by Lina Nikols
Você anda preocupado e confuso com algumas das terminologias e conceitos que cercam a codificação de vídeo? Não se preocupe, nós vamos dar uma ajuda. Em uma série de artigos exploraremos os fundamentos da codificação de vídeo com uma explicação dos principais conceitos. Vamos guiá-lo através do que você deve saber, dissipar mitos comuns ao longo do caminho e prever tendências futuras.
O que é um codec de vídeo e o que ele faz?
O termo codec é na verdade uma junção das palavras enCOding (coding) e DECoding e descreve um processo para compactar e descompactar dados como arquivos ou um fluxo em tempo real. Para engenheiros de transmissão, um codec geralmente se refere ao padrão de compressão usado por um codificador, decodificador ou transcodificador de vídeo.
Por que a compressão é necessária?
Quando se trata de transportar e armazenar vídeo bruto sem compressão, isso pode significar uma quantidade colossal de dados para enviar por qualquer conexão. Dada a constante luta pela eficiência na largura de banda, a compactação reduz significativamente a largura de banda necessária, possibilitando que transmissões ou arquivos de vídeo em tempo real sejam facilmente transmitidos por redes restritas. Algoritmos de compressão de vídeo como H.264 / AVC ou H.265 / HEVC reduzem os dados de conteúdo bruto em até 1.000 vezes.
Compressão de vídeo 101
As técnicas de compactação são usadas extensivamente em todos os elementos das atuais arquiteturas de computadores e redes para armazenamento ou transporte eficientes. O objetivo de um codec de vídeo é reduzir de forma inteligente o tamanho do conteúdo de vídeo, ou seja, o número total de bits necessários para representar uma determinada imagem ou sequência, mantendo simultaneamente a qualidade da imagem. A compactação de vídeo é comumente realizada por um algoritmo ou fórmula de um codec para determinar a melhor maneira de compactar os dados.
Existem vários codecs e métodos de compressão diferentes, mas os conceitos básicos permanecem os mesmos. A maioria dos codecs usa métodos de compressão "com perdas" que, em um nível alto, significa que quando um vídeo é comprimido, algumas informações espaciais e temporais redundantes são reduzidas. Às vezes, a compactação "sem perda" é usada quando o objetivo é reduzir levemente o tamanho dos arquivos e dos fluxos, a fim de manter a qualidade da imagem idêntica à fonte original.
A redução espacial ou compressão intra-frame reduz fisicamente o tamanho dos dados removendo seletivamente partes dos dados originais em um quadro de vídeo. A redução temporal ou compressão entre quadros diminui significativamente a quantidade de dados necessários para armazenar um frame de vídeo, codificando apenas os pixels que mudam entre os frames consecutivos em uma sequência. Ao agrupar vários quadros em um grupo de imagens ou GOP (group of pictures), a compactação entre frames é a abordagem mais comum para vídeo, pois pode reduzir significativamente os tamanhos de arquivo e fluxo.
Entendendo Bitrates
Dentro do contexto de streaming de vídeo ao vivo, uma taxa de bits de vídeo é o número de bits processados dentro de uma unidade de tempo e normalmente é medido em bits por segundo. Em geral, uma taxa de bits maior acomodará uma qualidade de imagem mais alta na saída de vídeo. Quando comprimido na mesma taxa de bits, um vídeo que use um codec mais novo, como o HEVC, por exemplo, terá uma qualidade significativamente maior do que um codec mais antigo, como o H.264. Por outro lado, o HEVC pode fornecer a mesma qualidade de vídeo a uma taxa de bits menor que a do H.264.
Opções atuais de codec de vídeo
O MPEG-2, é o precursor do H.264 e do HEVC, existe desde os anos 90 e foi responsável pelas primeiras codificações de vídeo no início da televisão digital e dos DVDs. Seu algoritmo de compactação permite alta qualidade, mas possui algoritmos de compactação menos sofisticados, pois foi projetado para a capacidade de computação disponível no momento. Embora a codificação de vídeo MPEG2 esteja sendo gradativamente substituída em favor de novos padrões de codificação, ela ainda é usada em muitas aplicações, como os sistemas de transmissão terrestre, como ATSC, sistemas de cabo DVB-C e televisão por satélite.
Introduzido no ano 2000, o JPEG2000 é um padrão ainda usado em uma variedade de aplicações, incluindo cinema digital, imagens médicas, dados geoespaciais e arquivamento de documentos. Ele emprega codificação intra-frame. Isso significa que cada quadro é compactado individualmente, o que significa que, em comparação com codecs mais recentes que usam a tecnologia de compactação entre quadros, os requisitos de largura de banda para transmitir JPEG2000 são mais altos, com um aumento nas necessidades de armazenamento.
Para streaming de vídeo de alta qualidade pela Internet, o H.264 foi amplamente adotado e é está presente na maior parte do tráfego de multimídia. O H.264 tem uma reputação de excelente qualidade, velocidade de codificação e eficiência de compressão. A primeira versão do padrão foi concluída em 2003 e, embora as extensões de seus recursos tenham sido adicionadas nas edições subsequentes, geralmente é considerado um esquema de compactação antigo. À medida que a demanda por resolução de vídeo mais alta continua, eficiências ainda maiores são necessárias.
H.265 / HEVC (Codificação de vídeo de alta eficiência)
O sucessor do H.264, H.265 ou HEVC, está rapidamente se tornando onipresente graças à proliferação de conteúdos 4K. Em um nível idêntico de qualidade visual, o HEVC permite uma compressão extremamente aprimorada, permitindo que o vídeo seja compactado com metade da taxa de bits do H.264, tornando-o duas vezes mais eficiente. Quando compactado com a mesma taxa de bits que o H.264, o HEVC oferece uma qualidade visual significativamente melhor.
Desenvolvido pelo Google e usado pelo YouTube, o VP9 é um codec de código aberto e livre de royalties que oferece menos benefícios do que o HEVC. Em termos de recursos, o VP9 é fraco em várias áreas-chave e com poucos codificadores VP9 em tempo real disponíveis no mercado, ele tem pouco apelo como formato de contribuição.
TICO (Tiny Codec)
O TICO é um padrão leve de compressão "sem perdas", que é útil para fluxos de trabalho de contribuição 4K e 8K sobre redes SDI e 12G SDI ou híbridas SDI / IP, incluindo SMPTE-2110. Embora seja ideal para permitir que os sinais 4K atravessem uma rede de 10 GB para chegar até dispositivos que não conseguem lidar com uma conexão de 12 GB, o TICO permite configurações limitadas.
À primeira vista, o AV1, desenvolvido pela Alliance for Open Media (OPM), é uma grande promessa como um novo padrão aberto e livre de royalties. No entanto, as implantações iniciais de teste exigem muito mais poder computacional para gerenciar a complexidade adicional em comparação com o HEVC. No momento, é um trabalho em andamento e simplesmente não há detalhes suficientes disponíveis para prever se o setor de broadcast, bem como os fabricantes de dispositivos, adotarão o AV1 como um codec de vídeo padrão.
O VVC (Versátil Video Coding) é um padrão de compressão que segue os passos do HEVC e atualmente está em fase inicial de desenvolvimento. O VVC está focado em alcançar uma eficiência de compressão 30% melhor em comparação ao HEVC. Com as primeiras implementações de hardware previstas para meados de 2021, resta ver o que o futuro reserva.
Qual Codec é o melhor para você?
Você pode ter ouvido falar das chamadas "guerras do codec", em que os codecs supostamente estão lutando para conquistar o primeiro lugar. Mas o fato é que isso simplesmente se resume às demandas do aplicativo de destino e aos dispositivos de visualização nos quais ele será usado.
Para empresas com fluxos de trabalho de vídeo ao vivo que agregam valor à contribuição e distribuição nas suas transmissões, o HEVC é a escolha óbvia atual. Ele está presente em bilhões de chipsets, desde codificadores e TVs até decodificadores e dispositivos móveis, tornando-se uma opção popular e realista de contribuição, transcodificação e distribuição. Para sistemas de transmissão digital estabelecidos, o H.264 ainda pode ser necessário. Na maioria dos casos as emissoras precisam suportar os dois codecs.
O ecossistema de produtos da Haivision suporta HEVC e H.264 e inclui suporte para o protocolo de código aberto Secure Reliable Transport (SRT). O SRT está se tornando rapidamente o padrão de streaming de vídeo de baixa latência nas indústrias de broadcast e streaming. Além disso, diferentemente de outras soluções que suportam apenas codecs específicos, o SRT é independente de codec, permitindo que os usuários testem novos fluxos de trabalho no futuro.