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Laboratório de Codificação de Vídeo

explore os compromissos práticos de codificação antes de exportar

A carregar a simulação interativa...

por que a taxa de bits falha primeiro em cenas rápidas

Cada quadro carrega uma «demanda» de entropia — quantos bits ele realmente precisa para parecer nítido, determinada pela resolução, taxa de quadros, movimento e detalhe de crominância. A taxa de bits escolhida é um «orçamento» fixo: distribuído uniformemente por todo o clipe no modo CBR, ou direcionado a uma qualidade-alvo por cena no modo CRF. Quando a demanda de uma cena rápida e detalhada ultrapassa esse orçamento, o codificador não tem escolha a não ser arredondar de forma mais agressiva para se manter dentro do limite de bits — e é exatamente por isso que o blocking e o borrão aparecem primeiro nas cenas mais movimentadas, não nas calmas.

Arquivos menores, mesma imagem, mais lentos de criar

Codecs mais novos comprimem a mesma imagem em menos bits, e este laboratório coloca números nisso: com qualidade equivalente, ele modela o H.265 em 72% do tamanho do H.264 e o AV1 em 58%. Mudar para H.265 economiza portanto cerca de um quarto, e mudar para AV1 um pouco mais de 40%. A armadilha que este laboratório sugere: essa economia custa processamento. O AV1 pode levar muitas vezes mais tempo para codificar que o H.264. Regra prática: escolha o codec mais novo que seus dispositivos reproduzam e que seu tempo permita.

Por que 60 fps não custa o dobro

Intuitivamente, o dobro de quadros deveria exigir o dobro da taxa de bits — mas não exige. Quanto mais próximos no tempo dois quadros estão, mais parecidos são, então a compensação de movimento do codificador só guarda diferenças mínimas entre eles. Passar de 30 para 60 fps com a mesma qualidade costuma adicionar apenas cerca de 30–50% mais bits, não 100%. Os quadros extras são baratos porque são quase cópias de seus vizinhos.

Problema resolvido na íntegra

  1. Compressão de dois minutos de 1080p30 a 6 Mbit/s 5 passos

    Dois minutos de 1080p30 a 6 Mbit/s perfazem 90 MB. Calcule quanta compressão isso representa e encontre o número único que permite compará-lo com um fluxo 4K.

    1. Comece pelo que a câmara produz. A resolução multiplicada pela taxa de fotogramas dá a taxa de píxeis, e é um número elevado: 62,2 milhões de píxeis a cada segundo.

      1920×1080×30=62 208 000 px/s,30×120=3600 frames1920\times1080\times30=62\,208\,000\ \mathrm{px/s},\qquad 30\times120=3600\ \text{frames}

    2. O tamanho do ficheiro é o débito binário multiplicado pela duração, sendo a única armadilha a distinção entre bits e bytes. 90 MB para dois minutos.

      size=6 Mbit/s×120 s8=90 MB\text{size}=\frac{6\ \mathrm{Mbit/s}\times120\ \mathrm{s}}{8}=90\ \mathrm{MB}

    3. O débito binário por si só não pode ser comparado entre formatos — 6 Mbit/s é generoso para 720p e escasso para 4K. Dividir pela taxa de píxeis remove a resolução e deixa bits por píxel-segundo, o que já o permite.

      BPPs=6×10662 208 000=0.0965 bits per pixel-second\mathrm{BPPs}=\frac{6\times10^{6}}{62\,208\,000}=0.0965\ \text{bits per pixel-second}

    4. O formato 4:2:0 não comprimido a 8 bits tem uma média de 12 bits por píxel, pelo que o fluxo bruto seria de 746 Mbit/s.

      raw 4:2:0 8-bit=12 bits/px⇒746 Mbit/s\text{raw 4:2:0 8-bit}=12\ \text{bits/px}\Rightarrow746\ \mathrm{Mbit/s}

    5. Em comparação, 6 Mbit/s representa uma razão de compressão de cerca de 124 para 1 — e a imagem continua perfeitamente visualizável, que é a verdadeira promessa dos codecs modernos.

      7466=124× compression;4K at the same BPPs=24.0 Mbit/s\frac{746}{6}=124\times\ \text{compression};\qquad \text{4K at the same BPPs}=24.0\ \mathrm{Mbit/s}

    Resposta

    A ferramenta apresenta 62.208.000 px/s, 3.600 fotogramas, 90 MB e 0,0965 bits por píxel-segundo. Este último valor é o valor transponível. Mantendo-o fixo, o 4K necessita de 24 Mbit/s — quatro vezes mais píxeis, quatro vezes mais débito binário, o mesmo orçamento visual por píxel. É também assim que se determina se um serviço de streaming está a ser generoso: divide-se o seu débito binário pela taxa de píxeis e compara-se, em vez de discutir megabits para formatos que não têm o mesmo tamanho.

    BPPs=bitratew h f is resolution-free; 124× compression here\mathrm{BPPs}=\frac{\text{bitrate}}{w\,h\,f}\ \text{is resolution-free};\ 124\times\ \text{compression here}
Referências (1)

· Verificado com fontes publicadas. Correções bem-vindas.