MULTIMEDIÁLNÍ TECHNOLOGIE

PETRA TICHÁMICHAL DLOUHÝ

Datové formáty videa, jejich specifikace a možnosti využití

Úvod

Základní vlastnosti

Komprese

Kontejnery

Analogové video

Kodeky

Agenda

ÚvodVideo

technologie zaznamenávající a přehrávající sérii po sobě jdoucích snímků

3 definovatelné vlastnosti- formát kontejneru, komprese videa a obrazu

uchovává se na paměťových médiích

generace

digitální a analogové

Snímek

obrazy (frames) se dělí na klíčové (keyframe) nebo neklíčové ( deltaframe)

snímková frekvence

prokládání

datový tok

rozlišení

poměr stran

komprese

Základní vlastnosti

snímková frekvence udává počet snímků za jednotku času, důležitá pro plynulost videa dle normy používané v ČR 25 snímků za vteřinu

prokládání způsob, kterým běžné televize vykreslují obraz (rozdělení na sudé a liché

řádky) problém s displeji, pouze CRT obrazovka správně zobrazuje – jinak bez

prokládání

Základní vlastnosti

datový tok počet dat, která se přenesou za jednotku času (kbps, Mbit/s) určující prvek kvality ( ale záleží na kompresi, rozlišení a

snímkové frekvenci) konstantní vs variabilní

rozlišení závisí na druhu videa

digitální – v pixelech na výšku a šířku analogové- dle řádků ( 576)

poměr stran poměr stran vodorovné a svislé čáry ( 4:3 a 16:9)

Základní vlastnosti

zmenšení velikosti pro ukládání díky snížení objemu dat nebo datového toku při co nejnižší viditelné degradaci obrazu

dělení I. intraframe a interframe

v rámci snímku- komprese provedena na aktuálním snímku, vlastně obrázková komprese (Prores 422, 4444), větší velikostDCT= diskrétní kosínová transformace (JPEG)- komprimovaní po blocích 8x8 pixelů,

6 bloků= makroblok)

mezi snímky- zjišťování a ukládání rozdílů mezi snímky (MPEG-4, H.264)GOP= group of pictures- začíná a končí itraframe snímky

P- snímky- předpověď pohybu objektů, B- snímky- rozdíl mezi intraframe a P-snímky

wavelet- komprimuje pomocí překrývání, menší degradace, náročnější

Komprese

dělení II. ztrátová a bezztrátová

bezztrátová výsledekem je identický obraz ( omezené snížení dat, max. ¼ původní

velikosti)

umožňuje zpětnou obnovu původních dat

nejpoužívanější : HuffYUV, Lagarith, FFV1, CorePNG nebo MSU Lossless, také Snow a MPEG-4 AVC

Komprese

zmenšování objemu dat, kdy se některé méně důležité informace ztrácejí a již nejdou obnovit (nedokonalost lidských smyslů) MJPEG – sekvence JPEG obrázků, každý samostatný záběr (zaručená kvalita a určená

úroveň komprese- větší video ve výsledku), digitální a IP kamery, snadnost střihu

H.263 – zmodernizovanější verze H.261, původně navrženo pro videokonference díky regulovatelnému toku dat v závislosti na síti, snížená kvalita u pohybujících se objektů

THEORA- součást projektu Ogg, používaný příznivci opensource a Linuxu, problém uživatelům způsobuje shodnost videa se stejnou koncovkou hudby ve formátu Ogg Vorbis

VC-1/ WMV3 – produkt společnosti Microsoft, možnost použití na BD a HDD DVD, ale není zdaleka tak rozšířený, i když pracuje na stejném principu jako MPEG-4

DV – na vývoji se podílelo 10 firem, postupně další , pracuje na velmi podobném principu jako MJPEG, u DV formátu nelze nastavit kompresní poměr, je konstantní přibližně 1:10, datový tok je 25 Mbps, základní formát pro střih videa, podporují jej všechny video editory

Ztrátová komprese

MPEG-1 od 1993 na CD, kódování pohyblivého obrazu a přidruženého zvuku, zachovává

rozumnou kvalitu videa

MPEG-2 od 1995 použití na DVD, vyšší přenosová rychlost od 1,5 Mbitu/s až do 15 Mbitů/s,

používá se pro televizní vysílání ( 6Mbitů/s)

MPEG-3 – sloučen s MPEG 2, původně pro HDTV

MPEG-4 od 1998, rozšíření původních MPEGů, kódování audiovizuálního obsahu s velmi nízkým

bitratem, především na webu

MPEG-7 pro popis dat s multimediálním obsahem (neříká, jak data kódovat), možnost vyhledání

multimediálních dat dle klíče

Ztrátová komprese

umožňují ukládat video a zvuk do jednoho souboru (jednotlivé druhy dat v souboru jsou streamy), synchronizace

neříká nic o vnitřní kompresi uložených dat, ta je určena kodekem

pro přehrání kontejneru používáme příslušný splitter

liší se podle schopnosti pojmout různá multimediální data

FourCC – kód 32 bitů

- slouží k identifikaci audio a video stop

- široce podporován

Kontejnery

AVI- Audio Video Interleave nejrozšířenější kontejner pro video, od Microsoftu z roku 1992

(poněkud zastaralý)

původně bez komprese v rozlišení 160× 120 bodů při 15 snímcích/ s, max. 2 GB velikosti výsledného souboru – padlo s FAT32

postupné rozšiřování a modernizování (Xvid, Dix)

soubor se nedá přehrát pokud není úplný

není možné vkládat titulky ani kapitoly

kompatibilta přehrávání pod rúznými OS

přípony .avi

Kontejnery

MPEG PS- Program Stream využívá video komprese MPEG-1 a MPEG-2, široce podporován

neobsahuje indexovou tabulku ( na rozdíl od AVI), synchronizován časově

využíván jako hlavní formát pro DVD ( díky bezchybnosti dat)

přípony .mpg, .vob, .evob

MPEG TS- Transport Stream primárně určen pro digitální vysílání, ale i pro BD, využívá MPEG-2 a MPEG-4

kompresi

nezaručena bezchybnost dat

Video lze přehrávat, aniž by byl stažen celý soubor

přípony .ts, .m2ts, .MTS

Kontejnery

MP4 součástí MPEG-4 standardu, postaven na kontejneru MOV od Apple

různé video komprese

využívá se v mobilních telefonech, fotoaparátech i kamerách

přípona .mp4

MKV- Matroška nejnovější druh platformě otevřeného kontejneru, hlavně pro HD video

popis vnitřní struktury je založen na popularitě jazyka XML, dělení na segmenty a sekce ( každá nese jiný druh dat), propracovaný

zatím chybí podpora SW pro editaci

přípona .mkv

Kontejnery

ASF- Advanced Systems Format produkt firmy Microsoft, hlavně pro internetové vysílání

pracuje s daty jako s objekty

nevýhodou je uzavřenost, systémové rozhraní DirectShow

přípony .asf, .wmv

QuickTime konkurence od Apple z začátku 90. let

pracuje s daty jako s atomy ( rozdělení na dále nedělitelné bloky dat)

přípony .mov, .qt

RealMedia pracuje s objekty ( internetové vysílání)

procuje s proměnným tokem a v případě poškození či nedodání některého z objektů jej přeskočí a přehrává dál

přípona .rm

Kontejnery

PAL

• PAL -Phase Alternating Line střídaní fáze po řádcích

• Prvně zaveden 1963 ve Velké Británii

• Využíván: Západní Evropa mimo Francie

• 625řádků, 25frames/sec, obnov. ν 50Hz

• Využívá se prokládání dvou rámců• Sudé a liché řádky (a jejich sinchronizaci)

• V ČR od 1992 (vystřídala SECAM)

• Informace o barvách se přenášejí současně.

NTSC• NTSC -National Television Systém Committee

• Zaveden v USA

• 1940 černobílý, 1953 barevný

• Využíván: Severní a Jižní amerika

• 480 řádků,30 frames/sec, obnov. ν 50Hz prokládaně

• Informace o barvách se přenášejí současně

SECAM

• SECAM- Séquentiel couleur à mémoire

• Vyvinut: 1956 ve Francii

• 625řádků, 25 frames/sec, obnov. ν 50Hz prokládaně (nejprve sevysílají liché a potom sudé řádky)

• Informace o barvách se přenášejí postupně 

• Další podstatné rozdíly oproti ostatním TV normám jsou v potřebné šířce přenosového kanálu, nosných kmitočtech, způsobu modulace atd.

Svět podle signálů TV

Přenos analogové videa na zobraz. zařízení

• Kompozitní: 1 RCA zástrčka (tzv. cinch)• veškerá videodata přenášena jednou linkou

• Signál s jasem a signál s barvou sloučen do jednoho

• S-video (5pin)• Separate video

• obrazová data jako dva oddělené signály Y a C

(jasový a barvonosný)

• Komponentní: 3x RCA zástrčka • signály se skládají ze dvou nebo více samostatných signálů

• nedochází ke ztrátě informací o barvě

• SCART (21pin)• přenáší výše zmíněné video signály + 2D zvuk + 12V

• DVI• Standard vytvořený za účelem bezproblémové komunikace mezi

zobrazovacími zařízeními

• Určen k přenosu převážně nekomprimovaných dat

• Nahrazen HDMI

• Maximální rozlišení při 60Hz je 2,75Mpix

• S/PDIF • Sony/Philips Digital interface

• Soubor protokolů pro přenos digitálně kódovaného zvuku

• Přenos buď koaxiálním kabelem a nebo opticky

• Buď 2.0 nekomprimovaný zvuk nebo komprimovaný vícekanálový

• Nepodporuje bezztrátové formáty

• Je variantou normy AES3 (=standard pro přepravu digi audiosignálů)

Přenos dat mezi audio-video zařízeními

• High definiton multimedia interface• Pro přenos nekomprimovaného videa v HD

• audio (až 8 kanálů)

• CEC signál (ovládání zařízení)

• Ethernet (datové připojení)

• A 19pin

• B 29 pin (pro video s větším rozlišením 3840x2400); málo používaný

• Náhrada za stávající analogové formy, zpětně kompatibilní s DVI

• Existuje mnoho variant konektorů

• Jeden kabel na přenos všeho

• HDMI 1.0 z roku 2002 Datová propustnost 4,8 Gbit/s

• HDMI 1.3 z roku 2006 Datová prostupnost 10,2 Gbit/s

• HDMI 2.0 z roku 2013 Datová propustnost 18 Gbit/s, samplovací frekvence až 1536kHz

HDMI

• Koder+DECoder

• Softwarové nebo hardwarové zařízení umožňující kompresi a dekompresi videa

• Kodeku se při kompresi odesílá nekomprimované video o on vrací zkomprimované

• Lze nakonfigurovat datový tok, kvalitu, rychlost komprese

• Dělní: ztrátové/bezztrátové• Pro následné zpracování videa• Snížení velikosti nekomprimovaného videa bez znatelné degradace obrazu• Vysoká rychlost komprese kvůli (kódování v reálném čase) a dekomprese (kvůli editaci)

• Pro finální kompresi• Snaha o co největší kompresi (CD/DVD)• Kvalita vizuálně co nejblíže originálu (nedokonalosti lidského oka)

Kodeky

• HUFFYUV• Huffmanovo kódování

• GPL licence =svobodný SW

• Platformě nezávislý

• Výhoda: Velká rychlost komprese (predikce následujícího pixelu; rozdíl je zakódován) → menší paměťové nároky

• Nevýhoda: nízký kompresní poměr

• Od roku 2002 nevyvíjen

Bezztrátové kodeky

• LAGARITH• GPL licence

• Primárně pro Win, existují utility pro Mac OS

• Podpora multivláknového zpracování

• Rychlost kódování obdobná,dekódování pomalejší

• Nepoužívá predikci ale kóduje zvlášť každý snímek → vhodnější na editaci (posouvání, střih) než Huffyuv

Bezztrátové kodeky

• LCL• Lossless codec library

• Freeware

• Pro Win

• Skládá se z AVIzlib a AVImshz

• Vhodný ke kompresi digitální animace

Bezztrátové kodeky

• DivX• soubor produktů od společnosti DivX, Inc. včetně kodeku

kompatibilního s MPEG-4

• poskytuje velmi příznivé výsledky mezi kvalitou a velikostí

• Nahradil oblíbený DIvX ;-)

• velmi oblíben, díky čemuž je i podporován většinou DVD přehrávačů

• film z 4,7Gb DVD je schopen zkomprimovat na cca 700Mb při akceptovatelné kvalitě

• aktuální verze dostupná zdarma obsahuje: DivX Player, DivX comunity codec, DivXweb player

• placená navíc: DivX conventor a možnosti využití více vlastností ze základního balíku

Ztrátové kodeky

• Xvid• dříve XviD

• open-source kodek kompatibilní s formátem MPEG-4

• navázal na OpenDivX ukončení v roce 2001

• multiplatformní

• soubory zakódované Xvid mohou být přehrány DivX

• lze využít řadu pokročilých vlastností, ty ovšem snižují kompatibilitu.

• kodek podporuje libovolné rozlišení až do velikosti obrazu 1920×1088 bodů

Ztrátové kodeky

• FFmpg• kolekce svobodného softwaru pro konverzi a streamování videa

• zahrnuje libavcodec -nejdůležitější knihovna pro kompresi videa

• vyvíjen pro Linux, ale může být zkompilován i do jiných OS

• MPEG-4 ASP kodek FFmpegu plně podporuje dekódování videa kódovaného všemi běžnými MPEG-4 kodeky jako je DivX nebo Xvid

Ztrátové kodeky

• Windows Media Video• kodeky WMV vyvinula firma Microsoft jako odpověď na úspěch

formátů QuickTime a RealVideo

• při kompresi udržuje datový tok (některé snímky může zahazovat, a nebo tok vyplňovat nadbytečnými informacemi.

• aktuální verze umí pracovat s videem standardu VC-1 (alternativa k MPEG-4)

Ztrátové kodeky

• Časově a výpočetně náročný proces

• Převádí se při potřebě snížení velikosti, nebo podpoře jiného formátu

• Existuje řada programů• File Factory• Freeware• 3gp, mpg, mkv, flv, swf, mp4,• avi, wmv, rmvb,vob,mov• Velmi široké spektrum možností

nastavení

Převody mezi formáty videa

Děkujeme Vám za pozornost.