Переменный битрейт - Википедия - Variable bitrate

Переменный битрейт (VBR) - термин, используемый в телекоммуникации и вычисление что относится к битрейт используется при кодировании звука или видео. В отличие от постоянный битрейт (CBR), файлы VBR изменяют объем вывода данные за временной сегмент. VBR позволяет выделять более высокий битрейт (и, следовательно, больше места для хранения) более сложным сегментам файлов мультимедиа, в то время как меньше места выделяется менее сложным сегментам. Среднее значение этих ставок может быть рассчитано для получения средний битрейт для файла.

MP3, WMA и AAC аудиофайлы могут быть дополнительно закодированы в VBR, а Opus и Vorbis по умолчанию закодированы в VBR.^[1]^[2]^[3] Кодирование с переменной скоростью передачи данных также обычно используется на MPEG-2 видео, MPEG-4, часть 2 видео (Xvid, DivX, так далее.), MPEG-4, часть 10 /H.264 видео, Теора, Дирак и другие форматы сжатия видео.^{[нужна цитата ]} Кроме того, кодирование с переменной скоростью является неотъемлемой частью сжатие без потерь такие схемы как FLAC и Яблоко без потерь.^{[нужна цитата ]}

Преимущества и недостатки VBR

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, с меньшим количеством битов, используемых в менее требовательных отрывках, и большим количеством бит, используемых 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 канала связи. Этих проблем можно избежать, ограничив мгновенный битрейт во время кодирования или (за счет увеличения задержки) увеличив буфер воспроизведения.

В прошлом многие аппаратные и программные плееры не мог правильно декодировать файлы с переменным битрейтом, отчасти потому, что различные используемые кодеры VBR не были хорошо разработаны.^{[нужна цитата ]} Это привело к обычному использованию CBR вместо VBR ради 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.^{[нужна цитата ]}

Поддержка VBR в файлах AAC и MP3 встречается в большинстве современных цифровые аудиоплееры, в том числе выпущенные яблоко, Microsoft, Креативные технологии, 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.^{[нужна цитата ]}

Методы кодирования VBR

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

Многопроходное кодирование и однопроходное кодирование

VBR создается с использованием так называемого однопроходное кодирование или же многопроходное кодирование. 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 фиксированное качество установка или диапазон битрейта (минимальный и максимальный допустимый битрейт) или средний битрейт параметр. Многопроходное кодирование используется, когда качество кодирования наиболее важно. Многопроходное кодирование нельзя использовать в кодировании в реальном времени, в прямом эфире или в прямом эфире. потоковая передача. 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 предлагает 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

Одним из способов кодирования VBR является фиксированный квантователь или же фиксированное качество кодирование. Обычно это однопроходное кодирование. Пользователь указывает данное субъективное значение качества, а кодировщик выделяет 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, и для достижения определенного среднего битрейта требуется методом проб и ошибок. Обычно это больше беспокоит видео, чем аудио, поскольку размеры файлов намного больше, а кодирование может занять гораздо больше времени.

Диапазон битрейта

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

Средний битрейт (ABR) кодирование может использоваться, чтобы гарантировать, что выходной поток достигает 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 «кодирование ABR» и «многопроходное кодирование» для обозначения одно- и многопроходного кодирования ABR соответственно.

Некоторые кодировщики также позволяют пользователю указать максимально допустимый битрейт или максимальное значение качества. Иногда это называют Ограниченный переменный битрейт (CVBR), и обычно применяется к алгоритмам ABR.

Недостатком однопроходного кодирования ABR (с CVBR или без него) является противоположность фиксированного квантователя VBR - размер выходного сигнала 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 увеличенный максимальный битрейт может вызвать заикание при потоковой передаче файла. Однако слишком низкое снижение этих критериев в конечном итоге приведет к весьма значительным потерям качества. Эффект на видео обычно проявляется в повышенной блочности, потому что кадры больше не детализируются при их визуализации.

Многопроходное кодирование ABR больше похоже на фиксированное квантование 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 при значительном количестве движения или белый шум потребуется более высокая скорость передачи данных для кодирования без видимого артефакты. В конце концов, пользователю, возможно, придется использовать метод проб и ошибок для достижения минимального размера файла для данного видеопотока путем кодирования с заданным битрейтом и последующего просмотра результатов.

Размер файла

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]