Codec video là gì? Các loại codec video cần biết từ AV1, VP9, ​​H.264 [Các định dạng video]

Các codec video là không thể thiếu trong cuộc sống kỹ thuật số của chúng ta – đây là những gì chúng làm và lý do tại sao tất cả đều quan trọng.

Nền tảng Video kỹ thuật số đã có một chặng đường dài kể từ đầu những năm 2000. Chúng ta đã thấy chất lượng hình ảnh được cải thiện nhanh chóng, song song với sự ra đời của các công nghệ màn hình mới như OLED. Với tư cách là người tiêu dùng, chúng ta cũng có kỳ vọng cao hơn bao giờ hết, cả ở nhà và trên các thiết bị di động như smartphone và máy tính bảng. Codec cho phép tất cả những điều này, nén một lượng lớn thông tin thô thành một file video dễ quản lý hơn để lưu trữ, truyền phát và phân phối.

Trong những năm qua, các công ty lớn trong ngành như Google, Intel và Apple đã quan tâm đến những cách mới để nén và đóng gói video. Ví dụ: bạn có thể đã nghe nói về việc YouTube áp dụng tiêu chuẩn AV1 mới và các mẫu iPhone mới hơn nhắm mục tiêu đến các nhà quay phim chuyên nghiệp với codec ProRes của Apple. Thật vậy, có ít nhất một số tiêu chuẩn khác nhau hiện đang được sử dụng, mỗi tiêu chuẩn đều có điểm mạnh và điểm yếu riêng.

Codec video là gì?

Bản thân thuật ngữ codec cung cấp một gợi ý khá lớn để hiểu cách hoạt động của tất cả – nó chỉ đơn giản là viết tắt để mã hóa và giải mã. Tại sao video được mã hóa và giải mã, bạn hỏi? Nói một cách dễ hiểu, đó là vì chúng thường mang rất nhiều dữ liệu thô.

Bạn có thể đã nghe nói rằng video về cơ bản là một chuỗi các hình ảnh tĩnh. Máy chiếu phim kiểu cũ là thiết bị thể hiện tốt nhất nguyên tắc này. Về mặt thể chất, chúng được đưa vào một cuộn phim và hiển thị cho bạn 24 khung hình / giây, đánh lừa bộ não của bạn nghĩ rằng đó là một hình ảnh chuyển động.

Old-school movie projectors

Mặc dù bạn hoàn toàn có thể làm điều tương tự với hình ảnh kỹ thuật số, nhưng dung lượng lưu trữ cần thiết cho rất nhiều dữ liệu là không thể dò tìm được. Theo tính toán của Mozilla , một video dài 30 phút – được lưu trữ dưới dạng hình ảnh thô – sẽ nặng hơn 1TB. Đối với ngữ cảnh, đó là gấp mười lần tổng dung lượng lưu trữ của một smartphone 128GB thông thường.Một video dài 30 phút – được lưu trữ dưới dạng hình ảnh thô – sẽ nặng hơn 1TB.

Vì vậy, việc lưu trữ và phát lại video đơn giản là không khả thi nếu không sử dụng các thuật toán nén phức tạp dưới dạng codec. Cũng cần lưu ý rằng codec cũng tồn tại cho âm thanh, vì nhiều lý do tương tự. Cả video và âm thanh thô và không nén đều có thể tăng kích thước nhanh chóng, khiến chúng không thể chỉnh sửa, lưu trữ và phân phối.

Cách thức codec hoạt động

Codec sử dụng một số thuật toán nén phức tạp, một số phương pháp cơ bản rất dễ hình dung. Ví dụ: điều gì sẽ xảy ra nếu bạn chỉ lưu trữ thông tin liên quan đến những thay đổi giữa khung hình này và khung hình tiếp theo, thay vì lưu trữ hình ảnh có kích thước đầy đủ? Bằng cách đó, một cảnh tĩnh, chủ yếu dài vài phút có thể được nén đáng kể. Ví dụ, một người nói với bối cảnh cố định sẽ không có nhiều chuyển động và đây là một tình huống khá phổ biến trong hầu hết các video và phim.

Bạn cũng có thể tiến thêm một bước này với các vectơ chuyển động và các thuật toán bù trừ. Những thứ này có thể đạt được mức độ nén cao hơn bằng cách dự đoán vị trí một pixel cụ thể kết thúc trong khung hình trong tương lai. Ví dụ: nếu một máy ảnh chỉ đơn giản là xoay theo chiều ngang, codec có thể cho biết rằng một pixel cụ thể sẽ bị dịch chuyển sang trái hoặc phải sau một vài khung hình.

Codec nhằm mục đích cung cấp hình ảnh chính xác có thể chấp nhận được có dung lượng bằng một phần nhỏ của kích thước file gốc.

Một phương pháp nén khác liên quan đến việc nhóm các pixel lân cận với các màu tương tự. Tuy nhiên, khi được coi là cực đoan, đây là nguyên nhân gây ra giao diện “khối vuông” khét tiếng trong các video chất lượng thấp. Trong trường hợp này, file nén chỉ đơn giản là không chứa đủ thông tin để bộ giải mã tái tạo lại hình ảnh ban đầu.

Ở mức độ vừa phải, các kỹ thuật nén này – cùng với các kỹ thuật khác – có thể tạo ra hình ảnh chính xác ở mức chấp nhận được ở một phần nhỏ của kích thước ban đầu. Mặc dù bạn chắc chắn bị mất một số thông tin trong quá trình nén, nhưng ít nhất đó là một sự đánh đổi đáng giá.

Mỗi codec video sử dụng một cách tiếp cận hoặc phương pháp hơi khác nhau để đạt được độ nén. Và như bạn mong đợi, các codec mới hơn được thiết kế để giữ lại hoặc cải thiện chất lượng hình ảnh đồng thời giảm kích thước file.

Tại sao codec video lại quan trọng?

Từ các ứng dụng chat như WhatsApp đến các dịch vụ Streaming như Netflix và Disney +, codec mở ra cánh cửa cho nhiều trường hợp sử dụng smartphone mà chúng tôi coi là đương nhiên.

Ví dụ: chia sẻ file phương tiện trên một dịch vụ như Facebook hoặc Twitter, thường liên quan đến việc mã hóa lại video thành kích thước nhỏ hơn. Điều này cũng đúng với ảnh và file âm thanh. Tương tự, các công ty Streaming như YouTube mã hóa và lưu trữ từng phần của phương tiện ở nhiều chất lượng và codec. Sau đó, họ sẽ cung cấp phiên bản phù hợp tùy thuộc vào khả năng và tốc độ kết nối của thiết bị của bạn.Từ các dịch vụ Streaming đến ứng dụng chat, codec video là một phần không thể thiếu trong cuộc sống kết nối của chúng ta. Tuy nhiên, chúng ta hiếm khi nhận thấy tác động của chúng.

Mặc dù tốc độ internet đã được cải thiện đáng kể trong những năm qua, nhưng hầu hết chúng ta vẫn phải đối mặt với giới hạn dữ liệu và thỉnh thoảng bị chậm. Đừng quên rằng việc chuyển đổi video có độ phân giải cao sẽ nhanh chóng ăn vào không gian lưu trữ di động hạn chế của chúng ta. Các codec mới hơn được thiết kế rõ ràng với những ràng buộc này.

Do đó, codec video cũng rất hữu ích khi quay video. Nhiều thiết bị Android hiện đại sẽ cung cấp tùy chọn ghi bằng codec hiệu quả hơn, cho phép bạn tiết kiệm dung lượng ổ đĩa quý giá.

Để phân tích điều này, tôi đã quay hai clip 4K 20 giây trên smartphone của mình – một ở codec H.264 mặc định và clip còn lại ở codec H.265 hiệu quả hơn (nhiều hơn về những thứ đó một chút). Kích thước file của clip đầu tiên tổng cộng là 125 MB, trong khi file thứ hai nặng 90 MB.

Những con số đó bằng chênh lệch 30% về kích thước file, chỉ từ việc thay đổi một cài đặt! Hơn nữa, có thể nén file hơn nữa, bằng cách sử dụng phần cứng mạnh hơn SoC của smartphone. Đối với các công ty Streaming như Netflix hoặc YouTube, việc chuyển sang codec hiệu quả hơn có thể cắt giảm gần một nửa yêu cầu về dung lượng và băng thông – tiết kiệm số tiền đáng kể trong quá trình này.

Cách nhận biết codec video được hỗ trợ

Hiệu suất của mã hóa và giải mã video có thể được trợ giúp rất nhiều cùng với sự hiện diện của phần cứng chuyên dụng. Vì vậy, các chip trong Tivi, điện thoại di động, máy tính và thậm chí cả máy chơi game của chúng ta đều hỗ trợ một bộ codec cố định ở cấp phần cứng. Nói cách khác, chúng có khả năng nén và giải nén các file video cực kỳ hiệu quả bằng cách sử dụng tăng tốc phần cứng. Điều này đặc biệt quan trọng đối với smartphone vì sức căng xử lý thấp hơn đồng nghĩa với thời lượng pin dài hơn.

Tuy nhiên, bạn vẫn có thể gặp một file video không thể mở lại hoặc mở bằng bất kỳ ứng dụng nào – rất có thể file đó sử dụng codec mà thiết bị của bạn không thể xử lý hoặc không nhận dạng được. Để xác nhận điều này, bạn có thể sử dụng một ứng dụng như MediaInfo để xác định format và chi tiết mã hóa của video. Trên Android, bạn có thể sử dụng các ứng dụng miễn phí như Codec Info hoặc AIDA64 để kiểm tra khả năng hỗ trợ codec âm thanh và video của thiết bị. Nếu một codec cụ thể không có trong danh sách, có thể là do SoC của thiết bị của bạn không hỗ trợ nó. Trang web Nhà phát triển Android cung cấp danh sách các codec bắt buộc, trong trường hợp bạn tò mò.

Điều đó nói rằng, smartphone hiện đại có rất nhiều sức mạnh CPU mạnh mẽ để giải mã các codec không được hỗ trợ. Vì vậy, các ứng dụng trình phát video của bên thứ ba như VLC sẽ cung cấp phát lại các file như vậy thông qua giải mã phần mềm mà không cần tăng tốc phần cứng. Tuy nhiên, điều này có khả năng làm nóng thiết bị và hao pin trong thời gian dài hơn, vì vậy tốt nhất bạn không nên dựa vào nó.

Sơ lược về lịch sử codec video

Các codec và tiêu chuẩn cạnh tranh đã từng là một vấn đề lớn đối với ngành công nghiệp video. Nhiều codec phổ biến chỉ thực sự hoạt động tốt với phần cứng của các nhà sản xuất cụ thể. Tuy nhiên, rất may, vài năm qua đã chứng kiến ​​các nhà sản xuất thiết bị hội tụ trên một số ít codec. Mặc dù phân mảnh không còn là vấn đề, nhưng bạn vẫn nên biết codec nào bạn có thể gặp phải trong thế giới thực và cách chúng ta đến đây.

MPEG-2

MPEG-2 có lẽ là codec video lâu đời nhất vẫn còn được lưu hành cho đến ngày nay. Nó trở nên cực kỳ phổ biến vào đầu những năm 2000, khi nó hầu như chỉ được sử dụng để nén các chương trình truyền hình và phát hành phim DVD. Một số bản Blu-Ray ban đầu cũng sử dụng MPEG-2 cho nội dung độ nét cao.MPEG-2 được phát triển cho kỷ nguyên DVD. Nó đã trở thành codec video thống trị vào đầu những năm 2000.

Ngày nay, hầu như không có nội dung mới nào được mã hóa bằng MPEG-2. Tuy nhiên, hỗ trợ giải mã cho nó là cực kỳ phổ biến, đặc biệt là vì nhiều thiết bị mới hơn tương thích ngược với nó. Từ những đầu đĩa DVD cơ bản cho đến những chiếc máy tính có tuổi đời hàng chục năm, ngày nay thật dễ dàng tìm thấy một thiết bị có thể phát lại các file MPEG-2.

H.264

Mã hóa video nâng cao (AVC), hay H.264 như thường được biết đến nhiều hơn, là vua mới của codec video về khả năng tương thích và áp dụng. Nó trở nên phổ biến cùng với sự gia tăng của video độ nét cao vì hiệu quả được cải thiện so với các codec trước đây. H.264 quản lý để cung cấp chất lượng hình ảnh tương tự ở khoảng 50% kích thước của video MPEG-2.

H.264 là một bước nhảy vọt về hiệu quả so với các codec trước đó đến nỗi nó nhanh chóng trở thành tiêu chuẩn thực tế cho video HD. Điều này đặc biệt đúng đối với các ứng dụng hạn chế băng thông, chẳng hạn như Streaming video qua internet. Trên thực tế, codec H.264 là thứ cho phép YouTube lần đầu tiên giới thiệu hỗ trợ cho độ phân giải 720p và 1080p tương ứng vào năm 2008 và 2009. Thậm chí một thập kỷ sau, bạn sẽ thấy H.264 được sử dụng rộng rãi để Streaming video, đĩa HD Blu-Ray và chương trình phát sóng truyền hình.Hầu hết nội dung trên internet được mã hóa bằng codec H.264 vì khả năng kết hợp rộng rãi của nó.

Kết quả của việc áp dụng rộng rãi này, hầu hết tất cả phần cứng và phần mềm chính thống đều hỗ trợ codec ngày nay. Không có gì ngạc nhiên khi nhiều smartphone và máy ảnh kỹ thuật số cũng ghi ở H.264 để đảm bảo khả năng tương thích tối đa với các thiết bị khác.

H.265 hoặc HEVC

Mã hóa video hiệu quả cao, hoặc HEVC, là phần tiếp theo của codec H.264 cực kỳ phổ biến. Như tiêu đề cho thấy, nó mang lại một bước nhảy vọt về hiệu quả khá lớn so với các codec trước đây, khiến nó trở thành một ứng dụng nhạy cảm với băng thông và nội dung có độ phân giải cực cao.

Sự nổi lên của HEVC đồng thời với sự ra đời và phát hành màn hình 4K. Vì vậy, tiêu chuẩn Blu-Ray mới nhất – Ultra HD Blu-Ray – dựa trên codec H.265. Bạn cũng có thể bắt gặp H.265 khi cố gắng quay video 4K và 8K trên smartphone, đặc biệt nếu quay ở format HDR như Dolby Vision.

Tuy nhiên, HEVC không đạt được nhiều lực kéo như H.264 trong các lĩnh vực khác, mặc dù có lợi thế. Trong nhiều năm, việc áp dụng H.265 bị cản trở bởi sự không chắc chắn về phí cấp phép và phí bản quyền của codec. Với ba bên liên quan khác nhau so với nhóm cấp phép đơn lẻ của H.264, người chơi trong ngành nội dung, phần cứng và phần mềm phải mất nhiều năm mới có thể bắt kịp HEVC. Và ngay cả bây giờ, các trình duyệt web lớn như Google Chrome và Mozilla Firefox cũng không hỗ trợ nó.

VP9

Do dự về các chi tiết cụ thể về bản quyền và bằng sáng chế của HEVC đã khiến Google phải tự xử lý các vấn đề và phát triển một giải pháp thay thế mã nguồn mở có tên VP9. Nó cung cấp hiệu suất tăng 30% tương tự so với H.264, làm cho nó trở thành lựa chọn lý tưởng cho các file video có độ phân giải cao. Quan trọng hơn, VP9 hoàn toàn miễn phí bản quyền, có nghĩa là các công ty không phải trả cho Google bất kỳ khoản nào để thêm hỗ trợ cho nó.Google đã phát triển VP9 như một codec mở và miễn phí để tránh đối phó với tình huống tiền bản quyền khó hiểu của H.265.

Google đã ủng hộ việc áp dụng VP9 khi quyết định sử dụng nó cho các video 4K trên YouTube. Bắt đầu từ năm 2016, nó cũng yêu cầu các nhà sản xuất thiết bị Android Tivi hỗ trợ codec. Cả hai điều này đều đủ để thúc đẩy VP9 thành công, ít nhất là ở mức độ cao hơn HEVC. Không có gì ngạc nhiên khi hầu như tất cả smartphone, trình duyệt và Tivi được phát hành từ năm 2017 đều có thể xử lý nội dung được mã hóa VP9.

Tuy nhiên, không có nhiều nhà cung cấp nội dung đã áp dụng VP9. Bên cạnh các nền tảng YouTube và Stadia của riêng Google, chỉ có Netflix đã áp dụng nó trong một thời gian ngắn.

AV1

AV1 là codec video mới nhất trong danh sách này và cũng đang định hình để trở thành người kế nhiệm thực sự cho H.264 phổ biến. Giống như VP9, ​​nó là mã nguồn mở và miễn phí bản quyền. Tuy nhiên, quan trọng hơn, có nhiều công ty hỗ trợ nó hơn bất kỳ codec nào trước đây. Sự phát triển của AV1 được dẫn dắt bởi Alliance of Open Media – một liên minh đa ngành của những người khổng lồ như Intel, Apple, Google, Adobe, Facebook và Arm. Với sự hỗ trợ như vậy, thật khó để tưởng tượng AV1 có thể chững lại như HEVC và các codec khác được thiết kế cho thời đại Streaming.

Thử nghiệm của Facebook vào năm 2018 cho thấy AV1 cung cấp khả năng nén tốt hơn 50% so với H.264. Một thử nghiệm khác kết luận rằng AV1 cung cấp giảm 10% và 15% kích thước file so với HEVC và VP9 tương ứng. Những con số đó có nghĩa là một bộ phim Blu-Ray 25GB 1080p được mã hóa trong H.264 có thể được nén xuống chỉ còn 12-13GB bằng AV1 thay thế – tất cả đều không có bất kỳ sự suy giảm nào về chất lượng hình ảnh.Bộ giải mã AV1 được hỗ trợ bởi Alliance of Open Media – một liên minh đa ngành của những người khổng lồ như Intel, Apple, Google, Adobe, Facebook và Arm.

Mặc dù thông số kỹ thuật của AV1 đã được hoàn thiện vào khoảng năm 2019, nhưng việc áp dụng đã tiến triển chậm hơn bạn mong đợi. Điều này là do hầu như không có phần cứng nào trên thị trường cung cấp mã hóa tăng tốc phần cứng cho codec cho đến tương đối gần đây. Không có điều đó, Đại học Quốc gia Moscow ước tính rằng mã hóa AV1 chậm hơn các đối thủ cạnh tranh từ 2.500 đến 3.000 lần.

Tương tự, khả năng giải mã AV1 cũng không phổ biến. Trong hệ sinh thái Android, Dimensity 1200 của Mediatek là chipset đầu tiên bao gồm khả năng tăng tốc phần cứng cho AV1 vào đầu năm 2021. Tuy nhiên, các đối thủ cạnh tranh trực tiếp của nó – Qualcomm Snapdragon 888 và 870 SoC – lại không hỗ trợ codec. Qualcomm không phải là một phần của Liên minh Phương tiện Mở và cũng không hỗ trợ AV1 trong chipset Snapdragon 8 Gen 1 mới nhất của mình .

Khi hỗ trợ cấp phần cứng cho AV1 phổ biến hơn, chúng ta có thể sẽ thấy ngày càng nhiều dịch vụ áp dụng nó. YouTube và Netflix đã sử dụng AV1 trên Android, Google Duo cũng vậy. Hơn nữa, tất cả các trình duyệt web chính – ngoại trừ Safari – đều hỗ trợ codec.

Apple ProRes

Không giống như các codec khác trong danh sách này, ProRes là một codec video tương đối thích hợp được thiết kế gần như dành riêng cho các nhà biên tập video và các chuyên gia. Nói một cách đơn giản, các video được lưu trữ trong ProRes lưu giữ nhiều thông tin hơn, với mức nén thấp hơn. Điều này làm cho công việc hậu kỳ như phân loại màu sắc dễ dàng hơn vì file vẫn giữ được lượng thông tin thô từ máy ảnh.

Tất nhiên, nhiều thông tin hơn và tỷ lệ nén thấp hơn có nghĩa là các file ProRes có xu hướng lớn hơn một chút. Theo Apple mô tả chi tiết codec, một giờ video 4K 30fps được mã hóa trong ProRes sẽ mang lại kích thước file là 280GB! Đây là lý do tại sao ProRes hầu như không bao giờ được sử dụng để phân phối nội dung và chỉ trong các giai đoạn sản xuất trung gian. Trên thực tế, Apple thậm chí sẽ không cho phép bạn quay video 4K ProRes trên mẫu iPhone 13 128GB.Apple ProRes là một codec trung gian ưu tiên chất lượng hơn là nén. Nó có nghĩa là để chỉnh sửa video và phân loại màu sắc, không phải là phân phối nội dung như các codec khác.

Vào năm 2021, Apple thông báo rằng iPhone 13 sẽ là smartphone đầu tiên có thể tùy chọn quay video trực tiếp trong ProRes. Cuối năm, nhà sản xuất máy bay không người lái DJI đã phát hành Mavic 3 Cine – máy bay không người lái tiêu dùng hàng đầu của hãng – với khả năng ghi âm trong ProRes. Về mặt mã hóa, Apple đã bao gồm các bộ gia tốc ProRes chuyên dụng trong các công cụ phương tiện của M1 Pro và M1 Max SoCs của mình.

Chia sẻ suy nghĩ, quan điểm của bạn

Leave a reply

Tìm kiếm

Copyright Saohaivuong All Rights Reserved.

Sao Hải Vương
Logo