O que é um codec de vídeo: Tudo o que precisa de saber sobre ele

Durante a pandemia de 2020, enquanto a maior parte do mundo entrou em confinamento, os serviços de streaming registaram números recorde de novos subscritores e de horas vistas. De acordo com a pesquisa da Nielsen, o streaming aumentou quase 100%.

O aumento do streaming forçou todas as principais plataformas de streaming a concordarem em limitar o seu conteúdo vídeo a 480p para preservar a largura de banda da Internet para outros serviços essenciais. A diminuição da qualidade foi notória para quem tem televisores 4K e monitores 1080p.

Porque é que notamos mais a diferença de qualidade em alguns dispositivos do que noutros? Tudo tem a ver com a forma como os nossos cérebros processam as imagens e com as diferentes formas como os codecs de vídeo codificam a informação. Mas o que é um codec de vídeo? Como é que funciona? Porque é que deve saber disso?

Responderemos a todas estas perguntas – e outras – no artigo abaixo.

Índice

• O que é um codec de vídeo?
• Porque é que um codec de vídeo é importante?
• Como é que os codecs de vídeo funcionam?
• O que é codificação e descodificação de vídeo?
• Codecs de vídeo normalmente utilizados
• Codecs de vídeo vs. contentores de vídeo
• RAW sem compressão vs. Raw com compressão
• Codecs de vídeo profissionais vs. de consumo
• Qual é o melhor codec de vídeo para streaming?
• A anatomia da transcodificação de vídeo
• O ciclo de vida de um vídeo
• Conclusão

O que é um codec de vídeo?

Comecemos pela pergunta mais óbvia: o que são codecs de vídeo? Um codec é um dispositivo ou programa de computador que pode comprimir ou descomprimir fluxos de dados e sinais digitais. No caso do vídeo, os codecs são utilizados para codificar e descodificar ficheiros de vídeo.

O que é o codec de vídeo? O que é que a frase significa? O termo “codec de vídeo” pode referir-se tanto ao dispositivo de hardware como ao programa de software. Os dois tipos mais comuns de codecs são com e sem perdas.

Os codecs sem perdas não perdem qualquer informação durante o processo de compressão, enquanto os codecs com perdas utilizam técnicas de redução de dados que sacrificam alguma informação para atingir um rácio de compressão mais elevado. Os codecs com perdas dividem-se em duas categorias: intra-frame e inter-frame.

Os codecs intra-frame apenas comprimem a informação dentro de cada frame. Em contrapartida, os codecs interquadros tiram partido do facto de os quadros sucessivos de um vídeo serem frequentemente semelhantes para comprimir ainda mais os dados.

Os utilizadores de iPhone e Mac não conseguiam transmitir vídeos 4K do YouTube até a Apple adicionar um descodificador VP9 às suas plataformas. Até ao lançamento do iOS 14, a Apple e a Google andaram às turras no que respeita aos codecs. A disputa custou a milhões e milhões de utilizadores muitas horas das suas vidas, que viram vídeos de menor qualidade devido à guerra dos codecs.

Porque é que um codec de vídeo é importante?

Sempre que assiste à sua série favorita na Netflix, faz uma chamada no Facetime ou partilha um vídeo na sua história do Instagram, está a fazer streaming de vídeo. E o streaming de vídeo utiliza muitos dados.

O fluxo médio de Netflix HD requer 3-5Mbps, enquanto um fluxo 4K UHD pode consumir 25Mbps ou mais. É por isso que os codecs são tão importantes. Sem os codecs, esgotaríamos rapidamente a largura de banda da Internet e ficaríamos presos a ver vídeos de baixa qualidade.

Os codecs de vídeo são a razão pela qual as pessoas podem transmitir mais de 1,3 mil milhões de minutos de The Mandalorian em 4K em menos de um mês. Todas as plataformas, desde o Disney Plus ao Telegram, utilizam vários codecs para garantir que os seus vídeos podem ser comprimidos e transmitidos sem consumir toda a largura de banda.

Como é que os codecs de vídeo funcionam?

Os codecs de vídeo utilizam uma variedade de técnicas para comprimir dados de vídeo. O método mais comum consiste em tirar partido do facto de os fotogramas sucessivos de um vídeo serem frequentemente semelhantes.

Outros métodos incluem a redução da resolução do vídeo, a utilização de codificação preditiva para codificar apenas a diferença entre quadros e a utilização de codificação de transformação para representar os dados de vídeo de forma mais eficiente.

Um ficheiro de vídeo em bruto é muitas vezes enorme e pode ocupar muito espaço no disco rígido. Os codecs são importantes porque permitem comprimir o ficheiro de vídeo sem perder qualidade.

A duração média dos vídeos do YouTube é de cerca de 11,7 minutos e a taxa de bits média é de 3,5 Mbps. Se pegar num ficheiro de vídeo típico e o comprimir utilizando o codec H.264, pode reduzir o tamanho do ficheiro em cerca de 70%.

O que é codificação e descodificação de vídeo?

A codificação de vídeo consiste em converter um ficheiro de vídeo num formato que possa ser transmitido pela Internet. O ficheiro codificado é mais pequeno e ocupa menos espaço no disco rígido.

A descodificação de vídeo é o processo de conversão de um ficheiro de vídeo codificado de volta à sua forma original. É o que acontece quando se carrega no play num vídeo do YouTube ou da Netflix.

O seu computador ou dispositivo móvel descodifica o vídeo para que o possa ver. O processo de descodificação é essencial, pois permite-lhe ver vídeos sem utilizar toda a largura de banda da Internet.

Codecs de vídeo normalmente utilizados

Atualmente, existem dezenas de codecs de vídeo, mas alguns são mais comuns do que outros. Vejamos alguns dos codecs mais comuns utilizados atualmente:

MPEG-4

Desenvolvido pelo Moving Picture Experts Group (MPEG), o MPEG-4 é um popular codec de vídeo que oferece elevadas taxas de compressão, mantendo uma boa qualidade de imagem. É utilizado em várias aplicações, incluindo streaming de vídeo, videoconferência e edição.

Prós:

• O MPEG-4 oferece taxas de compressão muito elevadas.
• Pode ser utilizado para compressão com e sem perdas.
• O codec é amplamente utilizado e suportado por muitos dispositivos e aplicações de software.

Contras:

• Pode ser computacionalmente intensivo, levando a problemas de codificação/descodificação em tempo real.

H.264/AVC

O que é o codec de vídeo H.264 aberto? Também desenvolvido pelo grupo MPEG, o H.264 é um codec mais recente que oferece taxas de compressão ainda mais elevadas do que o MPEG-4, mantendo uma boa qualidade de imagem. O streaming, a conferência e a edição de vídeo são algumas das utilizações mais comuns do H.264.

Prós:

• Uma década de desenvolvimento permitiu resolver a maior parte dos problemas.
• Excelente para streaming e tem uma grande base de utilizadores.
• Os pagamentos de royalties são uma quantidade conhecida.

Contras:

• Um pouco desatualizado.
• Não é adequado para conteúdos 4K.

H.265/HEVC

O codec mais recente desta lista, o HEVC, foi desenvolvido como sucessor do H.264. Oferece taxas de compressão ainda mais elevadas do que o H.264, o que o torna ideal para o streaming de vídeo 4K e outras aplicações com grande volume de dados.

Prós:

• Ótimo para conteúdos de alta qualidade.
• O codec de vídeo mais eficiente disponível atualmente.

Contras:

• Ainda não foi amplamente adotado.
• O conteúdo 8K não é assim tão popular.
• Sistema de licenciamento complexo.

VP8 – VP9

Desenvolvidos pela Google, o VP8 e o VP9 são codecs de vídeo concebidos para utilização em navegadores Web. Pode encontrar os codecs de vídeo VP8 e VP9 integrados na norma HTML5, o que os torna amplamente compatíveis com os navegadores e dispositivos Web.

Prós:

• Código aberto, ótimo para programadores.
• Capacidade de transmitir em 4K.
• Compatível com vários dispositivos.

Contras:

• Não suportado em dispositivos Apple.

AV1

O mais recente codec de vídeo desta lista é o AV1, desenvolvido pela Alliance for Open Media. O AV1 é isento de royalties e de código aberto, o que o torna uma opção mais atractiva para muitas aplicações.

Prós:

• Código aberto.
• 30% mais eficiente do que o H.265/HEVC.

Contras:

• Ainda não é amplamente adotado por ser novo.

Codecs de vídeo vs. contentores de vídeo

É importante compreender a diferença entre codecs de vídeo e contentores de vídeo:

• Um contentor de vídeo é um formato de ficheiro que pode conter um ou mais fluxos de áudio e/ou vídeo e outros dados, como legendas ou metadados. Os contentores de vídeo mais comuns incluem MP4, AVI e MKV.
• Um codec de vídeo é um algoritmo que codifica e/ou descodifica dados de vídeo. Os codecs são utilizados para comprimir e descomprimir dados de vídeo. Um codec pode ser armazenado num contentor, ou pode ser armazenado no seu próprio formato de ficheiro. Alguns codecs comuns incluem H.264, MPEG-4 e VP8.

Um contentor pode conter vários codecs e um codec pode ser utilizado em vários contentores.

RAW sem compressão vs. Raw com compressão

Um vídeo não comprimido em bruto pode ser comprimido utilizando um dos codecs de vídeo antes de ser transmitido a uma rede ou a uma plataforma de alojamento de vídeo para ser disponibilizado aos consumidores. Os vídeos sem compressão são perfeitos para os realizadores de filmes. Permitem-lhes armazenar vídeo de alta qualidade e editá-lo sem perder qualidade.

O vídeo bruto comprimido é um vídeo digital que foi comprimido utilizando um codec de vídeo. O processo de compressão reduz a quantidade de dados que precisam de ser armazenados, facilitando a transmissão e a reprodução do vídeo.

As primeiras temporadas da série de sucesso da BBC Peaky Blinders foram filmadas com uma câmara ARRI no formato ARRIRAW. Ao contrário do VP9 ou do ProRes Raw, o ARRIRAW não é um codec de vídeo. É um formato que fornece dados não comprimidos e não comprometidos.

Pode ser visto como uma versão digital de um negativo. Assim que tiver os dados, pode comprimi-los de várias formas para os tornar mais fáceis de gerir. A qualidade da imagem será a mesma, independentemente da forma como a comprimir.

O vídeo em bruto comprimido tornou-se mais popular nos últimos anos, à medida que os custos de armazenamento e de largura de banda diminuíram. Muitas câmaras profissionais oferecem opções de compressão em bruto, incluindo a Panasonic Varicam LT e a Canon C200.

Codecs de vídeo profissionais vs. de consumo

Existem dois tipos principais de codecs de vídeo: profissionais e de consumo.

Codecs de vídeo profissionais

Estes codecs de vídeo foram concebidos para serem utilizados em aplicações topo de gama, como a televisão de difusão e a realização de filmes. Oferecem a melhor qualidade de vídeo e taxas de compressão possíveis.

Alguns codecs de vídeo profissionais comuns incluem MPEG-2, H.265/HEVC e ProRes.

Codecs de vídeo para consumidores

Por outro lado, um codec de vídeo de consumo é concebido para aplicações de gama baixa, como o streaming de vídeo e a reprodução de DVD. Oferecem uma boa qualidade de vídeo e taxas de compressão, mas não são tão avançados como os codecs profissionais.

Alguns codecs de vídeo comuns ao consumidor incluem MPEG-4, H.264/AVC e VP8/9.

Qual é o melhor codec de vídeo para streaming?

A resposta a esta pergunta depende de muitos factores, incluindo o seu orçamento, a qualidade da sua ligação à Internet e o tipo de dispositivos que utiliza.

Se estiver à procura de uma solução de transmissão de vídeo compatível com uma vasta gama de dispositivos e que não exija muita largura de banda, o H.264/AVC é uma boa opção.

Qual é o melhor codec de vídeo em termos de qualidade? Se procura a melhor qualidade de vídeo possível, o H.265/HEVC é o codec que deve utilizar. Quanto ao streaming de baixa latência, o VP9 é a melhor opção.

A anatomia da transcodificação de vídeo

O que é a transcodificação de vídeo por codec? A transcodificação de vídeo é o processo de conversão de vídeo de um codec para outro. A transcodificação é frequentemente necessária quando é necessário converter um vídeo de um formato para outro ou quando se pretende alterar a taxa de bits, a resolução ou outros parâmetros de um ficheiro de vídeo.

O processo de transcodificação consiste normalmente em quatro etapas principais:

1. Decodificação: O primeiro passo é descodificar o vídeo do seu codec atual para um codec intermédio. Este passo é necessário porque a maior parte do software de edição de vídeo apenas suporta um punhado de codecs.
2. Codificação: Depois de descodificado, o vídeo pode ser codificado para o novo codec. A perda de qualidade é praticamente inevitável durante este passo.
3. Ajuste de qualidade: Por vezes, pode ser necessário ajustar as definições de qualidade do vídeo antes de o codificar para o novo codec. Por exemplo, poderá ser necessário reduzir a taxa de bits ou a resolução se o codec de destino não suportar vídeo de alta qualidade.
4. Codificação: O vídeo é codificado no novo codec e guardado no formato pretendido.

O ciclo de vida de um vídeo

Como é que um sítio Web ou uma aplicação sabe qual o codec de vídeo a utilizar para proporcionar a melhor experiência aos seus utilizadores?

É basicamente um processo em três etapas:

1. Deteção do agente do utilizador: Sempre que um utilizador solicita a transmissão de um vídeo, o servidor executa um script que recolhe metadados sobre o seu dispositivo, navegador ou aplicação. Esses dados são depois utilizados para identificar quais os codecs suportados pela configuração do utilizador em causa.
2. Identificação do melhor codec: Quando o servidor tiver uma lista de todos os codecs que o utilizador pode utilizar, seleccionará o melhor com base em vários factores, incluindo qualidade, taxa de bits e resolução.
3. Reprodução do vídeo: Finalmente, quando o servidor tiver selecionado o melhor codec, começará a transmitir o vídeo utilizando esse codec. Se o dispositivo ou o browser do utilizador não suportar esse codec, o servidor mudará automaticamente para outro codec que o utilizador possa suportar.

Conclusão

Atualmente, dependemos dos dispositivos móveis para fins educativos e de entretenimento. Mais de 50% do tráfego móvel a nível mundial provém do YouTube e do streaming de vídeos da Netflix. À medida que a procura de conteúdos de vídeo móvel aumenta, aumenta também a necessidade de codecs de vídeo eficientes que forneçam vídeo de boa qualidade sem demasiada largura de banda.

Saber a resposta à pergunta “o que é um codec de vídeo” é essencial para os programadores, engenheiros e qualquer pessoa que queira compreender melhor a forma como o conteúdo de vídeo móvel é fornecido aos seus dispositivos. Sem os codecs, não poderíamos desfrutar da vasta gama de conteúdos de vídeo disponíveis atualmente. Assim, da próxima vez que estiver a transmitir um vídeo no seu telemóvel, pare um momento para pensar no codec utilizado para lhe fornecer esse conteúdo.

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