Anglická verze
logolink

< Zpět na seznam lekcí

Teorie a specifikace digitálního videa

DreamweaverObsah lekce:

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

Snímkovací frekvence

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

Snímkové frekvence ve filmu a televizi

Ve filmu, televizi a při zpracování videa existuje několik běžně používaných hodnot snímkové frekvence: 24 Hz, 25 Hz, 30 Hz, 50 Hz, a 60 Hz.

  • 24 Hz je snímkovací frekvence nejčastěji používaná při filmovém záznamu. Při promítání se ale obvykle používá dvojnásobné frekvence a každý snímek je promítnut dvakrát
  • Televizní formát PAL má 50 půlsnímků, tedy 25 celých snímků za sekundu (50 Hz).
  • Televizní formát NTSC má 59,94 půlsnímků za sekundu (přesná hodnota je 60 Hz/1,001).

zdroj: Wikipedie – otevřená encyklopedie

Prokládání obrazu

Jestliže zpracováváme video natočené digitální kamerou zakoupenou v Evropě, bude pořízený záznam s nejvyšší pravděpodobností odpovídat televizní normě PAL. Ta se vyznačuje snímkovou frekvencí 25 fps a rozlišením obrazu 720 x 576 pixelů nezávisle na tom, zda natáčíme se standardním (4:3) nebo širokoúhlým (16:9) poměrem stran. Uvedených 25 fps je ale ve skutečnosti složeno z 50 půlsnímků (50 i – "i" jako "interlaced"), které tvoří obraz. Jeden půlsnímek obsahuje pouze sudé/liché řádky obrazu. To by mohlo na první pohled přesně odpovídat 25 plným snímkům (25 p, "p" jako "progressive"), ale není tomu tak. Kdybychom natáčeli video jako 25 plných snímků, při zastavení záznamu bychom viděli pohybující se objekty vždy zmražené v jedné pozici ("zmraženost" je samozřejmě také dána rychlostí závěrky kamery) s rozestupem 0,04 sekundy (1/25) (viz obrázek č. 1). Protože se ale záznam pořizuje po půlsnímcích s rozestupem 0,02 sekundy (1/50) a zobrazovány jsou vždy sudé i liché snímky zároveň, vidíme v jedné scéně po řádcích prolnutý obraz, který nebyl pořízen v jeden okamžik (viz obrázek č. 2).

25p
Tři snímky letu míčku pořízené a zobrazené 25 p

50i
Snímky pořízené 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 Evropě je to PAL (Phase Alternation by Line). Oba standardy pochází z televizního průmyslu. NTSC má rozlišení 480 horizontálních řádků a frekvenci 30 snímků za vteřinu. PAL má vyšší rozlišení 576 horizontálních řádek, ale nižší počet snímků za sekundu - 25. Celkové množství informací za sekundu je u obou standardů stejné.

Rozlišení 01
Různá NTSC rozlišení

Rozlišení 02
Různá PAL rozlišení

Rozlišení VGA

VGA je zkratka pro Video Graphics Array je systém zobrazování grafiky původně vyvinutý IBM pro PC. Rozlišení je definováno na 640×480 pixelů, což je velikost velmi podobná NTSC a PAL. Za normálních okolností je VGA vhodnějším formátem pro síťové kamery, protože jejich záběry jsou ve většině případů zobrazovány na počítačových monitorech, které používají VGA rozlištění (resp. jeho násobky). Quarter VGA (QVGA) s rozlišením 320×240 je také často používaný formát velmi podobný velikosti CIF. Mezi rozlišení založená na VGA patří XVGA (1024×768 pixelů) a 1280×960 pixelů - 4 násobek VGA - poskytující megapixelové rozlišení.

Rozlišení MPEG

Rozlišení obvykle nabývá těchto velikostí:

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

Rozlišení 03
Rozlišení používaná u MPEG

zdroj: Netcam.cz

Aspect ratio

Poměr stran. Většinou se udává ve zlomcích (4:3, 16:9) nebo jako číslo 1.33, 1.78, 2.35 atd. Tímto se většinou myslí skutečný poměr stran aktivního obrazu (bez černých pruhů) při přehrávání.

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

DAR (Display Aspect Ratio) - poměr stran zobrazení. Je to informace ve video streamu, která říká, s jakým poměrem stran se má video zobrazit. U DV a DVD může nabývat hodnot 1:1, 4:3, 16:9 a 2.21:1. První a poslední hodnota se ale téměř nepoužívají. DAR ještě neříká nic o skutečném poměru stran (AR), protože v obrazu mohou být černé pruhy.

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

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

zdroj: JeCh Webz

Datový tok

Bitrate (datový tok) nám udává počet bitů za vteřinu, které přehrávač při přehrávání videa zpracovává. Bitrate souboru je tedy definovaný počet bitů za sekundu obrazu (a samozřejmě i zvuku), který použije kodér pro kódování. Obecně a zjednodušeně platí, že čím více bitů za vteřinu je na kompresi použito, tím je výsledné video v lepší kvalitě.

Rozdělení

  • CBR - constant bitrate, neboli stálý datový tok - datový tok je stejný (konstantní) po celou dobu přehrávání. Je jednoduchý na kompresi, avšak data proudí stále stejnou rychlostí, a to i na místech, kde to není bezpodmínečně potřeba (klidný obraz, žádný pohyb) a zabírají tak zbytečně místo na disku. Kodek tedy udržuje stále stejný bitrate bez ohledu na to, kolik je ho ve skutečnosti potřeba. Jestliže je tedy audio nahrávka vytvořena s konstantním bitrate, znamená to, že půlka skladby je přesně uprostřed souboru.
  • VBR - variable bitrate, neboli proměnný datový tok - zde se kompresní poměr mění podle složitosti scény, při rychlém pohybu obrazu je komprese nejmenší (a tedy datový tok největší). Naproti tomu na málo složité pasáže se použije dat méně. Výhodou je, že takto lze dosáhnout při stejném průměrném datovém toku výrazně vyšší kvality výstupu než při konstantním datovém toku, nevýhoda naopak to, že se dá špatně odhadnout velikost výsledného souboru (zvolený bitrate reprezentuje průměr a málokdy se do něj kodek přesně strefí). Obecně však platí, že při VBR lze na jeden disk nahrát více dat (delší video) než u CBR, aniž by se to nějak viditelně projevilo na kvalitě obrazu). Tento typ kódování používá MPEG-4.

zdroj: Video na PC

Nejpoužívanější videoformáty

MPEG

Moving Picture Experts Group - označení pro skupinu standardů používaných ke kódování/dekódování obrazového či zvukového materiálu za pomoci kompresních algoritmů. Cílem práce této skupiny bylo standardizovat metody komprese videosignálu. Všechny komprese typu MPEG používají ke komprimaci diskrétní kosinův algoritmus.

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

MPEG-1

MPEG-1 se svého času používal a okrajově stále ještě používá pro záznam obrazu i zvuku pro disky typu Video CD. Formát MPEG-1 byl dokončen v roce 1991 a jako norma přijat v roce 1992. Byl navržen pro práci s obrazy o rozměru 352x288 bodů, 25 rámců/s (odvozen od PAL) nebo 352x240, 30f/s (odvozen od NTSC) při datovém toku 1,5 Mb/s, které byly považovány za optimální, ale v maximálních hodnotách nedosažitelné. Těmito parametry odpovídal formátu VHS, ale v digitální obdobě pro CD. Formát MPEG-1 se stal součástí "Bílé knihy", která je definována jako norma pro záznam pohyblivého obrazu na CD (72 minut videa). V současné době se MPEG-1 pro video využívá občas jen pro internetové prezentace, u kterých stačí jako náhled informativní kvalita videa. Z generace MPEG-1 je asi nejvíce znám zvukový formát MP3, který se díky osobním MP3-přehrávačům a Internetu stal (a stále je) zřejmě nejrozšířenějším kompresním zvukovým formátem pro audio v domácím použití.

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

MPEG-2

Formát MPEG-2 se stal standardem pro kompresi digitálního videa. Hlavní předností je dokonalá technická dokumentace, obecná kompatibilita a velká rozšířenost. Formát MPEG-2 byl dokončen v roce 1994. MPEG-2 se v současné době nejčastěji používá pro kompresi videa. Jako kompresní algoritmus je využívám pro DVD. Navíc pro DVD je MPEG-2 kódována taktéž dvěma odlišnými metodami – buď konstantním bitovým tokem (constant bit rate - CBR) nebo variabilním bitovým tokem (variable bit rate - VBR).

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

MPEG-4

Standard MPEG-4 byl navržen pro extrémně nízké datové toky - menší než 64kb/s. V současné době se v souvislosti s MPEG-4 objevilo množství kodeků, které umožňují radikálně zmenšit digitální video s malou změnou obrazu. Jedná se zejména o kodek DivX, který ale není oficiálně uznán. Dále pak XviD nebo formáty WMV a VMA od společnosti Microsoft. WMV je od Microsoftu k dispozici i ve verzi WMV HD pro záznam videa ve vysokém rozlišení 1080 řádků. Mezi MPEG-4 patří i formáty Quick Time a Real Video, ve kterých si asi nejčastěji stahujeme z Internetu filmové trailery. Jeho využití není však pouze na Internetu, kde je potřeba co nejmenší velikosti kvůli přenosovým rychlostem, ale i pro video na CD. Formát MPEG-4 pracuje se třemi úrovněmi nastavení - nízkou, střední a vysokou, která umožňuje proměnlivě měnit datový tok, tím snižovat velikost a optimalizovat streamování. Pracuje taktéž ve dvou módech s VBR a CBR.

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

WMV

Windows Media Video (WMV) je komprimovaný souborový videoformát pro několik kodeků vyvinutých společností Microsoft, chráněných zákonem. Originální kodek známý jako WMV, byl původně navržen pro internetové streamingové aplikace jako konkurence pro již zavedený RealVideo. Ostatní kodeky jako např. WMV Screen a WMV Image, se staraly o specializovaný obsah. Během standardizace ze SMPTE, si WMV vzalo za své i formáty jako HD DVD a Blu-ray disk.

zdroj: Wikipedie – otevřená encyklopedie

DVD Compatible Formats

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

Nejpoužívanější audioformáty

MP3

MP3 (MPEG-1 Layer 3) je formát ztrátové komprese zvukových souborů, založený na kompresním algoritmu MPEG (Motion Picture Experts Group). Při zachování vysoké kvality umožňuje zmenšit velikost hudebních souborů v CD kvalitě přibližně na desetinu, u mluveného slova však podává výrazně výsledky horší.

zdroj: Svět hardware

WMA

Windows Media Audio (WMA) je komprimovaný zvukový formát vyvinutý jako součást Windows Media byl původně určen jako náhrada za MP3 (které bylo patentované a Microsoft musí platit za jeho začlenění ve Windows). Dnes spíše soupeří s Applovým AAC. WMA soubory jsou téměř výlučně v kontejneru ASF a mají příponu .asf nebo .wma.

zdroj: Wikipedie – otevřená encyklopedie

OGG

Datový formát Ogg propagovaný nadací Xiph.org byl vytvořen jako výchozí materiál větší iniciativy, která si klade za cíl vyvinout komponenty pro kódování a dekódování multimediálního obsahu, přičemž tyto komponenty budou svobodně dostupné a svobodně reimplementovatelné v softwaru (BSD licence).
Formát se skládá z kusů dat nazývajících se stránka ogg. Každá stránka začíná řetězcem "OggS" k identifikaci souboru jako Ogg formátu. Sériové číslo a číslo stránky v záhlaví stránky identifikuje každou stránku jako část série stránek tvořících proud bitů (bitstream).
Různé části projektu jsou zamýšleny jako alternativy k nesvobodným standardům, jakými jsou kodeky MPEG, Real, QuickTime, Windows Media; formáty RIFF – WAV a AVI.

zdroj: Wikipedie – otevřená encyklopedie

AAC

Advanced Audio Coding (zkráceně AAC) je zvukový formát, který byl vyvinut jako logický následovník formátu MP3 na středních až vyšších bitratech v rámci standardu MPEG4. Formát AAC není úplně jednotný a obsahuje v sobě několik profilů, vylepšení apod. Taktéž existuje mnoho enkoderů (většinou proprietárních), které se razantně liší kvalitou. V oblasti hardware se ujal především v přehrávačích firmy Apple iPod. Jeho podpora se také nachází v novém firmware (2.0) PSP (Play Station Portable).

zdroj: Wikipedie – otevřená encyklopedie

Kodeky

Kodek (složenina z počátečních slabik slov „kodér a dekodér“, respektive komprese a dekomprese; převzato z anglického codec analogického původu) je zařízení nebo počítačový program, který dokáže transformovat datový proud (stream) nebo signál. Kodeky ukládají data do zakódované formy (většinou za účelem přenosu, uchovávání nebo šifrování), ale častěji se používají naopak pro obnovení přesně nebo přibližně původní formy dat vhodné pro zobrazování, případně jinou manipulaci. Kodeky jsou základní součástí softwaru pro editaci (střih) multimediálních souborů (hudba, filmy) a často se používají pro videokonference a distribuci multimediálních dat v sítích (streamování). Jako kodek je také velmi často nazýván dekodér, ale přehrávače videa nepoužívají pro svoji práci kodeky. Chybí zde totiž první část této složeniny - kodér. Přehrávače video pouze přehrávají (na rozdíl od programů pro střih videa). To samé platí i obráceně. O programu x264 lze těžko mluvit jako o kodeku, protože video umí pouze zkomprimovat, nedokáže jej již zpět dekódovat. Správně by tedy mělo být řečeno, že x264 je kodér pro formát MPEG-4 AVC (H.264) a například přehrávač Media Player Classic zase obsahuje integrovaný dekodér formátu MPEG-2. Slovo kodek je tedy značným způsobem nadužíváno a je jím obyčejně myšlen formát, kodér nebo dekodér. Tato praxe je běžná nejen v Česku, ale i v zahraničí, kde je slovo codec také velmi často užíváno v nesprávných souvislostech. Na podobných principech pracuje také obvykle hardwarový endec (z anglických slov encode a decode = zakódovat a dekódovat).

zdroj: Wikipedie – otevřená encyklopedie

Formát vs. kodek

Pojmy kodek a formát se v poslední době velmi často zaměňují a vede to ke zmatení uživatelů. V některých případech k zaměňování těchto dvou pojmů přispívá fakt, že se občas název kodeku shoduje s názvem formátu. Příkladem takových kodeků jsou Lagarith, HuffYUV nebo WMV. Přesto je třeba toto rozlišovat a to zvláště u kodeků, kde jejich název není shodný s formátem, který produkují. To je případ asi dvou nejznámějších kodeků - 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 často deklarují „podporu DivX”. Tato formulace je už sama o sobě špatná. Správně by mělo být napsáno, že takový přístroj podporuje MPEG-4 ASP. Přehraje tedy video vytvořené libovolným kodekem, jehož výstupem je MPEG-4 ASP. Kodeky rovněž nelze zaměňovat s tzv. kontejnerem. Ten umožňuje uložit zvuková, obrazová i jiná data do jednoho souboru – v souborech s příponami „.ogg“, „.mpg“, „.avi“, „.mov“ atd. jsou informace zakódované kodeky pouze uloženy. Kontejnery se liší ve formátech, které mohou obsahovat. Mezi univerzální kontejnery patří např. AVI a Matroska.

zdroj: Wikipedie – otevřená encyklopedie

Nejpoužívanější multimediální kontejnery

Multimediální kontejner je způsob uložení různých druhů multimediálních dat, tzv. streamů do jednoho souboru. Jde vlastně 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 například jedno video, ke kterému je přiřazeno několik zvukových stop (např. v různých jazycích), několik titulků (opět v různých jazycích) a zajišťuje jejich synchronizaci. Uživatel si tak při přehrávání může vybrat, kterou kombinaci multimediálních dat preferuje. Kontejnery se vzájemně liší podle jejich schopností pojmout různá multimediální data. Kontejner sám neříká nic o vnitřní kompresi uložených dat, ta je určena použitým kodekem. Některé kontejnery mohou mít v sobě uloženy pouze omezenou množinu formátů (např. MPEG). Kontejner zároveň nese informaci o tom, jakým kodekem byl každý datový proud kódován.

zdroj: Wikipedie – otevřená encyklopedie

AVI

Soubory AVI (Audio Video Interleaved) se staly standardem digitálního videa již od počátku prezence videa na počítačích Přípona souboru AVI však ještě jednoznačně neidentifikuje tento soubor, pouze jej přiřazuje do obecné skupiny souborů s videem pro Windows. Soubor AVI může být vytvořen v různém kódovacím systému (kodeku) - k příponě souboru AVI se váže množství konkrétních kompresních a dekompresních schémat, která je nutno mít v počítači nainstalována, abychom mohli videosoubor přehrát.

zdroj: Video na PC

MPEG

Dalším hojně používaným formátem je MPEG. Je určen, jak již název říká, především pro MPEG video a zvuk a umožňuje jak lokální uložení souboru na disk, tak streamování po internetu, nebo použití pro terestriální nebo satelitní vysílání nebo i interaktivní obsah. Formát pochází od výrobců spotřební elektroniky a hlavním požadavkem na něj byla především jednoduchost, aby mohl být snadno implementován v komerčních zařízeních.

zdroj: tvfreak.cz

QUICK TIME

Tento multimediální kontejner (konkurent AVI) byl vytvořen ve společnosti Apple a může obsahovat jakýkoli kodek, CBR nebo VBR. Obvykle má příponu .QT nebo .MOV. Umožňuje nést různé typy informací, například i Flash. Základní jednotkou souboru je atom, který může obsahovat další atomy.

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

REAL MEDIA FORMAT

Poměrně starým kontejnerem je i Real Media Format (RMF), přípona .RM, .RMF nebo .RV pro video a .RA pro zvuk. Pochází od společnosti Real Networks, která se zabývá především streamováním po internetu, k čemuž je soubor předurčen. Jeho zajímavostí, resp. zajímavostí videa je to, že se může měnit framerate videa v čase, k čemuž je uzpůsoben i formát kontejneru. Je-li využito objektů, které přehrávač některé nezná, může je bez problémů přeskočit. Licenční politika firmy nedovoluje využívat formát pro jiné účely než pro přehrávání, navíc pouze vlastním dodávaným přehrávačem, což se bohužel odráží i v klesající popularitě tohoto formátu. Vytvořit soubory RMF je možné v mnoha programech.

zdroj: tvfreak.cz

MKV

Matroška je projekt, který vznikl v květnu roku 2003. Jeho účelem je vytvořit univerzální multimediální kontejner, který by podporoval co největší množství kompresí a nadstandardních vlastností. Umožňuje obsahovat téměř libovolný formát zvuku i videa a prakticky neomezený počet zvukových/titulkových stop. Pro přehrávání je nutné nainstalovat příslušný splitter nebo použít přehrávač, který již podporu Matrošky obsahuje.

zdroj: JeCh Webz

Další čtení

Odkazy

Otázky

  1. Jaké druhy snímkovacích frekvencí se používají?
  2. Proč se používá prokládání obrazu?
  3. K čemu slouží rozlišení videa?
  4. Jaké znáte poměry stran digitálního videa?
  5. Co je to datový tok? Jak se rozděluje?
  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