Как работает сжатие Видео

Принципы сжатия видео основаны на том, чтобы уменьшить объём данных, сохранив при этом максимально возможное качество изображения. Делается это двумя основными способами: пространственным и временным уменьшением информации.

Базовые принципы

Пространственное уменьшение данных связано с анализом каждого отдельного кадра. Внутри кадра много повторяющихся или похожих элементов — например, большие однотонные области или плавные переходы цвета. Кодек использует математические методы (чаще всего дискретное косинусное преобразование или в современных вариантах вейвлет-преобразование), чтобы представить такие области более компактно.

По сути, это похоже на JPEG-сжатие для изображений: мы убираем избыточные детали, которые человеческий глаз почти не замечает, и тем самым сокращаем размер кадра.

Временное уменьшение данных работает с последовательностью кадров. В видео соседние кадры часто очень похожи друг на друга: фон остаётся неизменным, а движется только часть объектов. Кодек не хранит каждый кадр целиком, а описывает изменения относительно предыдущего.
Это позволяет значительно сократить объём информации, ведь вместо полного кадра достаточно записать только то, что изменилось.

Отсюда появляются два ключевых типа кадров:

• Intra-frame (I-кадр) — это кадр, закодированный полностью, без опоры на другие. Он служит как точка отсчёта, и его можно воспроизвести отдельно.
• Inter-frame (P-кадр, B-кадр) — это кадры, которые кодируются на основе других. P-кадры используют данные из предыдущих, а B-кадры — из предыдущих и последующих одновременно. Они содержат только информацию о различиях, что делает их гораздо легче по размеру.

Таким образом, комбинация пространственного и временного уменьшения данных позволяет кодеку эффективно балансировать между качеством и степенью сжатия: внутри кадра убирается лишняя детализация, а между кадрами сохраняются только изменения.

Разница между сжатым и не сжатым видео

Сжатие данных делится на два больших подхода — с потерями и без потерь, и они применяются в разных ситуациях в зависимости от того, что важнее: качество или экономия места.

Сжатие без потерь

Сохраняет всю исходную информацию. После декодирования данные полностью совпадают с оригиналом, без малейших изменений. Такой метод используется там, где точность критична: например, в текстовых документах, программном коде, базах данных или архивных форматах вроде ZIP и RAR.

В видео и аудио без потерь тоже встречается — например, форматы FLAC для музыки или Apple ProRes для видео — но они занимают гораздо больше места и требуют больше ресурсов для хранения и передачи.

Ограничение здесь очевидное: файлы остаются крупными, поэтому без потерь применяют только тогда, когда качество важнее всего.

Сжатие с потерями

Сжатие с потерями работает иначе: оно убирает часть информации, которая считается несущественной для восприятия человеком.
В аудио это могут быть звуки за пределами слышимого диапазона, в изображениях — мелкие цветовые нюансы, в видео — детали, которые глаз почти не различает.
Такой подход позволяет значительно уменьшить размер файлов, но при многократном пересжатии или слишком сильной компрессии качество заметно падает.

Потерянное сжатие используется повсеместно: H.264 или HEVC кодеки являются самыми распостраненными.
Ограничение здесь в том, что восстановить оригинал невозможно — часть данных навсегда исчезает.

В итоге выбор между этими методами зависит от задачи: если нужно архивировать мастер-записи или хранить юридически важные документы, применяют без потерь; если же приоритет — компактность и удобство передачи, используют потерянное сжатие.

Эффективность современных кодеков

Современные кодеки развиваются от H.264 к более эффективным H.265, VP9, AV1 и VVC. Каждый новый шаг даёт лучшее качество при меньшем битрейте, но требует больше вычислительных ресурсов и поддержки со стороны устройств и платформ.

Кодеки

Сравнение компрессии

Full HD фильм (два часа)

Короткий ролик в 4K (десять минут)

Онлайн‑стриминг Full-HD (один час)

Роль формата в сжатии видео

Разница в результате сжатия от формата контейнера практически отсутствует. Контейнер — это всего лишь «оболочка», которая объединяет внутри себя видеопоток, аудиопоток, субтитры и служебные данные. Он не занимается самим процессом сжатия, а лишь определяет, как эти элементы будут храниться и синхронизироваться.

Сжатие и качество видео определяются именно кодеком, который работает с кадрами и последовательностями, уменьшая объём данных. Контейнер же только «упаковывает» результат работы кодека. Например, один и тот же видеопоток, закодированный H.265, может быть сохранён в MP4, MKV или MOV — и качество, и степень сжатия будут одинаковыми, потому что они зависят от кодека, а не от контейнера.

Разница может проявляться лишь в удобстве использования:

• некоторые контейнеры поддерживают больше функций (например, MKV легко хранит несколько дорожек субтитров и аудио)
• другие лучше совместимы с устройствами и программами (MP4 воспроизводится почти везде)

Иными словами, контейнер влияет на совместимость и функциональность, но не на эффективность сжатия.