Datové formáty videa, jejich specifikace a možnosti využití
description
Transcript of Datové formáty videa, jejich specifikace a možnosti využití
MULTIMEDIÁLNÍ TECHNOLOGIE
PETRA TICHÁMICHAL DLOUHÝ
Datové formáty videa, jejich specifikace a možnosti využití
Úvod
Základní vlastnosti
Komprese
Kontejnery
Analogové video
Kodeky
Agenda
ÚvodVideo
technologie zaznamenávající a přehrávající sérii po sobě jdoucích snímků
3 definovatelné vlastnosti- formát kontejneru, komprese videa a obrazu
uchovává se na paměťových médiích
generace
digitální a analogové
Snímek
obrazy (frames) se dělí na klíčové (keyframe) nebo neklíčové ( deltaframe)
snímková frekvence
prokládání
datový tok
rozlišení
poměr stran
komprese
Základní vlastnosti
snímková frekvence udává počet snímků za jednotku času, důležitá pro plynulost videa dle normy používané v ČR 25 snímků za vteřinu
prokládání způsob, kterým běžné televize vykreslují obraz (rozdělení na sudé a liché
řádky) problém s displeji, pouze CRT obrazovka správně zobrazuje – jinak bez
prokládání
Základní vlastnosti
datový tok počet dat, která se přenesou za jednotku času (kbps, Mbit/s) určující prvek kvality ( ale záleží na kompresi, rozlišení a
snímkové frekvenci) konstantní vs variabilní
rozlišení závisí na druhu videa
digitální – v pixelech na výšku a šířku analogové- dle řádků ( 576)
poměr stran poměr stran vodorovné a svislé čáry ( 4:3 a 16:9)
Základní vlastnosti
zmenšení velikosti pro ukládání díky snížení objemu dat nebo datového toku při co nejnižší viditelné degradaci obrazu
dělení I. intraframe a interframe
v rámci snímku- komprese provedena na aktuálním snímku, vlastně obrázková komprese (Prores 422, 4444), větší velikostDCT= diskrétní kosínová transformace (JPEG)- komprimovaní po blocích 8x8 pixelů,
6 bloků= makroblok)
mezi snímky- zjišťování a ukládání rozdílů mezi snímky (MPEG-4, H.264)GOP= group of pictures- začíná a končí itraframe snímky
P- snímky- předpověď pohybu objektů, B- snímky- rozdíl mezi intraframe a P-snímky
wavelet- komprimuje pomocí překrývání, menší degradace, náročnější
Komprese
dělení II. ztrátová a bezztrátová
bezztrátová výsledekem je identický obraz ( omezené snížení dat, max. ¼ původní
velikosti)
umožňuje zpětnou obnovu původních dat
nejpoužívanější : HuffYUV, Lagarith, FFV1, CorePNG nebo MSU Lossless, také Snow a MPEG-4 AVC
Komprese
zmenšování objemu dat, kdy se některé méně důležité informace ztrácejí a již nejdou obnovit (nedokonalost lidských smyslů) MJPEG – sekvence JPEG obrázků, každý samostatný záběr (zaručená kvalita a určená
úroveň komprese- větší video ve výsledku), digitální a IP kamery, snadnost střihu
H.263 – zmodernizovanější verze H.261, původně navrženo pro videokonference díky regulovatelnému toku dat v závislosti na síti, snížená kvalita u pohybujících se objektů
THEORA- součást projektu Ogg, používaný příznivci opensource a Linuxu, problém uživatelům způsobuje shodnost videa se stejnou koncovkou hudby ve formátu Ogg Vorbis
VC-1/ WMV3 – produkt společnosti Microsoft, možnost použití na BD a HDD DVD, ale není zdaleka tak rozšířený, i když pracuje na stejném principu jako MPEG-4
DV – na vývoji se podílelo 10 firem, postupně další , pracuje na velmi podobném principu jako MJPEG, u DV formátu nelze nastavit kompresní poměr, je konstantní přibližně 1:10, datový tok je 25 Mbps, základní formát pro střih videa, podporují jej všechny video editory
Ztrátová komprese
MPEG-1 od 1993 na CD, kódování pohyblivého obrazu a přidruženého zvuku, zachovává
rozumnou kvalitu videa
MPEG-2 od 1995 použití na DVD, vyšší přenosová rychlost od 1,5 Mbitu/s až do 15 Mbitů/s,
používá se pro televizní vysílání ( 6Mbitů/s)
MPEG-3 – sloučen s MPEG 2, původně pro HDTV
MPEG-4 od 1998, rozšíření původních MPEGů, kódování audiovizuálního obsahu s velmi nízkým
bitratem, především na webu
MPEG-7 pro popis dat s multimediálním obsahem (neříká, jak data kódovat), možnost vyhledání
multimediálních dat dle klíče
Ztrátová komprese
umožňují ukládat video a zvuk do jednoho souboru (jednotlivé druhy dat v souboru jsou streamy), synchronizace
neříká nic o vnitřní kompresi uložených dat, ta je určena kodekem
pro přehrání kontejneru používáme příslušný splitter
liší se podle schopnosti pojmout různá multimediální data
FourCC – kód 32 bitů
- slouží k identifikaci audio a video stop
- široce podporován
Kontejnery
AVI- Audio Video Interleave nejrozšířenější kontejner pro video, od Microsoftu z roku 1992
(poněkud zastaralý)
původně bez komprese v rozlišení 160× 120 bodů při 15 snímcích/ s, max. 2 GB velikosti výsledného souboru – padlo s FAT32
postupné rozšiřování a modernizování (Xvid, Dix)
soubor se nedá přehrát pokud není úplný
není možné vkládat titulky ani kapitoly
kompatibilta přehrávání pod rúznými OS
přípony .avi
Kontejnery
MPEG PS- Program Stream využívá video komprese MPEG-1 a MPEG-2, široce podporován
neobsahuje indexovou tabulku ( na rozdíl od AVI), synchronizován časově
využíván jako hlavní formát pro DVD ( díky bezchybnosti dat)
přípony .mpg, .vob, .evob
MPEG TS- Transport Stream primárně určen pro digitální vysílání, ale i pro BD, využívá MPEG-2 a MPEG-4
kompresi
nezaručena bezchybnost dat
Video lze přehrávat, aniž by byl stažen celý soubor
přípony .ts, .m2ts, .MTS
Kontejnery
MP4 součástí MPEG-4 standardu, postaven na kontejneru MOV od Apple
různé video komprese
využívá se v mobilních telefonech, fotoaparátech i kamerách
přípona .mp4
MKV- Matroška nejnovější druh platformě otevřeného kontejneru, hlavně pro HD video
popis vnitřní struktury je založen na popularitě jazyka XML, dělení na segmenty a sekce ( každá nese jiný druh dat), propracovaný
zatím chybí podpora SW pro editaci
přípona .mkv
Kontejnery
ASF- Advanced Systems Format produkt firmy Microsoft, hlavně pro internetové vysílání
pracuje s daty jako s objekty
nevýhodou je uzavřenost, systémové rozhraní DirectShow
přípony .asf, .wmv
QuickTime konkurence od Apple z začátku 90. let
pracuje s daty jako s atomy ( rozdělení na dále nedělitelné bloky dat)
přípony .mov, .qt
RealMedia pracuje s objekty ( internetové vysílání)
procuje s proměnným tokem a v případě poškození či nedodání některého z objektů jej přeskočí a přehrává dál
přípona .rm
Kontejnery
PAL
• PAL -Phase Alternating Line střídaní fáze po řádcích
• Prvně zaveden 1963 ve Velké Británii
• Využíván: Západní Evropa mimo Francie
• 625řádků, 25frames/sec, obnov. ν 50Hz
• Využívá se prokládání dvou rámců• Sudé a liché řádky (a jejich sinchronizaci)
• V ČR od 1992 (vystřídala SECAM)
• Informace o barvách se přenášejí současně.
NTSC• NTSC -National Television Systém Committee
• Zaveden v USA
• 1940 černobílý, 1953 barevný
• Využíván: Severní a Jižní amerika
• 480 řádků,30 frames/sec, obnov. ν 50Hz prokládaně
• Informace o barvách se přenášejí současně
SECAM
• SECAM- Séquentiel couleur à mémoire
• Vyvinut: 1956 ve Francii
• 625řádků, 25 frames/sec, obnov. ν 50Hz prokládaně (nejprve sevysílají liché a potom sudé řádky)
• Informace o barvách se přenášejí postupně
• Další podstatné rozdíly oproti ostatním TV normám jsou v potřebné šířce přenosového kanálu, nosných kmitočtech, způsobu modulace atd.
Svět podle signálů TV
Přenos analogové videa na zobraz. zařízení
• Kompozitní: 1 RCA zástrčka (tzv. cinch)• veškerá videodata přenášena jednou linkou
• Signál s jasem a signál s barvou sloučen do jednoho
• S-video (5pin)• Separate video
• obrazová data jako dva oddělené signály Y a C
(jasový a barvonosný)
• Komponentní: 3x RCA zástrčka • signály se skládají ze dvou nebo více samostatných signálů
• nedochází ke ztrátě informací o barvě
• SCART (21pin)• přenáší výše zmíněné video signály + 2D zvuk + 12V
• DVI• Standard vytvořený za účelem bezproblémové komunikace mezi
zobrazovacími zařízeními
• Určen k přenosu převážně nekomprimovaných dat
• Nahrazen HDMI
• Maximální rozlišení při 60Hz je 2,75Mpix
• S/PDIF • Sony/Philips Digital interface
• Soubor protokolů pro přenos digitálně kódovaného zvuku
• Přenos buď koaxiálním kabelem a nebo opticky
• Buď 2.0 nekomprimovaný zvuk nebo komprimovaný vícekanálový
• Nepodporuje bezztrátové formáty
• Je variantou normy AES3 (=standard pro přepravu digi audiosignálů)
Přenos dat mezi audio-video zařízeními
• High definiton multimedia interface• Pro přenos nekomprimovaného videa v HD
• audio (až 8 kanálů)
• CEC signál (ovládání zařízení)
• Ethernet (datové připojení)
• A 19pin
• B 29 pin (pro video s větším rozlišením 3840x2400); málo používaný
• Náhrada za stávající analogové formy, zpětně kompatibilní s DVI
• Existuje mnoho variant konektorů
• Jeden kabel na přenos všeho
• HDMI 1.0 z roku 2002 Datová propustnost 4,8 Gbit/s
• HDMI 1.3 z roku 2006 Datová prostupnost 10,2 Gbit/s
• HDMI 2.0 z roku 2013 Datová propustnost 18 Gbit/s, samplovací frekvence až 1536kHz
HDMI
• Koder+DECoder
• Softwarové nebo hardwarové zařízení umožňující kompresi a dekompresi videa
• Kodeku se při kompresi odesílá nekomprimované video o on vrací zkomprimované
• Lze nakonfigurovat datový tok, kvalitu, rychlost komprese
• Dělní: ztrátové/bezztrátové• Pro následné zpracování videa• Snížení velikosti nekomprimovaného videa bez znatelné degradace obrazu• Vysoká rychlost komprese kvůli (kódování v reálném čase) a dekomprese (kvůli editaci)
• Pro finální kompresi• Snaha o co největší kompresi (CD/DVD)• Kvalita vizuálně co nejblíže originálu (nedokonalosti lidského oka)
Kodeky
• HUFFYUV• Huffmanovo kódování
• GPL licence =svobodný SW
• Platformě nezávislý
• Výhoda: Velká rychlost komprese (predikce následujícího pixelu; rozdíl je zakódován) → menší paměťové nároky
• Nevýhoda: nízký kompresní poměr
• Od roku 2002 nevyvíjen
Bezztrátové kodeky
• LAGARITH• GPL licence
• Primárně pro Win, existují utility pro Mac OS
• Podpora multivláknového zpracování
• Rychlost kódování obdobná,dekódování pomalejší
• Nepoužívá predikci ale kóduje zvlášť každý snímek → vhodnější na editaci (posouvání, střih) než Huffyuv
Bezztrátové kodeky
• LCL• Lossless codec library
• Freeware
• Pro Win
• Skládá se z AVIzlib a AVImshz
• Vhodný ke kompresi digitální animace
Bezztrátové kodeky
• DivX• soubor produktů od společnosti DivX, Inc. včetně kodeku
kompatibilního s MPEG-4
• poskytuje velmi příznivé výsledky mezi kvalitou a velikostí
• Nahradil oblíbený DIvX ;-)
• velmi oblíben, díky čemuž je i podporován většinou DVD přehrávačů
• film z 4,7Gb DVD je schopen zkomprimovat na cca 700Mb při akceptovatelné kvalitě
• aktuální verze dostupná zdarma obsahuje: DivX Player, DivX comunity codec, DivXweb player
• placená navíc: DivX conventor a možnosti využití více vlastností ze základního balíku
Ztrátové kodeky
• Xvid• dříve XviD
• open-source kodek kompatibilní s formátem MPEG-4
• navázal na OpenDivX ukončení v roce 2001
• multiplatformní
• soubory zakódované Xvid mohou být přehrány DivX
• lze využít řadu pokročilých vlastností, ty ovšem snižují kompatibilitu.
• kodek podporuje libovolné rozlišení až do velikosti obrazu 1920×1088 bodů
Ztrátové kodeky
• FFmpg• kolekce svobodného softwaru pro konverzi a streamování videa
• zahrnuje libavcodec -nejdůležitější knihovna pro kompresi videa
• vyvíjen pro Linux, ale může být zkompilován i do jiných OS
• MPEG-4 ASP kodek FFmpegu plně podporuje dekódování videa kódovaného všemi běžnými MPEG-4 kodeky jako je DivX nebo Xvid
Ztrátové kodeky
• Windows Media Video• kodeky WMV vyvinula firma Microsoft jako odpověď na úspěch
formátů QuickTime a RealVideo
• při kompresi udržuje datový tok (některé snímky může zahazovat, a nebo tok vyplňovat nadbytečnými informacemi.
• aktuální verze umí pracovat s videem standardu VC-1 (alternativa k MPEG-4)
Ztrátové kodeky
• Časově a výpočetně náročný proces
• Převádí se při potřebě snížení velikosti, nebo podpoře jiného formátu
• Existuje řada programů• File Factory• Freeware• 3gp, mpg, mkv, flv, swf, mp4,• avi, wmv, rmvb,vob,mov• Velmi široké spektrum možností
nastavení
Převody mezi formáty videa
Děkujeme Vám za pozornost.