MULTIMEDIÁLNÍ TECHNOLOGIEPETRA 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

snímků3 definovatelné vlastnosti- formát kontejneru, komprese videa a obrazuuchovává 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 střihuH.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 datVideo 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.