vbr что это за формат
Что такое CBR, ABR, VBR?
Автор: Александр Радзишевский (Alex Y. Radzishevsky)
Copyright (C) 1998-2007, Alex Y. Radzishevsky
Что такое CBR и VBR?
Как известно, результатом кодирования сигнала с помощью такого алгоритма, как, например, MPEG-1 Layer III (MP3) (и множества других алгоритмов), является бит-поток с фреймовой (блочной) структурой. Это объясняется тем, что кодирование исходного потока производится не целиком, а по частям. То есть фактически исходный поток разделяется на блоки определенной фиксированной длины, затем каждый блок (фрейм) в отдельности подвергается кодированию и результат (кодированный блок информации) направляется в результирующий поток (будь то файл или поток данных).
Каковы отличия режимов CBR, VBR и ABR применительно к кодеру Lame?
Прежде чем начать разговор, уточним две детали:
1. Кодирование в MP3 происходит поблочно: кодируемый файл разбивается на фреймы (кадры) с одинаковым интервалом, каждый кадр кодируется и записывается в выходной поток; таким образом, выходной поток также имеет кадровую структуру.
2. Фреймы могут быть закодированы не на любом битрейте, а только на одном из входящих в таблицу стандартных для MPEG1 Layer III битрейтов: 32, 40, 48, 56, 64, 80, 96, 112, 128, 160, 192, 224, 256, 320. Кодирование на любых промежуточных битрейтах («freeformat») стандартом не предусмотрено.
Люди, использующие VBR в Lame, обычно аргументируют это фразой: «я хочу получать постоянное качество, а не постоянный битрейт». Действительно, ведь в музыке бывают простые пассажи, на которые вполне хватает и 128 Кбит/сек (например паузы между песнями), а бывают и сложные, на которых человек с хорошим слухом, хорошей аудио картой и прочей аудиоаппаратурой услышит дефекты компрессии даже на 320 Кбит/сек. На самом деле такой аргумент не совсем правомочен.
Даже в режиме CBR, mp3-кодер может перераспределять биты во времени, выделяя большее или меньшее количество бит во время сложного или простого пассажей, что позволяет в целом улучшить качество звучания. Такое перераспределение бит делается за счёт так называемого резервуара бит: во время кодирования простых пассажей кодер тратит на них не весь заданный пользователем битрейт, а лишь около 90%, около 10% экономится в резервуаре для кодирования сложных мест (изначально резервуар пуст). При кодировании сложных пассажей кодер будет использовать все 100% указанного битрейта и добавлять дополнительные биты из резервуара (если таковые имеются, то есть если резервуар не пуст). К сожалению, в соответствии со стандартом, размер резервуара ограничен. Это означает, что если простой сигнал продолжается достаточно долго, резервуар накапливает свой объем до определенных максимально допустимых пределов и далее кодирование идёт уже с использованием всех 100% битрейта. И обратная ситуация: если сложный сигнал продолжается достаточно долго, из резервуара (постепенно) забираются все сэкономленные биты и далее кодирование идёт с использованием уже теперь всех 100% битрейта.
Главное отличие ABR от CBR в том, что в CBR все фреймы обязаны быть одного размера (то есть битрейт для всех фреймов должен быть одинаков), в ABR же это ограничение снято, соответственно, существует возможность вместо стандартного весьма ограниченного по размеру резервуара использовать практически бесконечный «виртуальный» резервуар. Выглядит это приблизительно следующим образом.
Простые пассажи кодируются меньшим количеством бит, на них берётся примерно 95% от указанного битрейта B, но теперь остаток не откладывается в резервуар, кодер просто берёт фрейм с меньшим битрейтом. Возникающая разница (оставшиеся биты) записывается в стандартный резервуар (не выбрасывать же оставшиеся биты. ). Пример. Допустим пришел «простой» пассаж. Тогда кодер берет все биты (если таковые есть) в резервуаре (настоящем), потом ищет ближайший стандартный битрейт, при котором суммарное количество бит, получившееся для этого фрейма (все биты из резервуара + взятый битрейт), составит 95% от заданного пользователем битрейта B, производит кодирование, а лишние биты (если они остались) снова сохраняет в резервуаре.
Методы оценки сложности сигнала
Таким образом, основное отличие CBR, ABR и VBR, как вы уже наверное поняли из сказанного выше, состоит в использовании разных методов подсчёта необходимого для кодирования каждого фрейма количества бит.
Методы оценки сложности сигнала: метод 1 (VBR)
Первый метод основан на вычислении «психоакустической маскировки» и «ошибки кодирования». Этот метод используется в VBR и теоретически должен был бы давать максимальное качество если бы психоакустическая модель Lame’а была идеальна. В основе этого метода лежит очень простая идея: на кодирование выделяется минимальное количество бит, необходимое для выполнения условия: [ошибка_кодирования]
Что такое битрейт? Какая разница между CBR и VBR?
Битрейт — основополагающий параметр сжатия видео. Он выражает общую степень сжатия потока и тем самым определяет размер требуемого канала передачи данных. Чем выше битрейт, тем больше деталей видеоизображения удается сохранить, и тем реалистичнее выглядит видео. При выборе битрейта всегда приходится находить баланс между качеством кодирования и размером канала.
Существует два основных подхода к распределению битов в потоке: постоянный (constant bitrate — CBR) и переменный (variable bitrate — VBR) битрейты. Под постоянным и переменным битрейтом инженеры могут подразумевать две разные вещи. При вещании имеется в виду постоянное или переменное количество бит, которое передается за 1 секунду. При кодировании — постоянное и переменное наполнение и опустошение буфера с одной или разной скоростью.
CBR показывает стабильный уровень битрейта независимо от сцены, не создает резких перепадов нагрузок. CBR не оптимален со стороны качества, потому что поток не изменяется в зависимости от динамики и сложности видео.
Позволяет в сложных местах повышать битрейт и снижать степень сжатия, чтобы получать более качественное изображение. Переменный битрейт регулируется в зависимости от скорости изменения картинки. Например, битрейт статичного видеофрагмента (заката) будет значительно ниже, чем битрейт движения (автомобильной погони).
Больше полезной информации о видео технологиях вы можете найти здесь.
Выбор битрейта для записи мультимедиа
Битрейт (bitrate, англ.) — означает величину (численность) бит, которая используется для записывания или передачи мультимедийного материала, длящегося на протяжении одной секунды. При фиксации мультимедийного (аудио и видео) контента в формате МР3 происходит его поблочное сжатие с помощью определённых процедур (алгоритмов). А эти алгоритмы подразделяются на виды в зависимости от битрейта (его величины). На каждый из таких блоков (фреймов) отводится от тридцати двух до трёхсот двадцати бит.
Кодирование
Алгоритмы VBR, CBR и ABR, используемые для кодирования в МР3-формате, не обеспечивают полную сохранность качества — оно теряется. Впрочем, это можно ощутить только при просмотре (проигрывании) лишь на качественной аппаратуре.
Для непрофессионального взгляда материал, записанный с использованием механизмов VBR, CBR и ABR, будет выглядеть вполне качественно.
Проведём анализ различий в алгоритмах VBR, CBR и ABR, для того чтобы знать, каким из них правильно воспользоваться для записи и последующего хранения или передачи файлов. Какой из них лучше для качества или для решения других задач.
Constant bitrate
Как видно из названия (constant — постоянный, англ.), в этой разновидности алгоритма на одну секунду материала выделяется постоянное количество бит. Все блоки равны друг другу.
Благодаря использованию CBR есть возможность заранее знать размер исходного файла или ширину потока. Это важно для передачи информации по каналам, обладающим ограниченной шириной.
Алгоритм Constant bitrate
Применение такого кодирования не идеально:
Недостатки качества при записи «сложных» участков решаются повышением битрейта, например, до максимальных 320 кбит/с, но при этом увеличивается ширина потока передачи или размер файла.
Variable bitrate
Легко догадаться, что такая разновидность метода (VBR) является переменной (variable — переменный, англ.).
Для такой кодировки характерно то, что битрейт в этом случае изменяется в процессе самого кодирования программой-кодеком. И зависит битрейт в указанном случае от насыщенности звукового или видеоматериала.
То есть при выборе VBR-кодирования программой для записи пустой картинки будет выбран меньший битрейт, а для записи насыщенных картинок или быстро сменяющихся изображений — больший.
Алгоритм Variable bitrate
Отрицательным моментом этого алгоритма является трудность предвидения предстоящих изменений. Увеличение битрейта при записи будет реально происходить с опозданием.
Кроме того, фрагменты, звучащие тихо, воспринимаются при VBR-кодировании как фрагменты, не несущие важности, и под них на этом основании выделяется минимальный битрейт.
Поэтому CBR с максимальным значением в 320 кбит/с обеспечит большее качество.
Правда, в настоящее время появилась кодировка VBR 2 Pass.
Суть её в том, что программа сначала анализирует мультимедийный поток (в первый раз), а затем производит запись, сжимая её на основе данных, полученных при первичном сканировании. Это даёт лучший результат по качеству, и в этом смысле такая кодировка лучше.
Average bitrate
Average переводится с английского как усреднённый. Таковой является разновидность ABR, являющаяся в некотором роде помесью VBR и CBR.
Выбирая режим ABR, пользователь задаёт какое-то его значение в килобитах в секунду. Кодек же может изменять его в ту или иную сторону, придерживаясь установленного среднего значения.
Алгоритм Average bitrate
Метод ABR выгодно отличается от других назначаемым количеством бит в секунду. Вы можете выбирать абсолютно любой числовой параметр от 8 до 320. В то время как кодировка CBR может использовать только шестнадцатикратное значение.
Из вышеизложенного следует, что если для результата важен размер полученного файла, то для высшего качества лучше присмотреться к кодировке ABR или CBR.
В противном же случае обратить внимание на метод VBR 2 Pass.
В этой статье вы ознакомились с кодировками VBR, CBR и ABR. Теперь вы знаете, чем отличается каждая из них, какая лучше для вашей конкретной задачи и какую из них нужно выбрать.
CBR против VBR
От битрейта напрямую зависит не только качество изображения, но и объем архива. Именно здесь в игру и вступают такие режимы как CBR и VBR. Для приведенных ниже экспериментов применялась скоростная поворотная камера так как изменить сцену на ней проще простого.
Для начала CBR
CBR – режим основанный на постоянном, непрерывном битрейте. То есть пропускная способность вообще не меняется. С помощью поворотной камеры было сымитировано движение в кадре, используя кодек сжатия H264 и установив предельный CBR 8Мбит/c.
На данном графике четко видно, что битрейт вообще не меняется во время движения в кадре. Собственно, ничего удивительного, так как активность постоянная. После чего, мы направили камеру на место где движения нет вообще – активность осталась неизменной.
ВЫВОД – независимо от сцены, нагрузка не меняется, то есть нет никакого риска потери качества.
Теперь разберемся с VBR
VBR – режим с переменной скоростью передачи данных. То есть поток меняется в зависимости от сцены. Для проведения тестов устанавливаем кодек сжатия H264, VBR 8 Мбит/c.
На тесте слева мы все еще видим режим CBR, а начиная со средины, включаем VBR и создаем имитацию активного движения в кадре при помощи вращения камеры (горизонтального сканирования).
Как можно заметить, график стал разбитым, а битрейт возрос до 10 Мбит что превышает заданный в настройках лимит на 25%!
Давайте посмотрим на график активности в сценах без движения, максимальная установка VBR 8 Мбит/c. И видим, что битрейт упал до 5 Мбит, движения в кадре нет, снова график ровный, нагрузка на сеть стабильная, но что случится если в кадре вновь возникнет резкое движение – битрейт внезапно возрастает с 5 до 8 Мбит.
ВЫВОД – стабильная нагрузка отмечается только в кадрах без движения, как только активность перед камерой возрастает, растет и нагрузка, причем довольно существенно!
Итоги тестов
CBR показывает стабильный уровень битрейта независимо от сцены, не создает резких перепадов нагрузок. Данный режим позволяет максимально точно предсказать необходимый объем архива что в свою очередь является огромным преимуществом. Из негативных сторон – битрейт занимает намного больше места в архиве.
VBR реагирует исключительно на активность в кадре, позволяет существенно экономить пространство на жестком диске. Но недостатков у него куда больше чем у CBR. Так при росте активности в кадре будет расти и битрей, а с учетом использования нескольких камер пропускная способность системы очень быстро может приблизиться к предельной, следствие – масса артефактов и искажений на итоговой картинке в плоть до полного зависания системы. Даже приблизительный объем при таком режиме рассчитать довольно проблематично.
Проблема в том, что при монтаже систем видеонаблюдения многие рассчитывают с учетом переменного битрейта, то есть VBR (8Мбит/c) и даже не задумываются о том, что при появлении активности в кадре битрейт может приблизится к 10Мбит/c, а это в свою очередь ведет к сильным глюкам и зависанию системы. Вопрос – а зачем тогда вообще нужна такая никчемная система видеонаблюдения? При расчете системы желательно иметь неплохой запас пропускной способности, вплоть до 50%.
Дополнительный поток в IP СВН
Первый поток, main stream, применяется для отображения максимального разрешения камеры. А второй, дополнительный (sub stream), имеет куда меньшее разрешение, максимально ограниченное на 720p, но чаще всего даже D1.
На нашем сайте Вы можете ознакомиться с услугами по установке видеонаблюдения, там же Вы сможете для себя подобрать систему видеонаблюдения. Для более подробной информации Вы всегда можете позвонить нашим менеджерам.
Vbr что это за формат
На данный момент MP3 является самым известным и популярным из распространённых форматов цифрового кодирования звуковой информации. Он широко используется в файлообменных сетях для передачи музыкальных произведений. Формат может проигрываться в любой современной операционной системе (например, в последних версиях Windows даже имеется уже встроенный кодек), на практически любом портативном аудио-плеере, а также поддерживается некоторыми моделями музыкальных центров и DVD-плееров. Необходимо отметить, что эта популярность представляет собой «порочный круг»: пользователи кодируют аудио в MP3 в основном из-за широкой поддержки формата производителями программного и аппаратного обеспечения, а производители, в свою очередь, вкладывают средства в наиболее популярный среди пользователей формат MP3.
История
MP3 разработан рабочей группой института Фраунгофера (англ. Fraunhofer Society ) MPEG (англ. Motion Pictures Expert Group — группа экспертов в области кинематографа) состоящей из Джонсона, Штолла, Деери и Карлхайнца Бранденбурга. Основой разработки MP3 послужил экспериментальный кодек ASPEC (Adaptive Spectral Perceptual Entropy Coding). Первым кодировщиком в формат MP3 стала программа L3Enc, выпущенная летом 1994 года. Спустя один год появился первый программный MP3-плеер — Winplay3.
При разработке алгоритма тесты проводились на вполне конкретных популярных композициях. Основной стала песня Сюзанны Веги «Tom’s Diner». Отсюда возникла шутка, что «MP3 был создан исключительно ради комфортного прослушивания любимой песни Бранденбурга», а Вегу стали называть «мамой MP3».
На данный момент считается, что неотличимое от оригинала звучание (при правильно выбранном и настренном кодеке) обычно достижимо при битрейте от 160 кбит/c и выше — в зависимости от исходного аудиофайла, слушателя и его аудиосистемы. Некоторые аудиофилы предпочитают сжимать музыку с «максимальным качеством» — 320 кбит/c. На самом деле известны семплы (фрагменты аудиозаписи), не поддающиеся качественному сжатию с потерями: на всех возможных битрейтах не составляет особого труда отличить сжатое аудио от оригинала.
Некоторые мелодии (из тех, что используют шум и акустические помехи в качестве фона) кодируются только как «стерео», но не как «объединённое стерео», иначе отличия слышны на любом битрейте.
Режимы кодирования и опции
Существует три версии MP3 формата для различных нужд: MPEG-1, MPEG-2 и MPEG-2.5. Отличаются они возможными диапазонами битрейта и частоты дискретизации:
32 — 320 кбит/c при частотах дискретизации 32000 Гц, 44100 Гц и 48000 Гц для MPEG-1 Layer 3;
16 — 160 кбит/c при частотах дискретизации 16000 Гц, 22050 Гц и 24000 Гц для MPEG-2 Layer 3;
8 — 160 кбит/c при частотах дискретизации 8000 Гц и 11025 Гц для MPEG-2.5 Layer 3.
Режимы управления кодированием звуковых каналов
Так как формат MP3 поддерживает двухканальное кодирование (стерео), существует 3 режима:
Стерео — двухканальное кодирование, при котором каналы кодируются независимо друг от друга. Таким образом, заданный битрейт делится на два канала. Например, если заданный битрейт 192 кбит/c, то для каждого канала он будет равен только 96 кбит/c.
Моно — одноканальное кодирование. Если закодировать двухканальный материал этим способом, различия между каналами будут полностью стёрты, так как два канала смешиваются в один, он кодируется и он же воспроизводится в обоих каналах стереосистемы. Единственным плюсом данного режима может являться только выходное качество по сравнению с режимом Стерео при одинаковом битрейте, так как на один канал приходится вдвое большее количество бит, чем в режиме Стерео. Но различий между каналами вы не услышите, так как канал здесь только один.
Объединённое стерео (Joint Stereo) — оптимальный способ двухканального кодирования, при котором левый и правый каналы преобразуются в их сумму и разность. Для большинства звуковых файлов канал с разницей получается намного тише канала с суммой, поэтому на сумму отводится бо́льшая часть битрейта. Таким образом, качество выходного файла разительно отличается в лучшую сторону от режима Стерео при одинаковом битрейте, особенно при низком.
CBR, VBR, ABR
CBR расшифровывается как Constant Bit Rate, то есть Постоянный Битрейт, который задается пользователем и не изменяется при кодирования произведения, таким образом каждой секунде произведения соответствует одинаковое количество закодированных бит данных (даже при кодировании тишины). На самом деле данный режим кодирования не является оптимальным, так как он не годится для большинства динамичных музыкальных произведений при битрейте ниже 256 кбит/c.
VBR расшифровывается как Variable Bit Rate, то есть Варьирующийся Битрейт или Переменный Битрейт, который динамически изменяется программой-кодером при кодировании, в зависимости от насыщенности кодируемого аудиоматериала и установленного пользователем качества кодирования (например, тишина закодируется с минимальным битрейтом). Этот метод MP3-кодирования является самым прогрессивным и до сих пор развивается и улучшается, так как аудиоматериал разной насыщенности может быть закодирован с определенным качеством, которое обычно выше, чем при установке среднего значения в методе CBR. Плюс к тому, размер файла уменьшается за счет фрагментов, не требующих высокого битрейта. Единственным минусом данного метода кодирования является полная невозможность предсказать размер выходного файла. Но этот недостаток VBR-кодирования меркнет перед его достоинствами.
ABR расшифровывается как Average Bit Rate, то есть Усредненый Битрейт, который является гибридом VBR и CBR: битрейт в кбит/c задается пользователем, а программа варьирует его, постоянно подгоняя под заданный битрейт. Таким образом, кодер будет с осторожностью использовать максимально и минимально возможные значения битрейта, так как рискует не вписаться в заданный пользователем битрейт. Это является явным минусом данного метода, так как сказывается на качестве выходного файла, которое будет немного лучше, чем при использовании CBR, но намного хуже, чем при использовании VBR. С другой стороны, этот метод позволяет наиболее гибко задавать битрейт (может быть любым числом между 8 и 320, против исключительно кратных 16 чисел метода CBR) и вычислять размер выходного файла.
Кодеки
Наиболее распространённые кодеки мр3:
mp3PRO-codec
mp3LAME-codec
Теги
Особые метки в границах mp3-файла. Позволяют записать информацию об авторстве и пр. с последующим выводом этой информации. Существуют различные версии тегов.
Достоинства и недостатки
MP3 является лидером по распространенности, но при этом не является лучшим по техническим параметрам. Например, существуют форматы, позволяющие получить сравнимое качество (субъективно) при большей плотности. Также в формате MP3 отсутствует режим кодирования без потерь англ. lossless, подходящий для профессионалов. Для домашней музыкальной коллекции (когда нет необходимости проигрывать композиции на музыкальном центре или распространять их через интернет) можно воспользоваться конкурирующими форматами.
MP3 непригоден для профессионального использования музыкантами уже из-за того, что данные сжимаются с потерями, и при каждом редактировании файла качество ухудшается. При этом формат вполне подходит (с профессиональной точки зрения) для распространения демонстрационных композиций или иных способов «раздачи» своей музыки из-за повсеместной распространённости проигрывателей