umožňuje uložit zvuková, obrazová i jiná data (streamy) do jednoho souboru

Transkript

1 FORMÁTY PRO VIDEO

2 Základní pojmy Části síťově šířených multimédií zvuková data obrazová data metadata doplňující informace umožňují obě složky synchronizovat. obálka nepodílí na informačním obsahu obvykle se přidává kvůli zpřístupnění informací nebo pro větší robustnost datového toku zapouzdření do společného celku jednodušší manipulace

3 Základní pojmy Multimediální kontejner umožňuje uložit zvuková, obrazová i jiná data (streamy) do jednoho souboru datového toku zajišťuje synchronizaci může obsahovat další informace (kapitoly, menu, titulky) neříká nic o vnitřní kompresi některé elementární streamy možné uložit bez kontejneru např. mp3 příklady kontejnerů MPEG-2, MPEG-4, AVI, ASF, Quicktime, Realtime, Ogg, MKV Splitter slouží přehrávačům pro rozdělení kontejneru na jednotlivé streamy ty pak předá odpovídajícím kodekům

4 Základní pojmy Kodek program (zařízení) pro transformaci datového proudu (streamu) nebo signálu 1. ukládání data do zakódované formy (kodér) 2. obnovení přesné nebo přibližné původní podoby dat (dekodér) dělení zvukové, obrazové (video), ztrátové, bezztrátové příklady kodeků MPEG-4, MPEG-4 AVC (H.264, DivX, XviD), WMV, Quicktime Movie, RealVideo, Ztrátová komprese pomocí transformačních kodeků vzorky obrazu nebo zvuku se rozdělí na drobné segmenty transformují se na frekvenční prostor, kvantizují se a kódují

5 MPEG Motion Picture Experts Group Skupina specifikací a standardů pro kompresi, kódování a přenos audiovizuálních informací stream, dekodér (kodér nespecifikuje) jedna ze skupin v rámci společné technické komise ISO a IEC

6 MPEG-1 Ztrátové kódování videa a zvuku pro datové nosiče video CD, kabelová a satelitní TV, digitální audiovysílání 1993 (dokončen 1991) Vlastnosti komprese videa kvality VHS a zvuku CD-audio max. datový tok 1,5 Mb/s kompresní poměr 26:1, resp. 6:1 nejvíc kompatibilní formát, dnes zastaralý a téměř nepoužívaný.mpg,.mpeg,.mp1,.mp2,.mp3,.m1v,.m1a,.m2a,.mpa,.mpv

7 MPEG-1 - obsah 1. Systems ukládání a synchronizace videa, audia a dalších dat současně 2. Video (komprimace) 3. Audio (komprimace) Layer2 (MP2) vysílání, Layer3 (MP3) aplikace pro PC 4. Conformance testing testy správnosti implementace standardu 5. Reference software ukázkový software ukazující jak kódovat a dekódovat podle standardu Part 1 MPEG-1 stream decoder Part 2 Video decoder Part 3 Audio decoder

8 MPEG-2 Ztrátové kódování videa a zvuku DVD Video, TV vysílaní přenosové, obrazové a zvukové kódovací standardy, 1994 DVB-T, DVB-S, DVB-C (Digital Video Broadcasting) Vlastnosti podpora prokládaných snímků vyvinut pro bodů pružnost, různé rozměry, různé poměry stran podpora VBR (variable bit rate) proměnlivý datový tok rozpozná statickou scénu a BR zvýší nebo sníží možno volit VBR nebo CBR (i velikost) lepší komprese, vyšší systémové nároky přenosová rychlost 1,5 až 15 Mb/s (pro TV signál 6 Mb/s)

9 Součásti MPEG-2 Part 1: Systems Part 2: Video Part 3: Audio Part 4: Conformance testing Part 5: Software simulation Part 7: Advanced Audio Coding Part 8: VOID Part 9: System extension RTI Part 10: Conformance extension - DSM-CC Part 11: IPMP on MPEG-2 Systems Part 6: System extensions - DSM-CC

10 MPEG-2 Profily MPEG-2 Aplikace Zkr. Název Typy snímků Chroma Format SP Simple profile I, P 4:2:0 MP Main profile I, P, B 4:2:0 SNR SNR Scalable profile I, P, B 4:2:0 Spatial Spatially Scalable profile I, P, B 4:2:0 HP High profile I, P, B 4:2:2, 4:2:0 DVD DVB (Digital Video Broadcasting) SDTV HDTV ATSC (Advanced Television Systems Committee) digitální náhrada NTSC

11 MPEG-4 Rozsáhlý multimediální standard DVB-T, HDTV, komprese AV dat pro web (streaming) obsahuje mj. kontejner MP4, zvuk. kodek AAC, H.264 Vlastnosti menší bitrate při stejné kvalitě obrazu, 1998 interaktivní TV a jiné aplikace vyšší systémové nároky rozšiřuje MPEG-1 podpora 3D obsahu, kódování s nízkou rychlostí přenosu a Digitální správu práv (DRM)

12 MPEG-4 Part 2 povoleno použití vlastních kodeků menší kompatibilita, ale vyšší komprese např. DivX, Xvid, Nero Digital nebo Quicktime 6 Part 3 kodek AAC Advanced Audio Coding znám i jako MPEG-2 Part 7 Part 10 Part 12 H.264 (AVC) vlastní kontejner MP4

13 Další standardy MPEG MPEG-3 původně určený pro kódování standardu HDTV později byl vývoj pozastaven a MPEG-3 byl sloučen s MPEG-2 MPEG-7 (Multimedia Content Description Interface) standard pro popis multimediálního obsahu dat definuje sadu nástrojů pro audiovizuální popis název, autor, co se v něm děje použití značkovacího jazyka XML umožní efektivní přístup k multimediálnímu obsahu archivace mm. souborů a vyhledávání MPEG-21 širší rámec pro práci s daty potřebnými pro tvorbu a přenos multimediálně zachycených informací

14 Multimediální kontejner Formát uložení různých proudů multimediálních dat do jednoho souboru (datového toku) video, několik zvukových stop, několik titulků zajištění synchronizace možnost volby kombinace při přehrávání Neříká nic o vnitřní kompresi dána kodekem množina podporovaných kodeků může být omezena Nejpoužívanější kontejnery AVI MPEG, MP4 ASF (WMA, WMV) Quicktime a Realtime Ogg, Matroska

15 AVI (Audio/Video Interleave) Microsoft 1992 (Windows 3.1) Vlastnosti původně bez komprimace, , 15 fps (snímků/s) velikost max. 1 GB další verze: libovolná komprese, velikost bez omezení Struktura hlavička informace o videu (rozlišení, komprese, kodek atd.) a zvuku (frekvence, kodek ) data rozdělená do bloků synchronizační tabulka na konci souboru soubor se nedal přehrát, pokud nebyl úplný (neprokládané audio a video) Široká podpora videoeditačními programy, kompatibilita použití i v digitálních fotoaparátech nedostatky při použití s moderními kodeky (DivX) nejsou podporovány doplňující informace titulky, kapitoly

16 Kontejner ASF, WMV Advanced System (dříve Streaming) Format, Microsoft vychází z AVI (nenahrazuje) přípony.asf,.wmv..wma Používané kodeky MPEG-4 pův. výhradně; jen částečná implementace standardu, bez podpory B-snímků WMV, WMA Windows Media Video/Audio Neobsahuje indexovou tabulku vhodné i pro internetové vysílání Nevýhody uzavřenost Microsoft nutí používat systémové rozhraní Direct Show dvě varianty: v1.0 používána Windows Media Playerem a Windows Media Encoderem, neveřejná; v2.0 publikována a patentována

17 Kontejnery MPEG MPEG Program Stream (MPEG-PS) ISO/IEC standard, pro prostředí se zárukou bezchybnosti přenosu dat DVD-Video hlavní formát jednoduchost, snadná implementace, horší pro editaci popis prokládání video a audio toku do jednoho streamu vnitřní časová synchronizace MPEG Transport Stream (MPEG-TS) komunikační protokol pro audio, video a data pro prostředí bez záruky bezchybnosti přenosu dat DVB, streamování po internetu elementární streamy MPEG PS zabaluje do vlastních paketů vnitřní časová synchronizace BDAV MPEG-2 Transport Stream BR, digitální kamery využívající formát AVCHD přípony.m2ts a.mts.

18 Kontejner VOB (Video Object) Součást DVD-Video Založen na MPEG-2 PS přehrávač MPEG-2 přehraje Video někdy nutné přejmenovat (na mpg nebo avi) nemusí fungovat titulky MPEG-2 Part 2 nebo MPEG-1 Part 2 Audio MPEG-1 Audio Layer II nebo MPEG-2 Audio Layer II Další objekty titulky, menu Srovnání s MPEG-2 navíc: Linear PCM, AC-3, DTS neumí: AAC audio (MPEG-2 Part 7), kompresní formáty MPEG-4

19 Kontejner Quicktime (MOV) Otevřeně zdokumentovaný multimediální kontejner Apple, konkurence pro AVI a WMV; přípona.mov podpora jakýchkoliv kodeků Rozdělení dat na více nedělitelné části (atomy) každá má hlavičku o typu a uložení Možnost pracovat s proměnným tokem navíc v případě poškození některého z objektů je možné jej přeskočit QuickTime Player aplikace, která slouží jako multimediální přehrávač QuickTime framework prostředí poskytující API funkcí pro kódování a dekódování zvuku a obrazu MOV formát souboru QuickTime Movie

20 Real Media Format RealNetworks, přípona.rm,.rmf,.rmv,.rv RealMedia kontejner může měnit framerate videa v čase RealVideo videoformát,.rv, několik vlastních kodeků rv10,, rv40 RealAudio audioformát,.ra Podpora streamování hlavně v internetovém vysílání dnes malá podpora zejména díky licenční politice (přehrávání)

21 Kontejner MP4 Otevřený formát pro různá zařízení spotřební elektroniky součást MPEG-4 standardu (MPEG-4 Part 12) Základ kontejner MOV (QuickTime) menu, více titulků i zvukových stop i 3D objekty zjednodušení bezproblémové streamování videa Možnosti komprese obraz MPEG-1, MPEG-2 a MPEG-4, DivX, Xvid, H.264 zvuk MP3 a AAC (Advanced Audio Coding) Podpora některé HW přehrávače a mobily rozšíření brání omezená podpora kodeků Nero, Apple nestandardizované úpravy formátu ukládání HD videa v digitálních fotoaparátech (i kamerách) množství nestandardních variant

22 Kontejner Ogg Media (OGM) Svobodný software pro digitální multimédia skládá se z tzv. stránek ogg jakýkoli video nebo audio kodek, CBR nebo VBR Struktura hlavičky stránky Zachytávací zdroj vždy OggS Pozice zrna časová značka

23 Kontejner Matroska (MKV)) Moderní otevřený kontejner Přípona.mkv,.mka Popis vnitřní struktury založen na XML respektive na binární verzi EBML Extensible Binary Meta Language Umožňuje vnitřně nést téměř jakákoli data např. video v HD, audio DTS nebo AC3 podpora pro titulky, menu a další Struktura souboru skládá se ze segmentů, ty se dělí na sekce, každá nese jiný druh dat možnost přidávat sekce Výhody platformní otevřenost a vnitřní propracovanost Nevýhody zatím chybějící podpora, hlavně nekomerční sféra

24 Kontejner WebM Otevřený AV formát pro web reakce Googlu na možné poplatky za H.264 od 2016; Microsoft a Apple vlastní u H.264 téměř 70 patentů navržen pro použití do HTML5 Kontejner založen na formátu Matroska Video ve formátu VP8 nákup autorů od On2 Technologies Audio ve formátu Vorbis lepší než zastaralý MP3 Podpora: Firefox 4+, Opera , Chrome 6+, IE 9+ pro IE nutno stáhnout WebM for IE9 Chip 11/2010

25 Další kontejnery Kontejner Flash Video otevřený formát pro Adobe Flash Player používá patentované kodeky podpora kodeků H.264, VP6, MPEG-4 ASP, Sorenson H.263 důraz na vysokou kompresi a kompatibilitu přípona.flv,.f4?, možno zahrnout do.swf snadná integrace s flashovými aplikacemi jeden z nejpoužívanějších formátů na internetu k přehrání stačí plugin Youtube, Google Video, Stream, Kontejner NUT formát vyvíjený týmy MPlayer a FFmpeg otevřený, nepoužívá patent jednoduchý, flexibilní, odolný proti chybám přípona.nut

26 Kodeky Program (zařízení) pro transformaci datového proudu nebo signálu 1. ukládání dat do zakódované formy 2. obnovení původní formy dat přesné nebo přibližné Informace o použitém kodeku pomocí FourCC kódu čtyřpísmenná značka, je v hlavičce kontejneru Codec ID zpětně kompatibilní s FourCC Dělení zvukové, obrazové (video), ztrátové, bezztrátové

27 Bezztrátové videokodeky RAW není kodek; data nekomprimovaná pro PAL signál 720x576 datový tok ~ 30 MB/s. HuffYUV komprese YCbCr (ne YUV) predikována hodnota následujícího pixelu (pod. jako bezztrátové JPEG) chyba (rozdíl) zakódována pomocí Huffmanova kódování výhody rychlá komprese i dekomprese, menší paměťové nároky, volné používání nevýhody nízký kompresní poměr (nejlépe ~ 1:2,5), základ kodeku Lagarith Lagarith open source bezztrátový kodek založen na HuffYUV menší rychlost než HuffYUV, možnost paralelního zpracování podpora mnoha barevných modelů (kvůli efektivitě) jednoduchý střih, spojování a posouvání videa

28 Ztrátové videokodeky Indeo (pův. Intel, pak Ligos) kvalita obrazu dobrá při nastavení na 100% téměř totožné s originálem, velká velikost souboru součást Windows XP SP1, nekompatibilita s Win64 ani Vista Microsoft Video 1 součást od Windows 95 později rozšířen o Intel Indeo 3.1 a Supermac s Cinepak obraz bodů až 30 fps dříve rychlý a kvalitní, dnes pomalý a zastaralý při nastavení 100% kvality komprese stále viditelné čtverečkování obrazu MJPEG (Motion JPEG) obrazová komprese JPEG jednotlivých obrázků videa volitelný kompresní poměr v rozsahu 1:6 až 1:16 plně integrován do Windows i některého HW (menší nároky na výkon PC) dobrá editace videa, dobrá kvalita i velikost při kompresním poměru 1:8 datový tok ~ 4MB/s

29 Ztrátové videokodeky WMV (Windows Media Video) nejen druh komprese, ale i celý formát zapouzdřen do kontejneru ASF, podpora i AVI či MKV především streamingové aplikace kodek založen na MS implementaci MPEG-4 Part 2 podpora variabilního i konstantního bitrate při kompresi udržuje datový tok, snímky zahazuje, aby ho nepřesáhl a nebo vyplňuje nadbytečnými informacemi, aby tok nebyl nižší dokáže přibrat až o 25% více nadbytečných informací formát HD DVD a Blu-ray disků WMV 9 povinný kodek pro zařízení PlaysForSure, Portable Media Center jediný podporovaný kodek pro Microsoft Silverlight standardizován jako otevřený, ale zákonem chráněný VC-1 jeden ze tří povinných videokodeků pro BD-ROM

30 Ztrátové videokodeky Quicktime Movie a QTVR (Quicktime Virtual Reality) Apple; nejen kodek, ale celý formát QTVR pro panoramata 360 kódování videa na internetu snadno přenositelný mezi Macintosh a PC pro přehrání vyžaduje svůj software Apple Quicktime Player komprese od 1:5 do 1:25 dnes spíše průměr RealVideo komprese a formát firmy Real Networks založeno na H.263, od RealVideo 8 na H.264 blízký typu Quicktime větší důraz na kompresi videa pro internet dnes ustupuje do pozadí

31 Videokodeky Ogg Videokodeky Theora vyvinut jako součást projektu Ogg měl konkurovat formátu MPEG-4 a kodekům RealVideo, Windows Media Video Tarkin experimentální kodek využívající diskrétní waveletovou transformaci Dirac experimentální kodek vyvinutý BBC jako základ nového kodeku pro přenos videa přes internet OggUVS kodek pro ukládání nekomprimovaného videa.

32 Videokodeky MPEG-4 Videokodeky MPEG-4 Part 2 profily SP (Simple Profile), ASP (Advanced Simple Profile) DivX, Xvid QuickTime FFmpeg freeware pro nahrávání, konverzi a streamovaní (linux, i Windows) obsahuje přes 100 kodeků, často nelegálně rozkrytých 3ivx komerční sada kodeků kompat. s MPEG-4 Videokodeky MPEG-4 Part 10 (AVC) H.264 (a GPL enkodér x264) Nero Digital DivX Pro (od verze 7)

33 Ztrátové kodeky DivX Obrazový kodek kompatibilní s MPEG-4 kvalitní komprese filmů, podpora mnoha DVD přehrávačů 7 GB > 700 MB; nelegální šíření filmů chráněných autorskými právy Varianty komprese jednoprůchodová s daným datovým tokem snaha o udržení datového toku bez ohledu na výslednou kvalitu jednoprůchodová s danou kvalitou snaha o udržení zadané kvality bez ohledu na velikost dvouprůchodová při prvním průchodu analyzuje a v druhém průchodu optimalizuje (lepší využití datového toku) Od verze 5 implementuje další algoritmy tzv. psychovizuální model obousměrnou kompresi (B snímky) kompenzace pohybu optimalizace kompresí pro přibližování, náhlé změny jasu, stagnující plochy a další

34 Ztrátové kodeky DivX DivX 3.11 Alpha (1998, původní verze) založená na nelegálně upravené verzi kodeku pro MPEG-4 od MS nekompatibilita se standardem MPEG-4, max. rozlišení původně pouze do ASF, hackeři upravili pro AVI ve své době vynikající, dnes lepší standard OpenDivX (2000, vznik firmy DivX a vytvoření vlastního formátu) DivX 4 (opensource) kvalita horší DivX verze 5 (2002) uzavřený formát s kompresí MPEG 4 bez přístupu ke zdrojovým kódům zpětně kompatibilní, výborná kvalita až 25% snížení velikosti výsledného souboru než DivX 4 integruje v sobě nástroje a filtry pro úpravy obrazu už při kompresi rozměry, kvalitu, ostrost, atd. vyšší nároky na výkon procesoru

35 Ztrátové kodeky DivX DivX 5 (2002) několik verzí omezený zdarma, plnohodnotný zdarma s reklamu, placený DivX 6 (2005) vylepšení samotného kodeku až 40% nárůst výkonu paralelizace výpočtu dvě verze liší se placeným konvertorem (DivX Converter) formát souborů.divx DivX Media Format (DMF) podpora MPEG-4 menu DivX 7 (2009) komprese H.264, AAC audio (MPEG-2, 4) nativní podpora kontejneru Matroska DivX 6 kodek DivX EKG DivX Pro kodek (na1 měsíc) průchozí DivX YV12 DivX Player

36 Ztrátové kodeky XviD XviD otevřený formát kompatibilní s MPEG 4 původně založený na OpenDivX po uzavření projektu (2001) navíc umí export videa široká konfigurovatelnost kodeku příliš složitý, optimální nastavení komplikované libovolné rozlišení až do velikosti obrazu bodů podmínkou je dělitelnost 4 několik verzí po rozporech uvnitř komunity mohou být přehrány v DivX kompatibilním DVD přehrávači použití pokročilých vlastností může způsobit nekompatibilitu

37 H.264 Standard pro komprimaci videa (2003) součást standardu MPEG-4 (MPEG-4 Part 10) MPEG-4 AVC (Advanced Video Coding) Komprimační algoritmus videa v současnosti nejkvalitnější vysoký stupeň komprese (oproti MPEG-2 2 až 3 ) vysoké nároky na CPU a paměť využití volné knihovny x264 (pouze kodér) vyvinut pro HDTV, Blu-ray a HD-DVD Nevýhody licenční poplatky pro výrobce zařízení a komerční uživatele do konce 2015 zdarma pro koncové uživatele Velikosti dat zakódovaných různými verzemi MPEG MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 ASP MPEG-4 AVC 100% 90% 50% 35%

38 Profily H.264 Baseline Profile (BP) nenáročné aplikace s omezenými zdroji videokonference a mobilní zařízení, podpora pouze I/P snímků Main Profile (MP) původně hlavní profil pro vysílání a ukládání; pracuje s B-snímky, prokládání Extended Profile (XP) určen pro streamování vysoká komprese, robustnost High Profile (HiP) základní profil pro vysílání a ukládání pro HDTV; též HD DVD, Blu-Ray přidává bezztrátové kódování, 8x8 pixel intrasnímkovou predikci High 10 Profile (Hi10P) navíc podpora 10 bitového vzorkování High 4:2:2 Profile (Hi422P) navíc podpora YUV 4:2:2 chroma subsampling při 10 bitovém vzorkování High 4:4:4 Predictive Profile (Hi444PP) navíc podpora YUV 4:4:4 chroma sampling, 12 bitové vzorkování přidaná podpora bezztrátových oblastí a další

39 Použití H.264 široké rozšíření od streamování po HDTV HDTV povinný videokodek HD DVD a Blu-ray standardů TV přenos DVB-S2 i DVB-T Mobilní zařízení standard podpora v DVB-H (Handheld) a DMB (Digital Multimedia Broadcasting) PlayStation Portable, ipod (5.+ gen.) Multimédiální formáty součást mnoha formátů Videokonference od 2005 Video-/Digicams např. modely Casio, Kodak, Samsung, Canon, Sony, Sanyo

40 VP8 Bezplatný kodek Googlu použití jako součást WebM pokračovatel VP6 (Flash) a VP7 (Skype) Omezení nepoužívá B-snímky nemá adaptivní kvantizaci

41 KOMPRESE VIDEA

42 Komprese videa Požadavky kontrola toku dat (zaručený kompresní poměr) rychlost komprese / dekomprese odolnost vůči chybám synchronizace se zvukem řeší systémová vrstva kontejner Kodek typicky tři vrstvy video, audio, systém případně text titulky

43 Komprese videa Kódování interframe mezi snímky odstranění časové redundance většina obrazové informace zůstane stejná není ji nutné kódovat vícekrát využití rozdílového kódování řešeno po makroblocích, využití DCT Kódování intraframe uvnitř snímku každý snímek samostatně prostorově komprimován jako JPEG možná vylepšení: rozdělení obrazu na části (každá může mít jinou ztrátovost) optimalizace pro prokládaný obraz predikce v rámci obrazu

44 Komprese videa Rekonstrukce rozdílově kódovaného snímku pro ztrátovou kompresi první snímek A ztrátově zakódujeme po dekompresi získáme aproximaci A další snímek B nelze rekonstruovat, protože neznáme A vhodné uložit rozdíl A B místo A B kompresor musí obsahovat dekompresor ztrátově uloží A dekomprimuje A jako A snímek B komprimuje rozdílově jako A B kompresor i dekompresor obsahují paměť pro předchozí snímek

45 Kompenzace pohybu Predikce a kompenzace pohybu rozdělení do makrobloků 16x16 bodů zkoumá se možné posunutí pohybový vektor (motion vector) jednoznačně definuje posunutí bloku provede se rozdíl mezi původním a výsledným obrazem pokud malý, kóduje se rozdíl, jinak původní blok Vylepšení metody typický pohyb vodorovný jeden pohybový vektor na makroblok výpočet jen pro složku Y odhad v nižším rozlišení, pak zpřesnění využití koherencí pohybové vektory u okolních makrobloků podobné pohybové vektory u předchozího snímku podobné

46 Komprese videa Sekvence jednotlivých samostatných snímků I-frame (intraframe) klíčový snímek všechny makrobloky bez predikce P-frame (predictive, forward) některé makrobloky predikované rozdílový obrázek mezi běžným a předchozím I nebo P původní obraz se dá zrekonstruovat za použití předchozího P nebo I B-frame (bi-directional predicted, forward and backward) některé makrobloky predikované rozdílový obrázek mezi dvěma nejbližšími I nebo P silná komprese původní obraz se dá zrekonstruovat za použití 2 nejbližších P nebo I

47 Komprese videa B-frame možnost zvolit, zda se daný blok kóduje proti předchozímu snímku, budoucímu či jejich průměru standardně počítán jako ½ (IP + PN) některé kodeky zavádějí váhu např. H.264 Zpětné prediktivní kódování obsahuje pouze snímky I a P příklad I 1 P 2 P 3 I 16 P 17 P 18 P-snímek ~ 2-3 menší vynucené vkládání dalšího I-snímku oprava chyb možnost náhodného přístupu možnost editace

48 Obousměrné prediktivní kódování Typická posloupnost IBBPBBPBBPBBI (mezi dvěma I jsou 3 (nebo 5) P a mezi vším 2 B) každých 0,4 s se objeví I-frame Pořadí kódování dekódér musí přijímat v jiném pořadí I 1 B 2 B 3 P 4 B 5 B 6 P 7 B 8 B 9 P 10 B 11 B 12 I 13 původní pořadí I 1 P 4 B 2 B 3 P 7 B 5 B 6 P 10 B 8 B 9 I 13 B 11 B 12 pořadí po kompresi 1 je I 1 ; 2 spočten z I 1, P 4, B 2 ; 3 z 2, P 4, B 3 ; 4 z I 1 a P 4 Dekomprese P-snímku najít předchozí I-snímek dekomprimovat všechny následující P-snímky až do daného B-snímku dekódovat oba okolní P-snímky

49 Obousměrné prediktivní kódování Dekodér musí obsahovat paměti pro předchozí (P) a následující (N) snímek I 1 P 4 B 2 B 3 P 7 B 5 B 6 P 10 B 8 B 9 I 13 B 11 B 12 Postup zobrazení t P N zobr 1 dekódovat I 1, uložit do P, zobrazit 1 I 1 - I 1 2 dekódovat P 4, uložit do N, nezobrazovat naplánovat zobrazení na t = 4 I 1 P 4 3 dekódovat B 2, neukládat, zobrazit 2 I 1 P 4 B 2 4 dekódovat B 3, neukládat, zobrazit 3 I 1 P 4 B 3 5 zobrazit P 4 z P 4 I 1 P 4 P 4 přesunout N do P P 4-6 dekódovat P 7, uložit do N, nezobrazovat naplánovat zobrazení na t = 7 P 4 P 7

50 Komprese videa Vlastnosti Vysoký kompresní poměr (20 až 200:1) Poměr velikostí I:P:B je po kompresi přibližně 15:5:2 Pomalé datové toky možno vynechat B-snímky, příp. i P-snímky a v nejhorším případě i některé I-snímky GOP - Group of Pictures sekvence mezi dvěma I-snímky obtížné dělení struktura pevná nebo proměnná záleží na kodeku Maximální délka GOP (MPEG-1/2 na DVD) 12 snímků pro PAL 15 snímků pro NTSC

51 Komprese VP8 makrobloky pixelů rozdělení do 16 subbloků 4 4 DCT, kvantizace (jako JPG) Snímky první z GOP (G) prediktivní (P) referenční (R) nejsou zobrazeny úložiště dat pro makrobloky H.264 VP8

52 TELEVIZNÍ PŘENOS

53 Charakteristiky TV přenosu Rozlišení Poměr stran Frekvence Jasový rozsah, barevnost Struktura obrazu Technologie uložení/přenosu Podvzorkování

54 Rozlišení Analogová televize 625 řádků (PAL) aktivních řádků (NTSC) aktivních 480 Digitální televize overscan řádků sloupců poměr Standard Definition Television (SDTV) PAL NTSC (720) nebo :9 a 4: (720) nebo :9 a 4:3 High Definition Television (HDTV) : :9 Enhanced Definition Television (EDTV) jako SDTV, ale progresivní

55 Rozlišení

56 Poměr stran poměr popis 4 3 1,33 35 mm film 1,37 Academy, standard ,50 fotografie 35 mm film ,56 kompromis mezi 4:3 a 16: ,67 35 mm film, Evropa ,78 standard 1,85 Academy standard, 35 mm film, US, UK 2,00 SuperScope, ,20 Super Panavision, standard film 70 mm 2,35 CinemaScope, 35 mm anamorfický, do ,39 Panavision, 35 mm anamorfický, od ,59 Cinerama

57 Převod poměru stran Roztažení a chytré roztažení Letterbox/pillarbox Natáčení Open Matte Pan & Scan

58 Frekvence Označení popis poznámka 24p kinofilm 50i PAL & SECAM 60i NTSC, PAL-M 59.94i drop frame DTV progressive material: 25p PAL, SECAM 30p NTSC 29.97p drop frame 50p PAL, SECAM 60p NTSC 59.94p drop frame Drop frame Typ časového kódu, který v NTSC každou minutu (kromě každé desáté) odebírá 2 snímky aby byla dosažena optimální frekvence

59 Analogová televize technologie PAL (Phase Alternation at Line Rate) transformace RGB do YUV Y se vysílá tradičně U a V šířka pásma 1,3 MHz a namodulují se na vedlejší nosnou u každé druhé řádky je polarita fáze složky V obrácena vyruší se drobné chyby v přenosu fáze chyba barevného odstínu se převádí na chybu sytosti oko tolik nevnímá na začátku každé řádky se přidává referenční signál (color burst) kterým se synchronizuje referenční úroveň amplitudy a fáze Vlastnosti 625 řádků, aktivních 576 frekvence 50 Hz typické podvzorkování barev 4:2:0 nejvyrovnanější přenosové vlastnosti, složitější přijímač

60 Analogová televize technologie NTSC (National Television Systems Commitee) předchůdce PAL, neotáčí fázovou polaritu mírně odlišný barevný prostor YIQ I šířka pásma 1,5 MHz; Q pouze 0,5 MHz (oko méně citlivé) barevná nosná frekvence 3,58 MHz 525 řádků, aktivních 480 frekvence 30 Hz, tj. 60 půlsnímků/s u barevného /1 001, aby bylo možné přidat barevná data a zůstat kompatibilní typické podvzorkování barev 4:1:1 zkreslení barevného podání způsobené chybami přenosu (fáze) jednoduchost přijímače

61 Analogová televize technologie SECAM (Sequential Couleur avec Memoire) používá podobný barevný prostor YD b D r přenáší se jen jedna složka druhá složka se uchovává z předchozího řádku potřeba zpožďovací linky, fungující jako paměť lepší barevného podání, ale další barevné zkreslení dané tím, že se polovina signálu přebírá z předchozího řádku 25 fps, 625 řádků

62 Přehled formátů NTSC M PAL B,G,H PAL I PAL N PAL M SECAM B,G,H SECAM D,K,K',L Lines/Fields 525/60 625/50 625/50 625/50 525/60 625/50 625/50 Horizontal Frequency Vertical Frequency Color Subcarrier Frequency Video Bandwidth khz khz khz khz khz khz khz 60 Hz 50 Hz 50 Hz 50 Hz 60 Hz 50 Hz 50 Hz MHz MHz MHz MHz MHz 4.2 MHz 5.0 MHz 5.5 MHz 4.2 MHz 4.2 MHz 5.0 MHz 6.0 MHz Sound Carrier 4.5 MHz 5.5 MHz MHz 4.5 MHz 4.5 MHz 5.5 MHz 6.5 MHz

63 SDTV Standard-definition television digi 576i50 náhrada analog 625 řádků (overscan) digi horizontální nebo 640(4:3) formáty 4:3 nebo 16:9 filmy 24 /s o 4% rychlejší digi 480i60 náhrada analog 525 řádků digi horizontální nebo 640(4:3) Další možnosti 480p24, 480p30, 480p60 576p25, 576p50 i interlaced p progressive scan Video System Picture Dimensions Pixel Aspect Ratio Standard (4:3) PAL (tj. 576i) :11 Widescreen (16:9) PAL :11 Standard (4:3) NTSC (tj. 480i) :11 Widescreen (16:9) NTSC :33 HDV 1080i / HDCAM (16:9) 1440 x :3

64 HD Ready, Full HD Full HD rozlišení 1080p HR Ready aspoň 720p a 1080i Full HD HD Ready Minimální rozlišení 1920x řádků, widescreen podporované videoformáty reprodukovány bez deformace ano ne Zobrazení 1080p a 1080i bez overscan (mapování pixelů 1:1) ano ne Zobrazení nativních videomódů při stejné nebo vyšší frekvenci ano ne Analogový HD vstup YPbPr ano ano Digitální HD vstup HDMI nebo DVI ano ano 720p HD progressive & 60 Hz) ano ano 1080i HD (1920x1080 & 60 Hz) ano ano 1080p HD (1920x & 60 Hz) ano ne HDMI nebo DVI vstup s podporou HDCP ano ano

65 HDTV Současné vysílání ve dvou formátech: 720p a 1080i rozlišení 720p (720p50) 720 řádků zobrazovaných progresivně čistý, více stabilní obraz vhodnější pro obraz s rychlým pohybem rozlišení 1080i (1080i50) využívá 1080 řádků zobrazovaných najednou poskytuje větší detaily každá z variant vhodná na jiný typ pořadu rozlišení 1080p (1080p25, 1080p50)) aktuálně není k dispozici TV vysílání (satelitní ani pozemní) nepřepokládá se, že by v nejbližší době některá stanice na rozlišení 1080p přešla Blu-ray budoucnost: 1440p, 2160p ( quad HDTV )

66 Parametry evropských formátů HDTV Označení formátu dle SMPTE 296, syst , syst , syst , syst. 3 Zkrácené označení 720p i p p 50 Počet viditelných řádků Počet viditelných bodů v řádku Poměr stran aktivního obrazu 16:9 16:9 16:9 16:9 Celkový počet řádků Celkový počet bodů v řádku Počet viditelných bodů Celkový počet bodů Snímkový kmitočet [Hz] půlsnímků Vzorkovací kmitočet Y [MHz] 74,250 74,250 74, ,500 Vzorkovací kmitočet R,B [MHz] 37,125 37,125 37,125 74,250 Počet bitů/vzorek Bitová rychlost (čistá) [Mb/s] 921, , , ,6 Bitová rychlost celková [Mb/s] Society of Motion Picture and Television Engineers, sdružení filmových a televizních techniků

67 Prokládaný obraz Požadovaná frekvence 48 Hz v počátcích televize nerealizovatelné velká potřebná šířka pásma, obvodové nerealizovatelnosti Prokládání každou sekundu přeneseno 50 půlsnímků (polí, field) obraz se rozsvítí a zhasne 50 za sekundu přeneseno 25 úplných snímků současné vysílání prokládané vhodné pouze pro CRT

68 Prokládaný obraz

69 Odstranění prokládání Deinterlacing

70 Odstranění prokládání Přepnutí kamery do režimu Progressive 25p, za cenu menší plynulosti rychlých pohybů Softwarově pomocí deinterlace filtrů: Bob (Line doubling) zdvojí řádky v každém půlsnímku; zdvojnásobná rychlost Blend svisle roztáhne a zprůměruje dva půlsnímky (jemné, duchové, šp. pohyb) Weave složení půlsnímků (pomalé scény výborné, špatný pohyb) Smart detekuje míru pohybu, vybere Bob pro rychlé pohyby a Weave pro pomalé (nejlepší) Pokročilejší efekty respektují pohyb kamery a snaží se jej dorovnávat

71 Odstranění prokládání původní snímky prokládané snímky Weave Bob

72 Konverze snímkové frekvence Film PAL (24 fps 25 fps) 2:2 pulldown 24 fps 48 půlsnímků/s o 4 % zrychlené přehrání (1 h 57 min 36 s) korekce zvukové stopy

73 Konverze snímkové frekvence; telecine Film NTSC (24 fps 29,97 fps) 2:3 pulldown každé 2. políčko 3 podsnímky 24 fps 60 půlsnímků/s zpomalené přehrání 59,94 půlsnímků/s (60000/1001) 1 h 1 h 3,6 s NTSC film inverse telecine 29,97 fps 23,976 fps (30000/1001)

74 Upscaling Konverze videosignálu z nižšího rozlišení na vyšší (HD kvalitu) 720p, 1080i, 1080p dopočítá další řádky používají blu-ray přehrávače a moderní HDTV w_msgs.php?board_id= &to pic_id=

75 Zvýšení frekvence základní verze 100 Hz dva snímky (AB) se zobrazí dvakrát (AABB) nutnost digitální paměti moderní verze 100 Hz mezi dva standardní snímky dopočítává jeden nový 200 Hz technologie dopočítání tří nových snímků

76 Podvzorkování barev Chroma subsampling Y:Cr:Cb Cr horizontální faktor Cb totéž nebo 0, pokud vertikálně 2:1