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什麼是編解碼器(codecs):視訊編解碼器(video codecs)的前世今生

什麼是編解碼器(codecs):視訊編解碼器(video codecs)的前世今生

2022-07-16

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編解碼器(codecs) 是所有數位媒體的基石。若沒有它們,我們就無法有任何媒體內容,包括照片、視訊和音訊。討論不同檔案格式時,您可能聽過編解碼器(codecs)一詞,不過您真正知道這是什麼嗎?或許略知一二,等閱讀本文後,您將有更深入的瞭解。

本文將為您介紹編解碼器,再指引您深入認識視訊編解碼器,以及視訊編解碼器的發展歷程和未來。

什麼是編解碼器(codecs)?

根據牛津字典,編解碼器是一種可壓縮資料的裝置或程式,以利更快速地傳輸資料和讓接收裝置解壓縮。Codec 編解碼器一詞結合 Encoder 編碼和Decoder 解碼(或者也有可能是 Compressor 壓縮和 Decompressor 解壓縮,因此是 Co-Dec )。

編解碼器的用途是加速數位媒體的儲存和傳輸,因為數位內容的原始格式通常需要很大的儲存空間。

根據 Mozilla 的計算,一部 2 小時的未壓縮視訊需要高達 1.79 TB 的儲存空間。現在,想像透過網路傳輸這些未壓縮的媒體所需要的頻寬,那會消耗多少成本。這就是編解碼器在創作、編輯和傳輸媒體檔案時派上用場之處。編解碼器的用途是傳輸可被接受的清晰影像,同時又可以大幅縮減原始檔案的大小。

什麼是視訊編解碼器(video codecs)?

視訊編解碼器 (video codecs) 是壓縮和解壓縮數位視訊的硬體或軟體,縮小檔案以利視訊的儲存和傳輸。編解碼器同時優化檔案,以供各種裝置播放。

為影片編碼時,視訊編解碼器扮演重要角色。視訊編解碼器同時為視訊檔案進行演算並製作副本,以壓縮視訊方便儲存和傳輸,和稍後觀看時解壓縮。基本上有兩種視訊邊解碼器:無損(loseless) 和有損 (lossy)。無損編解碼器在解壓縮後仍保留原本擷取的數據,而有損編解碼器則透過刪除不必要的數據,製作原始數據的「高品質壓縮版」。

有損編解碼器(lossy codecs)是今日普遍使用的類型,因為可將數據率降低至合理的程度,同時製作高品質的視訊。有損編解碼器的缺點是數據率越低,被壓縮檔的畫質或音質與原始檔差距越大,因為在壓縮過程中遺失了重要資訊。

視訊編解碼器(video codecs)和視訊容器(video container)有何差異?

如果用一句話解釋的話,視訊編解碼器是如何壓縮和打包視訊的方法。常見的編解碼器有 H.264、VP9、HEVC 和 AV1 等⋯⋯我們稍後將更詳細地解說這些編解碼器。視訊容器,意義如同其名,包含一組不同格式的影音數據,如影像、音訊、元數據(metadata)、編解碼器等,也稱為視訊格式,或副檔名。常見的視訊容器格式有 MP4、MKV、FLV、MOV 等。

視訊編解碼器的發展歷程

自 1990 年代初期,動態影像專家組(Moving Picture Experts Group)標準化 MPEG-1 編碼標準以來,我們已有長足進展。影像編碼大多數的基本概念,如轉換編碼(transform coding)、熵編碼(entropy coding)、動態預測和補償(於 1970 和 1980 年代初期開發。不久後推出 MPEG-2 編解碼器,過去應用在 SD 和 DVD。

接下來幾年,出現許多標準化的編解碼器,如 MPEG-4、H.263、AVC (H.264)、HEVC (H.265)、AV1、 Theora,以及隨後的 VP9。2000 年初,MPEG-2 成為主流視訊編解碼器,專門用於壓縮電視節目和 DVD 電影。

幾年後,H.264 或先進視訊編碼 (AVC) 成為最熱門的視訊編解碼器。H.264 讓高解析度視訊得以出現,並使 YouTube 分別在 2008 和 2009 年推出720p 和1080p解析度影片。由於其廣泛的相容性,網路上大多數內容仍以H.264編解碼器編碼。

高效率視訊編碼(HEVC)或H.265是熱門H.264編解碼器的繼任者,擁有超高解析度等新特點。HEVC促使Ultra HD、4K和8K視訊得以推出。然而,使用H.265必須取得3個不同實體的許可並支付權利金,因此H.265不像前一代的編解碼器般獲得廣泛採用,其普遍性受阻。即便到今日,如Chrome、 Firefox和Edge等主流瀏覽器仍完全不支援HEVC。

新一代的編解碼器

圍繞 HEVC 的專利和權利金問題促使Google開發開放原始碼,免權利金的 H.265 替代方案,就是 VP9。幾乎大多數的瀏覽器、行動裝置和智慧裝置都支援 VP9。VP9 適合 Ultra HD 和 4K 視訊,因此獲得 YouTube 和 Netflix 部分內容的採用。就相容性而言,VP9 僅次於 H.264,然而提供更先進且更高品質的壓縮。

AV1 是開放媒體聯盟(Alliance of Open Media)所開發,開放原始碼、免權利金的最新編解碼器之一。根據 Facebook 測試,AV1 的壓縮效果比熱門的 H.264 高 50%。目前被視為串流媒體編解碼器首選,獲得 Netflix、Google、Amazon和 YouTube 的支持。作為相對較新的編解碼器,在硬體上的支援仍低,不過預期往後數年將提升。

結論

以上就是關於編解碼器,您所必須知道的一切!由於每個編解碼器都有不同的功能,而每個內容播放者和組織機構各有不同的基礎設施和原有系統,因此在編解碼器的領域,很難說哪一個是最佳選擇。

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