Codec e formati per video digitali


Differenza tra CoDec e formato

Il codec (COdificator-DECodificator o COmpressore DECompressore) è un particolare software che contiene un algoritmo costruito per codificare e decodificare in generale dati, al fine di comprimere (e quindi decomprimere) files di grandi dimensioni. Un formato di rappresentazione delle informazioni (tipo di file) è una entità più generale  che serve per memorizzare i dati audio, video secondo un certo standard. Per poter utilizzare (vedere) le informazioni di un certo formato occorre installare il CoDec adeguato.


CoDec:

CODEC

UTILIZZO

INFORMAZIONI

Sorenson Video

WWW

Uno dei primi codec Quick Time. In bassa risoluzione è buono per il web, in alta per CDrom.Necessita di computer con almeno 120MHz di potenza. La versione 3 uscirà con Quick Time 5.

Intel Indeo Video

Cdrom, video interattivi

E' uno standard proprietario dell'Intel (INtel viDEO) molto simile, nei risultati, al Cinepak ma gode di una velocita' inferiore in fase di compressione. La codifica e' lossy e in termini di algoritmo presenta delle affinita' con l'MPEG, anche se la gestione del cosi' detto key-frame e' differente. Anche questo codec, infatti, procede per differenze cromatiche rispetto ad un fotogramma campione, il key-frame appunto. Esistono parecchie schede hardware di compressione/decompressione che supportano lo standard dell'Intel e risultano molto utili per la creazione o la lettura di software multimediale che utilizzi questo codec. 
Intel Indeo 4 Video Interactive: Ultima versione (4.11) del codec video Intel che si puo' tranquillamente considerare un vero e proprio sistema di sviluppo e controllo di file digitali. Esso gode di opzioni e miglioramenti degni di nota, che marcano la distanza dall'ultima release del codec (3.2): la possibilita' di definire una trasparenza dello sfondo, la scalabilita' prestazionale, differenziata a seconda della CPU, la riproduzione controllata di specifiche parti del riquadro invece che dell'intero screen codificato. E' un'ottima scelta (anche se per ora non totalmente supportata) sopratutto per prodotti multimediali. Non è ancora prevista una versione hardware. 
Intel Indeo 5.0 Progressive Download: Nuova release del codec Intel che stavolta unisce alle grandi capacita' di compressione la possibilita' di download progressivo dal Web (del quale non ci occuperemo in questa sede). Altre caratteristiche da evidenziare sono il detect di processori dotati di istruzioni MMX, la migliore qualità di immagine e la maggiore capacità di compressione. Il codec in questione e' naturalmente utilizzabile con tutti i programmi di editing compatibili con VfW (Videdit, Premiere, ecc...). 

Cinepak

CD / HD

Creato nel 1990 per computer poco potenti. Adatto solo a piccoli video a bassa risoluzione. Funziona su molti computer ma è ormai obsoleto.

Real Video

WWW

Codec “scalabile”, la qualità video si adatta alla capacità di trasmissione della linea e alla potenza del computer. Simile ai formati WMA/V ma deriva dall’ Indeo Video.

Mpeg1

Mpeg2

CDvideo

DVD / satellite

E' uno dei formati che più si è diffuso in rete negli ultimi anni grazie all'altissima compressione e alla qualita' decisamente buona, nonostante il suo carattere lossy, che mantine rapporti di compressione addiritura di 200:1. La sua tipologia è tipicamente asimmetrica (la compressione avviene in un tempo decisamente maggiore della riproduzione) e ciò lo rende ottimo per il Multimedia publishing ma praticamente inutile per il Desktop Video. Oltretutto la sua struttura interna (ridondanza spaziale, encoding incrementale) impedisce l'elaborazione frame-by-frame e quindi rende difficoltoso l'editing non lineare (anche se recentemente sono usciti software che supportano questo formato). Infine, sono ormai a buon mercato schede di decompressione , dedicate al playback dei filmati MPEG in full-video o full-motion, presenti anche nei VideoCD. Di questo formato esistono vari tipi individuati da un suffisso numerico. Gli MPEG-1 e MPEG-2 sono i formati meno recenti (definiti nell'ISO-11172 e nell'ISO-13818 rispettivamente) e supportano sia audio che video. L'ultimo uscito, è invece il formato MPEG contraddistinto dal nunmero 4, formato di compressione utilizzato (o quanto meno molto simile) a quello forse più conosciuto col nome di DVD. Lavorando con video MPEG-2 (ovvero la tipologia di MPEG più diffusa al momento) , ci sono principalmente tre tipi di compressione usati: I-Frame, IPP, IBP. 
Compressione MPEG-2 I-Frame: la compressione I-Frame corrisponde alla prima tecnologia di compressione e non si avvantaggia delle techiche di compressione reali MPEG-2. Per ogni frame acquisito da una sorgente video, viene creato un frame compresso MPEG-2. Questa codifica è meglio conosciuta come compressione "Intra-frame", dove si puo' facilmente dedurre che la dimensione di ogni frame è identica. E' molto simile alla compressione M-JPEG; infatti per mantenere una alta qualità del video acquisito, abbisogna di un elevato data rate e di notevole spazio su disco fisso.
Compressione MPEG-2 IPP: la compressione IPP presenta una condizione particolare: Il video acquisito è composto da vari gruppi di frames, denominati "GOP". I "GOP" sono composti da un frame di tipo "I" e seguito da una serie più o meno lunga di frames predittivi denominati "P-frame". La particolarità risiede nel fatto che i frames di tipo "P" sono composti solamente dalle parti modificate rispetto al frame precedente. Ciò permette di ottenere un data rate inferiore del 50% rispetto alla compressione M-JPEG o MPEG-2 "I-Frame" mantenendo la stessa qualità; è da notare inoltre che anche questo formato permette di operare sul singolo frame durante il montaggio. A questo punto è comprensibile il perchè la compressione "IPP" si è rivelata uno degli standard di acquisizione più utilizzati. (Non a caso Pinnacle, con la DC1000 e la DV500, e Matrox con la RT2000 implementavano proprio questo tipo di compressione.....) 
Compressione MPEG-2 IBP: la compressione IBP viene sfruttata soprattutto per il video streaming di altissima qualità. Infatti le creazioni MPEG-2 come DVD e CD Video multimediali sfruttano questo formato particolare proprio per avvantaggiarsi dell'alta qualita concessa dal formato MPEG-2 unita a data rate ancora più bassi. Il formato IBP è composto ancora di gruppi di frames "GOP", più lunghi ancora che nel formato "IPP" e sono composti da frame di tipo "I" (Intra-Frame), frame di tipo "P" (Predictive-Frame) e frame di tipo "B" (Backwards-Predictive-Frame). I frame di tipo "B" sono interposti tra i frame di tipo "I" e quelli di tipo "P", e permettono di ridurre ulteriormente le informazioni memorizzate su disco fisso, pur mantenendo la stessa qualità dei formati precedenti. Data l'alta compressione e la notevole complessità, non è possibile operare a livello di frame durante il montaggio. 

Mpeg4

WWW / CDvideo

Nuova versione Mpeg migliorata rispetto l’ Mpeg2 con una compressione maggiore, una maggiore dimestichezza allo streaming e all’ interattività. Dall’ Mpeg 4 è nato il DivX

Microsoft Mpeg4 V7
Microsoft Mpeg4 V8
WWW streaming Versione migliorata da Microsoft dell' MPEG 4 per i formati Windows Media e NetShow; permette lo streaming e una compressione molto elevata.

M-Jpeg

Acquisizioni, editing, riversamento.

Il Motion JPEG (o M-Jpeg) è ormai diventato uno standard de facto per il digital video. La sua struttura e la sua qualità ne fanno uno strumento indispensabile per realizzare veri e propri video digitali da riversare su nastro magnetico. Questo codec gestisce le sequenze video come si trattassero di un insieme di fotogrammi su una pellicola, legati uno all'altro da precisi intervalli di tempo. Infatti, al contrario dell' MPEG, le informazioni su una singola immagine sono salvate indipendentemente dalle altre. Questo codec di tipo "intraframe" dunque non solo permette l'accesso "random" ad ogni quadro video, in tempo reale, ma consente un vero e proprio editing non lineare (in full motion) da hard disk, con la possibilita' di "srotolare" il file proprio come una sequenza di immagini altamente compresse, eventualmente modificabili e sostituibili. Il codec si avvale necessariamente di un supporto hardware che permette una prefetta simmetria (il tempo impiegato alla compressione delle immagini è uguale a quello della fase di playback). Queste caratteristiche, unite ad un livello di compressione che varia da chip a chip (da 3:1 a 100:1) fanno del M-Jpeg la soluzione ottimale per digital video in qualita' studio. 
Paradigm Matrix M-Jpeg: Si tratta di un nuovo codec Motion Jpeg ad alte prestazioni di natura esclusivamente software che si presenta come valida alternativa al vecchio Indeo. Essendo un codec che aderisce alle specifiche audio video interleaving di VfW e' possibile utilizzarlo sotto il software di montaggio Videdit. In tale ambiente di lavoro il codec diviene infatti subito utilizzabile, a condizione che si applichi solo su file gia' precedentemente compressi; questo M-Jpeg infatti non comprime file di tipo full-frame, RLE, sequenze immagini BMP, ecc... Per quento riguarda le prestazioni ci troviamo di fronte ad un codec molto veloce che ci consente un notevole risparmio di tempo ma sopratutto che produce file di dimensioni molto ridotte (tra il 20 e il 30% della rispettiva versione compressa con Indeo). Essendo un'algoritmo solo software e' poco utilizzabile su sistemi non performanti, ma con l'avvento dei nuovi processori ad alte velocita', codec di questo tipo sono una vera risorsa per l'editing non lineare a bassissimo costo. 

Microsoft RLE Multimedia Publishing.

Il Run-Lenght-Encoder (RLE) e' il piu' semplice dei codec di VfW e per la sua struttura interna e' adatto alla compressione di immagini sintetiche generate al computer, e quindi praticamente inutilizzabile per sequenze video. Richiede ridotta potenza di calcolo sia in caso di compressione che di playback. 
SuperMac Cinepak: E' uno dei primi codec di compressione, fornisce una buona qualita' video e altrettante prestazioni in fase di playback. Tipicamente la sua finestra video utilizza i calssici 320*240 pixel variando dai 12 ai 30 fps. a seconda della CPU o della velocita' del CD drive. Il rapporto di compressione e' mediamente di circa di 20:1, ma, essendo un codec lossy, questo valore dipende molto dalle caratteristiche delle immagini compresse. E' inoltre altamente assimetrico. Esistono più veloci varianti hardware ma non hanno avuto un successo commerciale a causa del dominio pressochè assoluto del Motion Jpeg.

Angelpotion

Video CD,
file scaricabili da Internet

Codec compatibile con il DivX, Buona qualità ma scarsa diffusione.

MS Video1 CD-Rom
Simulazioni video

Adottato dalla Microsoft per il VfW su licenza della Media Vision, ha una qualita' inferiore rispetto al Cinepak e all'Indeo e si dimostra piu' adatto a sequenze video contenenti poca dinamica nei movimenti, anche se i tempi di elaborazione sono nettamente inferiori a quelli degli altri codec. I file sono leggermente più voluminosi di quelli dei codec antagonisti ma tutto sommato ha un ottimo rapporto velocità/prestazioni, sopratutto per software multimediali su CD ROM. E' stato uno dei più utilizzati ma recentemente ha dovuto cedere la strada all'Indeo 3.2. Le schede hardware per la compressione di questo codec stanno sparendo dal mercato.
Formati e CODEC Video digitali

DivX

Video CD,
file scaricabili da Internet
(non streaming)

Utilizzabile all’ interno del formato AVI. Codec derivato dall’ Mpeg4 Microsoft. Grande compressione e alta qualità. Quasi 2 ore di film in un CD a qualità VHS. Molto diffuso in Internet per i filmati lunghi e/o ad alta qualità. Con la versione Pro 5.xx, che raggiunge le stesse compressioni dell'MS MPEG 4 V7, il codec è diventato a pagamento.

XviD

Video CD,
file scaricabili da Internet
(non streaming)

Versione dell' MPEG 4 simile al DivX 3.11; non adatto allo streaming permette di ottenere le stesse copressioni delle vecchie versioni del DivX.

Calcolo del Kbps

Per calcolare il minimo valore in Kbps (Kbit/s ovvero 1000 bit/s) che generi un immagine di qualità paragonabile al VideoCD MPEG 1 o VHS si deve utilizzare la seguente formula:

                              larghezza * altezza * fps
   Min Kbps ~ =  ---------------------------
                                              K

Dove larghezza e altezza sono le dimensioni dei fotogrammi; fps sono i fotogrammi per secondo e K è una costante che dipende dal tipo di codec usato (vedi tabella sottostante). Per poter calcolare la dimensione del filmato in Kb/s occorre tener presente che 1 Kb/s = 8.192 Kbps
Si consideri che i valori di K sono puramente indicativi; ed il valore ottenuto deve servire come riferimento.

CODEC

K= Fattore di
compressione
 Percentuale
di compressione
NON COMPRESSO 125/3 1 100 %
MPEG 1 2200 53 1,887 %
MPEG 2 2740 66 1,515 %
MPEG 4, XviD
DivX 3.xx-4.xx
5000 120 0,833 %
M.S. MPEG 4 V7,
DivX 5.xx
7500 180 0,555 %

N.B: questo valore si riferisce solo al video ed è indipendente codec audio usato; il cui bit-rate si somma a quello calcolato. Il valore indicato per il filmato non compresso (1000/24; dove 1000 è il fattore di conversione da bps a kbps e 24 è il numero di bit per ogni pixel)  restituisce la dimensione reale del file e non quella minima.

Per ottenere il fattore e la percentuale di compressione, utilizzare le seguenti formule:

                                              3*larghezza * altezza * fps
Fattore di compressione =  -------------------------------
                                                           125*Kbps

Percentuale di compressione = 100/Fc


Formati:

Quelli che seguono sono i formati video di maggiore diffusione e che, pertanto, vengono riconosciuti da praticamente tutti i player che si possono trovare sulla rete (sia commerciali che open-source). Da sottolineare che in questa sezione sono trattati solo formati per video propriamente detti in quanto sul Web sono disponibili due tipi di filmati:

  1. I video propriamente detti per i quali il player, per riprodurli, deve disporre di tutto il file nella sua interezza in locale ovvero sulla macchina dove è presente il player

  2. Gli streams ovvero dei flussi di dati (audio o video tipicamente) che vengono viceversa riprodotti man mano che vengono "scaricati" dalla rete e che quindi non presuppongono la presenza di tutto il file in locale. 

TIPO DI FORMATO

FILE

UTILIZZO

INFORMAZIONI

MS Video for Windows

AVI

Acquisizione, editing, multimedia, scaricamento come file (non streaming)

Microsoft Video for Windows e' certamente il formato piu' conosciuto e piu' utilizzato dagli utenti del PC. E' il primo pacchetto che ha introdotto le funzionalita' necessarie per il trattamento del video su PC (1992) e nasce con 15 frame/sec e con una risoluzione 160x120 pixels. Il suo nucleo centrale e' un driver MCI (Media Control Interface), interfaccia software che si inserisce tra l'applicazione specifica e la scheda grafica, permettendo a dispositivi hardware di dialogare con il software senza problemi. Il formato annesso a questo pacchetto risponde all'estensione AVI (Audio Video Interlaced) e supporta moltissimi codec di compressione, quali SuperMac Cinepak, DivX, MS Video1, MS RLE, Intel Indeo, M-Jpeg tra i piu' noti. E' perfetto per il digital video sia per la quantita' e la versatilita' dei codec supportati ma sopratutto per la compatibilita' praticamente assoluta con software per l'editing non lineare. Il fatto che sia un formato un po' datato implica delle piccole limitazioni alle quali deve sottostare, fra cui l'impossibilità di effettuare lo streaming (ovvero la possibilità di visualizzare il file intanto che lo si scarica); questo porta a un problema per l'utilizzo in rete: se non si scarica completamente il file o se questo si danneggia in parte durante il download non è possibile visualizzarlo. Questo inconveniente può essere ovviato con dei programmi appositi che sistemano il file. L'AVI è un formato di  proprietà Microsoft.

Motion Picure Expert Group MPG
MPE
MPA
MPEG
M1V
DAT
VCD, video e applicazioni interattive anche on-line

Formato che si avvale dell'algoritmo di compressione MPEG 1 (Motion Picure Expert Group). Il formato MPEG al contrario degli altri è stato sviluppato da un consorzio (Motion Picure Expert Group appunto) per standardizzare e globalizzare i filmati.
Il VCD (Video CD) è un formato che offre una buona qualità video, può contenere audio stereo, video ed immagini, contenendo complessivamente 98 tracce A/V. Il Vcd è in grado di contenere tracce video compresse in formato MPG1 (Compressione 1:30, Standard Iso-Iec 11172); questo comprerssore utilizza un data rate fisso di 1150 Kbit/s per il video e di 224 Kbit/s per l'audio. Tutto ciò quindi permette di registrare su un vcd filmati di durata superiore ai 70 minuti. Il Formato Vcd si è affermato molto in Usa e in Asia, dove esiste un mercato molto vasto,facendo leva soprattutto sulla possibilità di essere letto: da lettori Cd-I con estensione per Vcd, dalla maggior parte dei Dvd da tavolo, dalla Playstation modificata e da tutti i Dvd Rom. Tutti gli elementi che possono essere contenuti nel Vcd (Tracce A/V, immagini) devono essere registrati su questo rispettando i parametri fissati dal "White Book"; pertanto il Vcd dovrà mantenere rigorosamente queste caratteristiche: 

Risoluzione Video
(pixel)
PAL: 352x288
NTSC: 352x240
FPS (fps) PAL: 25
NTSC: 29,97
Bitrate Video 1150 Kbps
Bitrate Audio 224 Kbps
Pack Size 2324 Kbps
Audio 44.1 KHz
16bit Stereo
Encoder Video MPEG 1
Encoder Audio MPEG 1 Layer II
Motion Picure Expert Group MPEG 2 MPG
M2V
M2P
MPV2
MP2V
SVCD, video e applicazioni interattive per canali satellitari, anche on-line

E' adatto a produzioni di tipo broadcast (pieni NTSC e PAL da 4 a 8 MBit) e necessita di hardware molto potente per la cattura e la compressione. Fino a poco tempo fa non è stato uno standard di fruizione di massa proprio per le sue esose richieste hardware, ma raccoglie (ed ha raccolto) ugualmente utenti grazie alle televisioni, ai canali satellitari. Oggi, per questo formato, sono usciti alcuni player e persino degli encoder software.
Il SVCD (Super VideoCD), ovvero Super Video CD,è un cd che contiene tracce Audio e video basate sulla tecnologia MPG2 la cui peculiarità è il VBR (Bitrate Variabile).
Da un punto di vista tecnico il SVCD è l'evoluzione del VCD standard, in quanto, oltre a garantire una qualità Audio/video elevata, include anche il Surround su multi canale; pur essendo un formato relativamente nuovo è in fase di continuo sviluppo, ed è quindi lecito aspettarsi degli ulteriori miglioramenti. Il rovescio della medaglia di questo formato è il Minutaggio che può essere contenuto in un unico cd, di durata variabile tra i 35 e i 70 minuti, a seconda del Bitrate che si intende utilizzare. Ovviamente, un Bitrate inferiore, permette una durata maggiore in minuti del cd, ma anche una qualità video inferiore. Possiamo con certezza puntualizzare che il formato Svcd non si è subito affermato come lo standard Vcd; tutto ciò è causato dalla incompatibilità, almeno iniziale, di parecchi Dvd da tavolo, che non erano in grado di leggere questo formato. Le cose in questo senso sono sensibilmente mutate e possiamo dire che ora la maggior parte dei Dvd da tavolo supportano i SVCD. E' da sottolineare poi come il SVCD utilizzi la solita tecnologia (MPG2) del DVD al fine di ottenere una qualità auidio/video elevata; a differenza però del DVD, il SVCD ha costi di masterizzazione e duplicazione molto inferiori (i supporti utilizzati sono i normali Cdr).

Motion Picure Expert Group MPEG 2 VOB DVD

Questo formato oltre al filmato in MPEG2 contiene anche audio a 6 canali Dolby AC3 o DTS, sottotitoli,  punti di vista multipli e menù interattivi.

Microsoft NetShow

ASF

Streaming

Successore dell’ AVI dedicato allo streaming di alta qualità. Recente formato nativo per il web, con il quale si possono ottenere buoni rapporti qualità/dimensione per una riproduzione off-line (oltre che in streaming).

Windows Media

WMA
WMV
WMP
WMS

Streaming

Utilizza tecnologia scalabile per la trasmissione in rete creando varie versioni dello stesso filmato in Mpeg4 V7 a bit-rate diversi. 

Apple Quick Time
for Windows

MOV
QT

Cdrom, video e applicazioni interattive anche on-line

Formato proprietario della Apple e principale estensione multimediale del S.O. Mac, passato in seguito su PC, grazie alla sua grande diffusione. Esso integra tipi di dati, come audio video e animazioni in modo dinamico nelle applicazioni dedicate considerandole come "movies". Gli algoritmi di compressione presenti in QuickTime (almeno nelle versioni 1.5/1.6) sono di varia natura e scopo; i tre principali sono il Jpeg (photo compressor), il Video Compressor (proprietario Apple) e l'Animation Compressor dedicato alla grafica e alle animazioni generate al computer. Il primo è un codec per la compressione delle immagini PICT. Del secondo si puo' dire che permette un display interattivo di immagini a 24 bt, è in grado di processare immagini video a 8, 16, 24 bit, con supporto di entrambe le compressioni in modo spaziale e temporale; il terzo invece e' basato su algoritmi ottimizzati per le animazioni in genere e per la videografica generata al computer. Questo formato risulta ottimo per prodotti multimediali (quali CD ROM o video interattivi) ma puo' assolvere anche a piccoli progetti di Digital Video, benche' privo di una variante hardware, praticamente indispensabile per il full motion..

Autodesk

FLI
FLC

Video ritocco, transizione tra formati

Questo e' il formato proprietario dell'Autodesk per le animazioni dei software Animator Pro e 3DStudio, ormai divenuto un diffuso standard. Fa parte di questa lista perche', come l'Adobe Filmstrip, risulta spesso utile per operazioni di fotoritocco o di transizione da un formato all'altro. E' perfetto anche per creare particolari effetti 3D, per il croma key e per le particolari titolazioni altrimenti realizzabili lavorando su fotogrammi singoli. E' un formato voluminoso ma molto veloce in fase di playback.

Real Media

RA
RM
RAM

Streaming

E' un nuovo formato, diventato ormai standard, per lo streaming audio/video e risulta essere molto diffuso sul WWW. Concepito inizialmente per l'audio (RealAudio sino alla versione 3), questo formato e' stato adattato anche per la compressione video, diventando un vero e proprio pacchetto per la creazione e la distribuzione del multimedia sul web. La qualita' audio raggiunta e' eccezionale (16bit, 44Khz, Stereo) in rapporto alla compressione ottenuta: 10:1. Per quanto riguarda il video, si deve tener conto delle limitate capacita' dei sistemi che si adottano. La qualita' e la fluidita' che otterremo dipenderanno dalla macchina di riproduzione, dai settaggi di compilazione, dal soggetto del filmato e soprattutto la velocita' della linea. Un modem a 33.6bps difficilmente raggiungera' uno streaming maggiore di un fotogramma al secondo, mentre una connessione ISDN dovrebbe permettere maggiori flussi. L'encoder, scaricabile da internet gratuitamente, comprende gia' alcuni settaggi standard di compilazione, fornendo comunque la possibilita' di aggiungerne di personali.

Adobe Filmstrip FLM Editing

E' un formato prorietario della Adobe che raccoglie in un unico file grafico tutti i fotogrammi della sequenza compilata, a varie risoluzioni. Le dimensioni dei file sono proibitive e la riproduzione a video e' estremamente lenta. Nonostante questo formato risulti praticamente inutilizzabile in playback, e' al contrario utilissimo in fase di montaggio per tecniche di fotoritocco frame-by-frame, quali il rotoscoping . Non e' possibile integrare audio e ne' sarebbe utile, essendo questo un formato di solo passaggio. 

Intel Indeo Video IVF Cdrom, video interattivi

Questo è il formato sviluppato dalla Intel appositamente per il proprio Codec e che ne supporta tutte le caratteristiche.

Digital Video

DV

Acquisizione, editing, riversamento

Formato di acquisizione delle nuove videocamere. La compressione interna è simile al Motion Jpeg (MJpeg). Ogni azienda ha le sue specifiche tecniche DV.


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