Next: Преимущества и недостатки IPv6, Previous: Преимущества и недостатки redo, Up: Articles  

Аудио без потери качества ¶

FLAC

• Создан в 2001
• Открытый и свободный
• Широкая поддержка
• Сжимает на 30-50% рок и метал
• до 655 KHz, до 32 бит fixed-point
• Позволяет встраивать изображения, CUE, Vorbis Comment

WavPack

• Создан в 1998
• Открытый и свободный
• Особенность: может быть как lossy, так и lossless. Lossless информацию можно добавить к lossy части
• Сжимает немного лучше FLAC
• Поддержка не так широка как у FLAC
• до 16.7 MHz, до 32 бит fixed-point/floating-point, 256 каналов
• Позволяет встраивать CUE, ID3

Monkey’s Audio (APE)

• Не свободный
• Сжимает немного лучше чем FLAC/WavPack
• Декодирование требует примерно столько же затрат что и кодирование – ресурсоёмок
• до 655 KHz, до 24 бит fixed-point

ALAC

• Создан в 2004
• Apple не может использовать кодеки без тьмы патентов и без поддержки DRM, поэтому изобрели свой аналог FLAC
• До 2011 был несвободным
• Технических преимуществ относительно FLAC не имеет
• до 384 KHz, до 8 каналов, до 32 бит fixed-point
• Не имеет смысла, так как есть FLAC/WavPack

Аудио с потерей качества ¶

MPEG audio layer 2 (MP2)

• Стандарт создан в 1993
• Широко распространён: DVD, радио/теле-вещание используют его
• до 48 KHz, штатно до 2 каналов (может 5.1), 32-384 Kbps
• Не имеет смысла сейчас

MPEG audio layer 3 (MP3)

• Стандарт создан в 1993
• Широко распространён
• Немного лучше по качеству чем MP2
• Может встраивать ID3 метаинформацию
• до 48 KHz, штатно до 2 каналов (может 5.1), 32-320 Kbps
• Не имеет смысла сейчас

Dolby AC-3 (A/52) (Dolby Digital)

• Стандарт создан в 1991
• Патентован
• Приемлемое качество, имеет только на битрейтах >192Kbps
• Применяется в BluRay, DVD
• до 48 KHz, до 5.1 каналов, до 640 Kbps
• Не имеет смысла сейчас

EAC-3 (Dolby Digital Plus)

• Стандарт создан в 2008
• Расширение AC3
• до 48 KHz, до 15 каналов, до 6144 Kbps

DTS (DCA (DTS Coherent Acoustics))

• Создан в 1990-х
• В отличии от MP2/MP3/AC3/etc основан на ADPCM сжатии, что крайне легковесно, но сжимает в два (или более) раза хуже
• Применяется в BluRay, опционально DVD

AAC

• Создан в 1997
• Патентован
• Везде лучше по качеству чем MP3
• до 192 KHz, до 48 каналов, 8-529 Kbps

Vorbis

• Создан в 2000
• Открытый и свободный
• Везде лучше по качеству чем MP3
• По качеству схож, зачастую лучше, чем AAC
• до 192 KHz, до 255 каналов, 45-500 Kbps
• Широкая поддержка
• Может встраивать Vorbis Comment метаинформацию
• Лучший выбор, если нет возможности использовать Opus

Opus

• Создан в 2012
• Открытый и свободный
• Везде лучше по качеству всех остальных (субъективно 96 Kbps схож с 128 Kbps Vorbis)
• Является комбайном из CELT и SILK алгоритмов. SILK используется в Skype для передачи речи на низких битрейтах
• Подходит идеально хорошо и для передачи речи с низкой задержкой и для музыки с фильмами
• до 48 KHz, до 255 каналов, 6-510 Kbps

Видео без потери качества ¶

Обычное сжатие

На ZFS ФС с LZ4 я могут половину места сэкономить храня сырое несжатое видео. Это стоит иметь в виду, особенно когда нужно иметь промежуточный формат.

YUV4MPEG2

• Не предоставляет сжатие, но часто используется как промежуточный формат передачи видео в YCbCr 4:2:0/4:2:2/4:4:4
• Имеет очень простые plaintext заголовки и легко парсится в C

HuffYUV

• Создан в 2000
• Открытый и свободный
• Быстро жмёт

ffvhuff

• Немного изменённый HuffYUV, дающий 20% лучше сжатие

FFV1

• Создан в 2003
• Жмёт лучше HuffYUV
• Очень ресурсоёмок даже при декодировании – я у себя FullHD не могу проиграть в real-time
• Открытый и свободный
• Широко распространён – де-факто для архивирования

Видео с потерей качества ¶

Отмечу, что принципиально все нижеуказанные кодеки работают схожим образом как и H.261 – все принципы аналогичны: закодировать картинку (I-кадр), разбить картинки на блоки, закодировать "движение" блоков, ссылаясь на другие блоки/кадры. Разница между почти всеми кодеками только в искусственных ограничениях (поддержка больших разрешений, поддержка цветности отличной от YUV 4:2:0, и т.д.) и возможностях задания информации о предсказаниях блоков и их взаимоотношений между собой (на сколько кадров можно сослаться, сколько вариантов "движения" есть у блока, как можно разбить картинку на блоки, какого они размера, и т.д.). Но суть работы аналогична кодеку из 80-х годов. Разве что добавлены гораздо лучшие алгоритмы сжатия энтропии (CABAC), алгоритмы де-блокинга, lapped преобразование (VC-1, Daala).

H.261

• Создан в 1988
• Практически все основы видеосжатия зародились в нём и современные кодеки принципиально не сильно отличаются
• Он тут для исторической справки
• Техособенности:
  • 16x16 блоки
  • DCT 8x8
  • P-кадры

MPEG-1

• Создан в 1993
• Широчайшая поддержка
• Как правило кодируется разрешение не выше 352:288, 1.5Mbps
• Не имеет смысла использовать
• Техособенности (относительно H.261):
  • полупиксельный вектор движения
  • B-кадры

MPEG-2 (H.262)

• Создан в 1995
• Патентован
• Широчайшая поддержка: используется в телевещании и DVD
• Хорошее качество только на высоких битрейтах
• Как правило, до 10 Mbps
• Любой MPEG-2 декодер может проигрывать MPEG-1
• Не требователен к процессору, но вряд ли имеет смысл использовать сейчас
• Техособенности (относительно MPEG-1):
  • 16x8 блоки
  • чересстрочное видео

H.263

• Создан в 1996
• Ориентирован на низкие битрейты
• Широчайшая поддержка: использовался в видеоконференциях, online-видео (Sorenson/Flash), видеокамерах сотовых телефонов (3GP)
• Не требователен к процессору, но вряд ли имеет смысл использовать сейчас

MPEG-4 part 2 (DivX)

• Создан в 1998
• Патентован
• DivX это одна из проприетарных программ, но некорректно часто использующаяся как синоним
• В разы более требователен к процессору
• Значительно лучше сжимает чем MPEG-2 на низких битрейтах: в неплохом качестве можно уместить три фильма на одном DVD
• Неплохое качество даже на низких битрейтах меньше 1Mbps
• До сих пор огромное количество фильмов кодируют в него
• Базовый профиль (DivX старый) почти идентичен H.263
• Техособенности (относительно MPEG-2):
  • 8x8 блоки
  • де-блокинг
  • до 4-х векторов движения в макроблоке
  • global motion compensation

MPEG-4 part 2 ASP (XviD)

• ASP это один из профилей MPEG-4 part 2 добавляющий множество технологий
• Заметно лучше качество чем у MPEG-4 part 2
• XviD это свободная программа реализующая ASP
• Техособенности (относительно MPEG-4):
  • четвертьпиксельные вектора движения
  • B-кадры
  • чересстрочное видео

Theora

• Создан в 2004
• Открытый и свободный
• Схож по ресурсам и качеству с MPEG-4 part 2
• Техособенности:
  • 8x8 DCT
  • нет B-кадров, чересстрочной развёртки
  • только 8-бит на компонент

MPEG-4 part 10 (AVC) (H.264)

• Создан в 2003
• Патентован
• На данный момент это основной из распространённых кодеков для качественного видео
• В разы требовательнее к процессору даже при декодировании: FullHD требует под 80% моего Intel Core i5 ядра. Кодирование одного фильма занимает много часов
• 3.5 Mbps MPEG-2 поток с аналогичным качеством занимает 1.5 Mbps в AVC
• Есть lossless режим
• Техособенности (относительно MPEG-4 ASP):
  • полностью целочисленный
  • 16x16->4x4 блоки (варьируемый размер)
  • ссылка на два опорных кадров
  • CABAC/CAVLC сжатие энтропии
  • до 32-х векторов движения в макроблоке
  • широкая поддержка цветности (4:4:4, 14-бит на компонент, и т.д.)
  • 8x8->4x4 DCT
  • 8 направлений движения

VP8

• Создан в 2008
• Открытый и свободный
• Можно считать свободным аналогом AVC (не для всех задач)
• Поддерживает только прогрессивную развёртку, 4:2:0, 8-бит на компонент
• Его алгоритм кодирования кадра используется как основа lossy WebP
• Техособенности:
  • четвертьпиксельные вектора движения
  • ссылка до трёх опорных кадров
  • де-блокинг
  • 16x16/8x8/4x4 блоки

MPEG-H part 2 (HEVC) (H.265)

• Создан в 2013
• Патентован
• На 25-50% эффективнее AVC
• На низких битрейтах особенно заметно лучшее качество
• Во много раз требовательнее к процессору чем AVC. FullHD без активных сцен у меня не часто может быть проигран в real-time. Кодирование фильма занимает дни
• Есть lossless режим
• Техособенности (относительно MPEG-4 AVC):
  • 64x64->4x4 блоки
  • 33 направления движения
  • только CABAC

VP9

• Создан в 2013
• Открытый и свободный
• Можно считать свободным аналогом HEVC
• В отличии от VP8, есть lossless режим
• Отличное решение на сегодняшний день, если есть мощности
• Техособенности (относительно VP8):
  • 64x64->4x4 блоки
  • 32x32/16x16 DCT

AV1

• Создан в 2018
• Открытый и свободный
• За основу был взят VP9 (->VP10), Daala (CfL, CDEF, кодирование энтропии) и Thor (CfL, CDEF)
• На 30% эффективнее HEVC/VP9
• Ощутимо требовательнее к процессору чем HEVC/VP9
• Техособенности (относительно VP9):
  • предсказание цветности по яркости (Chroma-from-Luma)
  • улучшенный де-блокинг (Constrained Directional Enhancement Filter)
  • не бинарное интервальное кодирование энтропии
  • более разнообразное T-образное партиционирование
  • 128x128->4x4 суперблоки
  • внутренняя работа идёт в 10/12-бит
  • ссылка до семи опорных кадров
  • 56 направлений движения
  • global motion
  • работа с зернистостью (film grain)
  • SVC (scalable video coding) и S-кадры

Контейнеры ¶

AVI

• Создан в 1992
• Широко поддерживается
• Множество ограничений, препятствующих использованию множества кодеков: AC3/MP3-VBR, Vorbis/Opus, AAC. Нет возможности сохранить aspect ratio
• Не поддерживает streaming
• В принципе, для простых задач, если кодеки позволяют, подходит и сегодня. Но Matroska будет иметь меньший overhead

MPEG PS

• Создан в 1993
• Широко поддерживается: DVD и HD-DVD хранят именно в нём
• Не имеет сейчас смысла для хранения

MPEG TS

• Создан в 1995
• Несёт MPEG PS потоки
• Имеет обнаружение и коррекцию ошибок, синхронизацию, маленькие пакеты: поэтому у него существенный overhead
• Широко поддерживается: DVB, ATSC, BluRay
• BluRay имеет не стандартный MPEG TS, а с 32-бит timecode-ом
• Не имеет смысла для хранения

Ogg

• Разработка начата ещё в 1993
• Открытый и свободный
• Идеально заточен для потоковой передачи. Лучший в этой задаче, в том числе с маленьким overhead-ом и возможностью потери пакетов
• Требует mapping между кадрами кодеков и страницами Ogg, поэтому на данный момент кодеков для Ogg не много: Speex, Vorbis, Opus, FLAC, Theora, Daala, Dirac
• Это контейнер по умолчанию штатно используемый для Vorbis, Opus, Theora
• Не имеет индекса для поиска: используется метод проб и ошибок

MPEG-4 part 14 (MP4)

• Создан в 2001
• Патентован
• Идентичен QuickTime формату
• Поддерживает только несвободные кодеки
• Менее широко поддерживается чем Matroska

Matroska

• Создан в 2002
• Открытый и свободный
• Грубо говоря, можно использовать любой кодек
• Может нести самую различную метаинформацию, прикреплять любые файлы, изображения
• Поддерживает потоковую передачу
• Имеет малый overhead
• Поддерживает деление на части (chapters), трэки, может объединять и нести несколько мультимедиа потоков
• Лучший формат (Ogg будет иметь больший overhead)

WebM

• Создан в 2010
• Открытый и свободный
• Это просто подмножество Matroska (любой кто умеет Matroska, умеет и WebM), ограничивающее выбор видеокодека до VP8/VP9/AV1, а аудиокодека до Vorbis/Opus
• Если кодирование идёт в эти свободные кодеки, то имеет смысл создавать WebM контейнер, вместо полноценной более сложной Matroska

Изображения ¶

GIF

• Создан в 1987
• Стал свободным от патентов в 2004
• Использует 256-цветов палитру, 1-бит альфа-канал
• Чересстрочная развёртка

JPEG

• Создан в 1992
• Стал свободным от патентов ~2010
• 64k x 64k пикселей, 4:4:4/4:2:2/4:2:0, 8-бит на канал
• Не поддерживает альфа-канал

PNG

• Создан в 1996
• Свободный
• 2G x 2G пикселей, до 16-бит на канал, WCG
• Прогрессивная развёртка

WebP (VP8)

• Создан в 2010
• Свободный
• 16k x 16k пикселей, только 4:2:0, до 8-бит на канал
• Является просто VP8-кадром
• Нет прогрессивной развёртки
• Быстрый декодер

WebP lossless (VP8L)

• Всё аналогично WebP, только 4:4:4 RGBA 8-бит lossless

HEIC

• Создан в 2015
• Патентован
• 8k x 4k пикселей – иначе между tile-ами будут артефакты, не держит lossy 4:4:4, до 12-бит на канал, WCG, HDR
• Нет прогрессивной развёртки

AVIF

• Создан в 2019
• Использует патентованный HEIF контейнер
• 8k x 4k пикселей – иначе между tile-ами будут артефакты, до 12-бит на канал, WCG, HDR
• Нет прогрессивной развёртки
• Очень медленный

JPEG2000

• Создан в 2000
• Стал свободным от патентов в 2019
• 4G x 4G пикселей, до 38-бит на канал, 16k каналов, WCG
• Природа wavelet-а автоматически даёт progressive декодирование
• Lossless сжатие фотографий лучше чем у PNG
• Нет артефактов связанных с DCT природой

JPEG XL

• Создан в 2021
• Свободный от отчислений
• Размер стандарта/документации почти на порядок меньше по размеру чем у AVIF например – существенно проще
• 1G x 1G пикселей, до 32-бит на канал, 8k каналов, WCG, HDR
• Progressive декодирование
• На 60% лучше JPEG
• На 35-40% лучше PNG (но VP8L ещё лучше для screenshot-ов)
• До 10% лучше lossless JPEG2000 для фотографий
• С качеством q>40 лучше AVIF
• Очень быстрый и при декодировании и кодировании, распараллеливается
• Может без потерь транскодировать JPEG, а также восстановить его с точностью до бита обратно, экономя 20% размера