Полное руководство по видеоформатам iPod, Apple TV и iPhone

Осенью 2005 года Apple сделала свои первые шаги на рынке портативного видео с пятого поколения iPod с возможностями воспроизведения видео. Этот оригинальный “видео iPod” имел экран 320×240 и поддерживал воспроизведение видео, закодированного только в этом максимальном разрешении с использованием очень специфических форматов. В то же время, iTunes Store начал предлагать видеоконтент в этих форматах, подходящих для воспроизведения на iPod.

Ограниченное количество контента, доступного в iTunes Store, и ограниченная доступность его за пределами США означали, что многие владельцы iPod сразу же обратились к конвертации своих собственных видео в формат, подходящий для просмотра на их iPod, и появилось множество утилит, которые автоматизировали этот процесс.

В следующем году вышло обновление пятого поколения iPod, обеспечивающее воспроизведение видео более высокого разрешения. Это вскоре было дополнено Apple TV для воспроизведения видеоконтента на вашей домашней развлекательной системе, а затем iPhone, обеспечивающим более естественный опыт портативного видео в широком формате.

Тем не менее, даже сегодня поддерживаемые видеоформаты iPod, Apple TV и iPhone относительно ограничены по сравнению с количеством форматов, доступных на рынке. Это означает, что практически любой контент, который вы хотите просмотреть на этих устройствах, потребует некоторого типа процесса конвертации. Появление этих новых устройств еще больше усложнило ситуацию, поскольку теперь доступно больше вариантов как для просмотра, так и для кодирования видео, но с этими изменениями возникают дополнительные соображения о том, как закодировать видео для наилучшего просмотра.

В последующих статьях мы рассмотрим некоторые конкретные инструменты и варианты, доступные для конвертации видео в формат, готовый для iPod, iPhone или Apple TV, а также некоторые плюсы и минусы каждого из них. Однако прежде чем перейти к этому, важно начать с обсуждения видеоформатов, которые фактически поддерживаются каждым устройством, чтобы те, кто хочет конвертировать свой собственный видеоконтент, могли принимать обоснованные решения о доступных вариантах и наилучшем разрешении и формате, которые следует использовать перед началом длительного процесса кодирования.

Выбор видеоформатов Apple

iPod, Apple TV и iPhone воспроизводят видео, закодированные с использованием кодеков MPEG-4 или H.264. Это открытые стандарты видеоформатов, и они не являются собственностью Apple, но в то же время не представляют собой широкую часть видеоконтента, который в настоящее время доступен за пределами iTunes Store. Более того, это не представляет собой видео стандарт, который используется большинством устройств для записи видео, устройств для записи ТВ или коммерческих DVD. В результате найти видеоконтент из любого другого источника, кроме iTunes Store, который уже закодирован в формате, готовом для Apple, будет сложно, и большая часть этого контента, следовательно, потребуется конвертировать.

Например, большинство коммерческих видеокамер используют либо несжатое цифровое видео (или “DV”), либо MPEG-2. Коммерческие DVD также используют MPEG-2 в качестве своего формата. Видео, загруженные из Интернета, могут быть в любом количестве форматов, включая DivX, Windows Media Video (WMV) или QuickTime, среди прочих.

Вероятная причина выбора Apple этих конкретных кодеков заключается в том, что они являются открытым, установленным стандартом, и оба обеспечивают очень высокий уровень качества видео и аудио для данного размера файла. MPEG-4 исторически был очень хорош в этом отношении с самого начала, а кодек H.264 только улучшил качество и эффективность размера файла.

Как можно ожидать, при разработке портативного устройства для воспроизведения видео соотношение качества к размеру имеет большое значение как для максимизации объема контента, который может поместиться на более ограниченном хранилище портативного устройства, так и для максимизации времени работы батареи устройства, так как более крупный контент может требовать дополнительной вычислительной мощности, тем самым сокращая время работы батареи. Кодек H.264, похоже, стал естественным выбором для решения обеих задач, а также предоставил стабильный, открытый стандарт для Apple для использования в своем предпочтительном видеоформате.

Контент в iTunes Store использует кодек H.264 исключительно. Контент, который вы кодируете сами, может быть закодирован как в H.264, так и в MPEG-4, хотя H.264 обычно обеспечивает лучшее качество для данного размера файла, он также требует больше времени для кодирования.

Разрешение и битрейт

Два других важных аспекта при воспроизведении видео и качестве полученного файла — это разрешение и битрейт. Разрешение просто относится к размеру изображения на экране, в терминах количества пикселей по ширине и по высоте (например, “640×480”), в то время как битрейт относится к количеству данных, которые фактически закодированы для составления одной секунды воспроизведения видео, обычно выражаемого в килобитах в секунду или мегабитах в секунду. Это тот же самый концепт, что и битрейты для аудиоформатов, таких как AAC и MP3.

Естественно, чем выше оба этих числа, тем лучше будет качество получаемого изображения. Эти факторы работают вместе, однако, поскольку разрешение просто указывает количество пикселей, доступных в конкретном кадре, а битрейт указывает, сколько фактической информации используется для генерации этих пикселей.

Не углубляясь в слишком много технических деталей, современные форматы сжатия видео с потерями на самом деле работают не путем кодирования каждого отдельного пикселя каждого отдельного кадра видео, а скорее путем кодирования информации, которая меняется между кадрами. “Референсные кадры” берутся в определенные моменты, и оставшиеся кадры строятся на основе того, что изменяется между каждым кадром.

Чтобы представить это, представьте, что вы смотрите, как профессиональный гольфист делает удар: большая часть пейзажа, деревья, небо и сам гольф-поле остаются относительно неизменными на протяжении удара, с лишь некоторым движением от гольфиста и, конечно, маленьким белым мячом, катящимся по зеленому.

Кодирование каждого отдельного кадра заняло бы много места для хранения (эквивалент нескольких сотен высококачественных JPEG-файлов), когда на самом деле очень мало меняется между кадрами. В результате только информация, которая различна в каждом кадре, на самом деле должна быть сохранена, и это может быть позже применено к оригинальному референсному кадру, чтобы создать плавное движение воспроизведения видео.

В конечном итоге это делает размеры файлов и хранение видеоконтента значительно более эффективными, и на самом деле это та же технология, которую используют DVD с форматом MPEG-2. Без сжатия MPEG-2 90-минутный фильм на DVD занял бы более 167 ГБ пространства, вместо того чтобы удобно поместиться на DVD объемом 4,7 ГБ.

Таким образом, то, как это непосредственно влияет на концепцию битрейтов, не связано с тем, сколько данных фактически кодируется для каждого кадра, а с тем, сколько данных доступно для записи различий в кадрах. Высокое разрешение видео с низким битрейтом будет производить более размытое изображение, а также видимые признаки “артефактов” (искажения, блокировки и зубчатые края) на высокомощных действиях.

Итак, какое разрешение и битрейт следует использовать для кодирования вашего видеоконтента? Логика подсказывает, что всегда следует использовать максимально возможные настройки, но многое из этого зависит от того, какой у вас исходный контент и ограничения оборудования, которое вы будете использовать для его просмотра.

Например, если вы собираетесь смотреть видеоконтент только на экране iPod 320×240, очевидно, что было бы расточительно использовать дисковое пространство и время кодирования для конвертации этих видео в любое разрешение выше этого.

Кроме того, если ваше исходное видео уже имеет меньшее разрешение, нет абсолютно никакого смысла кодировать его в более высоком разрешении или битрейте, так как вы не получите магического увеличения разрешения, которого не было изначально. По нашему опыту, инструменты конвертации потребительского класса, которые обещают “апсконверсию” видеоформатов, как правило, не стоят усилий.

Аналогично, хотя Apple TV поддерживает высококачественное видео (1280 x 720), если вы конвертируете стандартные DVD, нет смысла кодировать их в разрешении, превышающем их оригинальное разрешение.

Итак, какие различные разрешения и форматы поддерживаются видеоустройствами Apple? Таблица ниже предоставляет обзор максимальных поддерживаемых разрешений, а также качества вывода самого устройства:

Естественно, если вы хотите закодировать контент для воспроизведения на iPod и iPhone, вам придется придерживаться более низких разрешений этих устройств — 640 x 480 при 1,5 мбит/с. Контент, закодированный в более высоких разрешениях Apple TV, не будет воспроизводиться ни на чем, кроме Apple TV.

Обратите внимание, что вышеуказанные разрешения для iPod и iPhone являются официально поддерживаемыми и были упрощены в спецификациях Apple, чтобы представить более стандартные разрешения. Более опытные пользователи отметили, что возможно немного увеличить эти разрешения и битрейты, хотя iTunes сам по себе не обязательно поддержит передачу этих файлов на iPod или iPhone. Для максимальной совместимости всегда лучше оставаться в пределах опубликованных спецификаций.

Слово о частоте кадров

“Частота кадров” видеоклипа относится к количеству кадров или неподвижных изображений на каждую секунду видео, обычно выражаемых в “кадрах в секунду” или fps для краткости. Обычное североамериканское телевидение (NTSC) транслируется примерно при 30 fps, в то время как театральные фильмы обычно имеют 24 fps из-за съемки на пленку. Это означает, что если вы кодируете фильм с DVD, скорее всего, вы будете использовать 24 fps, в то время как большинство другого видеоконтента, который вы записываете, включая контент вашей камеры и контент телевидения, будет 30 fps. За исключением более высокого разрешения Apple TV, указанного выше, все разрешения поддерживают максимальную частоту кадров 30 fps.

Битрейт и размер файла

Еще одним важным аспектом при кодировании видео является размер полученного файла. Это будет напрямую соответствовать битрейту файла, а не разрешению (хотя более высокие разрешения требуют более высоких битрейтов), и хотя кодеки H.264 и MPEG-4 очень эффективно производят высококачественное видео при более низких битрейтах, вы все равно будете ограничены тем, сколько места у вас доступно на вашем конкретном устройстве и сколько контента вы хотите хранить.

Если вы склонны немного поработать с математикой, вы можете получить простую оценку размера файла конвертированного видео, просто умножив битрейт на продолжительность видео, используя формулу, подобную следующей:

*размер* = (*битрейт* / 8) * (*длина в минутах* * 60)

Полученный размер будет в килобайтах, если использовался битрейт в кбит/с, или в мегабайтах, если использовался битрейт в мбит/с. Например, чтобы рассчитать размер 90-минутного фильма, закодированного при 1500 кбит/с, вы подставите числа следующим образом:

*1500* / 8 * *90 * 60* 187.5 * 5400 = 1,012,500 (КБ) или примерно 1 ГБ.

Однако простое правило заключается в том, что для стандартного контента, закодированного для iPod (1,5 мбит/с), вы будете смотреть на примерно 500 МБ на час видеоконтента. Контент Apple TV при 3 мбит/с будет, естественно, вдвое больше (1 ГБ в час).

Если пространство для хранения является первоочередной задачей, кодирование при более низких битрейтах, естественно, сэкономит некоторое пространство, но это будет стоить качества видео. Любой битрейт ниже 1 мбит/с для контента 640×480, как правило, будет слишком низким, чтобы произвести разумно просматриваемый телевизионный вывод, например.

Учитывайте источник…

Также имейте в виду, определяя наилучший битрейт, всегда учитывайте исходный контент. Старые телешоу на DVD, например, редко получат выгоду от использования чрезвычайно высокого битрейта, поскольку оригинальное качество видео было относительно низким изначально. С другой стороны, недавние блокбастеры с множеством действий и движения определенно должны кодироваться с максимально возможным битрейтом для целевого устройства.

Это особенно актуально при рассмотрении вопроса о том, кодировать ли в битрейте, подходящем для iPod или Apple TV. Старый телевизионный контент и аналоговые записи телевидения редко получат выгоду от более качественных настроек, доступных для Apple TV.

Соотношение сторон

Еще одним очень важным аспектом при попытке определить оптимальный формат для кодирования вашего контента является соотношение сторон исходного контента.

Соотношение сторон просто относится к соотношению ширины изображения к высоте изображения, как показано на экране.

Существует три распространенных соотношения сторон, используемых для коммерческого видеоконтента сегодня:

• 4:3 используется для почти всего контента стандартного разрешения телевидения. Это иногда также называется 1.33:1:

• 16:9 используется для почти всего контента в высоком разрешении (HDTV) и многих театральных DVD-релизов. Это иногда также называется 1.78:1:

• 2.35:1 используется для фильмов “Cinemascope” или “Panavision” на DVD:

Для коммерческих DVD вы обычно найдете соотношение сторон, указанное на задней стороне. Для других типов видеоконтента вы можете определить соотношение сторон самостоятельно, просто разделив ширину видео на его высоту. Например, видеоклип 640×480 будет иметь соотношение сторон 1.33:1 (640/480 = 1.33).

Поскольку соотношение сторон контента не всегда будет совпадать с соотношением сторон фактического устройства вывода, вы часто получите либо “letterboxing”, либо обрезку, в зависимости от устройства и его настроек. Letterboxing более распространен, что является практикой добавления черных полос в верхней и нижней части широкоформатного видео при его воспроизведении на стандартном телевизоре.

Широкоформатное телевизионное шоу, соотношение сторон 16:9, как показано на экране 4:3

Фильм Cinemascope, соотношение сторон 2.35:1, как показано на экране 4:3

С другой стороны, если вы будете смотреть стандартное телевизионное шоу 4:3 на широкоформатном телевизоре, вы получите то, что называется pillarboxing, которое ставит черные полосы по бокам изображения:

Стандартное телевизионное шоу 4:3, показанное на широкоформатном телевизоре 16:9

С другой стороны, некоторые телевизоры и другие устройства (такие как сам iPod) также предоставляют возможность обрезки контента, чтобы соответствовать соотношению сторон экрана. Как следует из названия, обрезка контента отсекает ту часть изображения, которая не подходит, расширяя изображение до полного размера экрана.

Это приведет к потере деталей по левому и правому краям при попытке отобразить широкоформатный контент на экране 4:3:

Широкоформатное телевизионное шоу, обрезанное для отображения 4:3

Фильм Cinemascope, соотношение сторон 2.35:1, обрезанный для отображения 4:3

Или, верхняя и нижняя части изображения в случае попытки отобразить контент 4:3, чтобы заполнить экран 16:9:

Стандартное телевизионное шоу 4:3, обрезанное для отображения 16:9

Анаморфное кодирование

Некоторые новые инструменты конвертации видео теперь поддерживают анаморфное кодирование. Это в основном относится к кодированию видеоконтента в одном соотношении сторон, но с установкой его для отображения с использованием другого, с помощью нес квадратных пикселей.

Пиксель не обязательно всегда отображается как идеально квадратный элемент изображения, и многие современные приложения и оборудование для воспроизведения видео поддерживают настройку соотношения сторон пикселя (PAR). На самом деле, соотношение сторон контента, хранящегося на обычном североамериканском DVD, на самом деле составляет 1.5:1 (720 x 480), а не 16:9 или 4:3. Однако DVD-плеер производит изображение в соответствующем соотношении сторон, считывая флаг внутри контента, который сообщает плееру, какую форму пикселей использовать при воспроизведении видеоконтента. В результате изображение DVD 720×480 на самом деле отображается в 640 x 480 (4:3) или 854 x 480 (16:9).

Не углубляясь в слишком много технических деталей, короткое объяснение заключается в том, что использование анаморфного кодирования может обеспечить правильное широкоформатное представление фильма, не требуя его фактического кодирования на более высоком разрешении. Поскольку ничего не теряется при увеличении закодированного разрешения видео, имеет больше смысла сэкономить место для хранения и просто отобразить кадр в его правильном соотношении сторон, так же как это делает DVD-плеер.

Анаморфно закодированное видео, при просмотре в диалоговом окне Показать инспектор фильма Quicktime, на самом деле покажет два разных разрешения:

Первое число, 720 x 480, является фактическим хранимым разрешением видеоизображения. Второе представляет собой соотношение сторон, в котором оно будет воспроизводиться. 720 горизонтальных пикселей просто будут растянуты, чтобы заполнить ширину экрана, что приведет к правильному представлению 16:9.

Обратите внимание, что если вы просматриваете анаморфно закодированное видео на устройстве, которое не понимает соотношение сторон пикселя (PAR), то полученное видео будет выглядеть искаженным, так как оно просто будет воспроизводиться в своем фактическом хранимом разрешении.

На данный момент iPod пятого поколения и Apple TV поддерживают соотношение сторон пикселя и, следовательно, будут правильно отображать анаморфное видео. В настоящее время iPhone не обрабатывает соотношение сторон пикселя, и поэтому анаморфные видео будут выглядеть искаженно при просмотре на iPhone.

Жесткое letterboxing

Еще одной проблемой, с которой вы можете столкнуться, является то, что многие DVD, особенно старые, на самом деле были в формате “жесткого letterbox”, а не в правильном анаморфном широкоформатном формате. В этом случае, хотя оригинальный видеоформат мог быть широкоформатным, видео DVD на самом деле не закодировано в широкоформатном соотношении сторон. Скорее, “letterboxed” фильмы были в основном закодированы на DVD в соотношении сторон 4:3 с черными полосами вверху и внизу, которые на самом деле добавлены к фильму. Это позволяло этим фильмам воспроизводиться в широкоформатном формате даже на старых DVD-плеерах, которые не имели широкоформатного режима.

К сожалению, однако, когда эти DVD конвертируются, большинство видеоконвертеров оставляют их в их оригинальном соотношении сторон 4:3, с черными полосами как частью кадра. В этом случае полученное видео будет рассматриваться как видео 4:3, с черными полосами, постоянно показываемыми в верхней и нижней части кадра. Обрезка не будет доступна на iPod, а Apple TV и iPhone по умолчанию будут показывать эти видео в черной рамке:

В этом случае черные полосы вверху и внизу не генерируются выходным устройством, а на самом деле являются частью изображения видео.

При работе с DVD описание на упаковке может часто помочь в определении того, каков исходный формат. Хотя терминология различается среди различных студий, многие старые DVD, которые использовали термин “Letterboxed”, относились к этому типу кодирования: изображение 4:3 с черными полосами, добавленными к кадру. С другой стороны, термин “анаморфный широкоформат” почти всегда относится к видео, которые правильно закодированы в соотношении сторон 1.85:1 или 2.35:1. Обратите внимание, что это будет гораздо менее распространенной проблемой с DVD, которые были опубликованы более недавно.

Вы также можете проверить, является ли ваш видеоконтент правильным широкоформатным форматом, просматривая его в окне на вашем компьютере через iTunes или QuickTime.