CBR или VBR: битрейт имеет значение

Разные проекты транслируют разный по сложности контент. Netflix открывает нам доступ к супердинамичным блокбастерам, в то время как национальный парк запускает на YouTube статичный стрим из птичьего гнезда. И если в динамичных сценах из фильма для достижения наилучшего качества требуется высокий битрейт, то в видео с почти не меняющейся картинкой — например, в видеонаблюдении, — можно использовать значительно меньший.

На первый взгляд может показаться, что для каждого из этих проектов переменный битрейт (VBR) всегда является лучшим выбором, поскольку легко адаптируется к изменениям кадра. Однако это не всегда так. Существует множество ситуаций, в которых постоянный битрейт (CBR) является более подходящим вариантом, и в этой статье мы объясним, почему.

Отличия CBR и VBR для видео

Чтобы сделать обоснованный выбор между CBR и VBR, важно понимать, как работает каждый из них.

Постоянный битрейт (constant bitrate, CBR) — это режим кодирования видео, при котором битрейт остается неизменным на протяжении всего видеопотока. Независимо от сложности видеоконтента, CBR гарантирует, что скорость передачи данных практически не будет меняться. Эта предсказуемость делает CBR идеальным для сценариев с ограниченной или фиксированной пропускной способностью сети, таких как прямые трансляции на платформах вроде YouTube или Twitch. RTMP и MPEG-TS — одни их тех протоколов, которые хорошо работают с CBR и широко поддерживаются на различных устройствах и платформах.

Поток CBR может быть установлен на уровне 5 Мбит/с, и он будет поддерживать эту скорость как для сцен с низкой, так и с высокой динамикой. Это может привести к неэффективному использованию полосы пропускания в простых сценах и потенциальным проблемам с качеством в сложных.

Переменный битрейт (variable bitrate, VBR) динамически регулирует битрейт в зависимости от сложности видеоконтента. Например, в потоке VBR битрейт может варьироваться от 2 Мбит/с в простой сцене с низкой динамикой до 8 Мбит/с в сложной сцене с активным движением. Эта настройка позволяет VBR поддерживать высокое качество видео в экшен-сценах, одновременно экономя полосу пропускания в статичных моментах. VBR часто используется с протоколами HLS и DASH, делая их подходящими для высококачественного потокового видео по запросу (Netflix) или в видеонаблюдении.

CBR обеспечивает постоянную и предсказуемую скорость передачи данных, что может быть неэффективным. VBR, напротив, адаптируется к контенту, предлагая лучшее качество там, где это необходимо, и экономя полосу пропускания, когда это возможно.

Влияние на качество видео и пропускную способность

Понимание того, как работают CBR и VBR, особенно важно в контексте их влияния на качество видео и использование пропускной способности сети.

CBR поддерживает фиксированный битрейт, что может сказываться на качестве видео в сложных сценах, приводя к появлению артефактов или размытия, особенно для контента с активным движением — например, спортивных трансляций. Эта проблема особенно заметна в случае использования старых или менее эффективных кодеков, таких как MPEG-2. CBR предсказуемо работает с пропускной способностью сети, но может приводить к ее неэффективному использованию, особенно в сценах с низкой динамикой.

VBR, напротив, динамически регулирует битрейт в зависимости от сложности контента, обеспечивая высокое качество видео даже в динамичных сценах. Это делает его идеальным для контента по запросу, где приоритетом является качество. VBR также более эффективно использует пропускную способность сети, снижая объем данных в простых сценах и экономя память устройства — это преимущество в условиях ограниченной полосы пропускания, таких как мобильный стриминг. Современные кодеки, такие как H.265 (HEVC) и VP9, особенно эффективны в режиме VBR.

Решить часть этих проблем призван Average bitrate (ABR), который балансирует между CBR и VBR, стараясь поддерживать определенный средний битрейт на протяжении всего видео. ABR обеспечивает гибкость в распределении битрейта, корректируя его в более сложных или простых сценах. Этот метод оптимизирует качество видео и управляет загруженностью сети. ABR — практичный выбор, когда требуется консистентный размер файлов или предсказуемая нагрузка на сеть без жесткости CBR или вариативности VBR.

CBR или VBR: что лучше?

Что выбрать — CBR или VBR? Рассмотрим на примерах

Рассмотрим сценарии использования, в которых проявляются сильные и слабые стороны каждого режима.

Прямые трансляции на YouTube и Twitch: CBR

Платформы для прямых трансляций предпочитают CBR из-за его стабильности. Постоянный битрейт помогает минимизировать буферизацию и задержки, что критически важно для стабильной трансляции. Как правило, платформы выставляют ограничения по битрейту входящего видео: если он становится выше, например, 6 Мб/с, то платформа может сильно снижать его качество. Поэтому геймер, который стримит на Twitch, выберет CBR, чтобы обеспечить стабильное качество даже во время динамичного игрового процесса.

Кроме того, в прямых трансляциях все зрители получают одни и те же данные одновременно, поэтому внезапное увеличение битрейта может перегрузить инфраструктуру доставки. H.264 (AVC) часто используется в таких сценариях благодаря балансу между качеством, эффективностью сжатия и широкой совместимостью.

Video on Demand (VoD): VBR

В сервисах видео по запросу, таких как Netflix или Amazon Prime, часто предпочитают использовать переменный битрейт из-за его способности оптимизировать качество видео при эффективном управлении нагрузкой на сеть. Контент VoD обычно предварительно записывается и хранится на серверах, что позволяет кодировать его заранее с высоким качеством. VBR динамически регулирует битрейт в зависимости от сложности сцены, обеспечивая необходимую полосу пропускания для сцен с высоким движением и экономя ресурсы в более простых сценах, что позволяет сократить затраты на хранение и передачу данных. Эта гибкость делает VBR идеальным для доставки высококачественного видео на различные устройства и в условиях нестабильных сетей.

Видеоконференции (Zoom, Microsoft Teams, Google Meet): CBR

В видеоконференциях важны как качество видео, так и низкая задержка, и CBR здесь часто является лучшим выбором. Постоянный битрейт снижает вероятность пикселизации или задержки во время важных встреч.

Системы безопасности и видеонаблюдение: VBR

В системах умного дома и безопасности VBR оптимизирует загрузку сети и хранилища, уменьшая битрейт в периоды неактивности. Например, камера видеонаблюдения, контролирующая пустую комнату, будет меньше использовать сети с VBR, но автоматически увеличивать битрейт при обнаружении движения, чтобы обеспечить запись детализированных кадров в важные моменты. H.264 (AVC) и H.265 (HEVC) являются популярными решениями в этих системах благодаря своей эффективности и поддержке как режимов CBR, так и VBR.

VR/AR и 360-градусные видео: VBR

Приложения виртуальной реальности (VR) и дополненной реальности (AR), особенно те, которые включают 360-градусное видео, выигрывают от способности VBR адаптироваться к сложности сцены. Это обеспечивает качество визуализации в динамичные моменты, одновременно снижая нагрузку на сеть в простых, что усиливает эффект погружения. H.265 (HEVC) и VP9 идеально подходят для этих приложений благодаря их способности эффективно обрабатывать контент высокого разрешения с переменным битрейтом.

Сложность внедрения

При реализации CBR или VBR играют роль несколько технических факторов:

• возможности серверов,
• протоколы кодирования,
• конкретные требования потоковой инфраструктуры.

CBR предпочтителен в прямых трансляциях благодаря предсказуемой скорости передачи данных. При использовании таких протоколов, как RTMP (Real-Time Messaging Protocol) или HLS (HTTP Live Streaming), поддержание стабильного битрейта обеспечивает стабильность потока и предотвращает перегрузку доступной полосы пропускания. Это особенно важно при потоковой передаче на облачные сервисы транскодирования, где пропускная способность должна быть строго контролируемой. Медиасерверы, такие как Flussonic, могут использовать CBR для предотвращения скачков данных, которые могут вызвать потерю пакетов или задержку, особенно в условиях ограниченной пропускной способности сети.

С аппаратной точки зрения использование CBR позволяет более предсказуемо управлять нагрузкой как на кодировщике, так и на медиа-сервере, упрощая распределение ресурсов. Однако недостатком является потенциальная неэффективность в сценах с низким движением, где фиксированный битрейт может привести к передаче ненужных данных.

VBR, напротив, добавляет сложности из-за своей динамической природы. Он требует передового оборудования или программного обеспечения для кодирования и больших вычислительных мощностей. VBR особенно эффективен для контента по запросу, передаваемого через такие протоколы, как DASH (Dynamic Adaptive Streaming over HTTP) или HLS, где он адаптируется к различной сложности видеосцен. Если вы используете Flussonic Media Server, вам будет легко менять режим и на лету транскодировать видео в формат, оптимальный для ваших зрителей.

Серверы и CDN (сети доставки контента) должны справляться с потенциальными всплесками передачи данных, которые может генерировать VBR. Это означает необходимость выбора инфраструктуры, способной масштабироваться для управления переменным битрейтом без ущерба для пользовательского опыта.

При выборе между CBR и VBR учитывайте требования вашего проекта, включая возможности серверов и природу контента. Для прямых трансляций, где ключевую роль играет стабильность, обычно предпочтителен CBR. Для контента по запросу, где приоритетом являются качество и эффективность использования сети, VBR предлагает значительные преимущества, если ваша инфраструктура может поддерживать его.

Мультибитрейт и адаптивный битрейт

Не путайте CBR и VBR с мультибитрейтом и адаптивным битрейтом, так как они выполняют разные задачи. CBR и VBR — это режимы кодирования, которые определяют, как управляется битрейт в процессе кодирования, что влияет на качество видео и использование полосы пропускания для одного потока. В отличие от них, мультибитрейт и адаптивный битрейт — это методы доставки, которые включают предложение нескольких потоков с разными битрейтами или динамическую настройку битрейта во время воспроизведения, чтобы соответствовать текущим условиям сети зрителя, обеспечивая плавное воспроизведение в меняющихся условиях сети.

Мультибитрейт включает в себя кодирование видео с несколькими битрейтами и хранение этих различных версий на сервере. Во время воспроизведения видеоплеер выбирает наиболее подходящий битрейт в зависимости от условий сети зрителя. Например, видео может быть доступно в разрешениях 240p, 480p, 720p и 1080p, каждое с соответствующими битрейтами. Этот подход гарантирует, что пользователи с различной скоростью интернета смогут получить доступ к контенту, но столкнутся с разным уровнем качества.

Адаптивный битрейт выводит концепцию мультибитрейта на новый уровень, динамически настраивая качество видео в реальном времени в зависимости от текущих условий сети. С адапртивным битрейтом видеопоток автоматически переключается между различными битрейтами по мере колебаний скорости интернета у зрителя. Это минимизирует буферизацию и обеспечивает более плавное воспроизведение. Он часто используется в потоковых сервисах, таких как Netflix и YouTube, где важно поддерживать стабильное воспроизведение.

Используйте решения для кодирования от Flussonic

Выбор между постоянным и переменным битрейтом — важное решение, которое будет влиять на качество передаваемого видео и на эффективность вашей инфраструктуры. CBR обеспечивает предсказуемость и простоту, а VBR — превосходное качество и экономию ресурсов сети.

Flussonic Media Server создает CBR и VBR-потоки, транслируя их зрителям в нужном вам формате и максимально возможном качестве. Наши технические консультанты помогут создать идеальный сетап для вашего проекта: расскажите нам о ваших задачах, и мы будем рады помочь!