Переменный битрейт

Переменный битрейт ( VBR ) - это термин, используемый в телекоммуникациях и вычислениях, который относится к битрейту, используемому при кодировании звука или видео. В отличие от постоянного битрейта (CBR), файлы VBR изменяют объем выходных данных за временной сегмент. VBR позволяет выделять более высокий битрейт (и, следовательно, больше места для хранения) более сложным сегментам медиафайлов, в то время как меньше места выделяется менее сложным сегментам. Среднее значение этих скоростей может быть вычислено для получения среднего битрейта файла.

Аудиофайлы MP3 , WMA и AAC могут быть дополнительно закодированы в VBR, в то время как Opus и Vorbis по умолчанию кодируются в VBR. ^{[1] [2] [3]} Кодирование с переменной скоростью также обычно используется для видео MPEG-2, видео MPEG-4 Part 2 ( Xvid , DivX и т. Д.), Видео MPEG-4 Part 10 /H.264, Theora , Дирак и другие форматы сжатия видео. ^{[ необходима цитата ]} Кроме того, кодирование с переменной скоростью присуще схемам сжатия без потерь , таким какFLAC и Apple Lossless . ^{[ необходима цитата ]}

Преимущества и недостатки VBR [ править ]

Преимущества VBR заключаются в том, что он обеспечивает лучшее соотношение качества и занимаемой площади по сравнению с файлом CBR с теми же данными. Доступные биты используются более гибко для более точного кодирования звуковых или видеоданных, при этом меньшее количество битов используется в менее требовательных отрывках и больше битов используется в трудных для кодирования отрывках. ^{[2] [4]}

Недостатки заключаются в том, что для кодирования может потребоваться больше времени, поскольку процесс более сложен, и что некоторое оборудование может быть несовместимо с файлами VBR. ^[2] VBR также может создавать проблемы во время потоковой передачи, когда мгновенная скорость передачи данных превышает скорость передачи данных в тракте связи. Этих проблем можно избежать, ограничив мгновенную скорость передачи данных во время кодирования или (за счет увеличения задержки) увеличив буфер воспроизведения .

В прошлом многие аппаратные и программные плееры не могли должным образом декодировать файлы с переменным битрейтом, отчасти потому, что различные используемые кодеры VBR не были хорошо разработаны. ^{[ необходима цитата ]} Это привело к обычному использованию CBR по сравнению с VBR для совместимости. По состоянию на декабрь 2006 года устройства, поддерживающие только файлы с кодировкой CBR, в значительной степени устарели, поскольку подавляющее большинство современных портативных музыкальных устройств и программного обеспечения поддерживают файлы с кодировкой VBR. ^{[ необходима цитата ]}

Поддержка VBR в файлах AAC и MP3 присутствует в большинстве современных цифровых аудиоплееров , в том числе выпущенных Apple , Microsoft , Creative Technology и SanDisk . Ранние алгоритмы VBR иногда создавали слышимые артефакты при кодировании монотонных или минимальных тонов (например, аудиокниги и акустическая музыка). Эти артефакты часто имитировали «цифровое щебетание» во время тихих частей песни или когда речь шла только о разговоре. По мере улучшения алгоритмов кодирования VBR эти проблемы были решены в последующих поколениях стандарта VBR. ^{[ необходима цитата ]}

Методы кодирования VBR [ править ]

Обратите внимание, что выбор метода переменного битрейта (VBR) влияет только на процесс кодирования. Декодирование потока VBR выполняется одинаково во всех случаях, независимо от того, как кодер выбирает распределение битов.

Многопроходное кодирование и однопроходное кодирование [ править ]

VBR создается с использованием так называемого однопроходного кодирования или многопроходного кодирования . Однопроходное кодирование анализирует и кодирует данные «на лету», а также используется при кодировании с постоянным битрейтом. Однопроходное кодирование используется, когда скорость кодирования наиболее важна - например, для кодирования в реальном времени. Однопроходное кодирование VBR обычно контролируется фиксированной настройкой качества или диапазоном битрейта (минимальный и максимальный допустимый битрейт) или настройкой среднего битрейта . Многопроходное кодирование используется, когда качество кодирования наиболее важно. Многопроходное кодирование нельзя использовать в кодировании в реальном времени, в прямом эфире или в прямом эфире.. Многопроходное кодирование занимает гораздо больше времени, чем однопроходное, потому что каждый проход означает один проход через входные данные (обычно через весь входной файл). Многопроходное кодирование используется только для кодирования VBR, поскольку кодирование CBR не обеспечивает гибкости для изменения битрейта. Наиболее распространенным многопроходным кодированием является двухпроходное кодирование. В первом проходе двухпроходного кодирования входные данные анализируются, и результат сохраняется в файле журнала. Во втором проходе собранные данные первого прохода используются для достижения наилучшего качества кодирования. При кодировании видео двухпроходное кодирование обычно контролируется настройкой среднего битрейта или настройкой диапазона битрейта (минимальный и максимальный допустимый битрейт) или настройкой размера целевого видеофайла. ^{[5] [6]}

Фиксированное качество [ править ]

Одним из средств кодирования VBR является фиксированный квантователь или кодирование фиксированного качества . Обычно это однопроходное кодирование. Пользователь указывает данное субъективное значение качества, а кодер распределяет биты по мере необходимости для достижения заданного уровня качества. Это гарантирует, что выходной поток будет иметь постоянное качество повсюду. Уровень качества обычно имеет связанный диапазон битрейта. Недостатком этого метода кодирования является то, что средний битрейт (и, следовательно, размер файла) не будет известен заранее, а достижение определенного среднего битрейта требует проб и ошибок . Обычно это больше беспокоит видео, чем аудио, поскольку размеры файлов намного больше, а кодирование может занять намного больше времени.

Диапазон битрейта [ править ]

Этот метод кодирования VBR позволяет пользователю указать диапазон битрейта - минимальный и / или максимальный разрешенный битрейт. ^[7] Некоторые кодеры расширяют этот метод, добавляя средний битрейт. Установленные границы минимального и максимального допустимого битрейта, в которых битрейт может изменяться. Недостатком этого метода является то, что средний битрейт (и, следовательно, размер файла) не будет известен заранее. Диапазон битрейта также используется в некоторых методах кодирования с фиксированным качеством, но обычно без разрешения на изменение конкретного битрейта. ^[8]

Средний битрейт [ править ]

Кодирование со средней скоростью передачи данных (ABR) может использоваться для обеспечения того, чтобы выходной поток достиг предсказуемой долгосрочной средней скорости передачи данных. Обычно это реализуется с использованием многопроходного кодирования, когда один или несколько начальных проходов используются для сбора данных в потоке, а последний проход использует эти данные для достижения однородного качества при указанной средней скорости передачи данных.

В качестве альтернативы можно использовать периодическое усреднение, либо выполняя ABR для меньших фрагментов вывода, либо реагируя на колебания ABR путем увеличения или уменьшения общего качества. Они могут достичь ABR за один проход, но не обеспечивают такой же степени однородности, как многопроходное ABR. Некоторые кодировщики используют «ABR-кодирование» и «многопроходное кодирование» для обозначения одно- и многопроходного ABR-кодирования соответственно.

Некоторые кодировщики также позволяют пользователю указать максимально допустимый битрейт или максимальное значение качества. Иногда это называется ограниченным переменным битрейтом ( CVBR ) и обычно применяется к алгоритмам ABR.

Недостатком однопроходного кодирования ABR (с или без CVBR) является противоположность фиксированного квантователя VBR - размер вывода известен заранее, но конечное качество неизвестно, хотя все же лучше, чем CBR. ^[9] Указание более высокого среднего или максимального значения может просто увеличить размер файла без заметного эффекта качества, а увеличение максимального битрейта может вызвать заикание при потоковой передаче файла. Однако слишком низкое снижение этих критериев в конечном итоге приведет к довольно значительным потерям качества. Эффект на видео обычно проявляется в повышенной блочности, потому что кадры больше не детализируются полностью при их визуализации.

Многопроходное ABR-кодирование больше похоже на фиксированный квантователь VBR, потому что более высокое среднее действительно повысит качество. ^[10]

Не существует идеальных универсальных настроек для ABR при кодировании видео. Для видео с низким разрешением (320 или 640 строк), закодированного с помощью MPEG-1 или MPEG-2, средняя скорость передачи данных может составлять всего 1000 кбит / с, но при этом можно достичь приемлемых результатов. Для видео с высоким разрешением, например 1080, это среднее значение может быть 6000 кбит / с или выше. Основным фактором при определении минимального битрейта видео является то, насколько эффективно видео может быть кодировано. Использование более эффективных кодировок видео, таких как MPEG-4 , поможет обеспечить более низкую скорость передачи данных, в то время как значительное количество движения или белого шума потребует более высокой скорости передачи данных для кодирования без видимых артефактов.. В конце концов, пользователю, возможно, придется использовать метод проб и ошибок, чтобы достичь минимального размера файла для данного видеопотока, путем кодирования с заданным битрейтом и последующего просмотра результатов.

Размер файла [ править ]

Кодирование VBR с использованием настройки размера файла обычно является многопроходным. Это позволяет пользователю указать конкретный размер целевого файла. На первом проходе кодировщик анализирует входной файл и автоматически вычисляет возможный диапазон битрейта и / или средний битрейт. На последнем проходе кодер распределяет доступные биты по всему видео для достижения однородного качества. ^[10]

См. Также [ править ]

• Битрейт
• Средний битрейт
• Постоянный битрейт
• Адаптивная потоковая передача битрейта

Ссылки [ править ]