Codec audio/video: cosa c’è da sapere per usarli al meglio

Molto accade dietro le quinte degli streaming (YouTube, Netflix, etc.) o nella semplice riproduzione di file audio e video. È fondamentale conoscere ciò che sta alla base della tecnologia per poterla sfruttare al meglio. A far da padrone sono i codec, l'elemento cardine delle trasmissioni tanto importanti da influenzare le apparecchiature, la compatibilità, i budget, le esigenze di larghezza di banda. Rimanere sulla cuspide dei codec di nuova generazione può fare la differenza. Pertanto, l'articolo presenta ciò che c'è da sapere sui codec, e la loro importanza all'interno di un processo di streaming. Verranno trattati alcuni argomenti associati quali wrapper e protocolli di trasporto. Inoltre, si parlerà della relazione tra codec e larghezza di banda.

Introduzione

Quando si registra un video, vengono generati file video digitali RAW. I file video digitali RAW sono composti da una serie di immagini fisse. Quando questi video vengono riprodotti in successione ad alta velocità, si ottiene un video. Allo stesso modo, l'audio digitale RAW è semplicemente una raccolta di misurazioni dell'ampiezza di vari toni. Quando si gioca insieme, si ottiene un audio comprensibile. Questi dati RAW sono incredibilmente ricchi di informazioni. Tuttavia, ciò significa anche che sono ingombranti e difficili da gestire. Ad esempio, un video composto da trenta immagini al secondo risulta da subito estremamente grande, anche per soli pochi minuti. Le fotocamere di livello professionale che acquisiscono video RAW possono facilmente creare terabyte di dati da un solo giorno di riprese. Lo stesso vale per i registratori audio RAW. Sebbene questo sia prezioso in alcuni settori, è una responsabilità per i video online e lo streaming live. Le connessioni internet, i dispositivi mobili e i computer di casa degli spettatori semplicemente non sono abbastanza potenti e veloci per elaborare questi dati. Inoltre, l'archiviazione e la larghezza di banda sono molto costose sui grandi numeri.

I codec offrono una soluzione al problema di dimensioni e velocità dei file. Il termine codec sta per "codifica/decodifica". Essenzialmente, un codec è un processo matematico che riduce le dimensioni dei file digitali "eliminando" o riducendo i dati non necessari, mantenendo quanta più qualità possibile. I codec sono il motivo per cui possiamo condurre riunioni di lavoro così facilmente su Zoom e guardare i programmi TV in streaming, anche con una larghezza di banda limitata. Grazie ai codec, Netflix riesce a trasmettere in streaming più di 450.000 ore di contenuti ogni minuto. Codec diversi implementano soluzioni diverse per far fronte al rapporto qualità/dimensioni dei file. Un metodo di base utilizzato dai codec consiste nel confrontare ogni fotogramma con il fotogramma precedente. Se i dati rimangono gli stessi (ad esempio, c'è un angolo scuro del fotogramma in entrambe le immagini), uno dei due può essere eliminato mantenendo, a spanne, il medesimo contenuto informativo. Questo è un esempio molto semplice, ma che aiuta a capire come funziona un codec. Nel tempo, i metodi sono migliorati. Tuttavia, i codec che comprimono il video in dimensioni inferiori pur mantenendo una maggiore qualità tendono a richiedere una maggiore potenza di elaborazione, sia per la codifica che per la decodifica. L'immagine in Figura 1 riassume questo importante processo.

Figura 1: Esempio su come funzionano i codec audio/video

Come funzionano i codec?

Letteralmente "codificando-decodificando" o "comprimendo-decomprimendo". I codec applicano algoritmi al video e ne creano una versione in miniatura. Per questo motivo, questi standard di compressione video sono dei trucchi: facilitano sia l'aspetto di codifica/compressione che quello di decodifica/decompressione dello streaming video. Spesso si sente parlare di codifica video con perdita e senza perdita. Cosa significa? La compressione senza perdita comporta la compattazione dei dati senza eliminare alcuna informazione. Ad esempio, quando si stipano un mucchio di .jpeg in un file .zip senza compromettere l'integrità dei dati, si utilizza la compressione senza perdita di dati. La compressione con perdita, d'altra parte, elimina i dati. E quando usi il codec .jpeg, stai facendo proprio questo. I codec con perdita eliminano i dati non necessari e riducono la qualità ove possibile. Per questo motivo, un'immagine raw convertita in .jpeg sarà sempre di qualità inferiore, ma più facile da archiviare e condividere. Quando si tratta di streaming, la compressione con perdita è la chiave di tutto. I codec video lo utilizzano per ridurre i contenuti per l'archiviazione e la trasmissione e successivamente decomprimere il video per la visualizzazione. Mentre il video finale dovrebbe apparire lo stesso, mancheranno tutti i dati ritenuti non rilevabili dall'occhio umano. La compressione con perdita è molto simile a Wonkavision in Charlie e la fabbrica di cioccolato. Riduce una grande raccolta di dati per il trasporto sullo schermo.

Codec video ed audio comuni

Come accennato, molti sono i codec disponibili, tutti diversi tra loro. Tra i vari codec disponibili, vale la pena menzionare i più comunemente utilizzati per audio e video online. Alcuni codec audio e video comuni includono: H.264/AVC, V9P, H.265/HEVC, AV1, H.266/VCV, ACC e MP3. Una scheda riassuntiva è riportata in Figura 2.

Figura 2: Rappresentazione schematica dei codec più diffusi

H.264/AVC

Il codec e l'output di codifica più utilizzati oggi sono i file H.264. Il codec è anche più noto come Advanced Video Coding (AVC). Il suo sviluppo si deve alla Telecommunications Union e all'International Organization for Standardization/International Electrotechnical Commission (ISO/IEC) Moving Picture Experts Group. H.264 è diventato così popolare perché non viene utilizzato solo per lo streaming; è utilizzato per dischi Blu-ray e trasmissioni via cavo. Inoltre, H.264 funziona spesso insieme al codec audio AAC e può funzionare con contenitori .mp4, .mov, .F4v, .3GP e .ts. La cosa che rende H.264 così popolare è che può essere utilizzato praticamente su qualsiasi dispositivo - qualsiasi browser, e pertanto dispositivo mobile - può riprodurre video H.264. È ampiamente supportato e gli editor video sanno come usarlo. Secondo il rapporto 2022 Video Developer di Bitmovin, oltre il 91% di coloro che hanno partecipato al sondaggio utilizza H.264. Sfortunatamente, il codice H.264 non funziona bene con video 4K o con contenuti HDR. La sua peculiarità è lo streaming a bassa latenza. Per questo, viene comunemente utilizzato con applicazioni basate su HTTP e WebRTC. Poiché H.264 è il codec video più popolare per i video online, vale la pena menzionarne un elemento chiave: i profili. I profili sono versioni diverse del codec H.264. Esistono molti profili H.264 diversi, ma i più comuni sono Baseline, Main e High. Baseline e Main sono stati originariamente creati per dispositivi a bassa potenza. Tuttavia, oggi il profilo high è una scelta eccellente per la maggior parte delle trasmissioni video in diretta. H.264 di alto profilo è il miglior codec per lo streaming di video in diretta.

VP9

Google ha sviluppato il VP9 come alternativa open-source e senza royalty a H.264. È stato rilasciato nel 2013. Da questa data, il supporto per VP9 è aumentato. Infatti, ad oggi lo standard è supportato su:

YouTube
Browser Chrome
Smartphone e tablet Android
Il browser Firefox di Mozilla
Il browser Safari di Apple
Tutti i nuovi dispositivi iOS (dal 2015 in poi)
Televisori Samsung, Sony, LG, Roku

Difatti, oltre il 90% dei video WebRTC con codifica Chrome utilizza VP9 o VP8 (il suo predecessore). Si colloca al 2° posto dietro al codec H.264/AVC per quanto riguarda l'accessibilità sui dispositivi. Ciò è in gran parte guidato da Google che lo utilizza per YouTube e dall'adozione di questo codec da parte di Netflix. È una versione migliore di AV1, che esamineremo di seguito, poiché più dispositivi supportano questo codec. È una tecnologia di compressione di qualità superiore rispetto a H.264/AVC ed è più compatibile con i dispositivi rispetto alla maggior parte delle altre alternative H.264. Inoltre, funziona molto bene con lo streaming 4K.

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