Täielik videokodeki võrdlusjuhend
Kaasaegsete videokoodekite, sealhulgas H.264/AVC, H.265/HEVC, VP9, AV1 ja palju muud, põhjalik analüüs. Leidke oma voogesituse, tootmise või arhiveerimise vajaduste jaoks ideaalne kodek.
Sisukord
- Sissejuhatus videokodekitesse
Õppige video tihendamise põhialuseid ja seda, miks on koodekid voogesituse ja salvestamise jaoks üliolulised.
- Peamiste videokoodekide ülevaade
H.264/AVC, H.265/HEVC, VP9, AV1 ja teiste oluliste videokoodekite üksikasjalik analüüs.
- Kodekite võrdlustabel
Kompressiooni efektiivsuse, kvaliteedi ja ühilduvuse kõrvuti tehniline võrdlus.
- Videokodekite areng
Video tihendamise tehnoloogia ajalooline areng ja tehnoloogilised edusammud.
- Kasutusjuhtumid ja soovitused
Milline koodek töötab kõige paremini voogesituse, tootmise, arhiveerimise ja muude konkreetsete stsenaariumide jaoks.
- Tehniline sügavsukeldumine
Kodekite sisemiste, bitikiiruse tõhususe ja kodeerimismeetodite täiustatud tehniline analüüs.
- Korduma kippuvad küsimused
Vastused levinud küsimustele videokodeki valiku, ühilduvuse ja jõudluse kohta.
Sissejuhatus videokodekitesse
Videokoodekid on digitaalse videotehnoloogia nurgakivi, mis võimaldab tõhusalt salvestada ja edastada videosisu erinevatel platvormidel ja seadmetel. Selles põhjalikus juhendis uurime kõige olulisemaid tänapäeval saadaolevaid videokoodekeid, võrdleme nende tugevaid ja nõrku külgi ning aitame teil valida konkreetsetele vajadustele vastava kodeki.
Olenemata sellest, kas olete sisulooja, voogedastusteenuse pakkuja või lihtsalt uudishimulik, kuidas teie lemmikvideod teie ekraanile jõuavad, on videokoodekite mõistmine tänapäeva digitaalses ökosüsteemis hädavajalik.
Miks videokoodekid on olulised?
Videokoodekid (tihendus-/lahutusalgoritmid) on digitaalse video levitamise alustala, võimaldades kvaliteetset videot tõhusalt salvestada ja edastada piiratud ribalaiusega võrkudes. Õige kodeki valik võib oluliselt mõjutada:
Faili suurus
Kaasaegsed koodekid võivad vähendada videofailide suurust kuni 50-80% võrreldes vanemate vormingutega, säilitades samal ajal visuaalse kvaliteedi.
Ühilduvus
Erinevad seadmed ja platvormid toetavad erinevaid koodekeid, mis mõjutavad seda, kus ja kuidas teie videoid vaadata saab.
Voogesituse kvaliteet
Tõhusad koodekid võimaldavad suuremat eraldusvõimet ja parema kvaliteediga voogesitust isegi piiratud ribalaiusega ühenduste korral.
Energiatarve
Mõned koodekid vajavad dekodeerimiseks rohkem töötlemisvõimsust, mõjutades otseselt mobiilseadmete aku kasutusaega.
Video tihendamine kõrvaldab üleliigsed visuaalsed andmed viisil, mis ideaaljuhul inimsilm ei ole tajutav. See protsess hõlmab erinevaid tehnikaid, sealhulgas:
- Ruumiline kokkusurumine: liiasuse vähendamine üksikute kaadrite piires
- Ajaline kokkusurumine: ainult järjestikuste kaadrite erinevuste salvestamine
- Entroopia kodeerimine: statistiliste meetodite kasutamine tavaliste mustrite tõhusamaks esitamiseks
- Kroomi alamproovide võtmine: Vähendab värviteavet, mille suhtes inimsilmad on vähem tundlikud
Kui võrdleme selles juhendis erinevaid koodekeid, uurime, kuidas igaüks neid tehnikaid rakendab, ja sellest tulenevaid kompromisse visuaalse kvaliteedi, tihendamise tõhususe ja arvutusnõuete vahel.
Peamiste videokoodekide ülevaade
H.264 / AVC
H.264 (Advanced Video Coding) on endiselt kõige laialdasemalt toetatud videokoodek peaaegu kõigis seadmetes ja platvormidel. ITU-T Video Coding Experts Groupi ja ISO/IEC MPEG poolt välja töötatud see pakub suurepärast tasakaalu tihendamise tõhususe ja dekodeerimise keerukuse vahel.
- Toetavad peaaegu kõik seadmed ja brauserid
- Riistvaraline kiirendus on laialdaselt saadaval
- Hea kvaliteedi ja tihenduse tasakaal
- Madalad arvutusnõuded
H.265 / HEVC
H.265 (High Efficiency Video Coding) on H.264 järglane, mis pakub ligikaudu 50% paremat tihendamist samal kvaliteeditasemel. See on eriti tõhus 4K- ja HDR-sisu puhul, kuigi selle kodeerimiseks ja dekodeerimiseks on vaja rohkem töötlemisvõimsust.
- 50% parem tihendus kui H.264
- Suurepärane 4K ja HDR sisu jaoks
- Kasvav riistvara tugi uuemates seadmetes
- 8K eraldusvõime tugi
VP9
Google’i välja töötatud VP9 on sarnase tihendustõhususega H.265-le tasuta alternatiiv. Seda toetatakse laialdaselt veebibrauserites ja sellest on saanud YouTube’i standardkoodek, mis pakub oluliselt paremat pakkimist kui H.264.
- Tasuta avatud standard
- Suurepärane brauseri tugi
- Sarnane kasutegur kui H.265/HEVC
- Kasutatakse YouTube’is ja muudel veebiplatvormidel
AV1
AV1 on tipptasemel avatud videokoodek, mille on välja töötanud Alliance for Open Media (AOMedia), mis on loodud VP9 edu saavutamiseks ja HEVC-ga konkureerimiseks. See pakub ligikaudu 30% paremat tihendamist kui VP9 ja H.265/HEVC ning see maksab oluliselt suurema kodeerimise keerukuse hinnaga.
- Parim hetkel saadaolev tihendusefektiivsus
- Laialdase tööstuse toetusega autoritasuvaba
- Kasvav brauseri ja platvormi tugi
- Üha enam kasutusele võetud suuremates voogedastusteenustes
Kodekite võrdlustabel
| Funktsioon | H.264 (AVC) | H.265 (HEVC) | VP9 | AV1 |
|---|---|---|---|---|
| Kompressiooniefektiivsus | Lähtejoon | ~50% parem kui H.264 | ~50% parem kui H.264 | ~30% parem kui HEVC/VP9 |
| Kodeerimise kiirus | Kiire | Aeglane | Väga aeglane | Äärmiselt aeglane |
| Dekodeerimise keerukus | Madal | Keskmine | Keskmine | Kõrge |
| Riistvara tugi | Universaalne | Hea (uuemad seadmed) | Piiratud | Tekkiv |
| Brauseri tugi | Kõik brauserid | Piiratud (Safari, Edge) | Peamised brauserid | Kasvamine (Chrome, Firefox, Edge) |
| Mobiilne tugi | Kõik seadmed | Enamik uuemaid seadmeid | Androidile keskendunud | Piiratud, paraneb |
| Maksimaalne eraldusvõime | 8K (harva kasutatud) | 8K | 8K | 8K+ |
| HDR tugi | Piiratud | Suurepärane | Hea | Suurepärane |
| Litsentsi andmine | Patendi autoritasud | Patendi autoritasud (kõrgemad) | Tasuta | Tasuta |
| Väljalaskmise aasta | 2003 | 2013 | 2013 | 2018 |
| Areng | MPEG/ITU | MPEG/ITU | Alliance for Open Media |
Märkus. Tihendustõhususe võrdlused on ligikaudsed ja võivad olenevalt sisutüübist, kodeeringusätetest ja rakendamisest erineda. AV1 märkimisväärne tõhususe suurenemine kaasneb tavaliselt oluliselt suurema kodeerimise keerukusega, muutes selle sobivamaks sisu jaoks, mida kodeeritakse üks kord ja esitatakse mitu korda.
Videokodekite areng
Videokodekitehnoloogia on aastakümnete jooksul märkimisväärselt arenenud ning iga põlvkond on toonud kaasa märkimisväärseid täiustusi tihendamise efektiivsuses ja visuaalses kvaliteedis. Selle arengu mõistmine annab väärtusliku konteksti tänaste valikute hindamiseks ja tulevaste arengute prognoosimiseks.
MPEG-1 ja MPEG-2
Esimene tavapärane digitaalse video standard MPEG-2 sai aluse DVD-videole ja digitaaltelevisioonile. Need varased koodekid lõid kaasaegse video tihendamise põhitehnikad.
H.264/AVC
Video tihendamise maamärk, H.264 pakkus oluliselt paremat tõhusust võrreldes MPEG-2-ga, võimaldades HD-video voogesitust ja Blu-ray-plaate. Peaaegu kaks aastakümmet hiljem on see endiselt kõige universaalsemalt toetatud koodek.
VP8
Google omandas ja andis välja VP8 kui H.264 avatud alternatiivi. Kuigi see ei saavutanud kunagi sama kasutuselevõttu, pani see aluse Google’i hilisematele koodekite arendustele ja litsentsitasuta koodekite liikumisele.
H.265/HEVC ja VP9
Need konkureerivad koodekid ilmusid korraga, mõlemad pakkusid ligikaudu 50% paremat tihendamist kui H.264. HEVC keskendus ringhäälingu- ja professionaalsetele rakendustele, samas kui VP9 leidis oma niši veebivideos.
AV1
Alliance for Open Media (sealhulgas Google, Mozilla, Netflix, Amazon) välja töötatud AV1 ühendab VP9 ja teiste eksperimentaalsete koodekite parimad elemendid, et luua autoritasuvaba standard, millel on suurepärane tihendustõhusus.
H.266/VVC
Versatile Video Coding (VVC) on HEVC järglane, pakkudes ligikaudu 50% paremat tihendamist kui HEVC/H.265. See sihib peamiselt 8K eraldusvõimet, HDR-sisu ja kvaliteetseid video voogesituse rakendusi.
AV2 ja AI-põhised kodekid
Järgmise põlvkonna koodekid hõlmavad tõenäoliselt masinõpet ja närvivõrke, et saavutada veelgi suurem tihendustõhusus, kusjuures AV1 järglase arendus on juba käimas.
Codec Evolutioni peamised suundumused
Videokoodekitehnoloogia arenedes on ilmnenud mitu selget mustrit:
Tõhususe suurenemine
Iga uus põlvkond pakub eelkäijaga võrreldes sama kvaliteediga bitikiiruse vähendamist tavaliselt 30–50%.
Keerukuse kasv
Kodeerimise keerukus suureneb järsult iga põlvkonnaga, nõudes rohkem arvutusressursse.
Avatud vs
Pinge patendiga koormatud standardite (H.264/H.265) ja autoritasuvabade alternatiivide (VP9/AV1) vahel on kujundanud maastikku.
AI integreerimine
Masinõpe integreeritakse uuematesse koodekitesse intelligentsemate tihendusotsuste tegemiseks.
Kasutusjuhtumid ja soovitused
Erinevatel videorakendustel on ainulaadsed nõuded ja parim koodeki valik sõltub teie konkreetsest kasutusjuhtumist. Siin on meie analüüs selle kohta, millised koodekid on erinevates stsenaariumides suurepärased, võttes arvesse ühilduvuse, kvaliteedi ja tõhususe kaalutlusi.
Veebivideo voogesitus
Veebipõhiste videoplatvormide puhul peaks koodeki valik tasakaalustama tihendamise tõhususe ja laia brauseri ühilduvuse. Soovitatav on adaptiivse voogesituse kaudu mitme kodeki valiku juurutamine.
H.264 VP9 AV1Mobiilne video
Mobiilseadmetel on piiratud ribalaius ja töötlemisvõimsus. Riistvaraga kiirendatud dekodeerimine on aku tööea jaoks ülioluline, mistõttu on laialdaselt toetatud koodekid eelistatud, hoolimata tihendamise kompromissidest.
H.264 H.2654K/HDR sisu
Kõrge eraldusvõime ja suure dünaamilise ulatusega sisu nõuab suurepärase tihendustõhususega koodekeid, et hoida failisuurused ja ribalaiuse nõuded hallatavad, säilitades samal ajal visuaalse kvaliteedi.
H.265 VP9 AV1Video tootmine
Videotöötluse ja tootmise töövoogude jaoks peavad koodekid tasakaalustama kvaliteeti, redigeerimissõbralikkust ja arvutuslikku tõhusust. Paljud spetsialistid kasutavad enne lõplikku tarnimist spetsiaalseid tootmiskoodekeid.
ProRes DNxHD H.264 (suur bitikiirus)Televisiooni ringhääling
Ringhäälingul on kindlad nõuded töökindlusele, kvaliteedile ja ühilduvusele olemasoleva infrastruktuuriga. Tööstusstandardid ja eeskirjad dikteerivad sageli koodeki valikuid.
MPEG-2 H.264 H.265Mängu voogesitus
Pilvemängu- ja mängude voogedastusteenused vajavad kodekeid, mis pakuvad madalat latentsust, kiiret kodeerimist ja vastupidavust keerukale, kiiresti muutuvale sisule minimaalsete artefaktidega.
H.264 H.265 AV1Madal ribalaius
Tõsiste ribalaiuse piirangutega stsenaariumide puhul, nagu maapiirkondade mobiilsidevõrgud, tagavad kõige tõhusamad koodekid parima kvaliteedi ja bitikiiruse suhte vaatamata suuremale kodeerimise keerukusele.
AV1 H.265Turvakaamerad
Järelevalvesüsteemid peavad tasakaalustama pidevat salvestamist salvestuspiirangutega, eelistades sageli tõhusat pikaajalist salvestamist absoluutsele visuaalsele kvaliteedile.
H.264 H.265Arhiivihoidla
Pikaajaliseks säilitamiseks peavad koodekid tasakaalustama tihendamise tõhususe tulevikukindluse ja dekoodri kättesaadavusega. Mõned rakendused kasutavad kvaliteedi halvenemise vältimiseks kadudeta koodekeid.
H.265 FFV1 (kadudeta) ProResMillal kasutada uuemaid koodekeid
- Kui salvestusruum või ribalaius on oluliselt piiratud
- Sisu jaoks, mis kodeeritakse üks kord, kuid esitatakse mitu korda
- Teatud koodekite toega kindlate platvormide sihtimisel
- Kõrge eraldusvõime (4K/8K) ja suure dünaamilise ulatuse sisu jaoks
- Kui kodeerimisaeg ei ole kriitiline tegur
Millal peatuda H.264 juures?
- Kui on vajalik maksimaalne seadme ja platvormi ühilduvus
- Piiratud arvutusressurssidega reaalajas kodeerimise stsenaariumide jaoks
- Kui kodeerimise kiirus on olulisem kui faili suurus
- Piiratud leviku või lühikese elueaga sisu jaoks
- Kui sihite vanemaid seadmeid ilma riistvaralise kiirenduseta uuemate koodekite jaoks
Tehniline sügavsukeldumine
Neile, kes on huvitatud kaasaegsete videokoodekite mehhanismidest, uuritakse selles jaotises tehnilisi aluseid ja uuendusi, mis võimaldavad tõhusat tihendamist, säilitades samal ajal visuaalse kvaliteedi.
Peamised tihendustehnikad kaasaegsetes koodekites
Video tihendamine tugineb mitmele põhitehnikale, mis on kodekipõlvkondade jooksul märkimisväärselt arenenud. Nende põhipõhimõtete mõistmine aitab selgitada koodekite tõhususe erinevusi.
Ruumiline tihendus (kaadrisisene)
Kõik kaasaegsed koodekid tihendavad üksikuid kaadreid teisenduskodeerimise abil, tavaliselt diskreetse koosinusteisendusega (DCT). See protsess teisendab ruumilised piksliandmed sageduskoefitsientideks, võimaldades vähem nähtavat teavet salvestada vähemate bittidega.
- H.264 kasutab 4×4 ja 8×8 DCT teisendusi
- H.265 laieneb suuremateks teisendusteks (kuni 32 × 32), et tõhusamalt tihendada üksikasjalikke alasid
- VP9 kasutab teisendusi 4×4 kuni 32×32
- AV1 lisab mitteruutteisendusi ja saab kasutada teisendusi kuni 64 × 64, võimaldades sisuga paremini kohaneda
Ajaline kokkusurumine (kaadritevaheline)
Suurim tihenduskasum tuleneb järjestikuste kaadrite sarnasuste ärakasutamisest. Iga kaadri täieliku salvestamise asemel salvestavad koodekid liikumisvektorid ja jääkerinevused:
- H.264 kasutab liikumise kompenseerimiseks muutuvaid plokkide suurusi alates 16 × 16 kuni 4 × 4
- H.265 tutvustab paindlikumat jaotamist kodeerimispuu ühikutega (CTU-dega) kuni 64 × 64, mida saab rekursiivselt jagada neljapuu struktuuriks
- VP9 toetab sarnast hierarhilist plokkide jaotusskeemi “superplokkidega” kuni 64 × 64
- AV1 lisab veelgi rohkem partitsioonivalikuid, sealhulgas asümmeetrilisi poolitusi ja kombineeritud ennustusrežiime
Ennustusmeetodid
Täiustatud ennustusmeetodid aitavad koodekitel sisu ennetada ilma seda selgesõnaliselt salvestamata.
- Intra-ennustus: ennustab plokke samas kaadris juba dekodeeritud naaberpikslitest
- Inter-ennustus: ennustab eelnevalt dekodeeritud kaadrite plokke
- Kahesuunaline ennustus: ennustab nii mineviku kui ka tuleviku kaadreid kasutades
Uuemad koodekid tutvustavad keerukamaid ennustusrežiime, AV1 pakub 56 sisest ennustamisrežiimi võrreldes H.264 9 ja HEVC 35-ga.
Tehniline ülevaade: Kaasaegsete koodekite märkimisväärne tõhususe suurenemine tuleneb suuresti keerukamatest partitsiooni- ja prognoosiskeemidest, mitte põhimõtteliselt uutest tihenduspõhimõtetest. Need täiustused võimaldavad koodekitel paremini kohaneda erinevate sisutüüpidega, alates kiirelt liikuvatest stseenidest kuni peente detailidega staatilise taustani.
Korduma kippuvad küsimused
Mis on kõige universaalsem videokoodek?
H.264 (AVC) on endiselt kõige universaalsemalt ühilduv videokoodek, mida toetavad peaaegu kõik kaasaegsed seadmed, brauserid ja platvormid, mis on toodetud viimase 15+ aasta jooksul. See on turvaline valik, kui teie sisu peab olema kõikjal esitatav, ilma et teil oleks vaja mitut vorminguversiooni.
Milline koodek pakub parimat kvaliteedi ja suuruse suhet?
AV1 pakub praegu parimat pakkimistõhusust (kvaliteedi ja suuruse suhet) kaubanduslikult juurutatud koodekite hulgas, saavutades ligikaudu 30% parema tihenduse kui H.265/HEVC ja VP9 sama visuaalse kvaliteediga. Selle hinnaks on aga oluliselt suurem kodeeringu keerukus ja piiratum riistvara tugi. Paljude praktiliste rakenduste jaoks pakuvad H.265/HEVC ja VP9 suurepärast tasakaalu tõhususe ja praktilisuse vahel.
Kuidas valida H.265/HEVC ja VP9 vahel?
H.265/HEVC ja VP9 pakuvad sarnast tihendamise efektiivsust (umbes 50% parem kui H.264), kuid erinevad litsentsimise ja ökosüsteemi toe poolest. Valige H.265/HEVC, kui sihite Apple’i seadmeid, nutitelereid ja professionaalseid videotöövooge, kus riistvaraline kiirendus on oluline. Valige VP9 veebipõhise sisu jaoks, YouTube’i optimeerimiseks ja patendi autoritasude vältimisel. Paljud suuremad voogedastusplatvormid pakuvad adaptiivse voogesituse kaudu sisu mõlemas vormingus.
Kas AV1 on tavakasutuseks valmis?
AV1 on kindlates stsenaariumides üha enam tavakasutuseks valmis, kuigi pole veel nii universaalselt rakendatav kui H.264. Suuremad voogedastusteenused, nagu YouTube, Netflix ja Facebook, kasutavad nüüd valitud sisu jaoks AV1-d, eriti piiratud ribalaiusega olukordades. Brauseri tugi on hea (Chrome, Firefox, Edge) ja riistvara tugi laieneb uuemates seadmetes. Kodeerimine on siiski arvutusmahukas, mistõttu sobib see kõige paremini sisu jaoks, mis kodeeritakse üks kord, kuid mida esitatakse mitu korda, või stsenaariumide jaoks, kus ribalaiuse kokkuhoid kaalub üles kodeerimiskulud.
Aga YouTube? Millist kodekit peaksin üleslaadimiseks kasutama?
YouTube’i üleslaadimisel keskenduge kvaliteetse lähtefaili pakkumisele, mitte konkreetse koodekiga eeloptimeerimisele. YouTube transkodeerib kõik üleslaadimised mitmesse vormingusse (H.264, VP9 ja üha enam AV1) erinevate taasesituse stsenaariumide jaoks. Parimate tulemuste saamiseks laadige üles suure bitikiirusega H.264 või ProRes, kui see on saadaval. YouTube soovitab säilitada algse kaadrisageduse ja eraldusvõime kuni 8K-ni, et lasta oma süsteemil optimeerida erinevate taasesitusseadmete ja ühenduskiiruste jaoks.
Kas erinevad videokoodekid mõjutavad CPU/GPU kasutust taasesituse ajal?
Jah, oluliselt. Uuemad ja tõhusamad koodekid nõuavad dekodeerimiseks tavaliselt rohkem töötlemisvõimsust, välja arvatud juhul, kui riistvaraline kiirendus on saadaval. H.264 dekodeerimine on riistvaraliselt kiirendatud peaaegu kõigis kaasaegsetes seadmetes, mistõttu on see väga energiasäästlik. H.265/HEVC ja VP9 omavad head, kuid mitte universaalset riistvaratugi, eriti uuemates seadmetes. AV1 riistvaraline dekodeerimine on endiselt esile kerkimas, kuid see on üha enam saadaval uusima põlvkonna GPU-de ja mobiilsete protsessorite jaoks. Täiustatud koodekite tarkvara dekodeerimine võib oluliselt mõjutada mobiilseadmete aku kasutusaega ja põhjustada vanemate arvutite jõudlusprobleeme.
Mis vahe on koodekil ja konteinerivormingul?
Kodek (nagu H.264, H.265, VP9) on algoritm, mis tihendab ja lahti pakkib videoandmeid, samas kui konteinerivorming (nt MP4, MKV, WebM) on ümbris, mis hoiab koos kokkusurutud videot, heli, subtiitreid ja metaandmeid. Mõelge kodekile kui sisu pakkimise meetodile, samas kui konteiner on karp, kuhu need pakitakse. Näiteks MP4-konteiner võib sisaldada H.264 või H.265 kodeeringuga videot koos AAC-vormingus heliga. Konteiner määrab ühilduvuse teatud mängijate ja platvormidega, koodek aga tihendamise tõhususe ja kvaliteedi.
Aga VVC/H.266 ja muud tulevased koodekid?
Mitmekülgne videokodeerimine (VVC/H.266) on MPEG/ITU gruppide järgmise põlvkonna koodek, mis lubab umbes 50% paremat tihendamist kui HEVC/H.265. Kuigi standard valmis 2020. aastal, võtab riist- ja tarkvaratoe arenedes selle laialdane kasutuselevõtt aastaid. Samamoodi töötab Alliance for Open Media AV2 kallal, mis on AV1 järglane. Need järgmise põlvkonna koodekid on suunatud peamiselt 8K-videole, virtuaalreaalsusele ja äärmiselt piiratud ribalaiusega rakendustele. Enamiku praeguste rakenduste puhul jääb praktiliseks lähenemisviisiks keskendumine täielikult juurutatud koodekitele (H.264, HEVC, VP9 ja üha enam AV1).
Valige oma videovajaduste jaoks õige kodek
Olenemata sellest, kas voogesitame sisu, toodate videoid või arendate rakendusi, võib sobiva koodeki valimine oluliselt mõjutada kvaliteeti, ühilduvust ja tõhusust. Kasutage meie põhjalikku võrdlust, et teha oma konkreetse kasutusjuhtumi jaoks teadlikke otsuseid.