Datové formáty videa a jejich využití. Pavel Čejka, Michaela Koucká

Transkript

1 Datové formáty videa a jejich využití Pavel Čejka, Michaela Koucká

2 Obsah > Úvod > Základní vlastnosti > Komprese > Kontejnery > Analogové video > Kodeky

3 Úvod Video: > 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)

4 Základní vlastnosti > snímková frekvence > prokládání > datový tok > rozlišení > poměr stran > komprese

5 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

6 Základní vlastnosti Prokládání - interlacing

7 Základní vlastnosti Porovnání interlaced x progressive scan

8 Základní vlastnosti > datový tok > rozlišení > 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 > závisí na druhu videa > poměr stran > digitální v pixelech na výšku a šířku > analogové- dle řádků ( 576) > poměr stran vodorovné a svislé čáry ( 4:3 a 16:9)

9 Rozlišení

10 Komprese > 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 velikost > DCT= diskrétní kosínová transformace (JPEG)- komprimovaní po blocích 8x8 pixelů, 6 bloků= makroblok)

11 Komprese > 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

12 Klíčové a neklíčové snímky Komprese

13 Bezztrátová komprese > 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

14 Ztrátová 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

15 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

16 Kontejnery 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

17 MKV soubor: Kontejnery

18 Kontejnery > AVI- Audio Video Interleave > nejrozšířenější kontejner pro video, od Microsoftu z roku 1992 (poněkud zastaralý) > původně bez komprese v rozlišení 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

19 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

20 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

21 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

22 Analogové vysílání

23 PAL >PAL = Phase Alternating Line >Počet řádků v obraze 625, 30 frames/sec, obrazová frekvence 50 Hz > střídání fáze - přepínání fáze jedné ze dvou barvonosných informací ve dvou po sobě jdoucích řádcích >Úplný signál rozdělen na jasovou složku a dva rozdílové signály barvy a jasu, určující sytost a tón barvy

24 NTSC >NTSC = National Television System Committee >První americká soustava pro přenos barevného televizního signálu >455 řádků, 30 frames/sec, frek. 60 Hz >Funguje na podobném principu jako PAL >Barvonosná frekvence vzdálena od signálu jasu méně, zkreslení signálu během přenosu zkreslení barevného tónu a sytosti barvy

25 SECAM > SECAM = Séquentiel couleur à mémoire > 625 řádků, 25 frames/sec, frek. 50 Hz > Informace o barvách se přenášejí postupně > Úplný signál je rozdělen na jasovou složku, dvě barevné informace a jeden rozdílový barvonosný signál, který určuje sytost a tón barvy > Další podstatné rozdíly oproti ostatním TV normám jsou v potřebné šířce přenosového kanálu, nosných kmitočtech, způsobu modulace atd.

26 Kodeky > kodér a dekodér >Slouží ke kódování nebo dekódování datového proudu >Především za účelem zmenšení objemu dat >Lze nakonfigurovat datový tok, kvalitu, rychlost komprese >Dělíme na ztrátové a bezztrátové

27 Kodeky Bezztrátové vhodné pro následné zpracování videa > Snížení velikosti nekomprimovaného videa bez znatelné degradace obrazu > nižší kompresní poměr (většinou 1:2) Ztrátové ideální pro finální kompresi > Snaha o co největší kompresi > Lidské oko není dokonalé a zkreslení obrazu v určité míře nepostřehne

28 HUFFYUV Bezztrátové kodeky >GPL licence >ke kompresi videa využívá Huffmanova kódování >výhodou je rychlá komprese i dekomprese, menší paměťové nároky a volné používání >nevýhoda: nízký kompresní poměr >od roku 2002 nevyvíjen >FFV1 oproti HUFFYUV vyšší kompresní poměr

29 LAGARITH Bezztrátové kodeky >GPL licence, nástupce kodeku HUFFYUV >oproti HUFFYUV lepší komprese, ale nižší rychlost >podpora paralelního (multivláknového) zpracování >podpora mnoha barevných modelů (RGB24, RGB32, RGBA, YUY2 a YV12) >nepoužívá predikci mezi jednotlivými snímky každý snímek je zakódován odděleně (tzv. klíčové snímky), což ulehčuje střih, spojování a posouvání ve videu

30 Bezztrátové kodeky LCL >Lossless codec library >dva freewarové kodeky - AVIzlib a AVImszh >pracují s barevnými modely RGB a YUV >AVIzlib umožňuje volbu kompresního algoritmu (komprese vs. rychlost) >AVImszh je určený ke kompresi digitální animace

31 Ztrátové kodeky DivX >používá standardní kompresi MPEG-4 ASP >kvalitní komprese filmů na výrazně menší velikost >velmi oblíben, díky čemuž je i podporován většinou DVD přehrávačů >aktuální verze dostupná zdarma obsahuje: DivX Player, DivX comunity codec, DivXweb player >placená navíc: DivX conventor a možnosti využití více vlastností ze základního balíku

32 Xvid > dříve XviD Ztrátové kodeky > používá standardní kompresi MPEG-4 ASP >navázal na OpenDivX >multiplatformní >široká konfigurovatelnost kodeku >soubory zakódované Xvid mohou být přehrány DivX >kodek podporuje libovolné rozlišení až do velikosti obrazu bodů

33 Ztrátové kodeky FFmpeg MPEG-4 >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

34 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)

35 Streaming >Stream >Základní část multimediálního souboru (video, zvuk, titulky,...) >V jednom souboru může být více streamů stejného typu (např. vícejazyčné titulky) >Streaming >Technologie kontinuálního přenosu audiovizuálního materiálu mezi zdrojem a koncovým uživatelem

36 Streaming >Webcasting >Streamování prostřednictvím internetu >V reálném čase (internetové televize a rádia) >Video On Demand (YouTube) >Provozovatel musí mít k dispozici kromě obsahu také streamovací server, který zajišťuje komunikaci s cílovými počítači a plynulé vysílání dat

37 Převody mezi formáty videa > Časově a výpočetně náročný proces > Převádí se při potřebě snížení velikosti, nebo podpoře jiného formátu > Existuje řada programů > Format Factory > Freeware > 3gp, mpg, mkv, flv, swf, mp4, > avi, wmv, rmvb,vob,mov > Velmi široké spektrum možností nastavení

38 Děkujeme Vám za pozornost.