Vysoká škola ekonomická v Praze Fakulta informatiky a statistiky Technologie a užití digitálního videa Vypracoval: Zdeněk Pechar Vedoucí práce: Ing. PhDr. Antonín Pavlíček Rok vypracování: 2009
Čestné prohlášení: Prohlašuji, ţe jsem tuto bakalářskou práci vypracoval samostatně. Veškeré pouţité podklady, ze kterých jsem čerpal informace, jsou uvedeny v seznamu pouţité literatury a citovány v textu podle normy ČSN ISO 7144:1986. V... dne... Podpis:...
Poděkování: Na tomto místě bych rád poděkoval všem těm, kteří mi pomáhali s přípravou mé bakalářské práce. Zejména chci poděkovat PhDr. Ing. Antonínu Pavlíčkovi za trpělivé vedení mé práce. V neposlední řadě děkuji také mé rodině a přátelům, ţe měli pochopení jejich dočasného opomíjení.
Abstrakt Práce si klade několik cílů, přičemţ tím hlavním je poskytnout čtenáři hlubší přehled v oblasti digitálního videa. Tohoto cíle dosáhneme pomocí několika cílů, které přiblíţí video z několika pohledů. Úvodem si osvětlíme technologii digitálního videa a podíváme se na jeho krátkou historii. Ukáţeme si nosiče digitálního videa včetně dobového souboje analogových videokazet. Nahlédneme na to, jaké jsou problémy a omezení přehrávání videa a také si představíme komprese, které nám utvářejí kvalitu. Část práce je také věnovaná formátům videa a problémy s jeho přehráváním. V další části se můţeme dočíst o pouţití digitálního videa a vývoji a prostupování do společnosti. Práce v neposlední řadě představí druhy šíření digitálního videa a osvětlí tak různé distribuční cesty, kterými lze video šířit. Dalším z menších cílů práce je také objasnění digitálních práv a jeho řízení. Také si utvoříme základní pohled, jak zákony přistupují k řešení digitálních práv. Závěrem práce bude prognóza o budoucím vývoji a pouţití digitálního videa. Práce je psána takovým stylem, který od čtenáře nevyţaduje pokročilou předchozí znalost ţádných zde popisovaných technologií. 4
Abstract This work puts several aims, whereas the main aim is to afford to the reader an overview of field of digital video. To attend the main aim, we will use a few smaller aims, which show us digital video from many views. At the opening we will study the technology of digital video and we will have look on its short history. We will show to ourselves the types of video mediums including video tape war. We will have a look on some problems and limitations with video playing and also video compressions will be shown. A part of work devote to video formats and problems with playing compatibility. In another part we can read about using digital video and its running thought the society. This work, last but not least, introduce the ways of video distributing. The next small aim of the work is to clear up digital rights and its management. We will also make basic view, how law solve digital rights. We will see prediction in field of digital video and its usage in the final of the work. The manner in which this work is presented does not require reader s deep previous knowledge of the technologies here described. 5
Obsah 1. Úvod... 9 2. Technologie... 10 2.1. Vývoj technologie... 10 2.2. Nosiče... 11 2.2.1. Betamax a VHS... 11 2.2.2. CD... 13 2.2.3. DVD... 15 2.2.4. Blu-Ray... 18 2.3. Kvalita videa... 19 2.3.1. Frame rate... 19 2.3.2. Prokládání... 20 2.3.3. Rozlišení... 20 2.3.4. Poměr stran... 22 2.3.5. Datový tok... 23 2.4. Komprese videa (Kodeky)... 24 2.4.1. H.263... 24 2.4.2. MPEG-1... 24 2.4.3. MPEG-2... 25 2.4.4. MPEG-4... 25 2.4.5. MPEG-7... 25 2.4.6. H.264/MPEG-4 AVC... 26 2.4.7. Motion JPEG... 26 2.5. Video formáty... 26 2.5.1. AVI... 26 2.5.2. MPEG... 27 2.5.3. QuickTime MOV... 27 2.5.4. Ogg... 27 2.5.5. MP4... 28 2.5.6. Matroska (MKV)... 28 2.6. Parametry video souboru... 29 3. Pouţití videa... 30 3.1. Kinematografie... 30 3.1.1. Filmové pásy... 30 3.1.2. Nástup digitalizace filmů... 30 3.1.3. Postprodukční evoluce... 32 6
3.2. Reklama... 33 3.2.1. Televizní reklama... 33 3.2.2. Banner... 33 3.3. Televize... 34 3.3.1. DVB-S... 35 3.3.2. DVB-T... 35 3.3.3. DVB-C... 35 3.3.4. DVB-H... 36 3.3.5. IPTV... 37 3.4. Internetové televize... 38 3.4.1. YouTube... 38 3.4.2. Stream.cz... 39 3.5. Komunikace přes video... 39 3.5.1. Skype... 39 3.6. Mobilní telefony... 40 4. Distribuce videa... 42 4.1. Klasická distribuční cesta... 42 4.2. Internet... 42 4.2.1. Video on Demand... 43 4.2.2. Pay per View... 44 4.2.3. Ţivé vysílání přes internet... 44 4.3. Televizní vysílání Broadcasting... 45 5. DRM... 46 5.1. Obecně DRM... 46 5.2. Popis DRM... 46 5.3. Technologie... 47 5.3.1. Digitální vodoznak... 47 5.3.2. Jak obejít DRM?... 48 5.4. DRM u filmů... 48 5.5. Ţivotní cyklus video souboru s DRM... 50 5.6. Kritika DRM... 52 5.7. Implementace DRM... 53 5.7.1. Windows Media... 53 5.7.2. itunes... 54 5.8. Zákony týkající se DRM... 55 5.8.1. Digital Millenium Copyright Act (DMCA)... 55 5.8.2. Směrnice o harmonizaci některých aspektů práva autorského a práv souvisejících v informační společnosti... 55 7
6. Závěr... 57 7. Zdroje... 59 8. Seznam obrázků a tabulek... 64 8.1. Seznam obrázků... 64 8.2. Seznam tabulek... 64 8
1. Úvod V dnešní době, kdy se moderní technologie šíří závratnou rychlostí a jsou stále nasazovány do dalších oborů lidské činnosti, narůstá význam multimédií. Počítače se zmenšují, ovšem přenosové kapacity rostou, a proto prochází velkým vývojem i digitální video. Video je šířeno prostřednictví různých médií, od mobilních telefonů přes kapesní audio/video přehrávače aţ po Blu-Ray disky či filmy v kinech. Majitelé všech těchto přehrávačů řeší problém jak s kapacitou, tak s formátem a někdy, aniţ by si to uvědomovali, také s kompresními záleţitostmi. Jedním z nejmocnějších, ne-li nejmocnějším prostředníkem, který šíří digitální video je internet. Lidé spolu s jeho pomocí komunikují, vzdělávají se anebo se třeba jen baví. Práce si klade několik cílů, přičemţ ten hlavní je poskytnout čtenáři hlubší přehled v oblasti digitálního videa. Tohoto cíle dosáhneme pomocí dílčích cílů, které přiblíţí video z několika pohledů a po přečtení práce by mělo být objasněno, co pojem digitální video představuje. 9
2. Technologie 2.1. Vývoj technologie Pojem video (z latiny vidím ) odkazuje na několik formátů ukládání pohyblivých obrázků: formátů digitálního videa, např.: DVD, QuickTime, MPEG-4 a analogového, tj. VHS a Betamax. (Wikipedia, 2009s) Video technologie byla jako první vyvinuta pro katodové trubice televizních systémů. Standardy pro televizory a počítačové monitory mají tendenci se vyvíjet nezávisle, ovšem vytvářejí se konvergence v pokroku ve výkonu počítače, digitálního vysílání a záznamu. (Wikipedia, 2009s) Počítače nyní mohou zobrazovat televizní i video záznamy, podporované zvýšenou výpočetní rychlostí procesorů, kapacitou paměti a širokopásmovým přístupem na internet. Na rozdíl od starších analogových technologií, je moţné výpočetní hardware pouţít k zachycení, ukládání, editaci a přenosu televizního a filmového obsahu. Prvním médiem na úschovu videa (analogového) byl Betamax 1, vydaný na jaře roku 1975. Na podzim roku 1976 byla firmou JVC 2 vyvinuta VHS (Video Home System, systém domácího videa, tj. videokazeta jakou známe). Postupem času se prosadila pouze VHS. Po skončení konkurenčního boje se VHS stala standardem pro uţivatelské nahrávání a přehrávání videí. (Wikipedia, 2009r) S nástupem digitální doby se rozvíjelo uchovávání videí a hudby a v roce 1982 přišlo na svět CD (Compact Disc). CD bylo vyvinuto primárně pro ukládání digitálního zvuku, ale postupem času i k ukládání digitálního videa. V roce 1996 bylo v Japonsku uvedeno na trh DVD (Digital Video Disc nebo také Digital Versatile Disc), ve zbytku světa se začal prodávat aţ o rok později. Po vzniku DVD Fóra v roce 1997 vznikl standardy DVD-R (zapisovatelné DVD) a DVD-RW (přepisovatelné DVD). Ovšem ceny těchto licencí byly tak vysoké, ţe musela vzniknout jiná skupina a to DVD+RW Alliance, která vytvořila standard DVD+RW, jehoţ licence byly levnější. V poslední době nastupuje na trh nástupce DVD Blu-Ray disk. Za přímého nástupce je Blu-Ray povaţován také díky faktu, ţe společnost Toshiba, která vyvíjela HD DVD, oznámila zastavení výroby a vývoje této 1 první videokazeta 2 Victor Company of Japan, Limited 10
technologie. Blu-Ray, třetí generace optických disků 3, byla vyvinula ve spolupráci společností Sony a Philips. Blu-Ray disponuje větší úloţní kapacitou pro vyšší rozlišení videa. (Wikipedia, 2009h) 2.2. Nosiče 2.2.1. Betamax a VHS 2.2.1.1. Betamax V roce 1975 přišla na trh první domácí videokazeta nazvaná Betamax (viz. obrázek 2.1), vyrobená japonskou firmou Sony. Název pochází ze dvou významů. Za prvé podle slova beta, coţ se v japonštině pouţívá k vyjádření způsobu zápisu záznamu na pásek a za druhé díky faktu, ţe při natáčení pásku na cívky vypadá páska s cívkami jako řecké písmeno beta (β). Přípona max je podle slova maximum, které označuje velikost. Betamax kazeta má velikost 156 x 96 x 25 mm. Původní typ kazety měl 0,5 palce (12,7 mm) širokou pásku a pozdější typ (profesionální) měl pásku širokou 0,75 palce (19,05 mm). Přístroj přehrávající kazety Betamax zpočátku neměl zabudovaný časovač, Obrázek 2.1: Betamax videokazeta pouze bylo moţné připojit externí. Doba nahrávání byla jedna hodina. Později, na úkor kvality, bylo moţné nahrát na Betamax kazetu záznam aţ o délce 6 hodin. (Wikipedia 2009a) Betamax byl začátkem 80. let vyvinut i v profesionální verzi s označením Betacam, která je dodnes nejrozšířenějším formátem. Kdyţ se stal Betacam standardem pro vysílací průmysl, JVC se pokoušela také zavést svůj formát jako profesionální, ale situace byla opačná neţ v amatérských formátech Betacam měl jasnou dominanci. Analogový Betacam od poloviny devadesátých let postupně nahradil jiţ digitální Betacam. HDCAM je potom zcela poslední verzí pro digitální záznam obrazu s vysokým rozlišením HD. (Wikipedia 2009a) 3 po CD a DVD 11
2.2.1.2. VHS VHS (viz. obrázek 2.2) byla vypuštěna na asijský a evropský trh na podzim roku 1976 a na americký trh skoro o rok později (v létě 1977). VHS je nahrávací a přehrávací videostandard. VHS ukládá obraz i zvuk na kazetu o přibliţné velikosti 187 x 103 x 25 mm, která obsahuje magnetickou pásku o šířce 0,5 palce (12,7 mm). Páska je nataţena mezi dvě cívky. Páska se točí rychlostí 3,335 cm/s pro NTSC 4, 2,339 cm/s pro PAL 5. Obraz je v systému VHS nahráván na pásku do šikmých stop dvěma hlavami umístěnými na rotujícím bubnu, okolo jehoţ více jak poloviny obvodu je páska ovinuta. Pro Obrázek 2.2: VHS videokazeta nahrávání delších pořadů byly postupem času přidány reţimy LP (dvojnásobná), respektive EP (trojnásobná délka záznamu, někdy označováno téţ jako SLP), kdy se páska pohybuje poloviční, respektive třetinovou rychlostí a obraz je zaznamenáván do uţších stop dalšími dvěma hlavami, pomocí tzv. čtyřhlavého videorekordéru. (Wikipedia, 2009r) Zvuk byl zpočátku zaznamenáván monofonně (jednokanálově) do podélné stopy s horší kvalitou neţ na analogové videokazetě. Později se začaly vyrábět tzv. šestihlavé videorekordéry, které pomocí dalších dvou přídavných hlav zaznamenávaly stereofonní (vícekanálový) zvuk blíţící se kvalitě CD. Video na VHS bylo zachycováno v šířce pásma 3 MHz (coţ odpovídalo 240 řádkům horizontálního rozlišení), to bylo ovšem pro náročnější uţivatele nedostatečné a proto byl v roce 1987 na trh uveden systém S-VHS (Super-VHS), které rozšířilo horizontální rozlišení jasové sloţky o 160 řádků, tedy na 400, coţ odpovídá přibliţně kvalitě analogového televizního vysílání. Formát S-VHS tedy nabízel vyšší úroveň záznamu videa a byl proto určen spíše pro poloprofesionální pouţití. V roce 1998 byla snaha zavést digitální standard pro zápis na VHS nazvaný D- VHS (Digital-VHS), ale ten se však komerčně neprosadil. Kvůli rozvoji přenosných videokamer bylo zapotřebí minimalizace velikostí VHS pro přenosné pouţití, z tohoto důvodu byly vytvořeny videoformáty VHS-C (VHS-Compact) a S-VHS-C (Super- 4 NTSC je analogový televizní systém pouţívaný ve většině zemí Jiţní Ameriky, Japonska, Jiţní Koreji, Tchaj-wanu, Filipínách, Barmě a v některých tichomořských ostrovních zemích a územích. 5 PAL je systém pouţívaný v televizním vysílání v Evropě, Austrálii, většině Afriky, části Jiţní Ameriky a části Asie. 12
VHS-Compact). V záznamu SP bylo moţné pořídit nahrávku o délce 60 minut a pro přehrání na stolních přístrojích byly dostupné mechanické adaptéry. V amatérských kamerách se dnes pouţívají digitální systémy DV (Digital Video). V současnosti je formát VHS na ústupu a je rychle nahrazován DVD. (Beck, 2006) 2.2.1.3. Betamax/VHS Válka formátů Válka formátů Betamax a VHS začala vydáním VHS standardu v roce 1976. Z tohoto soupeření vyšel vítězně JVC (formát VHS). Vítězství ovšem nebylo způsobeno ţádnou technickou převahou, ale bylo závislé na několika jiných faktorech. Nejdůleţitějším faktorem je marketingová kampaň, která provázela VHS. Zakladatel Sony Akio Morita tvrdí, ţe smlouvy o licence Sony s ostatními firmami zpomalily nástup Betamaxu a otevřely tak bránu pro VHS. Výroba VHS kazet byla levnější a méně náročná na výrobu, to jistě mohlo být atraktivnější pro firmy, které se mezi dvěma formáty rozhodovaly. V kaţdém případě se výrobci rozdělili na dva tábory: na straně Sony, tedy Betamaxu stály: Toshiba, Sanyo, NEC, Aiwa, a Pioneer a na straně JVC, resp. VHS byly: Matsushita (Panasonic), Hitachi, Mitsubishi, Sharp a Akai. (Owen, 2005) Pro spotřebitele byla hlavním vnímaným rozdílem délka záznamu. Zatímco na kazety Betamax bylo moţné nahrát 60 minut záznamu, na VHS kazety to bylo 120 minut, coţ byla dostatečná délka pro nahrávání filmů či televizních pořadů. Sony se snaţilo přizpůsobit a nabízelo různá řešení pro delší záznam, ale to jiţ bylo pozdě. Problematika délky záznamu je často označována za jeden z rozhodujících faktorů vítězství VHS. (Kasík, 2006) Válka formátů končí koncem 80. let, ačkoliv stoupenci Betamaxu pomáhali udrţet formátu malé místečko na trhu. Výroba Betamax kazet skončila v USA v roce 1993 a úplný konec výroby videokazet Betamax byl v roce 2002 v Japonsku. 2.2.2. CD CD (Compact Disc, česky kompaktní disk) je optický disk určený pro ukládání a přehrávání digitálních dat. Běţné CD má velikost 12 cm (jeho menší varianta 8 cm) a tloušťku 1,2 mm. CD bylo uvedeno na trh na podzim roku 1982 ve spolupráci společností Sony a Philips a představovalo způsob věrného uchovávání a redukce hudby. Při původním 13
návrhu se na CD mělo vejít pouze 60 minut zvukového záznamu, coţ je délka analogové dlouhohrající gramofonové desky), ale Sony trvala na 74 minutách, aby se na CD vešla celá Beethovenova Devátá symfonie. V dnešní době se pouţívají nejčastěji 80-ti minutová CD a existují také 99-ti minutová CD, ale CD delší neţ 80 minut nejsou čitelná na všech přehrávačích. Koncem 80. let začala CD, díky klesajícím cenám přehrávačů, vytlačovat gramofonové desky. Tato technologie byla později upravena, aby zahrnovala ukládání dat. CD se začaly pouţívat jako obecné datové médium s kapacitou 656 Mb (74minutové CD) a dnes nejvíce pouţívané 80minutové CD s kapacitou 701-702 Mb. Menší CD o průměru 8 cm mají datovou kapacitu 184-210 Mb, resp. 21-24 minut. (Wikipedia, 2009b) Výroba CD začíná výrobou skleněného kotouče (viz. obrázek 2.3), na který se nanáší fotorezistní vrstva, která se později pokoví vrstvou niklu (viz. obrázek 2.4). Následuje galvanický proces, který je zaloţen na rozpuštění anody v elektrolytu. Rozpuštěný nikl se nanáší na skleněný kotouč (tzv. pokovení), do té doby neţ je nanesená vrstva tlustá 0,3 mm, tím vznikne tzv. matrice, ze které se pak lisují CD a DVD. Základní surovinou pro výrobu CD je polykarbonát optické kvality, který se roztaví ve vstřikovacím válci listu a při teplotě 350 C, kdy je tekutější neţ voda, je vstříknut do vstřikovací formy. Pod vysokým tlakem se okopírují informace z matrice na polykarbonátový povrch. Aby mohla laserová čtecí zařízení povrch lépe snímat, tak se Obrázek 2.4: Pokovené sklo Obrázek 2.3: Skleněný kotouč při výrobě CD nanáší ještě hliníková reflexní vrstva. (Jak se to dělá: Cédéčka, 2009) Data na CD se ukládají do jedné spirály navíjející se od středu média (podobně jako u gramofonových desek). Pro čtení disků se pouţívá laserové světlo s vlnovou 14
délkou 785 nm 6. Princip záznamu spočívá ve změnách odrazivosti reflexního média. Záznam se provádí v CD mechanikách, které umoţňují zápis na tyto média. Zápis probíhá tak, ţe se pomocí laseru zahřeje místo na 300 C a toto uţ pak laser neodráţí. Čtecí zařízení pak pozná rozhraní mezi těmito místy a přiřadí jim jedničky a nuly, které následovně převede na skutečné bity. (Jak se to dělá: Cédéčka, 2009) Různé formáty CD byly postupně specifikovány ve standardech, označovaných jako books (knihy) různých barev např.: Audio CD je red books (červená kniha), pro záznam dat, pouze pro čtení CD-ROM yellow book (ţlutá kniha), Video CD (white book bílá kniha). (emagaziny.cz, 2008) 2.2.2.1. Video CD Video CD (VCD) je standard pro uchovávání digitálního videa na kompaktních discích. VCD můţeme přehrát na speciálních VCD přehrávačích, modernějších DVD přehrávacích, na počítačích a i na některých herních konzolách. VCD formát byl vytvořen v roce 1993 společnostmi Sony, Philips, Matsushita (Panasonic) a JVC a je označován jako standard white book (bílá kniha). Pro kompresi obrazu je vyuţíváno MPEG-1 a zvuk je kódován pomocí MPEG-1 Audio Layer II 7. Kvalita obrazu je srovnatelná s VHS. Na rozdíl od DVD-Video má VCD výhodu, ţe nemá regionální kódování a lze jej tedy přehrát na jakémkoliv přehrávači, který VCD podporuje. Ovšem velkou nevýhodou oproti DVD-Video je horší kvalita obrazu a menší kapacita CD. (Wikipedia, 2009t) 2.2.3. DVD Digital Versatile Disc neboli Digital Video Disc (zkráceně DVD) je formát digitálního datového nosiče, který můţe obsahovat filmy ve vysoké zvukové a obrazové kvalitě, případně další jiná data. Při vývoji DVD byl kladen důraz na kompatibilitu s CD, proto jsou si DVD a CD v mnoho ohledech velice podobná. V roce 1993 byly vyvíjeny dva vysoce kapacitní formáty, jeden z nich byl MultiMedia Compact Disc (MMCD) společnostmi Sony a Philips a druhý byl Super Density Disc (SD), podporovaný společnostmi Toshiba, Warner Time, Matsushita, Hitachi, Mitsubishi, Pioneer, Thomson a JVC. Zástupci formátu SD poţádali IBM, aby 6 nanometr = 10-9 metrů 7 ztrátový audio kodek označován také jako MP2, dominantní standard pro audio vysílání 15
vyvinuli mechaniku na přehrávání jejich média. IBM se ovšem obávala další války formátů (jako byla v 80. letech mezi Betamax a VHS) a byla svolána skupina počítačových odborníků z firem Apple, Sun, Dell, Microsoft a dalších. Tato skupina byla nazvána Technical Working Group (TWG). TWG rozhodla, ţe budou bojkotovat oba formáty a trvala na tom, aby se společnosti dohodly na jednom konvergovaném standardu. Prezident IBM Lou Gerstner vyvíjel nátlak na vedení obou táborů. Soupeřící strany se nakonec dohodly a po spojení výrobních technologií z obou formátů vznikl a byl v Japonsku v prosinci roku 1995 představen nový formát známý jako DVD. TWG také spolupracovala s Optical Storage Technology Association (OSTA) 8 s cílem implementovat Universal Disc Format (UDF) 9 na nově vzniklá DVD. (Wikipedia, 2009h) 2.2.3.1. Technologie DVD Na první pohled je disk DVD stejný jako disk CD. Stejně jako na CD jsou data uloţena ve formě prohlubní ve spirálovitých stopách. Aţ sedminásobné kapacity oproti CD bylo dosaţeno zmenšením prohlubní a zkrácením vzdálenosti mezi jednotlivými stopami (viz. obrázek 2.5). Na první pohled se toto řešení zdá jako jednoduché, ale musely být ještě upraveny další technologie. Došlo k úpravě vlnových délek čtecích hlav z infračerveného pásma (780 nm) do červené barvy (635-650 nm). Zúţila se také reflexní vrstva a výsledkem byl disk o tloušťce 0,6 mm. Při této tloušťce přišla logická myšlenka jak navýšit kapacitu oboustranné DVD. Je to opravdu jednoduché řešení, ale velikou nevýhodou je to, ţe během přehrávání se musí manuálně otočit. O to zajímavější je zápis do více vrstev. U dvouvrstvého DVD jsou na jedné straně média dvě vrstvy. Nemůţeme ovšem říci, ţe obsahují Obrázek 2.5: Rozložení dat na CD (nahoře) a na DVD (dole). 8 OSTA je mezinárodní sdruţení, které podporuje vyuţití zapisovatelných optických technologií a produktů a je zejména odpovědno za vytváření a udrţování UDF specifikace. 9 UDF je formát specifikace a souborový systém pro ukládání souborů na optická média 16
dvojnásobek dat, protoţe ve druhé vrstvě nejsou data tak nahuštěná, ale i tak je navýšení kapacity ze 4,7 GB na 8,5 GB. Na obrázku 2.6 vidíme porovnání vrstev jednovrstvého a dvouvrstvého DVD. (Fakulta Informatiky MU, 2003) Obrázek 2.6: Vrstvy jednovrstvého a dvouvrstvého DVD DVD umoţňuje, jak jiţ bylo zmíněno, zápis na jednu nebo obě dvě strany, v jedné nebo dvou vrstvách na kaţdou stranu. Na počtu stran a vrstev závisí kapacita média (viz. tabulka 2.1). název (určení) strany vrstvy průměr kapacita (celkem) (cm) (GB) DVD-1 SS SL 1 1 8 1,46 DVD-2 SS DL 1 2 8 2,66 DVD-3 DS SL 2 2 8 2,92 DVD-4 DS DL 2 4 8 5,32 DVD-5 SS SL 1 1 12 4,7 DVD-9 SS DL 1 2 12 8,54 DVD-10 DS SL 2 2 12 9,4 DVD-14 DS DL/SL 2 3 12 13,24 DVD-18 DS DL 2 4 12 17,08 pozn.: SS - jednostranné, DS - oboustranné, SL - jednovrstvé, DL - dvouvrstvé Tabulka 2.1: Kapacity DVD 2.2.3.2. DVD-Video DVD-Video je povaţován za první tzv. aplikační formát. Slouţí k uchování audiovizuálních dat (např.: filmů) za vyuţití ztrátové komprese MPEG-2. Tato technologie ukládá pouze kaţdý 15. snímek a ukládá informace na scéně mezi snímky. Formát DVD-Video se velice zalíbil producentům filmů, díky délce nahrávky ve vysoké kvalitě, která je 133 minut, v případě DVD-9 (dvouvrstvé DVD) je to aţ 17
minut 260. Mezi další vlastnosti DVD-Video patří např.: interaktivní menu, vynechání nevhodných scén, výběr z poměru stran obrazu 4:3 a 16:9, výběr aţ z 8 jazykových stop a 32 titulkových stop. Další vlastností, jako dnes uţ prakticky nedílnou součástí kaţdého média, je také ochrana proti kopírování. Kvůli vydávání filmů na DVD, povětšinou dříve v USA neţ v Evropě, si filmoví producenti vymohli integraci regionálního rozdělení. (Fakulta Informatiky MU, 2003) 2.2.4. Blu-Ray Třetí generací optických disků je v poslední době se rozšiřující Blu-Ray. Název Blu-Ray vznikl podle barvy laseru, který je modrý (resp. modro-fialový). V dnešní době je větší touha po silnějších proţitcích ze sledování videa a to nám můţe poskytnout HD video (High Definition video, video vysoké kvality). Historie ukázala, ţe značné zvýšení skladovací kapacity a schopnost přehrávat formáty předchozí generace jsou klíčovými prvky pro nový formát. Tento nový formát představují Blu-ray disky. Formát, který nabízí značné zvýšení skladovací kapacity se svými 25 aţ 50 GB dat na jednostranném disku a aţ 100 GB na disku oboustranném. (Blu-Ray.com, 2009a) Data se ukládají ve stopách po spirále 0,1 mm pod povrch disku do záznamové vrstvy, odstup stop od sebe je 0,35 μm 10 (u DVD 0,74 μm). Pro čtení dat se u Blu-ray pouţívá laserového světla o vlnové délce 405 nm (na rozdíl od 650 nm u DVD). To umoţňuje další velké pouţití optických médií: distribuci a záznam videa s vysokým rozlišením v nejvyšší moţné kvalitě. Ve skutečnosti ţádný jiný formát nemůţe nabídnout datové kapacity jako Blu-ray disk a ţádný jiný formát neumoţňuje stejně vysoké kvality videa a interaktivní prvky. Blu-Ray disky jsou zaloţeny na stejném principu jako CD a DVD a proto s nimi umoţňují kompatibilitu. Na vývoji této technologie se podílely např. firmy jako Philips, Sony, Panasonic, LG. (Blu-Ray.com, 2009b) Na trhu je dostupných několik druhů Blu-Ray disků. Malá varianta Mini Blu- Ray disk (někdy také označována Mini-BD nebo Mini Blu-ray) má v průměru 8 cm a pojme kapacitu přibliţně 7,5 GB. Kompaktní velikosti se vyuţívá zejména jako médium u přenosných zařízení, u přenosných přehrávačů (ve verzi BD-R - recordable) a u videokamer (ve verzi BD-RE rewritable). Byly vyvinuty také BD9 a BD5 Blu-Ray Disky, coţ jsou vlastně chudší Blu-ray disky na bázi DVD s niţší kapacitou 8 GB u DVD9, resp. 4,5 GB u DVD5. Tyto disky vyuţívají stejné komprese jako Blu-ray. 10 µm mikrometr=10-6 metrů 18
Warner Home Video hodně podporovalo BD9 a BD5 disky, jako levnější alternativu k normálním Blu-ray diskům. Nakonec byly zahrnuty jako část BD-ROM formátu a vyuţívají stejného souborového systému a mají totoţné AV specifikace. (Učeň, 2008) AVCREC je oficiální nízkokapacitní varianta Blu-Ray disku určená na ukládání dat kompatibilních s klasickými DVD disky. Pouţívají se hlavně ve videokamerách, které vyuţívají více datových úloţišť, tzn. Blu-Ray a DVD kombinované s paměťovými kartami apod. (Učeň, 2008) Posledním formátem je klasický Blu-Ray disk recordable, se kterým se můţeme setkat ve dvou variantách BD-R a BD-RE. BD-R je určen pouze pro čtení, ale BD-RE i pro opakované zapisování. Teoreticky je moţné na ně zapisovat rychlostí aţ 12x, coţ přestavuje asi 10000 otáček za minutu, větší rychlosti uţ způsobují časté chyby při čtení. (Učeň, 2008) 2.3. Kvalita videa Kvalita videa je závislá na metodě zachycování a ukládání obrazu. Nejdůleţitějším kritériem je formát uloţení. Různé formáty mají různý poměr kvalita/objem. 2.3.1. Frame rate Frame rate představuje počet snímků, kolik přehraje video za jednotku času, tedy za sekundu. Prvotní technologie začínaly na 6 aţ 8 fps (frames per second, snímky za vteřinu). V dnešní době je standardem 25 aţ 29,97 fps. K viditelné plynulosti obrazu, je zapotřebí min. 10 fps. Nové profesionální kamery zvládnou záznam aţ o 120 fps. (Wikipedia, 2009k) Pro filmový a televizní průmysl se pouţívají tyto frame rate standardy: - 60i (60 prokládaných polí = 29,97 fps) je standardem pro televizní vysílání, DVD i videokamery s kódováním NTSC od roku 1941. - 50i (50 prokládaných polí = 25 fps) je standardem pro videa s kódováním PAL a SECAM - 30p (30 fps) je neprokládaný formát, který se pouţíval nejvíce v 80. létech při rozmachu videoklipů 19
- 24p (24 fps) je neprokládaný formát. 35 mm filmové kamery pouţívají standardní expozice rychlost 24 fps, i kdyţ mnohé kamery nabízejí 23,976 fps pro NTSC standard a 25 fps PAL/SECAM. 24p se stal standardem pro zvuk filmů ve 20. letech. - 25p (25 fps). Počet snímků je převzat z PAL standardu 50i. 25p zachycuje pouze polovinu snímků oproti 50i, ale představuje vyšší vertikální rozlišení na pohybující se předměty. Je vhodnější pro progresivní výstup (LCD monitory, projektory). - 50p a 60p je progresivní formát pouţívaný u HDTV technologií. I přesto, ţe tyto formáty nejsou obsaţeny ve standardech ATSC a DVB 11, se rychle začleňují do set-top boxů a do oblasti nahrávání videa. 2.3.2. Prokládání Video můţe být buď prokládané nebo progresivní. Pokud je video prokládané, je kaţdý snímek rozdělen na dva půlsnímky trvající polovinu doby celého snímku první obsahuje liché řádky, druhý pak jen řádky sudé. Progresivní video neobsahuje půlsnímky. Prokládání bylo zavedeno pro dosaţení lepší vizuální kvality v limitech pásma. (oxy Online, 2004) 2.3.3. Rozlišení Rozlišení je v analogovém i digitálním světě podobné. Jsou důleţité rozdíly v tom, jak je definováno. V případě analogového videa se obraz skládá z řádků, zatímco rozlišení digitální kamer měříme počtem efektivních pixelů obrazového snímače. 2.3.3.1. PAL a NTSC V Evropě je videostandardem PAL (Phase Alternation by Line), zatímco v Severní Americe a Japonsku je dominantním standardem pro video NTSC (National Television System Committee). Oba tyto standardy pochází z televizního průmyslu. 11 ATSC a DVB jsou společně s ISDB-T a DMB-T/H standardy pro digitální televizní vysílání. 20
PAL má vyšší rozlišení 576 horizontálních řádek 12, ale pouze 25 snímků za vteřinu. NTSC má rozlišení 480 horizontálních řádek a frekvenci 30 snímků za vteřinu. Celkové mnoţství informací za vteřinu je ovšem u obou standardů stejné. (oxy Online, 2004) Při digitalizaci analogového videa závisí počet pixelů na počtu řádek analogového obrazu. U standardu PAL je to rozlišení 704x576 pixelů, v případě NTSC je maximální rozlišení 704x408 pixelů. U většiny analogových zabezpečovacích zařízení se pouţívá pouze čtvrtina analogového obrazu, protoţe 4 kamery společně sdílejí maximální rozlišení. V zabezpečovacím průmyslu se čtvrtina obrazu stala známou pod zkratkou CIF (Common Intermediate Format). Ve formátu PAL je CIF velký 352 x 288 pixelů a u NTSC 352 x 240 pixelů. Rozlišení 2CIF je 704 x 288 (PAL) pixelů a 704 x 240 pixelů (NTSC), tedy počet horizontálních řádků dělený dvěma. Aby byl zajištěný správný poměr obrazu, tak je ve většině případů kaţdá horizontální řádka na monitoru zobrazena dvakrát, tzv. "zdvojení řádků" (line doubling). (netcam.cz, 2009a) 2.3.3.2. MPEG MPEG (Motion Picture Experts Group), česky Skupina expertů pro pohyblivý obraz. Je to název skupiny standardů na kódování audiovizuální informací. MPEG nabývá těchto velikostí: - TV PAL 704x576 - TV NTSC 704x480 - DVD-Video PAL 720x576 - DVD-Video NTSC 720x480 2.3.3.3. VGA VGA (Video Graphics Array) je standart pro počítačovou zobrazovací techniku. Bylo zavedeno několik nových rozlišení odvozených z počítačového průmyslu, která poskytují lepší pruţnost a navíc jsou to celosvětové standardy. Díky VGA se stávají omezení standardů PAL a NTSC bezpředmětná. Rozlišení je definováno na 640 480 12 PAL TV signál nemá 576 řádek, jak se obecně soudí, ale jenom 575. První a poslední je totiţ jenom půlka řádku. Počítač s půlkou řádku neumí pracovat a tak se na počítači první a poslední řádka počítají jako celé. 21
pixelů, coţ je velikost velmi podobná PAL a NTSC. VGA je vhodným formátem pro síťové kamery, protoţe záběry jsou ve většině případů zobrazovány na počítačových monitorech, které pouţívají násobky VGA rozlišení. Mezi rozlišení zaloţená na VGA patří XVGA (1024 768 pixelů) a čtyřnásobek VGA 1280 960 pixelů, poskytující megapixelové rozlišení. (netcam.cz, 2009a) 2.3.3.4. Megapixelové rozlišení Běţné formáty jsou 1280 1024, coţ je rozlišení 1,3 megapixelu, 13 krát větší neţ CIF. Ve standardní televizi je poměr stran 4:3, zatímco filmy a širokoúhlé obrazovky pouţívají 16:9. Výhoda širokoúhlého záběru je v tom, ţe ve většině případů horní a dolní část nezobrazuje nic zajímavého, ale zabírá pixely, propustnost a místo na disku. (netcam.cz, 2009a) Druhy rozlišení můţeme vidět na obrázku 2.7. Obrázek 2.7: Rozlišení a poměru stran obrazu (Wikipedia, 2009) 2.3.4. Poměr stran V dnešní době se nejčastěji mluví o poměrech obrazu 4:3 a 16:9, hlavně díky stále častějšímu širokoúhlému televiznímu vysílání. 22
Poměr stran AR (Aspect Ratio). Většinou se udává ve zlomcích (4:3, 16:9) nebo jako číslo 1.33, 1.78, 2.35 apod. Tímto se většinou myslí skutečný poměr stran aktivního obrazu (bez černých pruhů) při přehrávání. PAR (Pixel Aspect Ratio) je poměr stran bodu. Udává, kolikrát se má video s nečtvercovými pixely roztáhnout. U 4:3 DVD je PAR 1.0926, pro 16:9 to je 1.4568. DAR (Display Aspect Ratio) je poměr stran zobrazení. Je to informace, která říká, s jakým poměrem stran se má video zobrazit. U DV a DVD můţe nabývat hodnot 1:1, 4:3, 16:9 a 2,21:1, ovšem 1:1 a 2,21:1 se téměř nepouţívají. Poměr stran zobrazení ještě neříká nic o skutečném poměru stran (AR), protoţe v obrazu mohou být černé pruhy. LB (Letter Box) neboli dopisní schránka je způsob zobrazení širokoúhlého videa na standardní 4:3 televizi (nebo i naopak). K obrazu se přidají černé pruhy. PS (Pan&Scan) znamená: vloţ a sleduj. Druhý ze způsobů zobrazení 16:9 videa na 4:3 TV (nebo naopak). Obraz je zvětšený a oříznutý. V praxi se často pouţívá kombinace PS a LB. Můţeme ji najít skoro u všech širokoúhlých filmů vysílaných v televizi. (Jícha, 2009a) Typy poměrů obrazu vidíme na obrázku 2.7. 2.3.5. Datový tok Datový tok, neboli přenosová rychlost (Bit rate), je mnoţství přeneseného digitálního obsahu za jednotku času. Je kvantifikována pomocí Bitů za vteřinu (Bit/s nebo bps) nebo Megabitů za vteřinu (Mbit/s). Čím vyšší přenosová rychlost, tím vyšší je kvalita videa, např.: u VideoCD je přenosová rychlost cca 1 Mbit/s, u DVD je to 5 Mbit/s a HDTV má přenosovou kapacitu 20 Mbit/s. (Wikipedia, 2009s) Variabilní neboli proměnný tok (Variable Bit Rate VBR) je způsob maximalizace kvality digitálního videa při co nejmenším přenosu dat. Pokud tedy není potřeba k popsání obrazu tolik bitů, tak se nepřenesou a pokud je někde potřeba bitů více, přenese se jich více. Např.: při akčních scénách, kde jsou rychlé pohyby je datový tok mnohem vyšší neţ při scénách bez pohybu. Pro realtimové nebo nebufferované streamování videa, kdy je k dispozici fixní šířka pásma například ve videokonferencích, se pouţívá stálé přenosové rychlosti (Constant Bit Rate - CBR). 23
2.4. Komprese videa (Kodeky) Kodek je zařízení nebo počítačový program, resp. algoritmus, který transformuje datový proud (stream) nebo signál. Kodek je sloţenina slov kodér a dekodér, resp. komprese a dekomprese. Kodeky se nejčastěji pouţívají pro obnovení původní formy dat vhodných pro zobrazování, případně jinou manipulaci. Jsou základní součástí softwaru pro editaci multimediálních souborů a také se často pouţívají pro distribuci multimediálních dat v síti. (Wikipedia, 2009n) Většinou pro kodek existuje i vlastní formát souboru, ale jsou i výjimky, kdy jeden formát souboru můţe být komprimován různými kodeky, například WAV nebo AVI. Velmi populární kodek pro kompresi zvuku je například formát MP3, z videoformátů jsou velmi rozšířeny například formáty DivX a XviD. Stejně jako u MP3 zvítězil u videa formát DivX, nikoliv však díky kvalitě, ale proto, ţe jako první nabídl uspokojivou kvalitu a masově se rozšířil. (Beňak, 2004) Digitální video se vţdy komprimuje, aby se zvýšila přenosová rychlost a ušetřilo se místo na pevném disku. Proto je výběr správného formátu pro kompresi velmi důleţitý. Komprese videa můţeme rozdělit na ztrátovou a bezztrátovou. Bezztrátová komprese zkomprimuje data, ze kterých je potom moţné získat původní data v nezměněné podobě. Nevýhodou této komprese je, ţe kompresní poměr, tedy sníţení dat, je velice omezené. Dobře známým bezztrátovým formátem je GIF. Tyto formáty se nehodí do oblasti síťového videa, kvůli jiţ zmíněným omezeným moţnostem komprese. (netcam.cz, 2009b) 2.4.1. H.263 Komprese H.263 je určena pro videa se stálou přenosovou rychlostí. Tato komprese je především určena pro videokonference. Nevýhodou stále přenosové rychlosti je, ţe se při zvýšení rychlosti pohybu sníţí kvalita obrazu. (oxy Online, 2009) 2.4.2. MPEG-1 Tento formát byl vydán v roce 1993 firmou Moving Picture Experts Group (MPEG) za účelem pouţití na Video CD. Proto je většina MPEG-1 dekodérů navrţena pro cílovou bitovou rychlost okolo 1,5Mbit/s v rozlišení CIF. V případě MPEG-1 je důraz na relativně stálou bitovou rychlost vyváţen měnící se kvalitou obrazu. Počet 24
snímků za sekundu je u formátu MPEG-1 pevně stanoven na 25 při kódování PAL a 30 při kódování NTSC. Jeho nevýhodou je velice špatný poměr kvality a komprese. Často se pouţívá pro videa posílané e-mailem nebo šíření prostřednictví internetu. Jeho výhodou je, ţe bez nainstalování dalšího softwaru funguje téměř na všech počítačích. (oxy Online, 2009) 2.4.3. MPEG-2 Formát MPEG-2 byl navrţen v roce 1994 pro vysoce kvalitní digitální video (DVD), video pro digitální vysílání (DBV) a pro kabelovou televizi (CATV). MPEG-2 je zaměřen na zvýšení kvality (zvýšení bitové rychlosti) obrazu na úkor sníţení komprese. Počet snímků je pevně stanoven a stejný jako u MPEG-1. (oxy Online, 2009) 2.4.4. MPEG-4 MPEG-4 je rozsáhlý multimediální standard vydaný v roce 1998. Pouţívá se především pro distribuci dat po internetu. Součástí specifikace je kódování obrazu, zvuku i vlastní kontejner MP4 zaloţený na formátu QuickTime. Část, která se týká obrazového kódování, má řadu profilů. Kodeky DivX nebo XviD z nich vyuţívají pouze profil SP 13 (Simple Profile) či případně ASP 14 (Advanced Simple Profile). MPEG-4 obsadil některé vlastnosti svých předchozích standardů MPEG-1 a MPEG-2 a přidal k nim řadu novinek. Umoţňují například ukládat obraz ve stejné kvalitě při násobně menším objemu dat. V multiplexech zemské digitální televize, se o standardu MPEG-4 hovoří i v souvislosti s DVB-T, především ve věci lepšího rozlišení HDTV a to díky úspoře místa, které MPEG-4 poskytuje. Na MPEG-2 je totiţ HDTV příliš náročné. Datový tok se pohybuje od 100 kb/s do 1500 kb/s. (Digizone.cz, 2009c) 2.4.5. MPEG-7 Je určen pro popis multimediálních dat a je nezávislý na ostatních formátech MPEG. MPEG-7, oficiálně nazvaný Multimedia Content Description Interface, je 13 je převáţně zaměřen pro pouţití v situacích, kdy kromě nízké přenosové rychlosti a nízkého rozlišení jsou uloţeny i jiné podmínky, jako jsou šířka pásma, velikost zařízení atd. Příkladem jsou mobilní telefony, některé systémy pro videokonference, systémy sledování atd. 14 je technickým rozšířením profilu SP například o podporu prokládaného videa nebo globální kompenzaci pohybu. 25
standardem pro popis multimediálního obsahu dat, které podporují určitý stupeň interpretace významu informací. MPEG-7 není zaměřen na jedno pouţití, ale spíše MPEG-7 standardizuje prvky pro podporu široké řady aplikací. (Martínez, 2004) 2.4.6. H.264/MPEG-4 AVC H.264 je standard pro kompresi videa, jeho ekvivalentem je MPEG-4 Part 10 nebo MPEG-4 AVC (Advanced Video Coding). Tento nejnovější kodek vznikl v roce 2008 společnou spoluprací firem Video Coding Experts Group (VCEG), které vyuţívají technologii ITU-T a Moving Picture Experts Group (MPEG), které vyuţívají technologii MPEG-4 Part 10. Spojení těchto dvou společností je nazýváno Joint Video Team (JVT). ITU-T H.264 a standard ISO/IEC MPEG-4 část 10 standard (formálně, ISO/IEC 14496-10) jsou společně udrţována tak, ţe mají shodné technické parametry. (Wikipedia, 2009l) 2.4.7. Motion JPEG Motion JPEG nabízí video ve formě sekvencí JPEG obrázků. Takto komprimované video můţe mít velice vysokou kvalitu a snadno se stříhá, protoţe kaţdý snímek je uloţen samostatně. Síťová kamera, obdobně jako digitální fotoaparát, zachytí jednotlivé obrázky do formátu JPEG. Síťová kamera dokáţe zachytit a zkomprimovat například 30 snímků za vteřinu a pak je dokáţe po síti zpřístupnit jako proud obrázků. Vzhledem k tomu, ţe lidské oko povaţuje za plynulé jiţ 10 snímků za vteřinu, tak to vnímáme jako normální video. Tato metoda se tedy nazývá Motion JPEG, protoţe jeden záběr je tvořen jedním JPEG souborem. Všechny záběry mají zaručenou kvalitu, určenou úrovní komprese. (netcam.cz, 2009b) 2.5. Video formáty 2.5.1. AVI Audio Video Interleave (AVI) je formát vydaný firmou Microsoft v roce 1993 jako součást technologie Video on Windows. AVI je nejstarší formát videa pro PC. Zpočátku byla data bez komprese a měla rozlišení 160x120 bodů při 15 snímcích za vteřinu. Postupem času byl AVI doplněn o kodeky, kvůli sníţení datového toku. Díky 26
počátečnímu rychlému rozšíření se AVI pouţívá dodnes na všech zachytávacích zařízeních. Nejčastěji se pouţívá pro uloţení MPEG-2 a MPEG-4 videa. Velice často se pouţívá pro komprese filmů z DVD na CD. (oxy Online, 2009) AVI je multimediální kontejner, který obsahuje datové stopy a vychází z Resource Interchange file format 15 (RIFF). Kaţdá stopa ukládá jeden typ dat: zvuk, video, text (titulky). Kaţdá stopa má zakódována za pomoci kodeku mediální tok. 2.5.2. MPEG Kompresní formát MPEG je mezinárodním standardem navrţeným skupinou MPEG a je to další velmi rozšířený kontejner. Pomocí MPEG kompresní metody lze vytvořit řadu známých formátů jako třeba Video CD, VHS kvalitu, SVCD kvalitu, DVD kvalitu anebo vlastní nastavení. V současné době se pouţívají čtyři formáty: MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4, MPEG-7. 16 (oxy Online, 2009) 2.5.3. QuickTime MOV Formát MOV pochází z počítačů Apple Macintosh jako formát programu QuickTime. Formát QuickTime (.mov) funguje jako multimediální kontejner, který obsahuje jednu nebo více datových stop, z nichţ kaţdá obsahuje konkrétní typ dat: audio, video, efekty, nebo text (obdobně jako AVI). Kaţdá stopa obsahuje buď digitálně enkódovaná média (pomocí specifického kodeku) nebo odkaz na mediální proud nacházející se v jiném souboru. (oxy Online, 2009) 2.5.4. Ogg Ogg je multimediální kontejner a nativní formát souborů a proudu od společnosti Xiph.org. Stejně jako u všech Xiph.org technologií je Ogg opensource. Stejně jako většina kontejnerových formátů zahrnuje zkomprimovaná data a umoţňuje prokládání audio a video dat uvnitř jednoho formátu. Jedinou podporovanou kompresí obrazu je Theora a pro kompresi zvuku se pouţívá Vorbis, FLAC a Speex. Pro přehrávání je nutné nainstalovat příslušné filtry. Kromě zapouzdření a prokládaní z více datových proudů, Ogg disponuje paketovým rámováním, detekcí chyb a pravidelných časových hledání. (Xiph.org, 2009) 15 je výchozí multimediální formát pro Windows 3.1 16 více viz kapitola 2.3.6. Komprese videa (Kodeky) 27
2.5.5. MP4 MP4 je multimediální kontejner definovaný standardem ISO/IEC 14496-14:2003. Je také známý pod názvem MPEG-4 Part 14, je tedy součástí MPEG-4 standardu. Jako jeho základ poslouţil kontejner MOV přehrávače QuickTime. Prosazuje se coby standard pro přehrávání videí na stolních a přenosných přehrávačích (MP4 přehrávače). Formát MP4 je také podporován celou řadou mobilních telefonů, pro které byla vydána jediná oficiální modifikace a to formát 3GPP (3GP, 3GP2). Ten standardizuje pro obraz kompresi H.263, odvozenou od MPEG-4, a pro zvuk kompresi AMR, pouţívanou standardně pro přenos hovorů mezi mobilními telefony. (Wikipedia, 2009o) 2.5.6. Matroska (MKV) Matroska si klade za cíl stát se standardním multimediálním kontejnerem. Lze do něj uloţit většinu kompresí zvuku i obrazu a je tak nejuniverzálnějším kontejnerem. Můţeme jmenovat podporované komprese MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4, RealMedia, H.264, XviD, MP3, AC3, DTS, AAC, Vorbis, FLAC nebo WAVPack. Tento projekt je zaloţen na EBML (Extensible Binary Meta Language), coţ je binární derivát XML. EBML umoţňuje získat vývojovému týmu Matroska významné výhody, pokud jde o budoucí rozšiřitelnost. (CoreCodec, 2009) Matroska je navrţen s ohledem na budoucnost. Obsahuje funkce, které se očekávají od moderního formátu, jako je např.: rychlé hledání v souboru, rychlé obnovení po chybě, rozdělení do kapitol, volitelné titulky a zvuk, modulární rozšiřitelnost, streamování přes internet (HTTP a RTP audio a video streamy) nebo moţnost menu jako jsou DVD. (CoreCodec, 2009) Matroska je pro osobní potřebu zcela zdarma k pouţití a technické specifikace popisující Bitstream jsou otevřené pro kaţdého. 28
2.6. Parametry video souboru U kaţdého videosouboru je důleţitá jeho přípona, z které většinou odvodíme pouţitý kontejner 17. Stream (datový tok) můţe být video, zvuk, titulky nebo kapitoly. Kontejnery se liší v podporovaných formátech streamů. Mezi nejznámější kontejnery patří AVI, MPEG, MKV, MP4, MOV nebo Ogg 18. (Video na PC, 2009) Pro přehrání kaţdého video souboru potřebujeme příslušný splitter 19. V operačních systémech Windows jsou jiţ v základní instalaci obsaţeny splittery pro formáty AVI, MPEG, ASF a WMV. Pro přehrávání dalších souborů musíme splitter doinstalovat. Současně potřebujeme také dekodér pro kaţdý stream v souboru. Například AVI není komprese videa, ale pouze kontejner, který můţe obsahovat video i zvuk v téměř libovolné kompresi. Ovšem ne všechny kontejnery nám dávají takovou volnost pro pouţití kodeků jako kontejner AVI. (Video na PC, 2009) Informaci, jakým kodekem bylo video zkomprimované lze získat z FourCC kódu 20. Tento kód dokáţou zjistit například programy GSpot nebo Video ToolBox. Tyto programy rovnou vypíší, ke kterému kodeku daný kód patří. Pokud máme v systému více dekodérů pro daný formát, můţe se stát, ţe se pouţije ten nesprávný a je pak moţné, ţe budou vznikat problémy s přehráváním. Proto je vhodné instalovat pouze ty kodeky, které opravdu potřebujeme a vyhnout se instalování celých codecpacků, které obsahují všechno moţné a jsou častým zdrojem problémů. Důleţité je mít přehled o tom, co se v systému nachází. (Video na PC, 2009) Kodeky si také při instalaci zaregistrují jeden nebo více FourCC kódů, pro které se budou pouţívat. V systému se vytvoří jakési pořadí priorit, které určí, který z kodeků se pouţije v případě, ţe se jich o dekódování určitého streamu hlásí více. Tyto priority dokáţe měnit třeba program Radlight Filter Manager. Přehrávač si při přehrávání videa pokaţdé sestaví graf, coţ je posloupnost filtrů, které se starají o rozdělení kontejneru a dekódování streamů. Kvalitní přehrávače jako MPC nebo MV2Player umoţňují vytvářet grafy definované uţivatelem. (Video na PC, 2009) 17 kontejner spojuje do jednoho souboru různé streamy, coţ je základní součást multimediálního souboru 18 viz kapitola 2.5. Video formáty 19 slouţí přehrávačům pro rozdělení kontejneru na jednotlivé streamy, které poté předá patřičným kodekům 20 čtyřpísmené značky, která je v hlavičce AVI souboru 29
3. Použití videa 3.1. Kinematografie 3.1.1. Filmové pásy 3.1.1.1. 16mm Poloprofesionální formát. Pouţívaly ho televizní štáby k přenosům z terénu a také byl pouţíván v amatérské tvorbě. U nás byl také rozšířen v malých vesnických kinech. 3.1.1.2. 35mm Filmový pás vynalezl v roce 1889 Thomas Alva Edison. Filmový pás je 35 mm široký a opatřený děrováním po obou stranách, mezi nimiţ je umístěno obrazové pole. Mezi děrováním a obrazovým polem je místo pro optické zaznamenávání zvuku. Obrazová frekvence je standardizovaná na 24 obrazových polí za sekundu. U nás se distribuují 4 formáty 35mm pásky: (Wikipedia, 2009j) - 1:1,37 původní klasický formát obrazu - 1:1,66 formát se sníţeným obrazovým polem - 1:1,85 stejné jako 1,66, ale víc ořezané obrazové pole - 1:2,35 širokoúhlý formát 3.1.1.3. 70mm Jednou z jeho hlavních výhod je 6 kanálový magnetický prostorový zvuk, který byl ovšem vytlačen digitalizací. Nevýhodou je především drahá výroba filmů i distribučních kopií. Je velmi malý počet kin disponujících touto technikou. 70 mm filmu vyuţívá například moderní systém IMAX, který však pracuje na horizontálním principu snímání a promítání. (Wikipedia, 2009j) 3.1.2. Nástup digitalizace filmů Filmová kamera je základem kaţdé produkce, ale začíná se otřásat v základech díky digitální konkurenci, která definitivně dohonila pásku. Výhody digitální kinematografie jsou v rámci produkce neoddiskutovatelné. Přímo na place je moţné si prohlédnout, jak záběr vypadá. U digitálního videa většinou dostaneme přesně to, co 30
vidíme a pak můţeme bez problémů upravovat. U záznamu videa na klasický 35mm pásek si nemůţe být jistý vůbec ničím. Výhodou je, ţe určitý typ 35mm materiálu se v jakékoli kameře chová stejně, ale výsledek je moţné shlédnout nejdřív několik hodin po pořízení záznamu a to ještě s příslušným vybavením laboratoře. U klasických 35mm kamer se nemůţeme opřít ani o ţádná čísla, protoţe pásky nemají ţádné rozlišení, pouze můţeme rozlišit jemnější a hrubší zrno. Od zrna se odvíjí jeho teoretické rozlišení. I ty nejstarší celuloidové snímky lze naskenovat a remasterovat do rozlišení 2048 x 1080 pixelů (tzv. 2K), novější snímky aţ do rozlišení 4096 x 2304 pixelů (tzv. 4K) a u nejnovějších materiálů aţ do rozlišení 8192 x 5640 pixelů (tzv. 8K). (Rybář, 2008) Celuloidy jsou tlačeny do rohu hned dvěma mocnými silami: nástupem konkurenceschopných digitálních kamer a postupující celodigitální distribuce. Kina si budou moci brzy stáhnout film v maximální kvalitě přímo od distributora. Na rozšíření celodigitálních kin se teprve pracuje, ale u nové generace supervýkonných kamer se rozdíly mezi celuloidy a digitálním videem zmenšily natolik, ţe jsou prakticky k nerozeznání. Filmařská pohodlnost bude nahrazena nutností, ale to neznamená, ţe 35mm filmové pásky zmizí úplně. Obě technologie se totiţ zatím navzájem potřebují. Filmaři archivují veškeré celuloidové filmy do digitálu, aby se zabránilo jejich postupnému zničení vlivem času, protoţe zejména černobílé filmy kvůli vyššímu obsahu stříbra oxidují rychleji. Stejně tak i opačně, digitální film se uloţí i na celuloidovou pásku. Nevýhodou je, ţe dvouhodinový film v maximální digitální kvalitě představuje asi 7000 GB dat na pevném disku. (Rybář, 2008) Doposud vyráběné digitální kamery stojí neuvěřitelné peníze. Významní filmaři je tedy pouţívali většinou z nutnosti, protoţe ve výsledku se dostali ke stejným částkám. Filmový materiál nehraje ve stamiliónových rozpočtech velkou roli a co se uspoří na digitálu, to se stejně utratí za přesčasy, protoţe s digitální kamerou se většinou točí mnohem větší mnoţství záznamu neţ s klasickým celuloidem a tak střihač stráví střihem místo pěti týdnů týdnů deset. Digitální alternativy se tedy pouţívaly především z důvodů velikosti a schopností, protoţe i s nejmenší 35mm kamerou se nedostanete všude a ani nejcitlivější celuloid se nemůţe rovnat moderním CMOS 21 čipům. Nemalé peníze stojí filmaře osvětlení bývá dost velkým problémem a také je to velice časově náročné. Digitální kamery tento problém zčásti řeší, protoţe při natáčení s jejich pomocí stačí menší mnoţství světla. Další uţitečné působiště digitálních kamer je u filmů, které 21 Complementary Metal-Oxide Semiconductor snímač senzor sloţený z matice světlocitlivých buněk, reagujících na dopadající světlo vytvářením elektrického napětí. 31
se celé točí před barevným plátnem (modrým či zeleným) či u filmů, ve kterých se pouţívá hodně trikových efektů. Tam, kde by mohlo vadit i to nejjemnější zrno, je 2K digitální záznam naprosto čistý. Kombinace natočeného i vygenerovaného obrazu je mnohem jednodušší. Vše se zdá velice jednoduché a proto vychází na svět prostá otázka: Proč digitální revoluce naplno neodstartovala? Odpověď zní: Peníze! Firmy, které se podílely na vývoji digitálních kamer pro Hollywood, se spolehly na to, ţe filmaři budou ochotni zaplatit velké peníze i za malý technický krůček, tak proč ty malé krůčky nedělat. Průkopníkem v oblasti digitálních kamer je Jim Jannard, který zaloţil společnost RED Digital Camera. Za pomoci největších odborníků sestavili RED nejmodernější kameru a v roce 2006 vyšla na svět RED ONE. Jako první nabídla rozlišení 4K a snímací čip, který se vyrovnal 35mm kamerám a cena byla nastavena na 18 tisíc dolarů. To je ve srovnání například s digitální kamerou od Sony za 150 tisíc naprosto směšná částka. Jim Jannard ovšem slibuje, ţe půjde dál a vyrobí kameru s rozlišením 5K a za opět rozumnou cenu. (Rybář, 2008) Obrázek 3.1: Postprodukční evoluce 3.1.3. Postprodukční evoluce Někteří zastánci 35mm filmů říkají, ţe by se bez nich kinematografie neobešla, ale ve střiţně pak stejně upravují film na počítači. Mechanické stříhání negativu se ve velkých produkcích jiţ delší dobu nepouţívá. Po natočení se film naskenuje do 32