С понятием «битрейт» мы сталкиваемся при упоминании файлов аудио и видео формата. Чтобы понять суть данного термина, необходимо освоить процессы сжатия и кодирования файлов. Немецкие ученые заложили общий принцип сжатия файла с минимальными потерями. На примере кодировании в MP3 исходный звуковой файл режется на фрагменты, длительностью по 50 миллисекунд, каждый из которых анализируется отдельно. При анализе фрагмент раскладывается на гармоники по методу Фурье, из которых в соответствии с теорией восприятия звука человеческим ухом выбрасываются те гармоники, которые человек хуже воспринимает на фоне остальных. Таковыми являются более тихие гармоники на фоне более громких. Вследствие чего, выбрасываются звуки, замаскированные из-за инертности слуха (так, например, если за очень громким хлопком сразу, с задержкой в долю секунды, пойдет какой-то иной кратковременный сигнал, то его слышно не будет). Информация об оставшихся после фильтрации гармониках и записывается в MP3 файл, который в результате получается гораздо меньше по размеру, чем исходный WAV. WAV-файл хранит полную информацию об исходном звуке, оцифрованном и проквантованном с частотой 44кГц. Эта информация и хранится на обычных аудио-CD. При воспроизведении производится обратное преобразование, при котором оставшиеся гармоники вновь преобразуются в звуковую волну. Часть информации об исходном сигнале пропала, потому звук получается не совпадающий с исходным. Но выкидывались малозначимые звуки, поэтому человеческое ухо не сможет отличить сигнал от исходного, того, который был до запаковки в MP3.
Битрейт - это объем информации в единицу времени. Его суть – какое количество информации о каждой секунде записи мы можем потратить. Естественно, чем он меньше, тем меньший размер имеют файлы одинаковой по времени длине, тем самым придется выкинуть большее количество "лишних" гармоник. Битрейты имеют единицы измерения — килобиты в секунду (Kbps) и мегабиты в секунду (Mbps). Алгоритм сжатия аудио MP3 часто применяется с сжатитем 128 kbps. Они бывают двух типов: постоянные и переменные. Так, при видеосжатии если применен постоянный битрейт, значит фиксированное количество данных используется для кодирования одной секунды фильма. В случае с переменным битрейтом кодек устанавливает собственное значение битрейта в зависимости от сцены фильма. Например, при кодировании в mpeg в основном выигрыш в сжатии получается за счет сохранения только разницы между соседними кадрами. При медленном изменении сцены разница между кадрами невелика и, таким образом, можно уменьшить величину битрейта, необходимого для воспроизведения этих сцен. Однако, при резкой смене сцен в фильме различия в кадрах резко возрастают по объему и требуется больший битрейт для воспроизведения таких сцен. В отличие от постоянного битрейта, при переменном невозможно предсказать размер получаемого файла; это зависит от соотношения "быстрых" и "медленных" сцен в фильме.
Что касается радио в сети, качество звучания загружаемых радиостанций с сети также можно проанализировать по битрейту. Выбор между 48kbps и 128 kbps битрейтом, надеюсь, не введет вас в долгие раздумья.
Если уж вы только создаете коллекцию для личного пользования в минимально допустимом размере, то менее 1000 кбит/с для видео ставить не рекомендую (если вы только не смотрите на маленьком мониторе). А для телевизоров желательно более 1200 кбит/с оставлять... Золотая середина равна 1200 Кбит/с (для VHS 1000 Кбит/с).
Видео только по-возможности оставляйте 640х... И звук так сильно не ограничивайте... Где-то встречал цифру 56 кбит/с минимально рекомендуемую, но не уверен в ее необходимости. А лучше для голосовых фильмов 96 оставлять. И с низкобитрейтным звуком AAC получше MP3 справляется.
ABR
Кодирование со средним битрейтом (Average Bitrate — ABR) — это метод кодирования, схожий с методом CBR, но имеющий одно весьма значительное отличие: если в CBR фреймы обязаны быть одного размера (то есть битрейт для всех фреймов должен быть одинаков), то в ABR это ограничение убрано.
По существу, когда кодер использует метод ABR, он пытается угадать оптимальный битрейт для каждого фрейма, основываясь на анализе оригинального аудио и фиксированном алгоритме. Напротив, более «агрессивный» метод кодирования VBR, например, LAME VBR, пытается найти самый низкий битрейт среди нескольких, чтобы создать декодируемый файл с достаточным качеством.
Большинство фреймов в VBR MP3, созданные при помощи метода ABR, близки к битрейту, указанным пользователем, при этом каждый фрейм может варьироваться битрейтом с 8 до 320 kbps (причем, не обязательно кратный 16-ти). Кодер ABR обычно определяет некую область возможных значений, из которых может выбирать нужный битрейт, дабы избежать риска не «вписаться» в значение, указанное пользователем.
В зависимости от сложности аудио и примененных алгоритмов, фреймы, кодированные методом ABR, иногда могут превосходить по качеству фреймы, созданные при помощи более агрессивного метода VBR, так как метод ABR менее консервативен в распределении битов. Однако, несмотря на возможность обладания большим количеством доступных бит в фрейме, не всегда все они (биты) задействованы в фрейме, поэтому качество ABR не обязательно лучше VBR, и оба этих метода (VBR и ABR) имеют порог ошибок.
CBR
Кодирование с битрейтом CBR (Constant Bitrate — постоянный битрейт) означает, что для всего файла сохраняется постоянный установленный битрейт — каждая секунда аудиоданных кодируется одним и тем же числом битов, каждый фрейм аудиоданных является постоянным и имеет известный интервал, так что окончательный размер файла известной продолжительности можно вычислить зараннее. CBR является противоположностью VBR.
В некоторых форматах от фрейма к фрейму возможна некая разница в числе битов, содержащих фактическую аудиоинформацию. Эту разницу в MP3 регламентируют так называемые «резервные биты». В CBR MP3, несмотря на то, что фреймы имеют фиксированный размер, аудиоданные не обязательно распределяются последовательно между ними; один фрейм может быть короче, потому что не использует все свои биты, а следующий фрейм может быть длиннее, потому что использует запасные биты предыдущего фрейма.
Так что, даже в CBR, имеющим фреймы фиксированного размера, есть возможность более эффективного распределения данных. Конечно, возможность распределения далеко не такая гибкая, как в VBR, но все равно, кодер CBR, не использующий возможность управления резервными битами, создает менее качественные файлы.
В отличие от VBR, воспринимаемое качество аудио имеет тенденцию меняться параллельно файлу CBR. Это происходит из-за того, что кодирование CBR подобно ABR-форме кодирования VBR, в которой кодирование базируется на желаемом битрейте и анализе входных данных; там обычно не предпринимаются попытки использовать максимально возможный низкий битрейт. Технически, кодирование CBR всегда позволяет предугадать получаемое на выход качество, но эти расчеты базируются на фиксированных алгоритмах, а не на эмпирических тестах результата, подобных в VBR.
Кто должен использовать кодирование в CBR?
CBR применим для людей, которые предпочитают максимальную совместимость формата, поскольку не все программы и устройства способны декодировать VBR.
CBR также полезен людям, желающим знать точный битрейт или продолжительность декодируемого аудио без сканирования и частичного декодирования этого файла.
«Адвокаты» VBR, особенно на форумах hydrogenaudio, часто приводят аргументы против CBR и советуют никому не использовать CBR, если есть выбор. Некоторые приводят резонный аргумент, что в алгоритмах сжатия, особенно в сжатии с потерями кодера MP3, нужно сохранять столько бит, сколько возможно, чтобы поддерживать определенный уровень качества, поэтому в CBR тенденция использовать в простых проходах больше бит чем нужно, а в сложных проходах меньше желанного, слишком расточительна, поэтому получаемое качество (по крайней мере, в сложных проходах) в VBR является лучше.
Однако, эти аргументы должны быть внимательно квалифицированы и изучены, чтобы брать их во внимание, и говорить об врожденных качественных различиях между CBR и VBR.
Если использовать одинаковый кодер, то 128 kbps CBR MP3 почти никогда не будет звучать лучше, чем VBR MP3 со средним битрейтом 128 kbps, потому что в VBR простые партии аудио лучше сжимаются, давая возможность освободить больше бит для более сложных частей. Таким образом, более простые части быдут звучать лучше в версии CBR, а более сложные в версии VBR, если сравнивать близкие по битрейту файлы и принимать во внимание субъективность слушателя.
CBR может выдавать лучшее качество, чем VBR, если сравнивать не средний битрейт, или если метод кодирования VBR не берет во внимание качество. Например, 256 kbps CBR MP3, содержащий умеренно сложное аудио, лучше чем VBR со средним битрейтом в 128 kbps, даже если VBR кодирует некоторые фреймы в 320 kbps. И даже когда VBR принимает во внимание качество, все равно есть ошибки, связанные с психоакустическими моделями, так что кодер (даже такой, как LAME) может случайно сильно пережать некоторые сегменты (в зависимости от характеристик аудио). На высоких битрейтах качественные различия между типичными CBR и VBR приближаются к нулю, поэтому, для некоторых пользователей CBR является лучшим методом, особенно если не брать во внимание свободное место на носителе.
На низких битрейтах различия по качеству между CBR и VBR уже более явственное и VBR чаще более желателен.
Если на входе данные могут быть неодинаковыми, то VBR способен сохранять приблизительно то же качество, что и CBR, но VBR может увеличить частотный диапазон на входе, который часто считается улучшением воспринимаемого качества, даже если это может быть просто шум квантизации. Например, файл ~96 kbps VBR может использовать 12.5 kHz lowpass фильтр на входе и иметь столько же процентов помех (шума), что и файл 96 kbps CBR с фильтром 11.5 kHz. В зависимости от чувствительности слушателя к шуму выше 1 kHz, более высокое качество воспринимается из-за присутствия этих высоких частот.
VBR
В кодировании с переменным битрейтом (Variable Bitrate — VBR), пользователь выбирает желаемый уровень качества и/или диапазон доступных битрейтов. Кодер будет стараться придерживаться выбранного уровня качества в течении кодирования всего потока путем выбора оптимального количества данных, представленных в каждом фрейме аудиоданных. Главное преимущество такого подхода то, что пользователь может выбрать желаемый уровень качества и сохранить столько свободного места на носителе, сколько возможно, но есть и неудобство — финальный размер кодированного файла в известной степени малопредсказуем.
Большинство совеременных кодеров, включая известные MP3, AAC, Ogg Vorbis, Musepack и WMA, способны кодировать с переменным битрейтом.
Некоторые кодеры ограничены только кодированием в CBR, включая AC3 (в теории, он в состоянии кодировать VBR), DTS (ситуация как и с AC3 — нет публичного VBR-кодера), Real Audio и ATRAC3.
Все кодеры без потерь (lossless), по своей природе, кодируют VBR.
Резервные биты
Понятие используется в алгоритме MP3.
CBR (и в некоторой степени, ABR) используют константу, именуемую Битрейт. Существуют моменты, когда кодер сталкивается с настолько сложным моментом композиции, что не может правильно закодировать его из-за ограничений выбранного пользователем битрейта и кодер нуждается в использовании более высокого битрейта. Для таких моментов в спецификации формата MP3 определены резервные биты (или bit reservoir).
Пример: определенный момент композиции требует битрейт 130 kbit, чтобы кодер смог верно закодировать этот момент (как ему это определяют психоакустическая модель и настройки качества), битрейт CBR установлен в 160 kbps. 30 бит не используются (160 - 130 = 30), поэтому эти 30 бит могут быть сохранены для использования в следующих фреймов. Для ограничения сложности потоков, максимальный размер резервных бит установлен в 511 бит, что снижает способность кодера справляться со сложными переходами в композиции.
С VBR кодер может выбирать нужный размер фрейма для каждого момента так, как ему подсказывает психоакустическая модель и настройки качества. Так что VBR (например, в LAME) практически не использует резервные биты, но может собирать их для заполнения текущего фрейма, дабы они не пропали впустую (например, 160 - 130 = 30 запасных бит).
