Аудио и видео: о контейнерах и кодеках

К теме о штатном навигаторе и его мультимедийных возможностях.

Чтобы избежать трудностей при воспроизведении видео я перекодирую нужные мне видео программой со следующими настройками:

Ставить настройки качества изображения или звука выше возможно, но на мой взгляд лишено смысла ввиду ограниченности разрешения дисплея и звукового тракта навигатора. Разрешение более 480p — не воспроизводится плеером ! Количество пикселей по горизонтали может быть более 800 (физическое разрешение экрана), но не более 856! А вот количество строк в изображении не может превышать 480 (физическое разрешение дисплея). Повторюсь, с такими настройками, как выше, у меня проблем с воспроизведением видео не было никаких. При работающем навигаторе тормозов с MPEG-1 и MPEG-2 не было. С MPEG-4 — тормоза появляются. Тогда приходится "тушить" навигацию…

Переконвертированный файл с исходным разрешением HD Ready 1280х720 имеет следующие свойства:

Разрешение полученного видео 856х480. Это больше, чем физическое разрешение экрана 800х480. При этом картинка заполняет весь экран. Нет черных полос сверху и снизу. Поэтому на экране отображается как раз оставшиеся и влезшие в кадр 800 пикселей по горизонтали. А 28 пикселей слева и 28 пикселей справа — отсутствуют. Именно благодаря этому — картинка на весь экран. Это называется "кроп". Пропорции изображения не страдают при этом. Просто теряется его "незначительная" часть — края…

Если нет желания терять часть картинки, то можно оставить изображение с чёрными полосами сверху и снизу, как в исходнике. Для этого в настройках следует выбрать разрешение конечного файла "480p", а "720х480 HD".

Если разрешение исходного видео имеет пропорции шире, чем 16:9, то разрешение конечного файла следует ставить не "480p", а "720х480 HD". Правда в таком случае появятся черные полосы сверху и снизу. А все горизонтальные пиксели будут интерполированы в 720 пикселей. Но видео воспроизводиться будет. Если настройку не поменять, то у полученного видео количество пикселей по горизонтали будет более 856. И видеоплеер кроп не сделает (по неизвестным мне причинам). Просто такое видео не будет воспроизводиться.

Иными словами говоря, видеоплеер штатного навигатора воспроизводит беспроблемно файлы, удовлетворяющие следующим критериям:
= количество пикселей по горизонтали не превышает 852 (на экране будет видно только 800);
= количество строк изображения не превышает 480 (при меньшем количестве строк на экране будут черные полосы сверху и снизу);
= формат контейнера MPG;
= кодек MPEG-1 или MPEG-2.

Популярные в настоящее время контейнеры

Контейнер — это формат файла, определяющей распределение аудио, видео, а в некоторых случаях и текстовой информации внутри него. Типом контейнера в большинстве случаев не выбирается тип кодирования (сжатия) информации внутри файла. А сам тип контейнера легко определяется по расширению файла.

AVI (Audio Video Interleaved), чередующееся аудио/видео — старый (1992 год!) и до сих пор весьма популярный тип контейнера. Его появлению мы благодарны фирме Microsoft и пакету Video for Windows. В настоящее время начинает сдавать позиции более современным контейнерам из-за отсутствия нормальной поддержки нескольких аудиодорожек, субтитров и современных кодеков (вроде h.264), тем не менее, ещё долго будет пользоваться популярностью из-за широчайшей поддержки производителями бытовой техники. Обычно используется в сочетании с кодеками семейства MPEG4/DivX/Xvid и сжатым в mp3 звуком.
MKV (Matroska, "Матрёшка") — современный контейнер, разработан как open source проект и лишён всех недостатков AVI — поддерживаются современные видео и аудиокодеки, несколько аудиодорожек и внедрение нескольких дорожек с субтитрами. Обычно, но вовсе не обязательно применяется в сочетании с современными кодеками h.264/x.264/AVC-1. Субъективно является наиболее популярным для дистрибуции в Интернете и локального хранения видео высокого качества.
Но никто не мешает, например, поместить внутрь MKV видео, сжатое"старым добрым" Xvid. Более того, в некоторых ситуациях такие действия оправданы.
QuickTime (расширения файлов — *.mov или *.qt) — достаточно прогрессивный контейнер, созданный фирмой Apple, поддерживает практически все популярные кодеки и внедрение субтитров, более, того, в отличие от MKV куда более пригоден для редактирования видеоматериала, записанном в таком контейнере.
Однако его нормальная поддержка возможна только при установленном на компьютере пакете Apple QuickTime, сторонние open source реверс-инжиниринговые разработки полной функциональности не обеспечивают.
ASF/WMV/WMA (Advanced Stream Format/Windows Media Video) — замена AVI от Microsoft, расширения файлов, соответственно: ASF, WMV, WMA (для звуковых файлов). Несмотря на все прогрессивные нововведения (поддержка нескольких дорожек, глав, новых кодеков), поддержка h.264 им по-прежнему затруднительна, что ставит под большой вопрос будущее этого контейнера.
FLV — Adobe Flash Video. Получил бешеную популярность из-за Youtube. В процессе эволюции научился использовать современные видео и аудиокодеки, однако ориентация его на короткие и сильно сжатые интернет-ролики ограничивает сферу его распространения. Встраиваемые субтитры почему-то не поддерживает.
BDMV — фактически, несжатый образ Blu-Ray диска, обладает всеми мыслимыми "вкусностями" (поддержка всех современных аудио и видеоформатов, вплоть до 3D), но предъявляет серьёзные требования к дисковому пространству и к нагрузке на декодер. Поэтому поддержка его аппаратными плеерами пока весьма ограничена.
3GP — контейнер, ориентированный на съёмку видео мобильными телефонами. Отсюда ограниченная поддержка аудиоформатов, видеоформаты поддерживаются весьма прогрессивные. Никаких альтернативных аудиодорожек, вместо субтиров — таймкод. Оружие мобильного репортёра, проще говоря.
MP4 — достаточно прогрессивный контейнер, поддерживает сжатие видео не только в MPEG4, как можно подумать из названия, но и более современными методами. Но уступил "матрёшке" в части поддержки субтитров и аудиоформатов.
Divx — контейнер от создателей одноимённого кодека. Несмотря на некую прогрессивность, такого же распространения не получил. Причина — может использовать только одноимённый кодек для видео, ну и кому после этого он нужен, если "матрёшка" универсальнее.
VOB — на самом деле официальное название этого контейнера MPEG 2 Program Stream — т.е. фактически это содержимое DVD. Поддерживает только два видеокодека, MPEG1 и MPEG2, в остальном — эталон эпохи "до HDTV", потому что есть поддержка субтитров, глав (если брать диск целиком как единый контейнер) и различных звуковых форматов, включая весьма прогрессивные.
.ts MPEG 2 Transport stream, также встречается в виде файлов с расширением m2ts и mts — популярен благодаря спутниковому цифровому вещанию, способен использовать, несмотря на название, современные кодеки и FullHD разрешения. Популярен среди любителей спутникового телевидения, но по гибкости использования уступает "Матрёшке".
OGG — контейнер, формально предназначенный для хранения звука в формате OGG Vorbis, но может хранить и видео. Несмотря на заявленные возможности, представляет собой экзотику (это касается видео), для звука этот контейнер уже, можно считать, прижился.
WAV — контейнер, предназначенный для хранения звука, вовсе не обязательно несжатого.
ISO — просто образ оптического диска. Внутри может быть всё что угодно. Как это переварит плеер — уже задача его разработчиков.
MPG — наследие VideoCD, контейнер для видео в формате только MPEG 1. Звук — mp3 или его более ранние варианты. Известен тем, что воспроизводится практически везде и всем.

Кодеки для видео

MPEG1 — с него, собственно и началось массовое распространение видео на ПК. Создавался для VideoCD, но может встретиться на DVD или в mpg-файле. Легко декодируется даже техникой времён Pentim1 20.
MPEG2 — собственно, мы его видим не только на DVD. Им может быть сжато видео в различных подвидах цифрового телевидения, в .ts файле и даже на Blu-Ray, где он является одним из трёх обязательных кодеков. Наверное, сейчас это самый популярный видеокодек в мире, раз пережил FullHD революцию.
MPEG4 — Несмотря на техническое совершенство, в "чистом" виде практически не получил распространение из-за ряда ограничений на использования. Последствия читаем ниже
DivX — культовая первая версия 3.11 этого кодека представляла собой фактически взломанный Microsoft MPEG4 и позволяла создавать "DVD-rip" в контейнере AVI, умещавшийся на одну или две болванки, позволяя экономить на дорогой DVD-болванке или лицензионной копии DVD-фильма. Сейчас поддерживается всеми актуальными программными и аппаратными видеоплеерами. В дальнейшем, несмотря на выход новых версий, развитие кодека затормозилось и он сдал позицию своему конкуренту, читаем дальше:
XviD — open source версия DivX, быстро обогнавшая своего "предка" в развитии, не имевшая лицензионных проблем, а также быстро "взятая на вооружение" и производителями оборудования и поставщиками контента.
Наиболее современный и популярный видекодек "поколения MPEG4" в наше время. В качестве контейнера для него чаще всего используется AVI, но иногда и MKV.
WMV7/WMV8 — дальнейшее развитие MPEG4 от Microsoft, широкого распространения не получили. Дальнейшие усилия были брошены на разработку WMV9
h.264 — революция в мире кодирования видео, де факто созданная по заказу ВС США ещё первого десятилетия XXI века. Также иногда именуется "MPEG-4 Part 10" или просто "AVC". Из-за фантастического преимущества в качестве изображения относительно размера файла над кодеками семейства MPEG4, h.264 быстро распространился везде, где смог. Например, он стал основным обязательным кодеком видео для Blu-Ray, а также начал вытеснять другие кодеки из контейнеров вроде FLV или 3GP. В распространяемом в интернете высококачественном видеоконтенте очень часто встречается сочетание MKV/h.264, из-за чего эти аббревиатуры некоторые пользователи ошибочно считают синонимами.
Однако добавим в эту бочку мёда и приличную ложку дёгтя — аппаратному требования к декодированию сжатому в h.264 видео очень высоки, даже если речь не идёт о FullHD разрешении. Поэтому для многих старых аппаратных медиаплееров апгрейд путём перепрошивки для поддержки нового кодека оказался невозможен по причине банальной нехватки вычислительной мощности декодера. При этом поддержку новых контейнеров вроде mkv добавить было легко, что приводило к понятным казусам. Более того, воспроизведение h.264-контента на компьютере также требует либо двухъядерного процессора, либо аппаратной поддержки декодирования AVC со стороны видеокарты (к счастью, это сейчас встречается практически поголовно). А вот с планшетами и нетбуками не всё-так очевидно.
x.264 open source реверс-инжиниринговая переработка h.264. Вопрос их сравнения выходит за рамки этого FAQ. Используется в основном для дистрибуции высококачественного контента в интернете.
WMV9 — первый кодек нового поколения (рассчитанного на FullHD) от Microsoft, имея сравнимые с описанным ниже h.264 характеристики, не получил столь широкого распространения по причинам нетехнического плана.
VC-1 — ответ Micrsoft на h.264, создан на основе WMV9. Также является обязательным кодеком для Blu-Ray плееров. Отличается меньшей универсальностью.

Форматы кодирования аудио со сжатием

MP3 (вернее, MPEG 1 Audio Level 3) — без комментариев, поддерживается везде и всем, недостаток этого "вечного" формата один — всего два канала, что ограничивает его применение в современных домашних кинотеатрах.
MPEG 2 Audio Level 3 многоканальный (5.1) mp3.
WMA — Windows Media Audio, формально более качественный и современный конкурент mp3 от Microsoft. Мало распространён, хотя широко поддерживается аппаратурой.
OGG Vorbis — более качественный современный конкурент mp3 от сообщества open source. Лишён каких-либо лицензионных ограничений, используется всё чаще.
AAC — Advanced Audio Coding — основной аудиоформат Apple, внедрённый во все их iPad iPad, iPhone, iTunes и т.п. Основное достоинство — технически более совершенен, чем mp3, допускает частоты дискретизации до 96кГц и теоретически совершенно безумное число каналов в одном файле — до 48. Также применяется в цифровом спутниковом радио. Как и mp3 это формат со сжатием, качество 96Кбит/c AAC сравнимо с качеством 128Кбит/c mp3 (речь идёт о двух каналах в обоих случаях).
Dolby Digital (AC-3) — вероятно, наиболее популярный стандарт для цифрового аудио в кинематографе, из-за того, что появился на рынке аж в 1995 году, существует в двух вариантах — DD2.0 (для качественного стереозвука) и DD5.1 — пять полноценных каналов и один ущербный для сабвуфера. Плеерами поддерживается поголовно по понятным причинам, битрейтом 640 Кбит/c во всех случаях.
Dolby Digital Plus (E-AC-3) — попытка улучшить обычный Dolby Digital, но декодеры и ресиверы предыдущего поколения обратно не совместимы с дорожками в формате Dolby Digital Plus, причины этого в радикальных изменениях : количество каналов возросло до 7.1, битрейт — до 1,7Мбит сек. Через S/PDIF такое не пролезет (при передаче по такому кабелю придётся применять даунмикс в DD5.1 или в DTS с потерей качества), а нормально с Dolby Digital Plus справляется HDMI начиная с версии 1.3, встретить такие дорожки можно на Blu-Ray дисках.
Dolby TrueHD — Практически имеем 8 почти несжатых дорожек в 96КГц/24бит или 6 в 192КГц/24бит, суммарный битрейт доходит до 18 Мбит/cек, что требует декодирования в плеере и передаче на ресивер в аналоговом тракте, либо использования HDMI 1.3 И выше. Для Blu-Ray эта система кодирования звука опциональна.
DTS — цифровая система кодирования звука с потерями для кинотеатров, позже появившаяся и на DVD, является аналогом Dolby Digital 5.1, но несколько гибче, позволяя в дополнение к 2.0 и 5.1 использовать и другие схемы, вроде 4.0 и 4.1, также есть выбор между двумя фиксированных битрейта 1500Кбит/с и 750 кбит/с. В первом случае DTS однозначно превосходит Dolby Digital по качеству звука, во втором — разница между системами является предметом споров.
DTS-HD — дальнейшая эволюция DTS, количество каналов доведено до 7.1 в режиме 96КГц/24бит, битрейт выбирается между 6Мбит/c и 3Мбит/с, является опциональным звуковым форматом для Blu-Ray. Ситуация с передачей звука на ресивер примерно та же, что и с DolbyTrueHD.

Форматы кодирования аудио без сжатия или со сжатием, но без потерь

LPCM — это просто вообще несжатое аудио. Обычно — стерео. Не путайте с WAV-файлом, это контейнер, и внутри может быть что-то отличное от PCM WAV.
APE — специфический формат сжатия аудио без потерь. Любим аудиофилами.
Flac — его конкурент и аналог, отличия между ними выходят за рамки этого обзора.
Lossless Audio
Apple Lossless

Форматы субтитров

SRT — текстовый формат, может прилагается в виде отдельного файла с таким же расширением. По сравнению с первыми версиями этого формата оформительские возможности значительно возросли. Также может существовать внутри MKV.
SUB/IDX — графический формат субтитров, извлечённых из DVD. Может помещаться внуть MKV или MP4.
s2k, ssa, ass — ещё несколько продвинутых текстовых форматов, ass может быть помещён внутрь MKV.
smi — текстовый формат, основанный на SGML, прямом предке HTML.
PGS — графический формат субтитров, основной для Blu-Ray, но может существовать и в контейнерах ts и MKV.