной формы, в отличии от формата MPEG-2, который мог оперировать только прямоугольными областями изображения. В результате этого, человек, передвигающийся по комнате, будет воспринят форматом MPEG-4, как отдельный объект, перемещающийся относительно неподвижного объекта — заднего плана.

Идея стандарта MPEG-4 заключается в объединении 22 подстандартов, из которых поставщики могут выбрать тот, который более точно отвечает их задачам.

Выделим из них наиболее важные подстандарты:

ISO 14496-3- Аудио: набор кодеков для сжатия звука и речи, включая Advanced Audio Coding (AAC)
ISO 14496-10- Видео: продвинутое кодирование видео ( Advanced Video Coding — AVC), технически идентичный и известный как кодек H.264

При переходе операторов спутникового телевидения на стандарт DVB-S2 и сжатие данных в MPEG-4 кодеком H.264 позволило в стволе одного транспондера разместить 8-10 HDTV каналов.

Разбираемся с форматами и кодеками видео

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:

«ко» — компрессор,
«дек» — декомпрессор.

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:

Видеокодек, отвечающий за степень сжатия и потери качества в процессе.
Аудиокодек, отвечает за хранение звуковой дорожки.
Контейнер-обертка, хранилище обоих кодеков и дополнительной метаинформации.

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

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.

MPEG2 VS. MPEG4: все, что вы хотите знать, здесь

MPEG-это группа экспертов по движущимся изображениям, рабочая группа властей, созданная ISO и IEC для установления стандартов сжатия и передачи аудио и видео.Он был основан в 1988 году по инициативе Хироши Ясуда(Nippon Telegraph and Telephone)и Леонардо Кьяриглионе, председателя группы с момента ее основания.Первое собрание MPEG состоялось в мае 1988 года в Оттаве, Канада.По состоянию на конец 2005 года MPEG вырос и включает около 350 участников на каждое собрание из различных отраслей, университетов и исследовательских институтов.

Формат MPEG используется на нескольких носителях.На этом рисунке некоторые из наиболее известных носителей связаны с версией формата MPEG и используемым форматом контейнера(TS и PS).

Стандарты MPEG состоят из разных частей: MPEG-1, MPEG-2, MPEG-3, MPEG-4, MPEG-7, MPEG-21.Каждая часть охватывает определенный аспект всей спецификации.Среди них две самые популярные технологии сжатия и распаковки называются MPEG2 и MPEG4.

Что такое MPEG2?

MPEG2 был выпущен в 1995 году, стандарт для «общего кодирования движущихся изображений и связанной с ними звуковой информации».Транспортные, видео и аудио стандарты для телевидения вещательного качества.Стандарт MPEG2 был значительно шире по объему и привлекательности-поддерживал чересстрочную развертку и высокое разрешение.MPEG-2 считается важным, потому что он был выбран в качестве схемы сжатия для эфирного цифрового телевидения ATSC, DVB и ISDB, услуг цифрового спутникового телевидения, таких как Dish Network, сигналов цифрового кабельного телевидения, SVCD и DVD-видео.Он также используется на дисках Blu-ray, но они обычно используют MPEG-4 Part 10 или SMPTE VC-1 для контента высокой четкости.

Что такое MPEG4?

MPEG4 был выпущен в 1999 году и представляет собой метод определения сжатия аудио-и визуальных(AV)цифровых данных.MPEG4 использует дополнительные инструменты кодирования с дополнительной сложностью для достижения более высоких коэффициентов сжатия, чем MPEG2.Помимо более эффективного кодирования видео, MPEG4 приближается к приложениям компьютерной графики.В более сложных профилях декодер MPEG4 фактически становится процессором рендеринга, а сжатый поток битов описывает трехмерные формы и текстуру поверхности.MPEG4 поддерживает управление и защиту интеллектуальной собственности(IPMP), что дает возможность использовать проприетарные технологии для управления и защиты контента, такие как управление цифровыми правами.

Различия между MPEG2 и MPEG4

Теперь мы объясним, как кодировщики MPEG2 и MPEG4 обрабатывают сжатие, размер файла, качество, скорость передачи, пропускную способность, расширения имени файла и приложение.

MPEG2 против MPEG4-сжатие

И MPEG2, и MPEG4 могут поддерживать одинаковое качество звука или видео при кодировании.MPEG2 использует кодировку H.262, а MPEG4 использует H.264.Хотя сжатие MPEG2 намного проще, чем MPEG4, сжатие MPEG4 является улучшением по сравнению с форматом MPEG2.Это связано с тем, что используемый алгоритм MPEG4 гарантирует высокое качество видеоэффекта при относительно меньшем размере файла, в то же время сохраняя поток видео с низким битом.По сравнению с MPEG2, MPEG4 является гораздо более универсальным форматом кодирования.

# MPEG2 против MPEG4-размер файла

Видеофайлы, закодированные в MPEG2, намного больше, чем MPEG4.Потому что алгоритм сжатия MPEG4 предназначен для создания файлов, которые можно использовать при передаче мультимедиа онлайн/по сети.Файлы MPEG2 всегда хранятся на DVD, что увеличивает емкость.

# MPEG2 против MPEG4-качество

MPEG2 обеспечивает безупречное качество, которое превосходит MPEG-4.MPEG2 является отраслевым стандартом и может обрабатывать видеопотоки из локальных источников, таких как DVD-диски и приложения для вещания.Однако, к сожалению, из-за большего размера файла он не подходит для Интернета или сетевых приложений.С другой стороны, MPEG4 использует высокую степень сжатия и меньшие размеры файлов для обеспечения высококачественного видео и звука в приложениях потоковой передачи мультимедиа в Интернете.

# MPEG2 против MPEG4-скорость передачи данных и пропускная способность + Файлы, закодированные в формате MPEG2

, имеют битрейт от 5 до 80 Мбит/сек, тогда как файлы MPEG4 существенно меньше, чем MPEG-2(несколько килобайт в секунду).Поэтому формат MPEG4 разработан для сетевых приложений.

Если вы сравните пропускную способность MPEG2 и MPEG4, вы обнаружите огромную разницу, поскольку они предназначены для разных платформ.MPEG2 требует гораздо большей полосы пропускания для потоковой передачи по сравнению с MPEG4.MPEG2 имеет пропускную способность до 40 МБ в секунду, но MPEG4 имеет пропускную способность около 64 кбит/с.

# MPEG2 против MPEG4-расширения имен файлов

MPEG2:.mpg,.mpeg ,.m2v,.mp2, mp3-это некоторые из ряда расширений файлов, используемых для форматов аудио-и видеофайлов MPEG-1 или MPEG-2.

MPEG4:.mp4,.m4a,.m4b,.m4r ,.m4v-это некоторые расширения файлов видео/аудио MPEG4.

# MPEG2 vs MPEG4-Application

Оба формата сегодня используются для различных приложений.MPEG-2 по-прежнему используется для DVD и телевизионного вещания, в то время как MPEG4 является предпочтительным методом кодирования для портативных устройств и потоковой передачи в Интернете.

Одно можно сказать наверняка, по сравнению с MPEG2, MPEG4 является более эффективным и универсальным видеоформатом для своей технологии кодирования видео с символами высокой степени сжатия, небольшого размера, низких требований к полосе пропускания и обширных приложений.Поскольку MPEG2 является методом кодирования DVD-дисков, как это сделать, если у вас есть DVD-диски и вы хотите воспроизвести их на портативных устройствах или в Интернете? Копирование DVD в MPEG4 было бы хорошим выбором.В любом случае, и MPEG2, и MPEG4-популярные форматы, применимые к разным областям.Разница заключается в ваших конкретных требованиях.