Zpracování video a zvukových souborů na počítači

Transkript

1 Zpracování video a zvukových souborů na počítači Videozáznam je sled po sobě jdoucích jednotlivých obrazů, které zobrazují situaci v jednotlivých časových okamžicích. Video sice představuje pro lidské oko plynulý tok obrazu, ale ve skutečnossti je složeno z jednotlivých na sebe navazujících snímků, které vytvářejí plynulou řadu projekce obrazu. Videokodek je prostředníkem mezi programem pro zpracování videozáznamu a souborem, ve kterém je videozáznam uložen vzhledem k tomu, že kompresní algoritmy se neustále vyvíjejí, není možné zabudovat podporu pro všechny kodeky přímo do programu jak to funguje: o surová data (z kamery či kazety) jdou do programu pro zaznamenávání videa o tento program je pak posílá kodeku, který má uloženy postupy pro kompresi danou metodou o kodek pak vrací komprimovaná data zdrojovému programu, který s nimi dále pracuje komprimovaný soubor má uložen typ komprese a použitého kodeku Datový tok (bitrate) charakteristika videozáznamu udává počet bitů za sekundu u obrazu i zvuku, které přehrávač při přehrávání videa zpracovává čím více bitů za sekundu na kompresi použito, tím je výsledné video v lepší kvalitě stálý datový tok (constant bitrate, CBR) o je stejný po celou dobu přehrávání o je jednoduchý na kompresi o data však proudí stále stejnou rychlostí, a to i na místech, kde to není bezpodmínečně potřeba (klidný obraz, žádný pohyb) a zabírají tak zbytečně místo na disku o tento typ se používá u starších kompresních algoritmů proměnný datový tok (variable bitrate, VBR) o kompresní poměr se dynamicky mění podle složitosti scény o například při rychlém pohybu obrazu je komprese nejmenší (a tedy datový tok největší) o u méně náročných (klidových) pasáží se komprimuje více (datový tok je výrazně menší) o výhodou tohoto algoritmu je, že lze dosáhnout výrazně vyšší kvality výstupu při stejném průměrném datovém toku než při konstantním datovém toku. o tento typ kódování používá např. MPEG-4 Formáty videosouborů AVI (Audio Video Interleaved) pochází z MS Windows původně se jednalo o jednoduchým způsobem komprimovanou animaci dnes se s touto příponou ukládají i několikagigabytové filmy ve špičkové kvalitě standard digitálního videa MPEG (Motion Picture Expert Group) používá se pro přenos a archivaci multimediálních dat postupně se vznikly tři druhy formátu. MPEG I, II a IV platí, že čím vyšší číslo, tím větší komprese, náročnost a kvalita komprese funguje na principu zaznamenávání změn od předešlého a následujícího políčka filmu pro zvukovou složku se používá jak nekomprimovaný navzorkovaný signál (podobně jako je na audio- CD), tak různé komprese až po MP3 datový tok 500 kb/s - 10 Mb/s využívá se pro distribuci filmů na DVD nosičích (tj. pro stolní přehrávače) MPEG1 (rok 1989) jeho výhodou je vysoká kompatibilita (používá se pro VCD) a je vhodný i pro stream videa díky své metodě komprese není vhodný pro editaci videa. MPEG2 (rok 1991) pokročilá a profesionální metoda komprese signálu oproti MPEG1 výrazně vyšší rozlišení a proměnný tok dat podle dynamiky obrazu.

2 se používá v systémech digitálního záznamu videa DVD a jeho základ spočívá i v digitálním TV vysílání stejně jako jeho předchůdce není vhodný pro editaci videa nevýhodou MPEG 2 je vyšší technická náročnost střihu MPEG4 kvalita zobrazení je poplatná velké kompresi videosignálu na střih videa nevhodný pro svou velmi nízkou kvalitu a nároky na přehrávání - aby obraz vypadal lépe, musí se používat softwarové filtry na zahlazení a jiná vylepšení obrazu při přehrávání MOV (Movie) formát videa původně vyvinutý pro počítače Apple v současnosti se používá i v dalších OS (Windows, Linux) dnes se používá hodně v USA, například NASA často uveřejňuje animace v tomto formátu. QT (Quick Time) formát videa vyvinutý firmou Apple je samozřejmě možné stáhnout i přehrávač pro Windows existuje i takzvaný panoramatický QT používá se i pro multimediální přenos po Internetu RealVideo formát od společnosti Real Networks formáty komprese od společnosti Real Networks (Real Video, Real System G2), jsou především zaměřeny na kompresi streamovaného videa využívá se ke komprimaci videa pro mobilní telefony WMV (Windows Media Video) vyvinutý společností Microsoft standardně podporován OS Windows je přehráván standardně Windows Media Playerem využívá se často k přehrávání videa v HTML-stránkách Pořízení videozáznamu Způsoby pořízení videa: 1. Analogově digitální původní video na analogovém nosiči nutná digitalizace ztrátové zpracování VHS, S-VHS, 8mm, HI8, Digitální bezztrátový přenos do počítače a zpět na médium finančně výhodnější řešení Digitální záznamové formáty videa (formáty pro zápis videa) 1. DV více rozšířena varianta minidv páskový záznam s dobrými editačními schopnostmi využívá ztrátové komprese, ale při digitálním přenosu a ostrém střihu nedochází k přepočtu rozlišení kolem 530 řádek zvuk buď stereo 16 bit 48kHz, nebo 4-kanálový 12 bit 32kHz v základu je přenosová rychlost 25 Mbs a pro připojení se používá rozhraní IEEE VCD (Video Compact Disc) standardní formát pro zápis videa na kompaktní disk na VCD lze umístit současně 1 videostopu a 1 audiostopu lze použít funkci menu nebo kapitol vizuálně lze kvalitu obrazu srovnat s kvalitní VHS kazetou, které se nejvíce přibližuje rozlišením (zhruba 320x300 pro VHS a VHSC). 3. DVD záznam na 8 cm DVD média

3 možnost volby úrovně komprese => různá délka záznamu a kvalita základní editace je často možná již v kameře editace v počítači je náročnější, buď software musí umět zpracovat klasický MPEG a nebo se musí video převést na klíčové snímky kamery obecně mají větší prodlevu při startu médium je po finalizaci přehratelné v běžném DVD přehrávači DVD disk má výbornou kvalitu obrazu a zvuku, rozlišení obrazu je 720x576 (25 fps), komprese MPEG-2, zvuk je šestikanálový (5+1), nebo dvoukanálový v různých zvukových normách (DTS, Dolby Digital, Dolby Surround...) kvalita videa je nerozeznatelná od DV formátu nebo běžného TV vysílání 4. HDD recording záznam na hardisk v kameře většinou formát MPEG2, ale s nástupem HD jsou i jiné formáty není možná výměna média přetažení do počítače přes USB, práce se soubory stejně jako u DVD náročnější editace Jiné formáty záznam na paměťové karty na mikro DV Základní poučky při natáčení 1. Velikost záběru celek - pohled na úplnou scénu (10m - nekonečno), orientace diváka polocelek - nejpoužívanější typ záběru, ukazuje vztahy mezi předměty nebo osobami, 5 10m detail - nejefektnější, používat s mírou, divák se ztrácí, jako doplňující polodetail, velký celek 2. Kompozice obrazu vnitřní - postavení objektů v obraze, barevnost, vztahy mezi objekty vnější - vztah mezi záběry, jejich skladba 3. Perspektiva vytváří dojem prostoru ve 2D překrytí a dotyk předmětů ruší prostor tonální perspektiva: tmavé popředí prostor zdůrazňuje Editace video materiálu 1. Editace přímo v přístroji 2. Editace v počítači střihový program používáme pro editaci (úpravu) videozáznamů tak, aby se video co nejvíce přiblížilo naší představě o výsledném snímku Editací videa rozumíme: odstranění přebytečných záběrů sestavení záběrů do požadované časové osy podkreslení záběrů hudbou vkládání různých videoefektů a přechodových efektů atd. Střihové programy pracují se záběry jako filmovými pásy, které vkládáme do časové řady (tzv. timeline). Jednotlivé pásy filmu s námi určenými délkami záběrů vkládáme v časové řadě za sebou a tím vzniká výsledný film, který se přehrává od začátku prvního pásu umístěného vlevo v časové řadě (začátku timeline) až po poslední záběr pásu umístěného nejdále vpravo (konec timeline). střih záznamu poloprofistřižny (Adobe Premiere, Ulead MediaSudio, Sony Vegas), profistřižny (Avid, Canopus, Velocity), systémy vše v jednom (Pinnacle Studio, Ulead Videostudio, apod., vhodné pro domácí použití) u střihového software nás zajímá: podporované vstupní a výstupní formáty a rozlišení

4 počet editovatelných video a audio stop podpora realtime zpracování možnost natažení materiálu z kamery, titulkování, atd. možnost náhledu na externím zařízení uživatelské prostředí základní poučky při střihu dodržovat logiku záběrů změna záběru postup většinou od celku k detailu využívá se především polocelek a polodetail při střihu je nutná změna velikosti záběru a úhlu pohledu místa střihu jsou natáčena s překryvem pro bezproblémové navázání zákon osy - záběry v pohybu vždy snímáme a střiháme tak, aby pohybující se objekt měl stejný směr export do výsledného formátu MPEG-2 pro DVD MPEG-1, MPEG-4, DivX, AVI, QT apod. pro internet formát pro HDTV DVD authoring je finální tvorba DVD provádí se v momentě, kdy máme k dispozici všechny potřebné materiály k DVD, tedy všechna videa, klipy na menu, zvuky do pozadí,... je zakomponování všech těchto materiálů do formátu DVD k sestavení samotného DVD oproti klasickému MPEG2 obsahuje DVD-video navíc : zvuk ve formátech AC3, DTS, SDDS, LDPCM (navíc k formátům MPEG) až 32 titulkových stop navigační data pro DVD přehrávač použití více úhlů pohledu, integrovat slideshow, komentáře, interaktivní menu, dokumenty atd ochrana kopírování dětská pojistka Způsoby distribuce audio/video statické vysílání u statického vysílání si uživatel stáhne na disk vybraný soubor podobně jako libovolný datový soubor a po stažení shlédne v patřičném přehrávači nevýhodou je skutečnost, že je nutné čekat celou dobu, než se sekvence stáhne, což může trvat u komutovaného připojení i několik desítek minut k tomu účelu se obvykle používají formáty mpeg, quicktime někdy i real streamované vysílání uživatel může sledovat video hned od začátku, stahuje se a přehrává zároveň, sice ve znatelně nižší kvalitě (myslím v případě komutovaného připojení), ale zato ihned nevýhodou této metody je ale nemožnost uložení na lokální počítač; někdy to bývá i záměr, příkladem může být například přenos nějaké hudební produkce jedničkou ve streamování je bezesporu formát Real, produktem firmy Apple je Quicktime, na úspěchy společností Apple a RealNetworks v oblasti streamovaného videa zareagovala společnost Microsoft formátem ASF (později se z něj vyvinul WMV) Výběr kamery kamera by měla dobře sedět v ruce, malá neznamená bezpodmínečně lepší ovládání jednotlivých funkcí nesmí být problematické zoomování by mělo spouštět bez cukání a mělo by být plynulé vhodná hmotnost kamery nízká hmotnost je sice předností při cestování, ale je příčinou kývání a trhavých pohybů na druhé straně dobrá kamera nemůže být ani příliš těžká tvar přístroje a pozice držadla (úchytu) jsou rozhodující

5 důležité součásti obsluhy musí být prsty lehce dosažitelné důležitým rozhodovacím prvkem je kvalita obrazu (rozlišení, věrnost barev, kontrast, jas, moaré) neméně důležitá je výbava videokamery (možnosti připojení, kabeláž a software, dálkové ovládání, nahrávání z analogových zdrojů apod.) důležitá je provozní doba kamery, tzn. doba, po kterou můžeme s kamerou pracovat, aniž bychom museli vyměnit nebo dobít baterie dobré snímání zvuku - bohužel u DVkamer není samozřejmostí kvalitní snímání zvuku s kvalitním mikrofonem dále by nás také mělo zajímat to, na jaká média kamera provádí záznam v neposlední řadě nás bude zajímat dokumentace a servis

6 Digitální záznam zvuku fyzikální podstatou zvuku je mechanické vlnění v látkovém prostředí, které je schopno vyvolat v lidském uchu sluchový vjem. Lidské ucho dokáže pracovat s rozsahem frekvencí přibližně khz. důležitou charakteristikou zvuku je jeho intenzita, hlasitost. Bývá vyjádřena jednotkou decibel (db). Člověk vnímá zvuky od tzv. prahu slyšení (0 db) až po práh bolesti (130 db) analogové techniky zaznamenávají zvukovou vlnu nepřetržitě digitální techniky musí zvuk tzv. navzorkovat (nasamplovat) tj. rozdělit časový průběh zvuku na pravidelné intervaly a zaznamenat intenzitu v každém tomto okamžiku vzorkování se provede tím způsobem, že rozdělíme vodorovnou osu signálu (v tomto případě je na této ose čas) na rovnoměrné úseky a z každého úseku odebereme jeden vzorek (na obrázku jsou tyto vzorky znázorněny červenými kolečky). je zřejmé, že z původního signálu ztratíme mnoho detailů, protože namísto spojité čáry, kterou lze donekonečna zvětšovat dostáváme pouze množinu diskrétních bodů s intervalem odpovídajícím použité vzorkovací frekvenci kvalita zvukového záznamu je udávána v počtech hodnot, které jsou uloženy za 1s tato jednotka se nazývá vzorkovací frekvence. Běžné vzorkovací frekvence jsou od 8 khz do 48 khz. Například CD-disk je vzorkován frekvencí 44.1 khz, tj. rozdělí vteřinu na pravidelných intervalů kvantování vzorků signálu vzhledem k tomu, že počítače a další zařízení dále zpracovávající digitální signál umí vyjádřit čísla pouze s omezenou přesností, je potřeba navzorkované hodnoty upravit i na svislé ose například na obrázku může veličina na svislé ose nabývat pouze celočíselných hodnot. Aby bylo možné určit, které hodnoty má po kvantování nabývat určitý vzorek, je třeba rozdělit prostor kolem jednotlivých hodnot na toleranční pásy (jeden takový pás je naznačen kolem hodnoty 0). Kterémukoliv vzorku, který padne do daného tolerančního pásu, je při kvantování přiřazena daná hodnota (naznačeno zelenými kolečky). další charakteristikou kvality je kvalita vzorkování množství hodnot, které jsou rozlišitelné; existují dvě kvality vzorkování 8-bitové (lze rozlišit pouze 256 hodnot, tedy ne příliš kvalitní, některé detaily zvuku zanikají) 16-bitové (lze rozlišit hodnot, kvalitnější záznam zvuku, např. u zvukového CD) průtok dat při nekomprimovaném přenosu zvuku je poměrně velký: při CD kvalitě tj khz vzorkovací frekvence, 16 bitech pro záznam frekvence, 2 kanály stereo je třeba přibližně 1.4 Mb/s toto je nevhodné jak pro přenos zvuku přes internet, tak i pro uchovávání na discích - vyvstává tedy potřeba komprese zvuku (podobně jako u videa) nejrozšířenější a nejpopulárnější kompresí (a formátem) zvuku je MP3 (MPEG-1 Audio Layer-3). i zvukové soubory je vhodné optimalizovat vhodnou kompresí za pomocí audiokodeků datový tok - nejčastější volenou hodnotou je bitrate 128kb/s

7 Formáty zvukových souborů WAV (Windows Audio Volume) o je neztrátový (nekomprimovaný) formát o v tomto formátu jsou uloženy např. stopy na zvukovém CD o 1 min záznamu zabere přibližně 10 MB na disku o vytvořen firmou Microsoft pro platformu PC/Windows o zvuk může být mono i stereo, s různou frekvencí vzorkování a bitovou hloubkou 8 nebo 16 bitů o formát se nehodí pro přenos po internetu, protože v původní verzi je příliš velký MP3 (MPEG-1 Audio Layer-3) o nejčastěji používaný ztrátový (komprimovaný) formát o i při výrazném kompresním poměru (1:12) si zachovává výbornou kvalitu o do MP3 se komprimuje při hodnotě kb/s (hodnota 256 kb/s znamená pro lidské ucho poslechovou kvalitu zvukového CD) o je používán pro přenos internetových rádií o není zatížen licenčními poplatky o komprese je založena na ořezání záznamu o zvuky, které lidský mozek stejně nemůže vnímat o vhodný pro přenos audio souborů po internetu OGG (OGG Vorbis) o v poslední době hodně rozšířený ztrátový formát nabízející obdobné výhody a kvalitu jako MP3 o je vyvíjen jako otevřený OpenSource formát RA (Real Audio) o komerční formát firmy Real.com (v případě jeho zpracování je třeba komerční software) o nejčastěji využíván pro přenos internetových rádií WMA (Windows Media Audio) o od společnosti Microsoft o standardně podporován OS Windows o je přehráván Windows Media Player o stejně kvalitní zvuk při poloviční velikosti datového toku než MP3 o dá se využít i pro stream o konkurence jak MP3 tak Real Audia MIDI (Musical Instruments Digital Interface) o určený ke komunikaci mezi hudebními nástroji o využíván především hudebníky při komponování hudby v digitální podobě o soubor používaný pro záznam a přehrávání zvuků na syntetizátorech o hardwarově je podporován mnoha zvukovými kartami o není v něm uloženo, jaký má signál průběh, ale jen co a jak se má zahrát, proto při malé velikosti souboru lze dosáhnout i velmi hezkých nahrávek

8 Výběr pojmů souvisejících se zpracováním audio/video Klíčové snímky U některých metod komprese (např. MPEG) jsou určité snímky (klíčové) uloženy v komprimovaném souboru celé, zatímco všechny ostatní snímky jsou uloženy pouze částečně. Při dekompresi jsou na základě klíčových snímků data těchto částečných snímků obnovena. Kodek (kodér/dekodér) Program, který umožňuje kompresi a dekompresi videozázánamu (zvukového záznamu) v počítači. Bitrate (datový tok) Je rychlost toku video, audio nebo obou datových toků při přehrávání. Určitá zařízení pro přehrávání multimédií (CD-ROM mechaniky), nebo normy pro vytváření audiovizuálních CD disků (VCD, SVCD, DVD - přehrávání ve stolních DVD přehrávačích) mají určené maximální velikosti datového toku. Grabování videa Nahrávání (event. digitalizace) záznamu z kamery nebo jiného zařízení (může to být i TV) do počítače. Ke grabování je nutné mít nainstalovanou odpovídající kartu. High Definition Television (HDTV) Přenos obrazu ve vysokých rozlišeních. Analogově obvykle jako diferenční videosignál YUV/YPbPr (component). Digitálně většinou v podobě formátu MPEG2. IEEE-1394 Sériové rozhraní pro připojování externích zařízení k PC, např. pevných disků, videokamer apod. Také se nazývá Firewire. Stream je tok dat po přenosovém médiu (internetu apod.) Vzorkování (sampling) postup používaný při digitalizaci analogového signálu. Veličiny analogového signálu se odečítají v malých časových intervalech (vzorkovací frekvence) a jsou převáděny na číselné údaje.