Audio e video digitale sono presenti quotidianamente nella nostra vita guardare la televisione, un video su YouTube o un film su un DVD, ascoltare la musica con l’iPod o in streaming su una WEB radio sono solo alcuni degli esempi di quanto questi elementi facciano oramai parte del nostro quotidiano. Contenuti differenti, mezzi di diffusione diversi, le qualità più disparate ma cosa hanno in comune la stragrande maggioranza di video e audio digitale che vediamo e ascoltiamo ogni giorno? Essi sono compressi, ossia ne vengono ridotte le dimensioni allo scopo di poterli agevolmente utilizzare con gli attuali sistemi di memorizzazione e di diffusione. Se da un lato l’utilizzo di dati audio-video non compressi consente di raggiungere ottimi risultati sul fronte della qualità dall’altro le dimensioni dei file risultanti saranno, nella maggior parte dei casi, eccessive, mentre grazie alla compressione (applicata attraverso l’utilizzo di codec) sarà possibile ridurne le delle dimensioni allo scopo di raggiungere un’occupazione di spazio accettabile mantenendo nel frattempo la migliore qualità possibile.

Considerazioni sui file video

Un file video è composto da più immagini ognuna formata da un reticolo di pixel che ne definiscono la risoluzione, dalla profondità di colore e dal frame rate. Se consideriamo un video con una risoluzione 640 x 480 pixel (oggi giorno considerata decisamente bassa) con una profondità di colore pari a 16 bit e un frame rate da 25 immagini al secondo l’occupazione di spazio per ogni secondo di questo video sarà di 640 x 480 x 16 ossia 4915200 bit moltiplicato per il numero di frame rate 25 otterremo un’occupazione pari a 122880000 bit ossia 15360000 byte o ancora 15000 Kbyte e per essere più chiari 14,64 MByte al secondo. Se il film durasse 60 minuti, dovremo moltiplicare 14,64 Mbyte per 3600 (i secondi presenti in un’ora) con un risultato di 52704 Mbyte ossia 51,46 Gbyte (questo senza considerare il comparto audio) pari a quasi 11 DVD tra i più comuni quelli a singola faccia e singolo strato (ossia a 4,7 GByte). Un’occupazione di spazio improponibile per un singolo video ecco il perché della nascita dei codec.

Risoluzione

Un’immagine è composta da un insieme di pixel che come i pezzi di un puzzle compongono l’immagine finale. La quantità di pixel presenti all’interno di un’immagine ne determinano la risoluzione. Nei video la risoluzione che determina ogni singola immagine è espressa in pixel orizzontali e verticali, ne esistono di diverse ad esempio 720×576 per una risoluzione chiamata standard, 1280×780 per una risoluzione chiamata half HD e 1920×1080 per una risoluzione chiamata full HD.

Pixel

E’ l’elemento più piccolo che descrive un’immagine, più pixel sono presenti all’interno di un’immagine maggiore sarà la sua risoluzione.

Profondità di colore

Il numero di colori rappresentabili da ogni pixel che compone un‘immagine prende il nome di profondità di colore ed è espressa in bit. Maggiore è la profondità di colore maggiori saranno i colori visualizzabili all’interno dell’immagine. Se la profondità di colore è a 16 bit ogni pixel può rappresentare 65536 colori se a 24 bit 16,8 milioni di colori.

Frame rate

Il frame rate è la quantità di singoli fotogrammi (immagini) che compongono un video al secondo.

Che cosa è un codec

Un codec è un programma che attraverso la codifica di un flusso audio o video e la successiva decodifica (per la riproduzione) cerca di ridurne le dimensioni, nel tentativo di adeguarle ai moderni sistemi di memorizzazione, di diffusione e di adattarlo al dispositivo con cui verrà fruito, il tutto cercando di conservarne il più possibile la qualità originaria. Esistono diverse categorie di codec ognuna indirizzata a una tipologia di dati differente, ne esistono per i video, per l’audio, per le immagini e per i dati e all’interno di ogni categoria esistono vari codec ognuno adatto a un’esigenza differente come l’archiviazione a lungo termine, l’utilizzo su dispositivi con una memoria ridotta, per una fruizione alla massima qualità, per l’utilizzo sul WEB, etc.

Tipo di compressione

I codec audio, video e per le immagini si distinguono in base al tipo di compressione che adottano, essi possono essere lossless o lossy. Un codec di tipo lossless durante la codifica dei dati non elimina alcuna informazione quindi l’operazione inversa, la decodifica, porterà alla ricostruzione completa dei dati senza alcuna perdita di qualità. Mentre un codec di tipo lossy durante la codifica dei dati eliminerà in modo definitivo alcune informazioni (quelle ritenute meno importanti e che non ne compromettono in modo evidente la qualità) mentre l’operazione inversa, la decodifica non sarà in grado di ricostruire il flusso dati originario. Chiaramente un codec di tipo lossy (e la maggioranza dei nuovi codec lo è) è in grado di ridurre maggiormente le dimensioni di un video, di un file audio o di un’immagine rispetto a uno lossless senza comunque ridurne significativamente la qualità.

Bit rate

Un’altra caratteristica importane dei codec audio e video è il bit rate, questo termine indica la quantità di dati utilizzati per descrivere il flusso delle informazioni al secondo (normalmente sono espressi in Kbits o Gbits). Chiaramente maggiore è il bit rate, maggiore sarà la quantità di dati che definiranno il flusso audio-video e di conseguenza migliore sarà la qualità ma attenzione lo spazio occupato sarà maggiore. Per risolvere in parte questo problema alcuni codec sono in grado di variare in base alle caratteristiche del flusso audio-video il bit rate riducendolo nel caso che non ci sia bisogno di una grande mole d’informazioni per rappresentarlo (come in un video una scena statica o in un file audio un momento di silenzio) o aumentandolo nel caso in cui ce ne sia bisogno. Nel caso il bit rate sia fisso, esso è definito CBR (Costant Bit Rate) mentre se è variabile VBR (Variable Bit Rate) nel secondo. In un file audio codificato attraverso il codec MP3, un buon compromesso tra qualità e spazio occupato corrisponde a un bit rate di 128 Kbps.

Intraframe o interframe

Un’altra caratteristica riguardante i codec video è in quale modo i singoli fotogrammi che compongono il flusso di dati vengono trattati. Un codec è definito intraframe quando memorizza ogni singolo fotogramma con tutte le sue informazioni mentre è chiamato interframe quando per definire un fotogramma, sono memorizzate solo le differenze rispetto a quello precedente. E’ chiaro che con un codec di tipo intraframe (quello più adatto per la manipolazione dei video ossia all’editing) si otterranno risultati qualitativamente migliori rispetto a uno interframe con il quale però si otterranno file più compatti.

Considerazione importante

Se dobbiamo codificare un video, un file audio o un’immagine e vogliamo che il risultato della nostra codifica sia il migliore possibile, oltre alla scelta del codec più adatto alle nostre esigenze, è opportuno utilizzare come file di partenza uno di buona qualità perché anche il codec più blasonato se lavora con un file di scarsa qualità non potrà mai fare miracoli.

Codec video

DV (Digital Video)

Il DV è un codec video utilizzato per la memorizzazione di flussi d’immagini ripresi con videocamere che utilizzano come supporti per la memorizzazione cassette a nastro. Il suo successo è dovuto al trattamento completamente digitale dell’immagine, alla buona qualità delle stesse, alla dimensione ridotta e al costo contenuto dei supporti per la memorizzazione. Dato che il DV appartiene alla categoria dei codec intraframe esso è particolarmente adatto all’editing video. Il suo svantaggio principale è quello di avere un rapporto tra qualità e spazio occupato decisamente sfavorevole quindi inadatto all’utilizzo sui più comuni sistemi di memorizzazione. Altre caratteristiche del codec DV sono la risoluzione di 720×576 pixel con 25 fotogrammi al secondo interlacciati, il bit rate fisso a 25 Mbit/s mentre l’audio è codificato attraverso il codec PCM a due o quattro canali. L’estensione del file che può adottare questo codec è l’avi.

DviX

Il DviX è un conosciutissimo codec video di tipo lossy per la codifica di video in definizione standard con un rapporto tra qualità e spazio occupato migliore rispetto all’MPEG-2. Venne alla ribalta al grande pubblico per la sua capacità (ed è stato uno dei primi) di comprimere un intero film, registrato su un DVD-Video, all’interno di un CD senza un’evidente perdita di qualità. Esso è spesso utilizzato anche per la diffusione di video in Internet e nelle reti peer to peer. Tra i suoi vantaggi troviamo l’ampia diffusione quindi l’elevata compatibilità con i dispositivi presenti sul mercato, la possibilità di ottenere video di ottima qualità con una occupazione di spazio decisamente contenuta e la capacità di incorporare menù interattivi, diverse lingue e sottotitoli. Il suo svantaggio principale è che non è adatto all’editing video. L’estensione del file che può adottare questo codec è l’avi. Per un ulteriore approfondimento è possibile visitare il sito divx.com.

H.264

L’H.264 (chiamato anche AVC e/o MPEG-4 Part 10) è un codec video di tipo lossy nato allo scopo di codificare video ad alta risoluzione con un’efficienza migliore di circa il 50% rispetto all’MPEG-2. Questo e altri sono i motivi per cui è stato scelto per i Blu-Ray Disc come uno dei codec disponibili per la codifica del comparto video, ma è utilizzato anche per le trasmissioni in alta definizione sia sul satellite sia sul digitale terrestre e all’interno della console PlayStation 3. Tra i suoi vantaggi ricordiamo l’ottimo rapporto tra qualità e spazio occupato mentre tra i suoi svantaggi ricordiamo, la necessita, per una veloce codifica, di PC particolarmente potenti e che non è adatto all’editing video. Le estensioni dei file che possono adottare questo codec sono: avi, flv, mkv, mov e mp4.

M-JPEG (Motion-JPEG)

L’M-JPEG è un codec video derivato direttamente da quello utilizzato per le immagini chiamato JPEG. L’M-JPEG codifica ogni singolo fotogramma del video indipendentemente dagli altri producendo in tal modo video dall’elevata qualità ma dall’occupazione di spazio molto alta. Questo codec è destinato principalmente all’editing video. L’estensione del file che può adottare questo codec è l’avi.

MPEG-1 (Moving Pictures Experts Group 1)

L’MPEG-1 è uno dei primi codec video di tipo lossy nato all’inizio degli anni 90 con l’obiettivo di memorizzare video in qualità VHS (con risoluzione 352 x 288 pixel a 25 fotogrammi al secondo) all’interno di un normale CD. L’unico pregio di questo codec è l’elevata compatibilità con i dispositivi presenti attualmente sul mercato ma oramai surclassato dai suoi più recenti concorrenti è destinato all’estinzione. Le estensioni dei file che possono adottare questo codec sono: avi, mkv e mov.

MPEG-2 (Moving Pictures Experts Group 2)

L’MPEG-2 evoluzione dell’MPEG-1 è un codec video di tipo lossy utilizzato prevalentemente per la codifica dei video all’interno dei DVD-Video (quindi in definizione standard) e nelle trasmissioni satellitari. Per ragioni di compatibilità l’MPEG-2 è utilizzato all’interno dei Blu-Ray Disc come uno dei codec disponibili per la codifica del comparto video. Tra i suoi vantaggi possiamo elencare l’ampia diffusione e compatibilità con i dispositivi presenti sul mercato, la buona qualità video, la possibilità di incorporare menù interattivi, diverse lingue e sottotitoli. Le sue pecche sono un insufficiente rapporto tra qualità e spazio occupato rispetto ai più recenti codec e che esso non è adatto all’editing video poiché di tipo interframe. Le estensioni dei file che possono adottare questo codec sono: avi, mkv e mov.

Real Video

Real Video è un codec video nato alla fine degli anni 90, realizzato dalla RealNetworks è utilizzato prevalentemente per codificare video da fruire in streaming su Internet. Le estensioni dei file che possono adottare questo codec sono: mkv e rm. Per un ulteriore approfondimento è possibile visitare il sito realnetworks.

Theora

Theora è un codec video open source di tipo lossy nato in diretta concorrenza con il DivX e l’Xvid. Le estensioni dei file che possono adottare questo codec sono: mkv e ogg. Per un ulteriore approfondimento è possibile visitare il sito theora.org.

VC-1

Nato nel 2009 il VC-1 è l’evoluzione del WMV adattato per codificare video in alta risoluzione. Il livello di qualità e prestazioni è paragonabile all’H.264 ed è impiegato all’interno delle console X-BOX 360 e PlayStation 3 e all’interno dei Blu-Ray Disc come uno dei codec disponibili per la codifica del comparto video. L’estensione del file che può adottare questo codec è il wmv.

VP8

Nato nel 2010 VP8 è un nuovo codec video di proprietà della Google rilasciato con licenza open source. Assieme al codec audio Vorbis fa parte del progetto WebM nato in diretta concorrenza con il codec H.264 per la creazione di un nuovo formato video libero per il WEB, attualmente è supportato da Google quindi da YouTube, da Adobe con Flash Player e da Firefox, Chrome e Opera.

WMV (Windows Media Video)

Nato nel 1999 il WMV è un codec video di tipo lossy sviluppato dalla Microsoft adatto anche per la codifica di flussi video fruibili in streaming su Internet. Tra i vantaggi di questo codec c’è la possibilità di ottenere video di ottima qualità che possono essere letti da qualsiasi PC in cui è installato Windows Xp, Vista e 7 mentre lo svantaggio principale è che non è adatto per l’editing video. Le estensioni dei file che possono adottare questo codec sono: asf, avi e wmv.

Xvid

L’Xvid è un codec video open source di tipo lossy nato in diretta concorrenza con il DivX. Particolarmente usato nelle reti p2p non ha ancora trovato ampia diffusione al di fuori del mondo dei PC. L’estensione del file che può adottare questo codec è l’avi. Per un ulteriore approfondimento è possibile visitare il sito xvid.org.

Codec audio

AAC (Advanced Audio Coding)

L’AAC è un codec audio di tipo lossy nato in diretta concorrenza con l’MP3 rispetto al quale si riesce, a parità di spazio occupato, ad ottenere risultati qualitativamente migliori. Viene utilizzato per la codifica dei file audio distribuito da Apple all’interno del sito iTunes. Le estensioni dei file che possono adottare questo codec sono: 3gp, avi, flv, mkv e mov.

Dolby Digital

Dolby Digital o AC-3 è un codec audio di tipo lossy in grado di gestire fino a 5.1 canali. Le estensioni dei file che possono adottare questo codec sono: avi e mkv. Per un approfondimento è possibile visitare il sito dolby.com.

Dolby Digital Plus

Il Dolby Digital Plus evoluzione del Dolby Digital è un codec audio in grado di gestire fino a 13.1 canali. Per la sua altissima qualità è stato adottato all’interno dei Blu-Ray Disc come uno dei codec disponibili per la codifica del comparto audio.

Dolby Digital Surround EX

Dolby Digital Surround EX primissima evoluzione del Dolby Digital è un codec audio di tipo lossy in grado di gestire fino a 6.1 canali.

Dolby TrueHD

Il Dolby TrueHD è un codec audio di tipo lossless in grado di gestire fino a 7.1 canali. Per la sua altissima qualità è stato adottato all’interno dei Blu-Ray Disc come uno dei codec disponibili per la codifica del comparto audio.

DTS (Digital Theater System)

Il DTS è un codec audio di tipo lossy in grado di gestire fino a 5.1 canali. Nato per contrastare il Dolby Digital è utilizzato all’interno dei DVD-Video come uno dei codec disponibili per la codifica del comparto audio. L’estensione del file che può adottare questo codec è l’mkv. Per un approfondimento è possibile visitare il sito dts.com.

DTS-ES

Il DTS-ES evoluzione del DTS è un codec audio di tipo lossy in grado di gestire fino a 6.1 canali.

DTS-HD Master Audio

DTS-HD Master Audio è un codec audio di tipo lossless in grado di gestire fino a 7.1 canali. Per la sua altissima qualità è stato adottato all’interno dei Blu-Ray Disc come uno dei codec disponibili per la codifica del comparto audio.

FLAC (Free Lossless Audio Codec)

FLAC è un codec audio open source (quindi non è gravato da alcun brevetto) di tipo lossless, ossia senza perdita d’informazioni, quindi dall’elevata qualità e particolarmente adatto all’archiviazione. Lo spazio occupato da un file audio codificato tramite FLAC è inferiore rispetto a un file in formato WAV (quindi non compresso) ma sicuramente più elevato rispetto a uno codificato attraverso l’MP3. Le estensioni dei file che possono adottare questo codec sono: mkv e ogg. Il sito di riferimento per il codec FLAC è flac.sourceforge.net.

MP3 (Motion Picture Expert Group-1 Audio Layer 3)

L’MP3 è il codec audio maggiormente diffuso e conosciuto in grado di comprimere all’interno di un CD un centinaio di brani mantenendone pressoché invariata la qualità. Un file audio codificato attraverso il codec MP3 con un bit rate di 128 Kbps (corrispondente a una qualità accettabile) è in grado di ridurre le dimensioni di circa dieci volte rispetto allo stesso file ma di tipo WAV (ossia senza alcuna compressione). Questo codec appartiene alla categoria dei codec lossy e le estensioni dei file che possono adottare questo codec sono: avi, flv e chiaramente l’mp3.

PCM (Pulse Code Modulation)

Il PCM non è un codec audio ma è un metodo per rappresentare il segnale audio analogico in digitale. Esso è caratterizzato da due elementi la frequenza di campionamento e i bit di quantizzazione. Le estensioni dei file che possono adottare il PCM sono: l’avi e il wav.

Speex

Speex è un codec audio open source di tipo lossy ottimizzato per codificare il parlato. L’estensione del file che può adottare il codec Speex è ogg. Il sito di riferimento è speex.org.

Vorbis

Vorbis è un codec audio open source, non coperto da alcun brevetto (quindi liberamente utilizzabile) di tipo lossy che a parità di qualità riesce a ridurre maggiormente le dimensioni dei file rispetto al più blasonato MP3. Le estensioni dei file che possono adottare il codec Vorbis sono: mkv e ogg. Il sito di riferimento è vorbis.org.

WMA (Windows Media Audio)

WMA è un codec audio di tipo lossy sviluppato dalla Microsoft per fare concorrenza all’MP3. Le estensioni dei file che possono adottare il codec WMA sono: asf, avi e wmv.

Verificare con quali codec è stato trattato un file audio o video

Se vogliamo controllare con che tipo di codec sono codificati file audio o video possiamo ricorrere ad una semplice utility gratuita (per sistemi Windows) che non necessita di installazione chiamata GSpot.

I compressori di dati e immagini

Un discorso a parte meritano i programmi che si occupano di comprimere documenti di testo, fogli di calcolo, etc. Tutti questi codec sono sempre e comunque di tipo lossless in quanto non possono permettersi, per ridurre ulteriormente le dimensioni dei file eliminando alcunché, altrimenti i documenti con essi codificati sarebbero restituiti incompleti quindi inutilizzabili.