¿Qué es un códec? Conceptos básicos de compresión y codificación de video

¿Qué es un códec y por qué necesitas uno?

Un códec es una herramienta para comprimir información visual en un archivo de video para que sea más fácil de enviar y almacenar. Cada códec incluye dos partes, un codificador para comprimir video y un decodificador para traducir el video nuevamente a una forma visible. De hecho, la palabra códec significa COmpressor-DECompressor.

Los creadores de videos y las plataformas de alojamiento y transmisión usan códecs para mantener manejables los tamaños de los archivos. Piénselo: si tuviéramos que definir el color de cada píxel en un video, el tamaño del archivo sería enorme: casi 4 gigas por minuto para un video de 720p.

Dado que los tamaños de archivo masivos como este colapsarían la mayoría de los sitios web y ralentizarían la transmisión, los científicos informáticos han ideado códecs para reducir el tamaño de los archivos.

Estos son algunos códecs comunes:

  • H.264 (AVC)
  • H.265 (HEVC)
  • Animación
  • ProRes
  • Sorenson (mayor)

Códecs vs formatos de video

Algunas personas confunden códecs y formatos de video. Es un error fácil de cometer ya que los formatos de contenedor de video contienen códecs. Si piensa en un video como una carta, el códec es el idioma en el que está escrita la carta, el video en sí es el significado o el mensaje que se transmite, y el formato de archivo es el sobre que encierra ambos.

Los formatos de video están representados por la extensión del archivo. Es posible que esté familiarizado con formatos como:

  • Tiempo rápido (.mov)
  • MP4 (.mp4)
  • Vídeo de Windows Media (.wmv)

Se pueden usar diferentes códecs con cada uno de estos formatos de archivo según la parte de los procesos de creación y distribución de videos en la que se encuentre.

¿Cuál es el mejor códec para usar?

La respuesta a esta pregunta dependerá de cuál sea tu propósito. Se utilizan diferentes códecs en diferentes lugares del proceso de creación/distribución de videos. En la siguiente infografía, estamos probando estos códecs:

  • Disparo (RAW)
  • Edición (Pro Res 4:2:2 y 10 bits sin comprimir)
  • Animación y Efectos Especiales (Animación)
  • Masterización y archivo (Pro Res 4:4:4)
  • Transmisión o distribución (H.264)

Mientras hablamos de algunos de estos códecs, tenga en cuenta que los códecs se pueden clasificar como sin pérdida o con pérdida. Como su nombre lo indica, los códecs sin pérdidas mantienen toda la información para que no causen pérdida de calidad. Los códecs con pérdida, por otro lado, descartan información innecesaria que resulta en cierta pérdida de calidad. La compensación es que obtienes un archivo mucho más pequeño.

Códecs que vale la pena conocer

  • Animación: Este es un códec sin pérdidas. El único tipo de compresión que utiliza es la codificación de longitud de ejecución. (Más sobre eso en un momento). Es un códec que generalmente solo se usa en 2d o Animación 3D producción, o en efectos especiales. Dado que depende de áreas continuas de color para su poder de compresión, no reduce mucho el tamaño del archivo cuando se usa para acción en vivo.
  • H.264: Este códec con pérdidas fue revolucionario cuando salió a la venta en 2003. El códec dominante antes de esa fecha era Sorenson, y H.264 mejoró enormemente tanto la calidad de la imagen como la compresión, alimentando una explosión de contenido de video. La mayoría de los videos que ves en línea todavía usan este códec. Normalmente entregamos el videos explicativos hacemos usando .mp4 y H.264. La calidad es tan alta que incluso es aceptada por muchos entregas de difusión!
  • H.265: Un códec con pérdida más nuevo y avanzado, H.265 o HEVC, ofrece tasas de compresión más altas que H.264. Las diferencias en la forma en que se comprimen los datos significan que H.265 requiere la mitad del ancho de banda que su predecesor, pero también necesitará un hardware más potente para la compresión.
  • ProRes: Este es un códec con pérdida de la marca Apple que se creó para usar en Final Cut Pro, pero se mantuvo después de que FCP se dejó de lado. Los creadores de videos con un iPhone 13 o iPhone 14 aún pueden elegir grabar y editar en ProRes. Viene en muchos sabores diferentes para diferentes aplicaciones como edición (4:2:2) o masterización/archivo (4:4:4).
  • 8 o 10 bits sin comprimir: Este es uno de los grandes errores de video. ¡El video sin comprimir en realidad se comprime con Chrome Sub-Sampling! Te explicamos lo que eso significa a continuación. Es un códec utilizado para la edición.
  • AV1: El nuevo códec con pérdida del bloque. Muchos expertos predicen que AV1 se convertirá en el próximo códec dominante para vídeo de Internet. Ofrece video de igual o mayor calidad a HEVC, pero lo hace a una tasa de bits más baja. Esto hace que la transmisión de contenido 4K e incluso 8K sea más eficiente. También es de código abierto, libre de regalías y compatible con plataformas como YouTube, Amazon Prime, Twitch, Netflix y Meta (Facebook).

Entonces, ¿cuál es el mejor códec para usar? Elija el recomendado para su hardware o identificado en las especificaciones técnicas de su presentador de video.

¿Qué es la tasa de bits de un códec?

Hemos mencionado la tasa de bits varias veces, así que antes de entrar en los detalles técnicos de cómo funcionan realmente los códecs, definamos la tasa de bits. La tasa de bits es la medida de cuánto comprimió un códec un videoclip. Por lo general, se expresa como cantidad de datos por segundo. Un códec que emite a 8 Mbps nos daría un archivo de 8 megabits de tamaño por cada segundo de video.

Un error que comete mucha gente es confundir la tasa de bits con la calidad. Algunos códecs pueden producir imágenes excelentes a una velocidad de bits que produciría un gran desorden en códecs inferiores más antiguos.

Si está procesando un video, su códec elegido a menudo le preguntará a qué tasa de bits le gustaría generar. Tenga en cuenta que los códecs generalmente tienen un rango dulce en el que producen las mejores imágenes en los tamaños de archivo más pequeños. Las tasas de bits más altas generalmente producen solo una mejora marginal, mientras que las tasas de bits más pequeñas pueden deteriorar rápidamente la imagen. La experimentación (o simplemente la experiencia) lo ayudará a encontrar el rango dulce de un códec.

¿Cómo funcionan los códecs?

Ya sabes qué son y cómo se usan. Incluso has llegado a conocer a algunos de los jugadores más importantes en el mundo de los códecs. Pero todavía hay una gran pregunta que no hemos respondido. ¿Cómo funcionan realmente los códecs? La respuesta es, depende. Varios códecs utilizan diferentes técnicas para reducir el tamaño del archivo.

Las técnicas de compresión comunes incluyen:

  • Codificación de longitud de ejecución
  • Profundidad de bits
  • Submuestreo de croma
  • Compresión espacial, y
  • Compresión Temporal

Codificación de longitud de ejecución: Digamos que tiene una gran parte de su imagen de video que es del mismo color. En lugar de repetir la información de color para cada píxel del marco, puede especificar que un rango de píxeles sean todos del mismo color. Por ejemplo: «este píxel es X color, y los siguientes 35 píxeles también son del mismo color”. Este es un método sin pérdidas.

Profundidad de bits: Usualmente en video usamos 8 bits (u 8 números binarios) para definir un color. Eso da como resultado 256 gradaciones de color, lo que generalmente nos da una imagen bastante buena, pero si queremos más definición podemos aplicar 10 bits al color de cada píxel (1024 gradaciones). Esto es lo que hace el video sin comprimir de 10 bits, y en realidad hace que el archivo sea un poco más grande. Del mismo modo, podemos reducir el tamaño del archivo comunicando información de color con menos espacios binarios que 8. La señal reveladora de que un archivo se está comprimiendo de esta manera es que comenzamos a ver bandas en las áreas graduadas de la imagen.

Submuestreo de croma: Nuestros ojos están diseñados para ser muy sensibles al brillo, pero no tan sensibles al color. Los códecs pueden aprovechar esta característica humana conservando la información de brillo pero eliminando parte de la información de color.

En lugar de expresar un valor de color con tres números que representan colores (Rojo, Verde, Azul), podemos expresar un valor de color como Y’CbCr (Brillo, Azul, Rojo) y derivar el color que falta (verde) mediante matemáticas, ya que el brillo es sólo una combinación de las tres primarias. Esto nos permite hacer que la información de color sea más gruesa: un píxel de información puede representar dos o cuatro píxeles en la imagen. Sin embargo, las variaciones en el brillo significan que el ojo tiene dificultades para detectar la diferencia.

En un códec 4:2:2, como ProRes 422, cada píxel tiene información de brillo, pero de cada cuatro píxeles solo tenemos dos píxeles de información de color en los canales azul y rojo. Este proceso puede reducir considerablemente el tamaño de los archivos y ser apenas perceptible.

Compresión espacial: Hemos hablado sobre cómo la codificación de longitud de ejecución puede agrupar el mismo color e indicar que se está repitiendo. La compresión espacial es así, pero falla un poco. Si dos colores son similares, entonces los reproduce como si fueran iguales. Esto puede provocar el mismo tipo de bandas que se ven en las imágenes con poca profundidad de bits.

Compresión temporal: Imagina una toma de cabezas parlantes. En la cámara, tenemos a una persona hablando y moviéndose un poco, pero si la cámara está en un trípode, la el fondo no se mueve. ¿Por qué repetir la información de la imagen para las áreas de fondo si puede decir «repitamos estos parches de la imagen que no se mueven durante los próximos 50 cuadros». Cuando un códec hace esto, está aplicando compresión temporal.

Muchos de los códecs más efectivos usan una combinación de los métodos comunes enumerados anteriormente o agregan métodos adicionales que no hemos discutido.

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