Alterna · 21.2 — Кодирование видео

Разрешение и frame rate

От SD до 8K: стандарты, соотношения сторон и частота кадров

ФГОСОГЭ №7,9

Разрешение видео

Разрешение = количество пикселей по горизонтали и вертикали. Определяет детализацию картинки. Стандартное (SD) — 720×480 (NTSC) или 720×576 (PAL). HD Ready — 1280×720. Full HD — 1920×1080. 4K UHD — 3840×2160. 8K — 7680×4320.

Название	Разрешение	Пикселей	Соотношение	Применение
480p (SD)	720×480	345 600	3:2	Старые DVD, интернет-видео
720p (HD)	1280×720	921 600	16:9	YouTube, веб-видео
1080p (FHD)	1920×1080	2 073 600	16:9	Blu-ray, стриминг, игры
1440p (QHD)	2560×1440	3 686 400	16:9	Мониторы, игровые мониторы
4K UHD	3840×2160	8 294 400	16:9	TV 2018+, фильмы, контент
2K (DCI)	2048×1080	2 211 840	256:135	Кинопроекция
8K UHD	7680×4320	33 177 600	16:9	Профессиональное, будущее

Частота кадров (Frame Rate)

Frame rate = количество кадров в секунду (fps). Влияет на плавность движения:

24 fps

Кинематограф. Стандарт с 1927 г. Создаёт «кинематографическое» ощущение.

25 fps

PAL (Европа, Россия). Стандарт телевещания.

30 fps

NTSC (США, Япония). Стандарт телевещания.

50/60 fps

Современное видео, спорт, игровой контент. Плавность.

120/144 fps

Gaming, VR, high-end мониторы. Сверхплавность.

240+ fps

Замедленная съёмка, научное видео.

Прогрессивное vs чересстрочное Progressive (p) — каждый кадр полный: 1080p. Interlaced (i) — каждый кадр делится на два «поля» (чётные и нечётные строки). 1080i = два полукадра. Меньше видимого мерцания при одинаковой полосе пропускания, но может давать артефакты при движении.

🎞 Прогрессивное vs Чересстрочное (Interlaced)

1080p — Прогрессивный Все строки каждый кадр

1080i — Чересстрочный Полукадры: нечётные + чётные строки

Показывать поля

Сжатие видео: I, P и B-frames

Как работает межкадровое сжатие: ключевые и разностные кадры

ФГОСЕГЭ №9

Intra-frame vs Inter-frame

Intra-frame (I-frame) — полный кадр, сжимается как отдельное изображение (JPEG-подобно). Служит «опорой» для других кадров.

Inter-frame (P/B-frames) — хранят только различия относительно других кадров. Результат: сжатие в 5–20 раз эффективнее, чем I-frame.

I

I-frame (Keyframe)

Полный кадр. Хранит всю информацию. Самый большой, но сжимается независимо. Опорная точка для декодирования.

P

P-frame (Predicted)

Разности вперёд. Хранит изменения относительно предыдущего I или P-кадра. Компенсация движения. Меньше I-frame в 3–5 раз.

B

B-frame (Bidirectional)

Разности в обе стороны. Может ссылаться на предыдущий и следующий I/P-кадры. Максимальное сжатие (в 5–10 раз меньше I). Сложность декодирования.

Пример: структура GOP (Group of Pictures)

Типичный GOP: I B B P B B P B B I — длина GOP = 10 кадров, I-frame каждые 10 кадров. При 30 fps это значит: полный кадр каждые ~0.33 секунды.

Больше B-frames между I → выше сжатие, но больше задержка (latency) при декодировании. Для потокового видео обычно: IBBP или IPPP.

🎬 GOP: Group of Pictures — структура видеопотока

60 fps

Нажмите «Воспроизвести» — увидите восход и закат солнца на фоне гор и деревьев

Размер кадра:

100%

~30%

~10%

GOP: I B B P B B P B B I

Motion Compensation (Компенсация движения) Движущиеся объекты «отслеживаются» блоками (macroblocks). Для каждого блока в P/B-frame хранится вектор движения — смещение относительно предыдущего кадра. Это позволяет сжимать движения значительно эффективнее простого вычитания кадров.

Кодеки и форматы файлов

Контейнеры и кодеки: что чем открывать

ФГОСФОП

Контейнер vs Кодек

Контейнер (формат файла) — «коробка», хранящая аудио, видео, субтитры, метаданные вместе. Кодек — алгоритм сжатия/распаковки видео или аудио внутри контейнера. Один контейнер может содержать разные кодеки.

Контейнеры

📂 MP4 (MPEG-4 Part 14)

Контейнер

Универсальный. Видео H.264, H.265, AAC. YouTube, iTunes, камеры.

📂 MKV (Matroska)

Контейнер

Открытый, свободный. Любые кодеки. Часто используется для HD-рипов.

📂 MOV

Контейнер

Apple QuickTime. Профессиональное видео. Final Cut Pro.

📂 AVI

Контейнер

Старый формат Microsoft. Поддержка разных кодеков, но ограничен.

Видеокодеки

🎬 H.264 (AVC)

Кодек · Партнёр: MPEG-4 Part 10

Самый распространённый. Blu-ray, YouTube, Netflix (старый). Хорошее сжатие, совместимость everywhere. Битрейт 5–25 Мбит/с для 1080p.

🎬 H.265 (HEVC)

Кодек · Преемник H.264

В 2 раза эффективнее H.264 при том же качестве. 4K/8K TV, iPhone-видео. Патентный, лицензирование — споры. Битрейт 2.5–15 Мбит/с для 1080p.

🎬 VP9

Кодек · Google, открытый

Альтернатива H.265. YouTube (WebM). Свободные патенты. Сопоставимое качество при похожем битрейте.

🎬 AV1

Кодек · Alliance for Open Media

Современный, свободный (royalty-free). На 30% эффективнее H.265. Будущее стриминга (YouTube AV1, Netflix в будущем). Высокая сложность кодирования.

Сравнение эффективности (1080p, ~1 Мбит/с) H.264: базовое качество, совместимость.
H.265: на 40% лучше при том же битрейте.
VP9: ~как H.265, свободный.
AV1: лучший на сегодня, свободный, но тяжёлый для кодирования.

Видеоинтерфейсы

VGA, DVI, HDMI, DisplayPort, USB-C: сравнение пропускной способности

ФГОС

Интерфейс	Тип	Макс. пропускная	Макс. разрешение / fps	Аудио	Применение
VGA (D-Sub)	Аналоговый	~1 Гбит/с	2048×1536 / 85 Hz	Нет	Legacy, старые мониторы
DVI-D (Single Link)	Цифровой	1.65 Гбит/с	1920×1080 / 60 Hz	Нет	Legacy, старые GPU
HDMI 1.4	Цифровой	10.2 Гбит/с	4K / 30 Hz	Да (8ch)	TV, мониторы, игровые консоли
HDMI 2.0	Цифровой	18 Гбит/с	4K / 60 Hz	Да (32ch)	4K TV, PS4 Pro, Xbox One X
HDMI 2.1	Цифровой	48 Гбит/с	8K / 60 Hz, 4K / 120 Hz	Да (32ch, eARC)	Игровые консоли нового поколения, RTX 30+, RX 6000+
DisplayPort 1.4	Цифровой	32.4 Гбит/с	8K / 60 Hz, 4K / 120 Hz	Да (32ch)	Профессиональные мониторы, GPU
DisplayPort 2.0	Цифровой	80 Гбит/с	8K / 60 Hz, 4K / 240 Hz	Да	Перспективные displays, USB4
USB-C (Alt Mode)	Цифровой	Зависит от режима	Зависит от (DP/TB)	Да	Ноутбуки, мониторы USB-C, Thunderbolt 3/4

🔌 Сравнение пропускной способности интерфейсов

Для 4K 60fps HDR нужно ~18 Гбит/с. DisplayPort 2.0 — самый быстрый (80 Гбит/с).

HDR в видео

High Dynamic Range: 8-bit vs 10-bit vs 12-bit, стандарты HDR

ФГОСФОП

Что такое HDR

HDR (High Dynamic Range) — расширенный динамический диапазон. Стандартный SDR использует 8 бит на канал (256 уровней на цвет). HDR использует 10 бит (1024 уровня) или 12 бит (4096 уровней). Разница в количестве цветов: 8 бит = 16.7 млн, 10 бит = 1.07 млрд, 12 бит = 68.7 млрд.

8 бит

SDR (Standard Dynamic Range)

16.7 млн цветов. 256 уровней на канал. Достаточно для большинства контента. Используется в DVD, Blu-ray (стандарт), большинство видео.

10 бит

HDR10, HDR10+, Dolby Vision (яркость)

1.07 млрд цветов. Плавные градиенты без полос. Стандарт Ultra HD Blu-ray, новые TV, YouTube HDR. Целевая яркость: 1000–4000 нит.

12 бит

Dolby Vision (полный), будущее

68.7 млрд цветов. Практически незаметная градация. Профессиональный кинематограф, Dolby Vision на maximum settings.

HLG

Hybrid Log-Gamma (BBC/NHK)

Broadcast HDR. Обратная совместимость с SDR. Используется в телевещании Великобритании, Японии.

Стандарты HDR HDR10 — открытый стандарт, 10 бит, статические метаданные ( MaxCLL, MaxFALL ).
HDR10+ — динамические метаданные (Samsung, Amazon).
Dolby Vision — динамические метаданные, до 12 бит, профессиональное кино. Лицензирование Dolby.
HLG — для broadcast, обратная совместимость.

📡

ЕГЭ №10: Скорость передачи данных

Формула: V = v × t, где V — объём данных, v — скорость передачи, t — время.

Единицы: 1 Мбит/с = 1024 Кбит/с = 1024×1024 бит/с.

Важно: 1 байт = 8 бит, поэтому скорость в байтах/с = скорость в бит/с ÷ 8.

📡 Задача: скорость передачи данных

Файл объёмом 120 МБ передаётся по каналу со скоростью 10 Мбит/с. За сколько секунд завершится передача?

🎯

Мини-тест: 5 вопросов

XP: 0

🧩Быстрый тест по теме

Проверь себя! 5 вопросов, 20 XP за каждый правильный ответ.