זרימה ב-4K היא הנורמה החדשה, אבל עם מידע של יותר מ-8.2 מיליון פיקסלים שמועבר כל 16 מילישניות - אחסון והעברת וידאו 4K באינטרנט היא לא משימה קלה.
סרט באורך של שעתיים יגדל מעל 1.7 טרה-בייט של אחסון כשהוא לא דחוס. אז איך ענקיות סטרימינג כמו יוטיוב ונטפליקס מצליחות לאחסן ולהזרים סרטונים שתופסים כל כך הרבה מקום?
ובכן, הם לא עושים זאת מכיוון שהם משתמשים ב-codec וידאו כדי להקטין את גודל הסרטים, אבל מהו קודק וידאו, ואיזה מהם הוא הטוב ביותר?
מהו Codec וידאו?
לפני שצולל לעומק המורכבות של רכיבי Codec של וידאו, חיוני להבין כיצד נוצר סרטון. במילים פשוטות, וידאו אינו אלא קבוצה של תמונות סטילס המחליפות זו את זו במהירות.
בשל מהירות השינוי הגבוהה הזו, המוח האנושי חושב שהתמונות זזות, מה שיוצר אשליה של צפייה בסרטון. לכן, כשאתה צופה בסרטון וידאו ב-4K, אתה רק מסתכל על סט תמונות ברזולוציה של 2160x3840. הרזולוציה הגבוהה הזו של תמונות מאפשרת לצלם וידאו ב-4K כדי לספק חווית וידאו נהדרת. עם זאת, הרזולוציה הגבוהה הזו של תמונות מגדילה את גודל הסרטון, מה שהופך את זה לבלתי אפשרי להזרים בערוצים עם רוחב פס מוגבל, כמו האינטרנט.
כדי לפתור את הבעיה הזו, יש לנו רכיבי קודקים של וידאו. קיצור של קודן/מפענח או דחיסה/פירוק, קודק וידאו דוחס את זרם התמונות לחלקי נתונים. דחיסה זו יכולה להפחית את איכות הסרטון או לא להשפיע עליו בהתבסס על אלגוריתמי הדחיסה בשימוש.
כפי שהשם מרמז, סיביות הדחיסה ב-Codec מקטין את הגודל של כל תמונה. כדי לעשות את אותו הדבר, אלגוריתם הדחיסה מנצל את הניואנסים של העין האנושית - מונע מאנשים לדעת שהסרטונים שהם צופים בהם דחוסים.
הדחיסה, להיפך, פועלת הפוך ומציגה את הסרטון באמצעות המידע הדחוס.
למרות ש-codec עושים עבודה מצוינת בכל הנוגע לדחיסת מידע, ביצוע אותו דבר יכול להיות מכביד על המעבד שלך. בשל כך, זה נורמלי לראות תנודות בביצועי המערכת כאשר אתה מפעיל אלגוריתמי דחיסת וידאו במערכת שלך.
כדי לפתור בעיה זו, CPUs ו-GPUs מגיעים עם חומרה מיוחדת שיכולה להפעיל את אלגוריתמי הדחיסה הללו. מתן אפשרות ל-CPU לבצע את המשימות העומדות על הפרק בזמן שהחומרה הייעודית מעבדת את ה-codec של הווידאו, ומשפרת את היעילות.
איך עובד Codec וידאו?
כעת, לאחר שיש לנו הבנה בסיסית של מה ש-codec וידאו עושה, אנו יכולים להסתכל כיצד עובד codec.
Chroma Subsampling
כפי שהוסבר קודם לכן, סרטונים מורכבים מתמונות, ותת-דגימת כרומה מפחיתה את המידע בכל תמונה. לשם כך, הוא מפחית את מידע הצבע הכלול בכל תמונה, אך כיצד מזוהה הפחתה זו במידע הצבע על ידי העין האנושית?
ובכן, אתה מבין, עיניים אנושיות מעולות בזיהוי שינויים בבהירות, אבל אי אפשר לומר את אותו הדבר לגבי צבעים. הסיבה לכך היא שלעין האנושית יש יותר מוטות (תאים קולטנים שאחראים על זיהוי שינויים בבהירות) בהשוואה לקונוסים (תאים קולטנים שאחראים להבדיל צבעים). ההבדל במוטות ובקונוסים מונע מהעיניים לזהות שינויי צבע בעת השוואת תמונות דחוסות ולא דחוסות.
כדי לבצע תת-דגימת כרומה, אלגוריתם דחיסת הווידאו ממיר את מידע הפיקסלים ב-RGB לנתוני בהירות וצבע. לאחר מכן, האלגוריתם מקטין את כמות הצבע בתמונה בהתבסס על רמות הדחיסה.
הסרת מידע מסגרת מיותר
סרטונים מורכבים ממספר פריימים של תמונות, וברוב המקרים, כל הפריימים הללו מכילים את אותו מידע. לדוגמה, דמיינו סרטון עם אדם שמדבר על רקע קבוע. במקרה כזה, לכל הפריימים בסרטון יש קומפוזיציה דומה. לכן אין צורך בכל התמונות לעיבוד הסרטון. כל מה שאנחנו צריכים זו תמונת בסיס המכילה את כל המידע והנתונים הקשורים לשינוי במעבר ממסגרת אחת לשניה.
לפיכך, כדי להקטין את גודל הווידאו, אלגוריתם הדחיסה מחלק את מסגרות הווידאו למסגרות I ו-P (פריימים חזויים). כאן מסגרות I הן האמת הבסיסית ומשמשות ליצירת מסגרות P. מסגרות P מעובדות לאחר מכן באמצעות המידע במסגרות I ומידע השינוי עבור המסגרת הספציפית הזו. באמצעות מתודולוגיה זו, סרטון מפורק לקבוצה של I Frames המשולבים ל-P פריימים ודוחסים את הסרטון עוד יותר.
דחיסת תנועה
כעת, לאחר שפיצחנו את הסרטון למסגרות I ו-P, עלינו להסתכל על דחיסת תנועה. חלק מאלגוריתם דחיסת הווידאו שעוזר ליצור את ה-P פריימים באמצעות מסגרות I. לשם כך, אלגוריתם הדחיסה מפרק את מסגרת I לבלוקים המכונים מאקרו בלוקים. לאחר מכן ניתנים לבלוקים אלה לוקטורי תנועה המגדירים את הכיוון בו נעים בלוקים אלה בעת מעבר ממסגרת אחת לאחרת.
מידע תנועה זה עבור כל בלוק עוזר לאלגוריתם דחיסת הווידאו לחזות את מיקומו של כל בלוק בפריים הקרוב.
הסרת נתוני תמונה בתדירות גבוהה
בדיוק כמו שינויים בנתוני צבע, העין האנושית לא יכולה לזהות שינויים עדינים באלמנטים בתדר גבוה בתמונה, אבל מה הם אלמנטים בתדר גבוה? ובכן, אתה מבין, התמונה המוצגת על המסך שלך מורכבת ממספר פיקסלים, והערכים של פיקסלים אלה משתנים בהתאם לתמונה המוצגת.
באזורים מסוימים בתמונה, ערכי הפיקסלים משתנים בהדרגה, ונאמר כי אזורים כאלה הם בעלי תדירות נמוכה. מצד שני, אם יש שינוי מהיר בנתוני הפיקסלים, האזור מסווג כבעל נתונים בתדירות גבוהה. אלגוריתמי דחיסת וידאו משתמשים ב-Discrete Cosine Transform כדי להפחית את הרכיב בתדר גבוה.
הנה איך זה עובד. ראשית, אלגוריתם ה-DCT פועל על כל בלוק מאקרו ולאחר מכן מזהה את האזורים שבהם השינוי בעוצמת הפיקסלים מהיר מאוד. לאחר מכן, הוא מסיר את נקודות הנתונים הללו מהתמונה - מקטין את גודל הסרטון.
הַצפָּנָה
כעת, לאחר שכל המידע המיותר בסרטון הוסר, אנו יכולים לאחסן את שאר פיסות הנתונים. לשם כך, אלגוריתם דחיסת הווידאו משתמש בסכימת קידוד כגון קידוד האפמן, המקשרת את כל סיביות נתונים בפריים למספר הפעמים שהם מתרחשים בסרטון ואז מחבר אותם בצורה דמוית עץ. הנתונים המקודדים האלה מאוחסנים במערכת, מה שמאפשר לה לרנדר סרטון בקלות.
Codec וידאו שונים משתמשים בטכניקות שונות כדי לדחוס סרטונים, אבל ברמה בסיסית מאוד, הם משתמשים בחמש השיטות הבסיסיות שהוגדרו לעיל כדי להקטין את גודל הסרטונים.
AV1 לעומת HEVC נגד VP9: איזה Codec הוא הטוב ביותר?
כעת, לאחר שהבנו כיצד פועלים רכיבי Codec, אנו יכולים לקבוע מה הטוב ביותר מבין AV1, HEVC ו-VP9.
דחיסה ואיכות
אם יש לך סרטון 4K שתופס הרבה מקום במערכת שלך ולא יכול להעלות אותו למערכת שלך פלטפורמת הסטרימינג המועדפת, אולי אתה מחפש קודק וידאו שמציע את הדחיסה הטובה ביותר יַחַס. עם זאת, אתה גם צריך לקחת בחשבון שהאיכות שהוא מספק יורדת ככל שאתה ממשיך לדחוס את הסרטון. לכן, בזמן בחירת אלגוריתם דחיסה, חיוני להסתכל על האיכות שהוא מספק בקצב סיביות מסוים, אך מהו קצב הסיביות של סרטון?
במילים פשוטות, קצב הסיביות של סרטון מוגדר כמספר הביטים שהסרטון צריך להפעיל לשנייה. לדוגמה, לסרטון 4K לא דחוס של 24 סיביות הפועל ב-60 פריימים יש קצב סיביות של 11.9 Gb/s. לכן, אם אתה מזרים סרטון 4K לא דחוס באינטרנט, ה-Wi-Fi שלך חייב לספק 11.9 גיגה-ביט של נתונים בכל שנייה - ממצה את מכסת הנתונים החודשית שלך בתוך דקות.
שימוש באלגוריתם דחיסה, להיפך, מפחית את קצב הסיביות לכמות קטנה מאוד בהתבסס על קצב הסיביות לבחירתך מבלי לפגוע באיכות.
כשזה מגיע למספרי דחיסה/איכות, AV1 מוביל את החבילה ומציע 28.1 אחוז טוב יותר דחיסה בהשוואה ל-H.265 וחיסכון של 27.3 אחוז בהשוואה ל-VP9 תוך מתן דומה איכות.
לכן, אם אתם מחפשים את הדחיסה הטובה ביותר ללא ירידה באיכות, AV1 הוא יחס הדחיסה עבורכם. בשל יחס הדחיסה לאיכות הנהדר של ה-Codec AV1, הוא משמש את גוגל בשימוש שלו אפליקציית שיחות ועידה בווידאו Google Duo ועל ידי נטפליקס בזמן העברת וידאו בחיבור נתונים ברוחב פס נמוך.
תְאִימוּת
כפי שהוסבר קודם לכן, אלגוריתם דחיסת וידאו מקודד סרטון ברגע שהוא נדחס. כעת כדי להפעיל את הסרטון הזה, המכשיר שלך צריך לפענח אותו הדבר. לכן, אם למכשיר שלך אין תמיכה בחומרה/תוכנה לביטול דחיסת סרטון, הוא לא יוכל להפעיל אותו.
לפיכך, חשוב להבין את היבט התאימות של אלגוריתם דחיסה כי מה הטעם ליצור ולדחיס תוכן שלא יכול לרוץ במכשירים רבים?
אז אם תאימות היא משהו שאתה מחפש, אז VP9 צריך להיות ה-codec בשבילך הוא נתמך ביותר משני מיליארד נקודות קצה ויכול לפעול בכל דפדפן, סמארטפון וחכם טֵלֶוִיזִיָה.
לא ניתן לומר את אותו הדבר על AV1 מכיוון שהוא משתמש באלגוריתמים חדשים ומורכבים יותר כדי להקטין את גודל הקובץ של סרטון ואי אפשר להפעיל אותו במכשירים ישנים יותר. לגבי תמיכה בדפדפן, Safari לא יכול להפעיל את AV1, אבל דפדפנים כמו Firefox וכרום יכולים לנגן סרטוני AV1 ללא כל בעיה.
במונחים של תמיכה בחומרה, SoCs ו-GPUs חדשים כמו Snapdragon 8 Gen 2, Samsung Exynos 2200, MediaTek Dimensity 1000 5G, Google Tensor G2, RTX 4000-Series של Nvidia ו-Intel Xe ו-Arc GPUs תומכים בפענוח חומרה מואץ עבור ה-Codec AV1. לכן, אם בבעלותך מכשירים המופעלים על-ידי ערכות השבבים הללו, תוכל ליהנות מהזרמת תוכן דחוס באמצעות ה-codec של AV1 מבלי למצות את כוח המעבדים/ה-GPU שלך.
כשמדובר ב-Codec H.265, רוב הדפדפנים הפופולריים כמו Safari, Firefox ו-Google Chrome יכולים להריץ סרטונים מקודדים באמצעות אלגוריתם הדחיסה ללא בעיות. עם זאת, בהשוואה ל-AV1 ו-VP9, H.265 אינו קוד פתוח, ויש לרכוש רישיונות כדי להשתמש ב-Codec H.265. מסיבה זו, אפליקציות כמו נגן הסרטים והטלוויזיה של מיקרוסופט, המגיעים עם מערכת ההפעלה, אינם יכולים להריץ סרטונים מקודדים באמצעות H.265 כברירת מחדל. במקום זאת, המשתמשים חייבים להתקין תוספות נוספות מחנות Windows כדי להפעיל סרטונים כאלה.
מהירות קידוד
רכיבי codec של וידאו מקטינים את גודלו של סרטון באופן מהותי, אך כדי להקטין את גודלו של סרטון, יש לעבד את הסרטון הלא דחוס באמצעות תוכנה, דבר שלוקח זמן. לכן, אם אתה רוצה להקטין את גודל הסרטון, אתה צריך להסתכל על הזמן שלוקח לדחוס את הסרטון באמצעות אלגוריתם דחיסה.
לגבי יעילות הקידוד, VP9 מוביל את החבילה, וזמן הקידוד לדחיסת סרטונים נמוך בהרבה מ-H.265 ו-AV1. AV1, לעומת זאת, הוא האיטי ביותר בזמן הקידוד ויכול לקחת פי שלושה יותר זמן כדי לקודד סרטון בהשוואה ל-H.265.
באיזה Codec כדאי לבחור?
כשזה מגיע לקודק וידאו, מציאת ה-codec המושלם היא סובייקטיבית מאוד, שכן כל codec מציע תכונות שונות.
אם אתם מחפשים את איכות הווידאו הטובה ביותר, לכו על AV1. מצד שני, אם אתה מחפש את ה-codec הווידאו התואם ביותר, VP9 יתאים לך ביותר.
לבסוף, H.265 codec מתאים מאוד אם אתה צריך איכות טובה ודחיסה ללא קידוד תקורה.
