המשמעות של קידוד וידאו
שטח אחסון גדול לנתוני וידאו מקוריים, סרטון 1080P 7 שניות דורש 817 מגהבייט
העברת נתוני הווידאו המקורית תופסת רוחב פס גדול ולוקח 11 דקות להעביר את הווידאו של 7 שניות לעיל ברוחב הפס של 10 מגה לשניות
לאחר קידוד ודחיסה של H.264, גודל הווידיאו הוא 708 k בלבד, ורוחב הפס של 10 מגה לשניות זקוק רק ל 500 מילי-סיביות, מה שיכול לענות על צרכי השידור בזמן אמת. לכן, הסרטון המקורי שנאסף מחיישן רכישת הווידיאו חייב להיות מקודד בוידאו.
יסודי
אז מדוע ניתן לקודד סרטון מקורי ענק לסרטון קטן מאוד? מה הטכנולוגיה בזה? לפני שנדבר על טכנולוגיה, ראשית עלינו לבסס את מושג הוידאו שהוא תמונות רציפות.
הרעיון המרכזי הוא להסיר מידע מיותר:
יתירות מרחבית: יש מתאם חזק בין פיקסלים סמוכים של תמונה
יתירות זמנית: תוכן דומה בין תמונות סמוכות ברצף וידאו
קידוד יתירות: לערכי פיקסל שונים יש סיכויים שונים
יתירות חזותית: מערכת הראייה האנושית אינה רגישה לפרטים מסוימים
יתירות ידע: ניתן להשיג את מבנה הסדירות מתוך ידע קודם וידע רקע
סרטון הוא בעצם סדרת תמונות המושמעות ברציפות ובמהירות, ולכן הדרך הקלה ביותר לדחוס סרטון היא לדחוס כל פריים תמונות. לדוגמה, קידוד ה- MJPEG הישן הוא לדחוס כל פריים תמונות בסרטון. שיטת קידוד זו קיימת קידוד פנים-מסגרת בלבד, המשתמש בחיזוי מדגם מרחבי לקידוד. מטאפורת התמונה היא להתייחס לכל מסגרת כתמונה ולהשתמש בפורמט קידוד JPEG כדי לדחוס את התמונה. קידוד מסוג זה מתחשב רק בדחיסת מידע מיותר בתמונה.
עם זאת, בגלל מתאם הזמן בין מסגרות, פותחו כמה מקודדים מתקדמים שיכולים להשתמש בקידוד בין פריימים. במילים פשוטות, אזורים מסוימים על המסגרת נבחרים באמצעות אלגוריתם החיפוש, ואז המסגרת הנוכחית מחושבת. זוהי סוג של קידוד עם הפרש הווקטורי בין מסגרת הייחוס הקדמית והאחורית. באמצעות שתי המסגרות הבאות ברציפות באיור 2, אנו יכולים לראות כי הגולש זז קדימה, אך למעשה סצינת השלג עוברת אחורה, ומסגרת P מכוונת למסגרות (I או מסגרות P אחרות), בקידוד, בגודל. לאחר הקידוד הוא קטן מאוד ויחס הדחיסה הוא גבוה מאוד.
קישור הפניה אודות המסגרת http://mp.weixin.qq.com/s/ox6MsWx71b-GFsZihaOwww
חלק מהתלמידים עשויים להתעניין באיך הגיעו שתי התמונות הללו. להלן שתי שורות של פקודות FFmpeg להשגה. לפרטים נוספים על FFmpeg, אנא עיינו בפרקים הבאים:
השורה הראשונה מייצרת סרטון עם וקטור נע
השורה השנייה מוציאה כל פריים כתמונה
השתמש בפקודה
ffmpeg -flags2 + export_mvs -i tutu.mp4 -vf codecview = mv = pf + bf + bb tutudebug2.mp4
ffmpeg -i tutudebug2.mp4'tutunormal-% 03d.bmp '
בנוסף ליתירות מרחבית ולדחיסת יתירות זמנית, ישנם בעיקר דחיסות קידוד ודחיסה חזותית. להלן תרשים הזרימה העיקרי של מקודד:
איור 3 ואיור 4 הם שני תהליכים. איור 3 הוא קידוד תוך-מסגרת, ואיור 4 הוא קידוד בין-מסגרת. ההבדל העיקרי שנראה מהאיור הוא שהשלב הראשון שונה. למעשה משולבים גם שני התהליכים הללו. באופן כללי, אני מסגרת ומסגרת P משתמשים בקידוד פנים-מסגרת ובקידוד בין-מסגרת בהתאמה.
בחירת מקודד
סידרתי את העיקרון ואת התהליך הבסיסי של המקודד. המקודד חווה עשרות שנים של פיתוח. הוא התפתח מקידוד פנים-מסגרת בלבד לדור החדש של מקודדים המיוצגים על ידי H.265 ו- VP9 כיום. נכון לעכשיו, כמה מקודדים נפוצים מנותחים, ואנחנו ניקח אותך לחקור את עולם הקודנים.
H.264
מבוא
פרויקט H.264 / AVC מתכוון ליצור תקן וידאו. בהשוואה לתקן הישן, הוא יכול לספק וידיאו באיכות גבוהה ברוחב פס נמוך יותר (במילים אחרות, רק מחצית רוחב הפס של MPEG-2, H.263 או MPEG-4 חלק 2 ומטה) מבלי להוסיף יותר מדי מורכבות עיצובית. אי אפשר להשיג או שעלות היישום גבוהה מדי. מטרה נוספת היא לספק גמישות מספקת לשימוש ביישומים, רשתות ומערכות שונות, כולל רוחב פס גבוה ונמוך, רזולוציות וידאו גבוהות ונמוכות, שידור, אחסון DVD, רשתות RTP / IP ומערכת טלפונים מולטימדיה מסוג ITU-T.
H.264 / AVC מכיל סדרה של תכונות חדשות, מה שהופך אותו לא רק יעיל יותר מקודקים קודמים, אלא גם יכול לשמש ביישומים בסביבות רשת שונות. בסיס טכני זה הופך את H.264 לקודק הראשי המשמש חברות וידאו באינטרנט כולל YouTube, אך השימוש בו אינו משימה קלה במיוחד. בתיאוריה, השימוש ב- H.264 דורש הרבה כסף. אגרות פטנט.
רישיון פטנט
כמו החלק הראשון והשני של MPEG-2 והחלק השני של MPEG-4, יצרני מוצרים ונותני שירותים המשתמשים ב- H.264 / AVC צריכים לשלם דמי רישיון לפטנטים לבעלי פטנטים. המקור העיקרי לרישיונות פטנטים אלה הוא ארגון פרטי בשם MPEG-LA LLC. לארגון זה אין שום קשר לארגון התקינה של MPEG, אך ארגון זה מנהל גם את מערכת החלק הראשון של MPEG-2, את החלק השני של וידאו ואת ה- MPEG-4 את החלק הראשון. שני חלקים לרישיון פטנטים לטכנולוגיות אחרות.
רישיונות פטנטים אחרים צריכים לחול על ארגון פרטי אחר בשם VIA Licensing, שמנהל גם רישיונות פטנטים לתקני דחיסת שמע כגון MPEG-2 AAC ו- MPEG-4 Audio.
יישום קוד פתוח של H.264
openh264 היא תוכנית קידוד קוד פתוח H.264 המיושמת על ידי סיסקו. למרות ש- H.264 מחייב אגרת פטנט גבוהה, ישנה מגבלה שנתית על אגרת הפטנט. לאחר שסיסקו משלמת את אגרת הפטנט השנתית עבור OpenH264, OpenH264 היא למעשה בחינם השתמש בה באופן חופשי.
x264 היא תוכנת חינם קידוד וידאו המורשית תחת GPL. התפקיד העיקרי של x264 הוא לבצע קידוד וידיאו AV.264 של H.4 / MPEG-XNUMX, לא כמפענח.
לא כולל את נושא העלות להשוואה:
השימוש במעבד ב- openh264 נמוך בהרבה מזה של x264
openh264 תומך רק בפרופיל הבסיסי, x264 תומך בפרופילים נוספים
HEVC / H.265
מבוא
קידוד וידאו עם יעילות גבוהה (HEVC) הוא תקן דחיסת וידאו (הנקרא גם H.265), הנחשב ליורש של תקן ITU-T H.264 / MPEG-4 AVC. בשנת 2004, קבוצת המומחים לתמונות נעות של ISO / IEC (MPEG) וקבוצת מומחי קידוד וידאו מסוג ITU-T (VCEG) החלה להתפתח כ- ISO / IEC 23008-2 MPEG-H Part 2 או ITU-T H.265. הגרסה הראשונה של תקן דחיסת הווידאו HEVC / H.265 התקבלה כתקן הרשמי של איגוד הטלקומוניקציה הבינלאומי (ITU-T) ב- 13 באפריל 2013. HEVC נחשב לא רק לשיפור איכות הווידיאו, אלא גם להשגת פעמיים קצב הדחיסה של H.264 / MPEG-4 AVC (שווה ערך להפחתה של 50% בקצב הסיביות באותה איכות התמונה), ויכול לתמוך ברזולוציית 4K ואפילו בטלוויזיה גבוהה במיוחד (UHDTV), הרזולוציה הגבוהה ביותר יכולה להגיע ל 8192 × 4320 (רזולוציה 8K).
רישיון פטנט
HEVC מחייב את כל יצרני התוכן המשתמשים בטכנולוגיית H.265, כולל אפל, יוטיוב, נטפליקס, פייסבוק ואמזון, לשלם 0.5% מהכנסות התוכן שלהם כדמי שימוש בטכנולוגיה. כל שוק המדיה הזורמת מגיע לכמאה מיליארד דולר ארה"ב בכל שנה, והוא ממשיך לצמיחה, ההיטל של 100% הוא בהחלט עמלה אדירה. והם לא הרפו מיצרני ציוד, ביניהם יצרני טלוויזיה צריכים לשלם 0.5 דולר ארה"ב ליחידה ויצרני מכשירים סלולריים 1.5 דולר ארה"ב ליחידת אגרות פטנט. הם אפילו לא הרפו מיצרנים כמו נגני התקני Blu-ray, קונסולות משחק ומקליטי וידאו, שחייבים לשלם 0.8 דולר כל אחד.
יישום קוד פתוח של H.265 / HEVC
libde265 HEVC מסופק על ידי חברת סטרוקטור ברישיון קוד פתוח GNU Lesser General Public Public (LGPL), והצופים יכולים ליהנות מתמונות באיכות הגבוהה ביותר במהירות איטית יותר. בהשוואה למפענחים קודמים שהתבססו על תקן H.264, המפענח libde265 HEVC יכול להביא את תוכן ה- HD המלא שלך לעד פי שניים מהקהל, או להפחית את רוחב הפס הנדרש להזרמה ב 50%.
x265 פותח על ידי MulticoreWare ומקורו פתוח במסגרת הסכם GPL.
VP8
מבוא
VP8 הוא פורמט דחיסת וידאו פתוח שפותח לראשונה על ידי On2 Technologies ואז שוחרר על ידי גוגל. במקביל, גוגל פרסמה גם את ספריית ההטמעה המקודדת VP8: libvpx, ששוחררה בצורה של תנאי רישיון BSD, ובהמשך הוסיפה את הזכות להשתמש בפטנט. לאחר כמה ויכוחים, האישור ל- VP8 אושר סופית כהסמכת קוד פתוח.
נכון לעכשיו, דפדפני האינטרנט התומכים ב- VP8 הם אופרה, פיירפוקס וכרום.
רישיון פטנט
במרץ 2013 גוגל הגיעה להסכם עם MPEG LA ו -11 בעלי פטנטים על מנת לאפשר לגוגל להשיג את VP8 ואת ה- VPx הקודם שלה וקידודים אחרים שעלולים להפר על פטנטים. במקביל, גוגל יכולה גם לאשר מחדש פטנטים קשורים למשתמשי VP8 ללא תשלום. , הסכם זה מתאים גם לדור הבא של קידוד VPx. עד כה, MPEG LA ויתרה על הקמת ברית הרישוי הריכוזית הפטנטית VP8, ומשתמשי ה- VP8 יוכלו לקבוע להשתמש בקוד זה ללא עלות מבלי לדאוג לתמלוגים על הפרת פטנטים.
יישום קוד פתוח של VP8
Libvpx הוא יישום הקוד הפתוח היחיד של VP8. הוא פותח על ידי On2 Technologies. לאחר שגוגל רכשה אותו, היא פתחה את קוד המקור שלה. הרישיון רופף מאוד וניתן להשתמש בו בחופשיות.
VP9
מבוא
פיתוח ה- VP9 החל ברבעון השלישי של 2011. המטרה היא להקטין את גודל הקובץ ב -50% בהשוואה לקידוד VP8 באותה איכות תמונה. מטרה נוספת היא לעלות על קידוד HEVC ביעילות קידוד.
ב- 13 בדצמבר 2012, דפדפן Chromium הוסיף תמיכה בקידוד VP9. דפדפן Chrome החל לתמוך בהשמעת וידיאו מקודדת ב- 9 בפברואר 21.
גוגל הודיעה כי תסיים את פיתוח קוד ה- VP9 ב -17 ביוני 2013, כאשר דפדפן כרום ידריך את קוד ה- VP9 כברירת מחדל. ב- 18 במרץ 2014, מוסילה הוסיפה תמיכה ב- VP9 לדפדפן פיירפוקס.
ב- 3 באפריל 2015, גוגל פרסמה את libvpx1.4.0, שהוסיפה תמיכה בעומק 10 סיביות ו 12 סיביות, דגימת כרומה 4: 2: 2 ו -4: 4: 4, וקידוד / פענוח רב ליבות VP9.
רישיון פטנט
VP9 הוא פורמט קידוד וידאו ללא תמלוגים פתוח.
יישום קוד פתוח של VP9
libvpx הוא יישום הקוד הפתוח היחיד של VP9, שפותח ומתוחזק על ידי גוגל. חלק מהקודים משותפים על ידי VP8 ו- VP9, והשאר הם יישומי ה- codec של VP8 ו- VP9 בהתאמה.
השוואה בין VP9 ו- H.264 ו- HEVC
השוואה בין HEVC ו- H.264 ברזולוציות שונות
בהשוואה ל- H.264 / MPEG-4, הפחתת קצב הסיביות הממוצעת של HEVC היא:
ניתן לראות שקצב הסיביות ירד ביותר מ- 60%
ל- HEVC (H.265) יתרון גדול יותר בחיסכון בקצב הסיביות עבור VP9 ו- H.264, וחוסך 48.3% ו- 75.8% בהתאמה תחת אותו PSNR
ל- H.264 יתרון עצום בזמן הקידוד. בהשוואה ל- VP9 ו- HEVC (H.265), HEVC הוא פי 6 מזה של VP9, ו- VP9 כמעט פי 40 מזה של H.264.
