Anglická verze
logolink

< Zpìt na seznam lekcí

Teorie a specifikace digitálního videa

DreamweaverObsah lekce:

  • Snímkovací frekvence
  • Prokládání obrazu
  • Rozlišení videa
  • Aspect ratio
  • Datový tok
  • Formáty (audio a video) /nejpoužívanìjší/
  • Kodeky
  • Rozdíl mezi formýty a kodeky
  • Multimediální kontejnery /nejpoužívanìjší/

Snímkovací frekvence

Snímková frekvence je frekvence, s jakou zobrazovací zaøízení zobrazuje jednotlivé unikátní snímky, pøípadnì záznamové zaøízení zachycuje snímky. Snímová frekvence se obvykle udává v jednotkách fps (z anglického frames per second) nebo prostì v hertzích – v obou pøípadech jednotka odpovídá jednomu snímku za sekundu.

Snímkové frekvence ve filmu a televizi

Ve filmu, televizi a pøi zpracování videa existuje nìkolik bìžnì používaných hodnot snímkové frekvence: 24 Hz, 25 Hz, 30 Hz, 50 Hz, a 60 Hz.

  • 24 Hz je snímkovací frekvence nejèastìji používaná pøi filmovém záznamu. Pøi promítání se ale obvykle používá dvojnásobné frekvence a každý snímek je promítnut dvakrát
  • Televizní formát PAL má 50 pùlsnímkù, tedy 25 celých snímkù za sekundu (50 Hz).
  • Televizní formát NTSC má 59,94 pùlsnímkù za sekundu (pøesná hodnota je 60 Hz/1,001).

zdroj: Wikipedie – otevøená encyklopedie

Prokládání obrazu

Jestliže zpracováváme video natoèené digitální kamerou zakoupenou v Evropì, bude poøízený záznam s nejvyšší pravdìpodobností odpovídat televizní normì PAL. Ta se vyznaèuje snímkovou frekvencí 25 fps a rozlišením obrazu 720 x 576 pixelù nezávisle na tom, zda natáèíme se standardním (4:3) nebo širokoúhlým (16:9) pomìrem stran. Uvedených 25 fps je ale ve skuteènosti složeno z 50 pùlsnímkù (50 i – "i" jako "interlaced"), které tvoøí obraz. Jeden pùlsnímek obsahuje pouze sudé/liché øádky obrazu. To by mohlo na první pohled pøesnì odpovídat 25 plným snímkùm (25 p, "p" jako "progressive"), ale není tomu tak. Kdybychom natáèeli video jako 25 plných snímkù, pøi zastavení záznamu bychom vidìli pohybující se objekty vždy zmražené v jedné pozici ("zmraženost" je samozøejmì také dána rychlostí závìrky kamery) s rozestupem 0,04 sekundy (1/25) (viz obrázek è. 1). Protože se ale záznam poøizuje po pùlsnímcích s rozestupem 0,02 sekundy (1/50) a zobrazovány jsou vždy sudé i liché snímky zároveò, vidíme v jedné scénì po øádcích prolnutý obraz, který nebyl poøízen v jeden okamžik (viz obrázek è. 2).

25p
Tøi snímky letu míèku poøízené a zobrazené 25 p

50i
Snímky poøízené a zobrazené 50 i

zdroj: Michal Hrabí: Filmové efekty II - 3. díl: Jak na export videa nejen v Adobe Premiere

Rozlišení videa

Rozlišení NTSC a PAL

V Severní Americe a Japonsku je dominantním standardem pro analogové video NTSC (National Television System Committee), zatímco v Evropì je to PAL (Phase Alternation by Line). Oba standardy pochází z televizního prùmyslu. NTSC má rozlišení 480 horizontálních øádkù a frekvenci 30 snímkù za vteøinu. PAL má vyšší rozlišení 576 horizontálních øádek, ale nižší poèet snímkù za sekundu - 25. Celkové množství informací za sekundu je u obou standardù stejné.

Rozlišení 01
Rùzná NTSC rozlišení

Rozlišení 02
Rùzná PAL rozlišení

Rozlišení VGA

VGA je zkratka pro Video Graphics Array je systém zobrazování grafiky pùvodnì vyvinutý IBM pro PC. Rozlišení je definováno na 640×480 pixelù, což je velikost velmi podobná NTSC a PAL. Za normálních okolností je VGA vhodnìjším formátem pro sí�ové kamery, protože jejich zábìry jsou ve vìtšinì pøípadù zobrazovány na poèítaèových monitorech, které používají VGA rozlištìní (resp. jeho násobky). Quarter VGA (QVGA) s rozlišením 320×240 je také èasto používaný formát velmi podobný velikosti CIF. Mezi rozlišení založená na VGA patøí XVGA (1024×768 pixelù) a 1280×960 pixelù - 4 násobek VGA - poskytující megapixelové rozlišení.

Rozlišení MPEG

Rozlišení obvykle nabývá tìchto velikostí:

  • 704×480 pixelù (TV NTSC)
  • 704×576 pixelù (TV PAL)
  • 720×480 pixelù (DVD-Video NTSC)
  • 720×576 pixelù (DVD-Video PAL)

Rozlišení 03
Rozlišení používaná u MPEG

zdroj: Netcam.cz

Aspect ratio

Pomìr stran. Vìtšinou se udává ve zlomcích (4:3, 16:9) nebo jako èíslo 1.33, 1.78, 2.35 atd. Tímto se vìtšinou myslí skuteèný pomìr stran aktivního obrazu (bez èerných pruhù) pøi pøehrávání.

PAR (Pixel Aspect Ratio) - pomìr stran bodu. Udává, kolikrát se má video s neètvercovými pixely roztáhnout. Napøíklad u 4:3 DVD je PAR 1.0926, pro 16:9 to je 1.4568.

DAR (Display Aspect Ratio) - pomìr stran zobrazení. Je to informace ve video streamu, která øíká, s jakým pomìrem stran se má video zobrazit. U DV a DVD mùže nabývat hodnot 1:1, 4:3, 16:9 a 2.21:1. První a poslední hodnota se ale témìø nepoužívají. DAR ještì neøíká nic o skuteèném pomìru stran (AR), protože v obrazu mohou být èerné pruhy.

LB (Letter Box) - dopisní schránka. Je to zpùsob zobrazení širokoúhlého videa na standardní 4:3 televizi (nebo i naopak). K obrazu se pøidají èerné pruhy.

PS (Pan & Scan) - vlož a sleduj. Druhý ze zpùsobù zobrazení 16:9 videa na 4:3 TV (nebo naopak). Obraz se zvìtší a oøízne.

zdroj: JeCh Webz

Datový tok

Bitrate (datový tok) nám udává poèet bitù za vteøinu, které pøehrávaè pøi pøehrávání videa zpracovává. Bitrate souboru je tedy definovaný poèet bitù za sekundu obrazu (a samozøejmì i zvuku), který použije kodér pro kódování. Obecnì a zjednodušenì platí, že èím více bitù za vteøinu je na kompresi použito, tím je výsledné video v lepší kvalitì.

Rozdìlení

  • CBR - constant bitrate, neboli stálý datový tok - datový tok je stejný (konstantní) po celou dobu pøehrávání. Je jednoduchý na kompresi, avšak data proudí stále stejnou rychlostí, a to i na místech, kde to není bezpodmíneènì potøeba (klidný obraz, žádný pohyb) a zabírají tak zbyteènì místo na disku. Kodek tedy udržuje stále stejný bitrate bez ohledu na to, kolik je ho ve skuteènosti potøeba. Jestliže je tedy audio nahrávka vytvoøena s konstantním bitrate, znamená to, že pùlka skladby je pøesnì uprostøed souboru.
  • VBR - variable bitrate, neboli promìnný datový tok - zde se kompresní pomìr mìní podle složitosti scény, pøi rychlém pohybu obrazu je komprese nejmenší (a tedy datový tok nejvìtší). Naproti tomu na málo složité pasáže se použije dat ménì. Výhodou je, že takto lze dosáhnout pøi stejném prùmìrném datovém toku výraznì vyšší kvality výstupu než pøi konstantním datovém toku, nevýhoda naopak to, že se dá špatnì odhadnout velikost výsledného souboru (zvolený bitrate reprezentuje prùmìr a málokdy se do nìj kodek pøesnì strefí). Obecnì však platí, že pøi VBR lze na jeden disk nahrát více dat (delší video) než u CBR, aniž by se to nìjak viditelnì projevilo na kvalitì obrazu). Tento typ kódování používá MPEG-4.

zdroj: Video na PC

Nejpoužívanìjší videoformáty

MPEG

Moving Picture Experts Group - oznaèení pro skupinu standardù používaných ke kódování/dekódování obrazového èi zvukového materiálu za pomoci kompresních algoritmù. Cílem práce této skupiny bylo standardizovat metody komprese videosignálu. Všechny komprese typu MPEG používají ke komprimaci diskrétní kosinùv algoritmus.

zdroj 1: Vladimír Preclík: Videoformáty
zdroj 2: Svìt hardware

MPEG-1

MPEG-1 se svého èasu používal a okrajovì stále ještì používá pro záznam obrazu i zvuku pro disky typu Video CD. Formát MPEG-1 byl dokonèen v roce 1991 a jako norma pøijat v roce 1992. Byl navržen pro práci s obrazy o rozmìru 352x288 bodù, 25 rámcù/s (odvozen od PAL) nebo 352x240, 30f/s (odvozen od NTSC) pøi datovém toku 1,5 Mb/s, které byly považovány za optimální, ale v maximálních hodnotách nedosažitelné. Tìmito parametry odpovídal formátu VHS, ale v digitální obdobì pro CD. Formát MPEG-1 se stal souèástí "Bílé knihy", která je definována jako norma pro záznam pohyblivého obrazu na CD (72 minut videa). V souèasné dobì se MPEG-1 pro video využívá obèas jen pro internetové prezentace, u kterých staèí jako náhled informativní kvalita videa. Z generace MPEG-1 je asi nejvíce znám zvukový formát MP3, který se díky osobním MP3-pøehrávaèùm a Internetu stal (a stále je) zøejmì nejrozšíøenìjším kompresním zvukovým formátem pro audio v domácím použití.

zdroj 1: Vladimír Preclík: Videoformáty
zdroj 2: Ondøej Beck: MPEG

MPEG-2

Formát MPEG-2 se stal standardem pro kompresi digitálního videa. Hlavní pøedností je dokonalá technická dokumentace, obecná kompatibilita a velká rozšíøenost. Formát MPEG-2 byl dokonèen v roce 1994. MPEG-2 se v souèasné dobì nejèastìji používá pro kompresi videa. Jako kompresní algoritmus je využívám pro DVD. Navíc pro DVD je MPEG-2 kódována taktéž dvìma odlišnými metodami – buï konstantním bitovým tokem (constant bit rate - CBR) nebo variabilním bitovým tokem (variable bit rate - VBR).

zdroj 1: Vladimír Preclík: Videoformáty
zdroj 2: Ondøej Beck: MPEG

MPEG-4

Standard MPEG-4 byl navržen pro extrémnì nízké datové toky - menší než 64kb/s. V souèasné dobì se v souvislosti s MPEG-4 objevilo množství kodekù, které umožòují radikálnì zmenšit digitální video s malou zmìnou obrazu. Jedná se zejména o kodek DivX, který ale není oficiálnì uznán. Dále pak XviD nebo formáty WMV a VMA od spoleènosti Microsoft. WMV je od Microsoftu k dispozici i ve verzi WMV HD pro záznam videa ve vysokém rozlišení 1080 øádkù. Mezi MPEG-4 patøí i formáty Quick Time a Real Video, ve kterých si asi nejèastìji stahujeme z Internetu filmové trailery. Jeho využití není však pouze na Internetu, kde je potøeba co nejmenší velikosti kvùli pøenosovým rychlostem, ale i pro video na CD. Formát MPEG-4 pracuje se tøemi úrovnìmi nastavení - nízkou, støední a vysokou, která umožòuje promìnlivì mìnit datový tok, tím snižovat velikost a optimalizovat streamování. Pracuje taktéž ve dvou módech s VBR a CBR.

zdroj 1: Vladimír Preclík: Videoformáty
zdroj 2: Ondøej Beck: MPEG

WMV

Windows Media Video (WMV) je komprimovaný souborový videoformát pro nìkolik kodekù vyvinutých spoleèností Microsoft, chránìných zákonem. Originální kodek známý jako WMV, byl pùvodnì navržen pro internetové streamingové aplikace jako konkurence pro již zavedený RealVideo. Ostatní kodeky jako napø. WMV Screen a WMV Image, se staraly o specializovaný obsah. Bìhem standardizace ze SMPTE, si WMV vzalo za své i formáty jako HD DVD a Blu-ray disk.

zdroj: Wikipedie – otevøená encyklopedie

DVD Compatible Formats

DVD formáty
DVD Compatible Formats (zdroj: divxland.org)

Nejpoužívanìjší audioformáty

MP3

MP3 (MPEG-1 Layer 3) je formát ztrátové komprese zvukových souborù, založený na kompresním algoritmu MPEG (Motion Picture Experts Group). Pøi zachování vysoké kvality umožòuje zmenšit velikost hudebních souborù v CD kvalitì pøibližnì na desetinu, u mluveného slova však podává výraznì výsledky horší.

zdroj: Svìt hardware

WMA

Windows Media Audio (WMA) je komprimovaný zvukový formát vyvinutý jako souèást Windows Media byl pùvodnì urèen jako náhrada za MP3 (které bylo patentované a Microsoft musí platit za jeho zaèlenìní ve Windows). Dnes spíše soupeøí s Applovým AAC. WMA soubory jsou témìø výluènì v kontejneru ASF a mají pøíponu .asf nebo .wma.

zdroj: Wikipedie – otevøená encyklopedie

OGG

Datový formát Ogg propagovaný nadací Xiph.org byl vytvoøen jako výchozí materiál vìtší iniciativy, která si klade za cíl vyvinout komponenty pro kódování a dekódování multimediálního obsahu, pøièemž tyto komponenty budou svobodnì dostupné a svobodnì reimplementovatelné v softwaru (BSD licence).
Formát se skládá z kusù dat nazývajících se stránka ogg. Každá stránka zaèíná øetìzcem "OggS" k identifikaci souboru jako Ogg formátu. Sériové èíslo a èíslo stránky v záhlaví stránky identifikuje každou stránku jako èást série stránek tvoøících proud bitù (bitstream).
Rùzné èásti projektu jsou zamýšleny jako alternativy k nesvobodným standardùm, jakými jsou kodeky MPEG, Real, QuickTime, Windows Media; formáty RIFF – WAV a AVI.

zdroj: Wikipedie – otevøená encyklopedie

AAC

Advanced Audio Coding (zkrácenì AAC) je zvukový formát, který byl vyvinut jako logický následovník formátu MP3 na støedních až vyšších bitratech v rámci standardu MPEG4. Formát AAC není úplnì jednotný a obsahuje v sobì nìkolik profilù, vylepšení apod. Taktéž existuje mnoho enkoderù (vìtšinou proprietárních), které se razantnì liší kvalitou. V oblasti hardware se ujal pøedevším v pøehrávaèích firmy Apple iPod. Jeho podpora se také nachází v novém firmware (2.0) PSP (Play Station Portable).

zdroj: Wikipedie – otevøená encyklopedie

Kodeky

Kodek (složenina z poèáteèních slabik slov „kodér a dekodér“, respektive komprese a dekomprese; pøevzato z anglického codec analogického pùvodu) je zaøízení nebo poèítaèový program, který dokáže transformovat datový proud (stream) nebo signál. Kodeky ukládají data do zakódované formy (vìtšinou za úèelem pøenosu, uchovávání nebo šifrování), ale èastìji se používají naopak pro obnovení pøesnì nebo pøibližnì pùvodní formy dat vhodné pro zobrazování, pøípadnì jinou manipulaci. Kodeky jsou základní souèástí softwaru pro editaci (støih) multimediálních souborù (hudba, filmy) a èasto se používají pro videokonference a distribuci multimediálních dat v sítích (streamování). Jako kodek je také velmi èasto nazýván dekodér, ale pøehrávaèe videa nepoužívají pro svoji práci kodeky. Chybí zde totiž první èást této složeniny - kodér. Pøehrávaèe video pouze pøehrávají (na rozdíl od programù pro støih videa). To samé platí i obrácenì. O programu x264 lze tìžko mluvit jako o kodeku, protože video umí pouze zkomprimovat, nedokáže jej již zpìt dekódovat. Správnì by tedy mìlo být øeèeno, že x264 je kodér pro formát MPEG-4 AVC (H.264) a napøíklad pøehrávaè Media Player Classic zase obsahuje integrovaný dekodér formátu MPEG-2. Slovo kodek je tedy znaèným zpùsobem nadužíváno a je jím obyèejnì myšlen formát, kodér nebo dekodér. Tato praxe je bìžná nejen v Èesku, ale i v zahranièí, kde je slovo codec také velmi èasto užíváno v nesprávných souvislostech. Na podobných principech pracuje také obvykle hardwarový endec (z anglických slov encode a decode = zakódovat a dekódovat).

zdroj: Wikipedie – otevøená encyklopedie

Formát vs. kodek

Pojmy kodek a formát se v poslední dobì velmi èasto zamìòují a vede to ke zmatení uživatelù. V nìkterých pøípadech k zamìòování tìchto dvou pojmù pøispívá fakt, že se obèas název kodeku shoduje s názvem formátu. Pøíkladem takových kodekù jsou Lagarith, HuffYUV nebo WMV. Pøesto je tøeba toto rozlišovat a to zvláštì u kodekù, kde jejich název není shodný s formátem, který produkují. To je pøípad asi dvou nejznámìjších kodekù - DivX a Xvid, které oba pracují se stejným formátem MPEG-4 ASP. To mimo jiné znamená, že jsou kompatibilní (video zakódované jedním z nich lze dekódovat pomocí jiného). Výrobci elektroniky èasto deklarují „podporu DivX”. Tato formulace je už sama o sobì špatná. Správnì by mìlo být napsáno, že takový pøístroj podporuje MPEG-4 ASP. Pøehraje tedy video vytvoøené libovolným kodekem, jehož výstupem je MPEG-4 ASP. Kodeky rovnìž nelze zamìòovat s tzv. kontejnerem. Ten umožòuje uložit zvuková, obrazová i jiná data do jednoho souboru – v souborech s pøíponami „.ogg“, „.mpg“, „.avi“, „.mov“ atd. jsou informace zakódované kodeky pouze uloženy. Kontejnery se liší ve formátech, které mohou obsahovat. Mezi univerzální kontejnery patøí napø. AVI a Matroska.

zdroj: Wikipedie – otevøená encyklopedie

Nejpoužívanìjší multimediální kontejnery

Multimediální kontejner je zpùsob uložení rùzných druhù multimediálních dat, tzv. streamù do jednoho souboru. Jde vlastnì o jakousi obálku pro uložení digitálních dat, která osahuje informace o formátu uloženého videa, audia, použité kompresi atd. V jednom souboru je tak možné kombinovat napøíklad jedno video, ke kterému je pøiøazeno nìkolik zvukových stop (napø. v rùzných jazycích), nìkolik titulkù (opìt v rùzných jazycích) a zajiš�uje jejich synchronizaci. Uživatel si tak pøi pøehrávání mùže vybrat, kterou kombinaci multimediálních dat preferuje. Kontejnery se vzájemnì liší podle jejich schopností pojmout rùzná multimediální data. Kontejner sám neøíká nic o vnitøní kompresi uložených dat, ta je urèena použitým kodekem. Nìkteré kontejnery mohou mít v sobì uloženy pouze omezenou množinu formátù (napø. MPEG). Kontejner zároveò nese informaci o tom, jakým kodekem byl každý datový proud kódován.

zdroj: Wikipedie – otevøená encyklopedie

AVI

Soubory AVI (Audio Video Interleaved) se staly standardem digitálního videa již od poèátku prezence videa na poèítaèích Pøípona souboru AVI však ještì jednoznaènì neidentifikuje tento soubor, pouze jej pøiøazuje do obecné skupiny souborù s videem pro Windows. Soubor AVI mùže být vytvoøen v rùzném kódovacím systému (kodeku) - k pøíponì souboru AVI se váže množství konkrétních kompresních a dekompresních schémat, která je nutno mít v poèítaèi nainstalována, abychom mohli videosoubor pøehrát.

zdroj: Video na PC

MPEG

Dalším hojnì používaným formátem je MPEG. Je urèen, jak již název øíká, pøedevším pro MPEG video a zvuk a umožòuje jak lokální uložení souboru na disk, tak streamování po internetu, nebo použití pro terestriální nebo satelitní vysílání nebo i interaktivní obsah. Formát pochází od výrobcù spotøební elektroniky a hlavním požadavkem na nìj byla pøedevším jednoduchost, aby mohl být snadno implementován v komerèních zaøízeních.

zdroj: tvfreak.cz

QUICK TIME

Tento multimediální kontejner (konkurent AVI) byl vytvoøen ve spoleènosti Apple a mùže obsahovat jakýkoli kodek, CBR nebo VBR. Obvykle má pøíponu .QT nebo .MOV. Umožòuje nést rùzné typy informací, napøíklad i Flash. Základní jednotkou souboru je atom, který mùže obsahovat další atomy.

zdroj 1: tvfreak.cz
zdroj 2: MPlayer: Video formáty

REAL MEDIA FORMAT

Pomìrnì starým kontejnerem je i Real Media Format (RMF), pøípona .RM, .RMF nebo .RV pro video a .RA pro zvuk. Pochází od spoleènosti Real Networks, která se zabývá pøedevším streamováním po internetu, k èemuž je soubor pøedurèen. Jeho zajímavostí, resp. zajímavostí videa je to, že se mùže mìnit framerate videa v èase, k èemuž je uzpùsoben i formát kontejneru. Je-li využito objektù, které pøehrávaè nìkteré nezná, mùže je bez problémù pøeskoèit. Licenèní politika firmy nedovoluje využívat formát pro jiné úèely než pro pøehrávání, navíc pouze vlastním dodávaným pøehrávaèem, což se bohužel odráží i v klesající popularitì tohoto formátu. Vytvoøit soubory RMF je možné v mnoha programech.

zdroj: tvfreak.cz

MKV

Matroška je projekt, který vznikl v kvìtnu roku 2003. Jeho úèelem je vytvoøit univerzální multimediální kontejner, který by podporoval co nejvìtší množství kompresí a nadstandardních vlastností. Umožòuje obsahovat témìø libovolný formát zvuku i videa a prakticky neomezený poèet zvukových/titulkových stop. Pro pøehrávání je nutné nainstalovat pøíslušný splitter nebo použít pøehrávaè, který již podporu Matrošky obsahuje.

zdroj: JeCh Webz

Další ètení

Odkazy

Otázky

  1. Jaké druhy snímkovacích frekvencí se používají?
  2. Proè se používá prokládání obrazu?
  3. K èemu slouží rozlišení videa?
  4. Jaké znáte pomìry stran digitálního videa?
  5. Co je to datový tok? Jak se rozdìluje?
  6. Jaké znáte používané formáty digitálního videa?
  7. Jaké znáte používané formáty digitálního audia?
  8. Co je to kodek a jak se liší od formátu?
  9. Co je to multimediální kontejner a jak se liší od kodeku a formátu?
webdesign, xhtml, css, php - Mgr. Michal Mikláš