Сегодня поговорим на тему, которую меня просят осветить уже очень давно. Я обещал, но как-то все не мог собраться с духом, потому что объяснять сложные вещи доступным языком совсем не просто. Может это только у меня не получается, не знаю. Я имею ввиду тему стандартов, кодеков, битрейтов — вот это вот все. У многих в головах по этому поводу царит абсолютный хаос, а производители оборудования часто еще сильнее запутывают своих пользователей, так что предлагаю раз и навсегда с этим разобраться.
Тем более что у меня есть отличный повод сделать это — в руки попал довольно интересный ноутбук Asus ROG Strix G713R. Он игровой, но ничего не мешает нам в перерывах между катками в «контру» решать рабочие задачи :). Я постараюсь всё максимально упрощать и доносить только самую суть.
Немного теории
Прежде всего, давайте разберемся, что такое сжатие видео и для чего оно существует. Дело в том, что любое видео — это очень большой поток данных. Поэтому хранить, обрабатывать и, самое главное, передавать его между устройствами, особенно на большие расстояния довольно проблематично. Поэтому и возникла необходимость видео сжимать. Идея очень проста. Обычно видеопоток имеет очень большую избыточность. Например, когда я снимаю себя на фоне, который практически не изменяется, то совсем не обязательно отслеживать состояние каждого пикселя фона в каждом кадре. Достаточно передавать информацию об изменении состояния пикселя только тогда, когда это изменение происходит.
Конечно, передавать эту информацию, фактически, сжимать видео, можно огромным числом способов. Стандарты сжатия видео как раз эти способы и описывают. Разрабатываются они международными организациями или научными институтами, то есть учеными и инженерами. Например, всем прекрасно известные H264 и H265 – это именно стандарты сжатия видео. MPEG2, который используется для записи DVD и Blue Ray дисков, — это тоже стандарт.
На основе этих стандартов уже разрабатываются так называемые кодеки. Кодек — фактически формула, которая описывает алгоритм сжатия и последующего «разжатия» видео, потому что устройства воспроизведения (телевизоры, плееры операционной системы компьютера) должны знать, каким образом видео упаковано, чтобы правильно его распаковать и показать.
Разработкой кодеков уже могут заниматься не только научные коллективы международных организаций, но и коммерческие компании. Например, основанный на стандарте H264, кодек AVCHD, который раньше широко применялся в потребительских гибридных камерах и видеокамерах, был совместно создан компаниями Sony и Panasonic.
А вот кодек XAVC, который используется в современных беззеркалках, а так же профессиональных камерах Sony, – это уже собственная разработка компании Sony. В целом, можно сказать, что практически все современные производители съемочного оборудования имеют кодеки собственной разработки, основанные на международных стандартах.
То есть можно сказать, что стандарт описывает общие принципы сжатия видео, а кодек — алгоритм сжатия с конкретными параметрами. Уже упомянутый мной AVCHD сжимал видео с максимальным разрешением FHD 1920х1080 пикселей и частотой кадров до 60. А максимальный битрейт составлял всего 28 Мбит/с, хотя теоретически стандарт H264 позволяет сохранять видео в разрешении вплоть до 8К.
Из реализованных на практике, могу вспомнить Lumix GH6, который в одном из режимов позволяет сохранять видео в 4К с частотой кадров до 60 в 10-битном представлении с субдискретизацией 4:2:2 сжатое кодеком, основанном на стандарте H264. Что такое битность и субдискретизация я уже рассказывал, ролик выходил, правда, довольно давно, но с тех пор ничего не изменилось. Так что можете его посмотреть, он устарел, разве что визуально.
Межкадровое и внутрикадровое сжатия
Теперь давайте введем еще одно понятие. Вернее два: «внутрикадровое» сжатие и «межкадровое» сжатие. Как известно, любое видео — это последовательность кадров с некоторой частотой, в нашем случае неважно какой. При внутрикадровом сжатии вся информация о кадре остается внутри него.
То есть каждый кадр видео является самостоятельным изображением.
При межкадровом способе сжатия полную информацию о кадре содержат только ключевые кадры, которые расположены в видео с определенным интервалом. Кадры между ключевыми несут информацию только об изменении изображения.
Оба способа сжатия имеют свои достоинства и недостатки. Если не вдаваться в подробности, то внутрикадровые кодеки считаются более подходящими для сохранения высококачественного видео, но требуют для кодирования гораздо большее количество информации. Это количество информации, кстати, называют битрейтом и измеряют в мегабитах в секунду. От битрейта напрямую зависит размер получаемых видеофайлов. Не зря все узкоспециализированные профессиональные стандарты сжатия, такие как Apple ProRes, как ни странно, разработанный компанией Apple, или DNx от компании AVID, кодируются именно внутрикадровым способом.
Межкадровые кодеки изначально не планировались для применения в профессиональных целях. Первоначально они были разработаны для использования в системах воспроизведения. Как раз таки для записи на DVD, Blue Ray диски или для потоковой передачи в интернет и через спутниковые каналы. Но со временем стало понятно, что с их помощью можно сохранять исходник вполне себе неплохого качества. И при этом битрейт видео будет в несколько раз ниже, чем при использовании внутрикадровых кодеков. Это позволит применять более медленные, а значит более дешевые носители, а так же в несколько раз снизит объем получаемых видеофайлов. Огромное количество любительской и полупрофессиональной аудитории оказалось готовой к тому, чтобы пожертвовать непринципиальной (и не всегда заметной) разницей в качестве исходника, ради значимых преимуществ, которые сильно удешевляют процесс съемки.
Однако съемка — это не всё производство, – есть еще одна очень большая часть создания видео. Это монтаж. И вот тут ситуация меняется. При том, что видео, сохраненное с внутрикадровым сжатием, требует от носителей (HDD и SSD) больших объемов и высоких скоростей передачи данных, для обработки такого исходника совсем не требуется мощного центрального процессора. Фактически исходник в 4К, сжатый Apple ProRes или любым другим подобным кодеком, можно монтировать на 5-6 летнем ноутбуке среднего класса без каких-либо ощутимых проблем.
А вот перед материалом, снятым на современную камеру и сохраненным в межкадровом кодеке на основе стандарта H265, пасуют даже самые современные рабочие станции. Потому что каждый кадр такого видео в реальном времени вычисляется за счет сравнения ключевых и других ближайших кадров. И делается это, как раз-таки, за счет вычислительной мощности центрального процессора. Справляется ли с такой задачей современный, мощный, но все-таки игровой ноутбук, сейчас узнаем.
Практика
Должен сказать, что у меня довольно большой опыт работы с ноутбуками. Причем с разными: и профессиональными, и игровыми, и даже ультрабуками. Речь, конечно, идет о рабочих приложениях, а не играх. Но как-то всегда выходило, что эти ноутбуки были основаны на Intel. С другой стороны, с момента появления в 2017 году первого поколения процессоров AMD Ryzen, все свои рабочие станции я собирал именно на основе AMD.
Меня привлекла отличная многопоточная производительность, при более низкой, чем у Intel стоимости платформы. И для этого была не нужна монструозная система охлаждения. Чтобы было понятно, в первом моем компьютере на 8-ядерном Ryzen 1700 был установлен штатный кулер из коробки с процессором, но температуры при загрузке всех потоков на 100% при этом никогда не поднимались выше 70 градусов.
За прошедшие 5 с небольшим лет процессоры Ryzen сильно изменились. За счет архитектурных улучшений и подросших частот подтянулась однопоточная производительность, что полезно не только для игр, но и для некоторых рабочих приложений. Например, Adobe Photoshop не умеет использовать большое количество потоков, и ему крайне важна высокая производительность на ядро. Соответственно увеличилась и общая производительность процессоров.
Все это в полной мере и даже больше касается и ноутбуков. Ведь основная проблема компактных платформ состоит не в том, что сюда нельзя поставить мощное железо. Можно. Проблема в том, как потом это железо охлаждать. Поэтому эффективность систем охлаждения ноутбуков стала одной из важнейших инженерных задач.
Asus ROG G713R – это игровой ноутбук, как я уже говорил, но мощные игровые ноутбуки от профессиональных практически ничем не отличаются. Ну, может быть, наличием каких-то специализированных сертификатов. Более того, я считаю, что при выборе ноутбука для работы подобные модели нужно рассматривать в первую очередь, потому что они, как раз, не ограничены рамками стандартов и сертификатов.
Для меня, например, загадка, почему в профессиональных ноутбуках Nvidia RTX Studio обязательно должны быть установлены только процессоры Intel. В этом нет смысла. Мобильные чипы AMD Ryzen не только не уступают, но и часто превосходят их по производительности.
В Asus ROG G713R установлен именно такой процессор. Восьмиядерный шестнадцатипоточный AMD Ryzen 7 6800H – это один из самых мощных и современных мобильных чипов, которые сейчас устанавливаются в ноутбуки. В паре с ним трудится дискретная видеокарта Nvidia GeForce RTX 3060 с 6 Гб видеопамяти. И для работы с видео такой графический процессор будет предпочтительнее видеокарт AMD, потому что рабочий софт и, в частности, монтажные программы пока больше заточены под решения Nvidia.
Так же в ноутбуке установлено 16 Гб оперативной памяти DDR5 с частотой 4800 MHz от Samsung — будет ли этого достаточно для монтажа видео в 4К,- скоро узнаем. Ну и быстрый NVMe накопитель производства Micron на 1 Тб.
Как видите, на комплектующих для этого ноутбука Asus не экономила. Объем оперативной памяти и SSD-накопителя можно расширить. Либо на стадии покупки, либо позже, когда в этом возникнет необходимость. Вообще, при выборе ноутбука надо обращать внимание на те комплектующие, которые потом нельзя или очень трудно заменить. Процессор, видеокарта, экран.
Кстати, монитор здесь не совсем обычный, с разрешением FHD 1920×1080 пикселей, но частота обновления его может достигать 360 Гц. Для работы, конечно, такая частота кадров не нужна: 120 Гц, на мой взгляд, было бы более чем достаточно. Но это, прежде всего, игровой ноутбук, так что, наверное, в каких-то играх эта характеристика будет полезна.
Ну и давайте, наконец, посмотрим, насколько этот ноутбук пригоден для монтажа и обработки современного видео. Я специально перенес сюда несколько своих рабочих проектов, чтобы иметь представление о реальной его производительности и не забивать голову синтетическими тестами, которые часто с действительностью имеют мало общего.
Первый, совсем простенький проект — это ролик на закрытие Международных игр «Дети Азии 2022», которые прошли во Владивостоке. Он полностью снят и смонтирован в разрешении FHD. Его я взял, чтобы привыкнуть к другому управлению и экрану. Потому что после рабочего пространства, растянутого на два 4К-монитора, работать за ноутбуком, даже с 17-дюймовым экраном, мягко скажем, непривычно.
Надо ли говорить, что никаких проблем с этим проектом не возникло. Впрочем, сейчас подобные проекты можно собирать и на телефоне среднего уровня, если, конечно, не нужна цветокоррекция. А тут цветокора довольно много. Время рендера проекта на ноутбуке составило 55 секунд, а на моей рабочей станции, в которой установлен 16-ядерный 32-поточный AMD Ryzen 9 5950X 54 секунды. Это просто, чтобы был какой-то ориентир.
Второй проект посложнее. Он снят H265 4К 10 бит с межкадровым сжатием на Fujifilm X-T3. Для чистоты эксперимента проект создан в 4К, хотя на FHD экране в этом нет большого смысла, но мне хотелось узнать потянет ли ноутбук проект в полном разрешении. Здесь уже есть наложения графики с альфа-каналом, иногда видео на таймлайне идет в два потока. Ну и цветокоррекция, конечно. Снова никаких проблем с комфортом работы во вкладках EDIT и COLOR, но нагрузка увеличилась. Систему охлаждения становится слышно довольно хорошо. Температура процессора во время работы поднималась до 80 градусов, видеокарты до 75. Впрочем, для мощного ноутбука — это мелочи. Время рендера 1-минутного проекта в 4К на ноутбуке составило 54 секунды, на моей рабочей станции 1 минута 23 секунды. Эту разницу я объясню позже.
Третий проект, хоть и совсем короткий 15 секунд, но исходник для него снят в RAW. Вообще, так называемые «сырые» форматы, которые позволяют сохранять данные, получаемые прямо с матрицы камеры, минуя любую внутрикамерную обработку, стоят как бы особняком. Ещё совсем недавно выдавать материал такого качества были способны только профессиональные кинокамеры, но буквально в последние пару лет такую же возможность начали получать даже гибридные фото-видеокамеры. Чаще всего исходник пишется на внешний рекордер, но некоторые аппараты могут сохранять его и на внутренние накопители.
Ирония здесь в том, что, несмотря на профессиональную сферу применения «сырых» кодеков, никаких стандартов, описывающих требования к ним, не существует. Изначальная идея нетронутого обработкой исходника задвинута на дальний план, — сейчас вполне себе есть «сырые» форматы со сжатием, в том числе применяется сжатие с потерями. Чтобы обозначить хоть какие-то границы негласно решили считать RAW-материалами все, что имеет битность 12 и выше. Хотя есть камеры, пишущие RAW в 10 бит, и это только добавляет путаницы.
Я отвлекся. Исходник для этого проекта снят в BM RAW со сжатием 5:1. Здесь так же есть графика, титры, сплит-скрин, во время которого воспроизводятся одновременно два потока видео и цветокоррекция. Воспроизведение, монтаж и обработка не вызываю проблем. Время рендера проекта на ноутбуке – 23 секунды, на полноценном PC – 37 секунд.
Почему такая большая разница во времени рендера. Дело в том, что в DaVinci большая часть обработки видео, цветокоррекция, плагины и прочее просчитываются на мощностях видеокарты. В моей рабочей станции установлена полноразмерная видеокарта Nvidia GeForce RTX 2070 Super с 8 Гб видеопамяти, которая оказывается менее подходящей для этих целей, чем ноутбучная Nvidia GeForce RTX 3060 с 6 Гб видеопамяти. То есть цель следующего апгрейда для меня ясна :)
И все же у меня есть материал, который способен загрузить железо этого ноутбука на полную. В самых современных беззеркальных камерах, вроде Canon EOS R5 /и R6, Sony A7IV / 7SIII / FX3 и других, есть режимы съемки с межкадровым сжатием и очень большим (для такого режима) битрейтом. Например, недавно я красил материалы для ролика снятого на Canon EOS R6. Видео здесь имеет параметры: 4К, 50 к/с, 10 бит 4:2:2, IPB и битрейт 325 Мбит/с. Это один из самых сложных для обработки исходников, с которыми мне приходилось работать.
Самого ролика в проекте у меня нет, я сдавал просто покрашенный материал, но даже в таком виде, в процессе воспроизведения все потоки процессора загружаются более, чем на 60%, а видеокарта периодически на все 100%. Фреймрейт на таймлайне периодически просаживается. Ну а во время рендера загрузка и процессора и видеокарты достигает 100%. Так же на полную работает и система охлаждения. Температура ЦП при этом достигает 95°, и он периодически сбрасывает частоты. Температура видеокарты ни разу не превысила 79°.
Если говорить о времени рендера, то на ноутбуке оно составило 14 минут 10 секунд, а на рабочей станции – 9 минут с небольшим. То есть при работе с очень большими и сложными проектами преимущество большого корпуса и полноразмерной системы охлаждения все-таки становятся очевидными.
Конечно, мы должны понимать, что под разные рабочие задачи, буду более важны конкретные характеристики. Для After Effects важен мощный процессор и объем оперативной памяти; для Adobe Premiere – процессор, видеокарта на втором плане; для DaVinci Resolve – и процессор и видеокарта, причем графический процессор даже более критичен, особенно объем его видеопамяти, при этом для обеих монтажек объем оперативки не слишком принципиален — конечно, лучше 32 Гб, но и 16 Гб вполне сгодится. Речь идёт, естественно, о работе с исходниками в 4К. Ну и так далее.
Однако лично для меня вывод получается вполне очевидный, но может кто-то еще в этом сомневался: современный игровой ноутбук по производительности в рабочих задачах ничем не уступает мощным рабочим станциям. Ну, во всяком случае, если мы говорим о решениях на базе AMD Ryzen 7 6800H. Все остальные надо проверять :) Стоит, конечно, дороже, но за компактность, удобство и внешний вид надо платить.
