Сжимаем видео без потери качества

Видео высокой четкости радует красивой и детализированной картинкой, однако оно занимает много места на диске. CHIP расскажет, как сократить объем файлов и сэкономить место в домашнем архиве.

CHIP расскажет, как сократить объем файлов и сэкономить место в домашнем архиве Лето подошло к концу, и наступила пора разобраться с отснятыми в отпуске фото- и видеоматериалами. Причем современные фотокамеры уже позволяют снимать видео в формате высокой четкости. Однако отличное качество снимков и видеороликов имеет и обратную сторону: файлы стали более объемными и в большом количестве уже с трудом могут помещаться на жесткий диск ПК. А значит, прежде чем поделиться впечатлениями с друзьями, выложив видеоролики в Сеть, а затем разместить их в домашнем видеоархиве, необходимо позаботиться о том, чтобы полученные файлы все же занимали поменьше места. Но как сделать так, чтобы все эти красивые и яркие пейзажи не были испорчены применяемыми в видеоконвертерах алгоритмами сжатия? Первое, что при ходит в голову, — найти в Интернете надежные методики компрессии без потерь. Однако чаще всего под этим понятием подразумеваются вовсе не lossless-форматы, а способы кодирования с потерями, позволяющие визуально не ухудшать качество изображения.

Стандарт для сжатия видео

Своеобразным «стандартом» в сфере кодирования видео является кодек H.264. Он поддерживается в рамках стандартов Blu-ray и HD DVD. Кроме того, с ним работают Apple QuickTime и Adobe Flash Player. Такая мощная поддержка профессионального сообщества, наряду с ростом вычислительных мощностей ПК, обеспечила ему широчайшие возможности использования в видеотехнике и программных продуктах.

Быстрое кодирование

Главным достоинством кодека H.264 является высокая возможная степень сжатия видеопотока без значительных визуальных изменений картинки. Достигается это за счет анализа не только каждого кадра в отдельности, но и их последовательности. В типичном видеоролике, где изображение в кадре быстро меняется лишь изредка, применяются методики предсказания сразу нескольких последующих кадров, что дает существенный выигрыш при кодировании разного рода движения. Кроме того, определенный выигрыш получается от экономии на цветовом пространстве (4:2:0 YUV вместо RGB). Это позволяет кодировать видео «на лету» без особых вычислительных затрат. Именно поэтому кодек H.264 используется в большинстве современных потребительских камер, смартфонах и видеорегистраторах.

Идеальное сжатие и высокое качество

Вкратце опишем процесс настройки бесплатного кодека ffdshow tryouts (есть на CHIP DVD) построенного на базе H.264. Наша цель — продемонстрировать основные возможности, поэтому мы остановимся лишь на нескольких базовых параметрах. Для конвертирования видео мы выбрали бесплатную программу MeGUI и пакет кодеков K-Lite Codec Pack (есть на CHIP DVD). После того как вы установите эти два пакета, откройте MeGUI. На вкладке «Input» в меню «Encoder setting» выберите вариант «x264» и кликните по кнопке справа «Config». Теперь можно заняться настройкой параметров кодека. Они разделены на несколько закладок.

MAIN — здесь можно задать «Preset» кодирования. Для «домашнего» видео имеет смысл выбирать медленные пресеты («Slow», «Slower» и т. п.). Кроме того, в меню «Tuning» можно выбрать характер кодируемого ролика. Это тоже своего рода пресет, «включающий» определенные параметры оптимизации.

  FRAME-TYPE — группа параметров, управляющих качеством сжатия. H.264 поддерживает многопроходное кодирование. Опытные пользователи считают, что для перекодирования фильмов оптимально использовать два прохода. Ниже задается требуемая степень сжатия. Все зависит от выбранного режима: можно указать либо битрейт, либо индекс качества.

  MISC — здесь в поле «Custom command line» опытные пользователи могут задать дополнительные параметры кодирования. Доступные команды можно найти в спецификации метода.

  Хотя H.264 и относится к стандарту «сжатие с потерями», в нем не применяются методики обратимой архивации. В частности, в H.264 позволяется выбрать способ сжатия без потерь по итогам всей обработки: CABAC (Context adaptive binary arythmetic codes) или CAVLC (Сontext adaptive variable length codes). Правда, стоит отметить, что в использованной нами в качестве примера бесплатной библиотеке ffdshow эта настройка из графического интерфейса недоступна.

Сохраняем видео в архив и на YouTube

Отснятые в отпуске видеоролики в высоком разрешении, как правило, занимают много места на диске. Хранить их в таком виде в домашнем видеоархиве не очень экономно. К тому же многие предпочитают делиться впечатлениями с друзьями, выкладывая наиболее интересные ролики на популярный видеохостинг YouTube. Мы предлагаем совместить архивирование контента и подготовку роликов к закачке на видеосервис, воспользовавшись нашими советами по сжатию роликов без ощутимых потерь и адаптируя их для размещения в Сети.

YouTube, как и многие другие онлайн-сервисы, применяет методику сжатия H.264. При этом для эффективной передачи видео по Сети, в том числе на мобильные устройства, ресурс задействует строго определенный набор параметров. При загрузке ролика на сервер осуществляется его перекодирование с учетом этих параметров. Наилучшего качества удастся достичь вовсе не наибольшим потоком или индексом качества, заданными при кодировании, а наиболее удачным подбором параметров под требования видеохостинга. Иными словами, если вы хотите в итоге разместить видео на YouTube, сжатие без потерь для вас будет означать следование следующим рекомендациям.

КОНТЕЙНЕР MPEG-4. Для сохранения видео YouTube рекомендует использовать контейнер MPEG-4, который является в каком-то смысле «родным» для H.264. Для этого воспользуйтесь бесплатной программой Avidemux (есть на CHIP DVD).

«ВЫСОКИЙ» ПРОФИЛЬ (HIGH QUALITY). В базовых параметрах кодека надо указать «Высокий» профиль (High). Для кодирования видео HD качества следует использовать уровень не ниже 4: лишь начиная с него поддерживается разрешение 1920×1080 точек с частотой до 30 кадров/с. Цветовое пространство — 4.2.0. Уровень можно выбирать самому.

В Avidemux в разделе «Video Output» выберите кодек MPEG-4 AVC (x264) и в настройках последнего задайте профиль «High Quality»   СРЕДНИЙ БИТРЕЙТ. Для видео высокой четкости (разрешение 1920×1080 точек при 29,97 кадра/с) YouTube рекомендует устанавливать средний битрейт от 5 до 8 Мбит/с. Его можно задать вручную, выбрав на первой вкладке метод кодирования «Average Bitrate». Это уменьшит размер файла с сохранением того же качества.

Чтобы вручную указать битрейт, в настройках кодека x264 на вкладке «General» задайте метод кодирования «Average Bitrate»   B-КАДРЫ. При кодировании видео на ресурсе задействованы так называемые B-кадры — кадры, предсказанные с помощью специального алгоритма по двум соседним. Рекомендуем указывать присутствие двух последовательных B-кадров. При этом закрытая группа изображений (GOP) должна составлять не более половины кадровой частоты (15, если речь идет о 29,97 кадра/с).

На вкладке «Frame» установите значение последовательных B-кадров (B-Frame), равное двум   СЖАТИЕ CABAC. В качестве дополнительного метода сжатия без потерь используется не самый эффективный, зато применимый на мобильных устройствах CABAC (Context adaptive binary arythmetic codes).

Для улучшения качества кодирования видео на вкладке «Frame» можно задать дополнительный метод сжатия без потерь CABAC   ЗВУК В AAC-LC. Для аудио следует задействовать кодек AAC-LC (в Avidemux применяется тип AAC lav) при частоте дискретизации 48 или 96 кГц.

Для домашнего архива звук в видеоролике можно оставить без обработки. Для YouTube необходимо применить кодек AAC-LC  

Сжатие без потерь: lossless-форматы

Методика сжатия видео без потерь — это обратимая архивация, аналогичная той, что мы применяем, к примеру, при упаковке в архив текстовых и других документов для пересылки по электронной почте. Она позволяет получить исходные данные в неизменном виде после распаковки. При работе с видео наибольшей степени компрессии можно добиться, применяя специальные алгоритмы. Наиболее известными считаются следующие из них.

MOTION JPEG 2000 — коммерческий кодек для видео (около 1200 руб., демоверсия есть на CHIP DVD), построенный на принципах сжатии без потерь статических изображений JPEG2000.

Коммерческий кодек MJPEG2000 позволяет кодировать видео без потерь в качестве, обеспечивая высокую степень сжатия   HUFFYUV — достаточно быстрый и эффективный свободный кодек, основанный на методике побитового предсказания следующего пикселя в потоке и архивации данных (есть на CHIP DVD).

Свободно распространяемый кодек Huffyuv также обеспечивает высокую степень сжатия видео без ощутимых потерь в его качестве   LAGARITH — «продолжатель» идеи кодирования Huffyuv (есть на CHIP DVD). Авторам удалось добиться большей степени сжатия, в частности, за счет добавления методов работы с почти статическими изображениями. Обращение с роликами, сжатыми с помощью lossless-алгоритмов, осложнено тем, что они занимают много места на диске и поддерживаются ограниченным числом плееров и бытовых устройств. При этом они действительно нужны, только если камера позволяет скопировать несжатые данные (так называемые RAW, по аналогии с фотографией) либо по каким-то причинам важна высокая точность передачи этого изображения. Из специальных областей это могут быть медицина и картография.

Кодек Lagarith можно бесплатно использовать для «домашнего» кодирования — например, с помощью программы VirtualDubMod  

Так ли необходимо сжатие без потерь?

Применительно к цифровому видео понятие «сжатие без потерь» подразумевает, что алгоритм позволяет архивировать каждую картинку в том виде, в каком она была получена с записывающего устройства. При этом стоит отметить, что фото и видео, снятые даже полупрофессиональной видеокамерой, не требуют столь бережного отношения к себе. В кадре почти всегда присутствуют шумы, аберрации и искажения, которые в целом не влияют на наше восприятие картинки — иными словами, картинка, как правило, сама по себе не идеальна. Применяя методики сжатия с потерями, вы, конечно, еще немного «испортите» ее, сэкономив на избыточности как в рамках отдельных кадров, так и внутри их последовательности. Но при этом вы добьетесь значительно большей степени компрессии, то есть в десятки раз меньшего размера файла на жестком диске.

А что будет дальше?

Различные видеосервисы, в частности «видео по запросу», уже задумываются о переходе на следующую версию стандарта — H.265, эффективность сжатия которого гораздо выше. Используемый кодек даст возможность гибко управлять качественными потерями. Кроме того, он позволит работать с непостоянной частотой кадров.