Практика: розбираємося з форматами цифрового відео

Наша взаимовыгодная связь https://banwar.org/

Скільки важить відео

Відеозображення стандарту PAL або SECAM - це послідовність картинок, яка відображається з частотою 25 кадрів в секунду. В одному цифровому кадрі міститься 720х576 пікселів, тобто 414 тис. 720 елементів (пікселів). Кожна точка може мати один з 16,7 млн. Квітів і займати 3 байта в комп'ютері. Отже, один кадр займає близько 1,2 Мб. При стандартній частоті отримуємо цифру близько 30 Мб в секунду, тобто зберігання одного лише години відео (разом зі звуком) без компресії обійдеться в 107 Гб. Виглядає страхітливо, але вже зараз допустимо.

Але ж прогрес відео не стоїть на місці. Максимально можливу якість зараз досягається в HDTV (ТБ високої чіткості), цей формат має на увазі дозвіл 1920х1080 пікселів, тобто, при інших рівних умовах, серія кадрів, розрахованих на одну секунду, вже займають 148 Мб (521 Гб на годину).

Щоб уникнути подібних обсягів зберігається відео та нераціонального використання ресурсів комп'ютера, а також отримати можливість поширення відеосюжетів, були створені різні способи стиснення відео. Досягнуті за 15 років напрацювання розвитку цифрової техніки активно використовуються в повсякденному житті, в відеотрансляції, побутових пристроях (відеокамерах, DVD-плеєрах) і в мережі інтернет. Залежно від виду кодека, можна досягти різного ступеня стиснення і різного «ваги» готового фільму.

Як відбувається стиснення

На відміну від універсальних архіваторів (на кшталт WinRar або WinZip), стиснення відео відбувається з деякими втратами, величина яких залежить від обраного кодека. Це пов'язано з тим, що алгоритми звичайних архиваторов відеоінформацію (так само як і звук) практично не стискають. Сучасні алгоритми стиснення вдаються до всебічного логічному аналізу відеоролика з метою витягти повторювані шматки між кадрами і зменшити розмір кінцевого файлу. При відтворенні стисла інформація «розкривається», і вже після цього демонструється користувачу. Розкриття зображень, стиснутих деякими кодеками, може зажадати великого часу від малопотужного комп'ютера.

Для стиснення відео використовують різні кодеки

Найпопулярніші кодеки

Сьогодні найпоширеніші кодеки - це сімейство MPEG. Основу йому поклало стиснення фотографій. Всі ми знайомі з компактними картинками з розширенням JPG, а багато хто навіть зможуть відрізнити сильно стислу картинку (з кубічної структурою) від якісної (на око, порівнянної з оригіналом). Анатомічні особливості очі людини дозволяють, непомітно стискати картинку в десять разів, використовуючи кодер JPEG.

сильне стиснення

Максимальна якість

На наведених прикладах можна бачити, які артефакти, так звані кубики, виникають на фотографії стислій неправильно (з великим коефіцієнтом стиснення) і їх відсутність на фото з правильним стисненням. Подібні втрати якості при великому стисненні більшістю кодеків, в тому числі і JPEG, незворотні.

MPEG-1

Дуже популярний формат в усьому світі, з основою, взятої від кодека JPG. Стиснення в ньому проводиться серіями по три кадри. Це один з найстаріших кодеків, так що, практично на будь-яких, навіть самих «слабких» машинах ви зможете переглянути відео зі стереозвуком в цьому форматі. Однак і якість зображення невисока: воно порівнянне зі звичним аналоговим форматом VHS. Картинка має дозвіл 352х288 пікселів, та й якість її залишає бажати кращого. І хоча MPEG-1 не вимогливий до ресурсів, його доля вирішена: з розвитком ємності і швидкості передачі даних в комп'ютерах та Інтернеті формат буде поступово забуватися

Отримати файли MPEG-1 можна за допомогою програми AVI2MPG. Для збільшення натисніть тут .

M-JPEG

Формат використовує просту обробку кодованого аналогового відеосигналу по стандарту JPG (з дозволом 768х576 точок). Розшифровується як Motion-JPEG (рухомий JPEG). На сьогоднішній день цей формат практично не використовується, тому що якісно стислі ролики займають досить багато місця. У деяких моделях пристроїв (наприклад, фотокамерах з функцією відео) зустрічається спрощений варіант M-JPEG з роздільною здатністю 320х240 пікселів.

MPEG-2

Домінуючий формат на сьогодні це MPEG-2 (з дозволом 720х576 пікселів). Всі DVD-video диски працюють саме в форматі MPEG-2. Трансляції з супутників в кілька каналів на одній частоті, ефірна трансляція, в тому числі ТБ високої чіткості, різноманітні плеєри DVD, microMV-відеокамери використовують цей формат стиснення. І це не дивно. Після тріумфального успіху MPEG-1, новий формат, який би практично професійну якість картинки затверджувався досить довго, і вийшов дуже вдалим. MPEG-2 підходить для запису півторагодинного фільму відмінної якості на стандартний диск DVD (4,7 Гб). Крім того, в цьому форматі можна записувати на подвійні DVD (9 Гб) фільми підвищеної якості з використанням декількох різних доріжок звуку (дубляж), різних форматів багатоканального звучання, субтитрів, різних кутів огляду відеоматеріалу (кілька синхронних доріжок відео) і інших цифрових нововведень. Серед них, наприклад, присутній довільний миттєвий доступ до будь-якої частини відеоматеріалу на диску і відсутність перемотування при досягненні кінця відеоматеріалу, що раніше було досить великою проблемою.

MPEG-2 дозволяє використовувати дозволу аж до 1920х1080 пікселів (25 кадрів в секунду, з полями і без полів, з прогресивною розгорткою) і підтримує 6-канальний звук.

Особливості цього формату широко використовує компанія Sony в своєму розширеному стандарті microMV, хоча потік інформації там підвищений до 12 Мбіт / с (в порівнянні з максимальним стандартом DVD 9,8 Мбіт / с), а розмір касети зменшено (порівняно з DV). І все ж стандарт DV відрізняється більшою стійкістю і великим поширенням по всьому світу.

Нещодавно з'явилися камери, які пишуть відразу на miniDVD диски в форматі MPEG-2. Вони мають кілька важливих переваг - перезапис дисків до 1000 разів без втрати якості, доступність матеріалу і деякі інші переваги. Але очевидний і недолік - обмежений обсяг записаного матеріалу (до 30 хвилин на 1 miniDVD диск). Хоча для аматорських зйомок це дуже підходящий варіант: мініDVD диски прекрасно відтворюються на побутових плеєрах і ПК, а програми йдуть з такими камерами дозволяють проводити монтаж на будь-якому комп'ютері, оснащеному DVD-приводом.

Загальноприйняті стандарти для формату MPEG

ОписДозвілМаксимальний потікЯкість

VCD (відео CD, MPEG-1) 352х288х25 1,11 (4) Мбіт / c VHS, побутове SVCD (супер відео CD) 480х576х25 4,0 (6) Мбіт / c S-VHS, Laser Disk DVD Main, MPEG-2 720х576х25 6,0 (10.6) Мбіт / c CCIR 601, професійне DVD High 1920х1080х25 40,0 (80) Мбіт / c Hi-End відеомонтажна обладнання, кіно Джерело: ZOOM.CNews

MPEG-4

Розвитком формату MPEG-2 є MPEG-4. Всі ми вже давно звикли до звуку MP3, а формат MPEG-4 поєднує відмінний звук і максимальне ущільнення відеосигналу (до 30-40% краще ніж у попередника). Різниця полягає в тому, що кодується послідовність більш ніж з трьох кадрів (зазвичай до 250 кадрів). Тим самим досягається більше стиснення і можливість дивитися в режимі реального часу якісне потокове відео в інтернет. Динамічне стиснення також ефективно використовує ресурси, і на звичайний компакт-диск поміщається 1,5 години відео в досить хорошій якості. Однак, в більшості випадків, уважний глядач зможе побачити на хорошому екрані різницю між зображенням, закодованому в MPEG2 і MPEG4.

Деякі параметри, які можна налаштувати при кодуванні відео в MPEG-4

Деякі відеокамери дозволяють записувати у форматі MPEG-4 відео на власну карту пам'яті або працювати як web-камера, передаючи по USB кабелю відео зі звуком у форматі MPEG-4.

Крім того, сучасні технології дозволяють навіть відтворювати цифрове телебачення (стислий в форматі MPEG-4 або MPEG-2) за допомогою мобільних телефонів, використовуючи GPRS.

На сьогодні, MPEG-4 - це найбільш популярний формат поширення відео в інтернеті та на персональних комп'ютерах. Раціональне використання пам'яті при хорошій якості відео дають про себе знати. Кожна наступна версія кодека MPEG-4 (на сьогодні використовуються 3.хх, 4.хх і 5.хх версії) привносить все нові і нові прогресивні поліпшення. Велика кількість побутових плеєрів, КПК і інших пристроїв без проблем працюють з цим форматом. MPEG-4 буде актуальний ще, як мінімум, років десять, поки йому на зміну не прийде щось принципово нове.

MOV

Це формат був розроблений програмістами компанії Apple. Використовується він в основному на комп'ютерах цієї компанії, хоча також поширений досить сильно і в інтернеті. Стандарт MOV вважається застарілим, і дозволяє зберігати нестиснене відео, і досить популярний донині, так як відтворюється практично на будь-якому комп'ютері. Однак варто зауважити при його використанні неефективне використання ресурсів ні за якістю зображення, ні за розміром підсумкового файлу.

WMV

Windows Media Video призначений для невеликих файлів і поганих каналів передачі даних. Компанія Microsoft активно впроваджує цей перехідний формат в маси. Для перегляду відео невеликого розміру в інтернеті кодек доводиться дуже до речі, а тому використовується повсюдно, в тому числі для прямих трансляцій. Деякі портативні пристрої (наприклад, КПК) також використовують цей формат зберігання стислих медіа-даних.

Популярністю цей формат користується лише тому, що його просуває гігант Microsoft. Також Windows Media Video позиціонують для створення високоякісного відео для DVD (в форматі Microsoft Windows Media Video High-Definition, або WMV HD), але зі швидкістю передачі даних, такий же, як і на стандартному DVD. Відтворювати його можна з використанням плеєра Windows Media 10 Series на комп'ютерах з операційною системою Microsoft Windows XP. Майбутнє цієї новинки залежить виключно від наполегливості Мікрософт і кількість грошей, вкладених в цю ліцензовану розробку.

Digital Video (DV)

По-справжньому якісне цифрове відео з'явилося з розробкою формату DV (а також з різновидами DVCAM, DVCPRO, miniDV). Для повноцінної роботи з цим форматом потрібно з'єднання DV-камери з комп'ютером. І воно було знайдено - це формат передачі даних IEEE-1394 (також має назви i.Link або FireWire). За допомогою порту IEEE-1394 можна копіювати все, що знято на відеокамеру в комп'ютер і назад (якщо камера підтримує таку можливість). Так як відбувається передача цифрового сигналу в обидва боки, втрати при перенесенні інформації виключені.

Не вдаючись в тонкощі процесу кодування, відзначимо, що завдяки новим методам перетворення, розмір кадру в DV досягає 720x576 точок, звук - 48 кГц / стерео, а потік відео - 3,6 Мбайт / с. Таким чином, відео практично професійної якості стало доступно кожному з цифровою камерою формату DV. Тим більше на одну відеокасету подібного формату вміщається до 90 хвилин (LP режим) високоякісного матеріалу.

Майбутнє цього формату практично безхмарно. І буде ще довго радувати всіх любителів і цінителів якісного домашнього відео, яке повсюдно використовується на ТБ (документальні фільми, прямі репортажі та ін.)

Що ж далі?

Реальними можливостями нарощування якості є поліпшення «цифри». Вже не за горами практичне впровадження стандарту HDV (високоякісне DV) в маси, що має на увазі збільшення чіткості кадру і використовує в своїй основі все той же формат DV.

Blue Ray диски вже готові до масового використання, а основна їх відмінність від DVD - у обсязі (на один Blue Ray диск вміщається до 25 Гб інформації). Такий обсяг дозволить збільшити обсяг готових фалів, а значить, зменшити ступінь стиснення і збільшити кінцеву якість. Відеокамери з можливістю запису на подібні диски повинні з'явитися в найближчому майбутньому і стануть черговою сходинкою в розвитку прогресу цифрової відеотехніки.

Денис Овсянніков