Видео. Параметры видеофайлов - частота кадров, разрешение, цветовая модель и глубина цвета, соотношение сторон экрана. Потоки и их синхронизация. Компенсация движения.

Видео — последовательная смена изображений, сопровождаемая аудиовизуальными эффектами. Частота смены кадров в зависимости от формата – 25 либо 29 кадр\сек.

Видеофайл включает в себя все четыре составляющих: видео, звук, текст и графику.

Параметры видеофайлов:

Количество кадров в секунду. Частота кадров в секунду — это число неподвижных изображений, сменяющих друг друга в единицу времени и создающих эффект движения объектов на экране. В плёночном кинематографе 24 кадра в сек. Системы телевидения PAL и SÉCAM используют 25 кадров в секунду (25 fps), в NTSC использует 30.

Разрешение. Аналоговое телевизионное разрешение составляет 720×576 пикселей для стандартов PAL и SÉCAM, при частоте кадров 50 fps и 720×480 пикселей для NTSC, при частоте 60 fps. HDTV предполагает разрешения до 1920×1080 при частоте мелькания 60 fps.

Цветовая модель и глубина цвета. Количество цветов и цветовое разрешение видеосигнала описывается цветовыми моделями. Для стандарта PAL применяется цветовая модель YUV, для SÉCAM модель YDbDr, для NTSC модель YIQ. Эти модели позволяют передавать цвета по одному каналу, что в свое время решило проблему перехода от ЧБ телевидения к цветному (при просмотре цветного видео на ЧБ телевизоре, отображается только компоненту яркости(Y). Количество цветов, которое может отобразить монитор или проектор зависит от самого устройства. Количество цветов в видеоматериале определяется глубиной цвета – числом бит, отведённым для кодирования цвета каждого пикселя (bits per pixel, bpp). Один бит позволяет закодировать два цвета (2^1=2) (чёрный и белый), 2 бита — 4 цвета, 8 бит — 256 цветов/

· Соотношение сторон экрана. 4:3 – «телевизионное» соотношение сторон. Чтобы приблизить форму кадра к естественному полю зрения человека, был введён стандарт 16:9, почти соответствующий так называемому «Золотому сечению». Цифровое телевидение ориентируется на соотношение 16:9.

Потоки и их синхронизация. При воспроизведении видео надо синхронизировать потоки видео, звука и субтитров. Реализация на примере формата avi (Audio Video Interleave – чередование аудио и видео): видеопоток разделяется на кадры, воспроизводится первый кадр, сразу за ним кусок аудио, соответствующий этому кадру, следом пускаем второй кадр и второй же аудиофрагмент – и так циклично пропускаем все видео. Зритель не успевает заметить «подвоха». Единственный минус – из-за разбиения avi-формат не позволяет получить аудиофайл с файла.

Компенсация движения реализуется за счет похожести соседних кадров. Поскольку соседние кадры в видео-последовательности, как правило, похожи, но смещены друг относительно друга, становится возможным восстановить это смещение и построить блоки нового кадра из блоков старого. Обычно для этого используются блоки размером 16х16 или 8х8. Компенсация движения является неотъемлемой частью хороших алгоритмов повышения качества видео, в частности, алгоритмов шумоподавления.

Стандарты кодирования видео - MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4 и MPEG-4 Part 10 (H.264). Кодеки как программная реализация стандартов. Контейнеры видеофайлов. Форматы AVI, MP4, MKV. Стандарты DVD-Video и DVD-Audio.

MPEG - один из основных стандартов сжатия. Аббревиатура MPEG (Moving Pictures Expert Group) - это название международного комитета, занимающегося разработкой данного стандарта сжатия. Его разновидности:

MPEG-1 - формат сжатия для компакт-дисков (CD-ROM). Качество видео - как у обычного видеомагнитофона, разрешение 352х240, диск с фильмом в таком формате обычно обозначается VCD (VideoCD).

MPEG-2 - формат для DVD-дисков, цифрового телевидения. В этом формате снимают видео DVD-, HDD-, Flash-камеры.

MPEG-3 - сейчас не используется.

MPEG-4 - это формат, получаемый с помощью известных кодеков DivX, XviD, H.264 и др. Часто его называют просто MP4. Уменьшает видеопоток еще сильнее, чем MPEG-2. Используется в DVDRip.

H.264, MPEG-4 Part 10 или AVC— лицензируемый стандарт сжатия видео, предназначенный для достижения высокой степени сжатия видеопотока при сохранении высокого качества. Используется в цифровом телевидении высокого разрешения (HDTV) и во многих других областях цифрового видео.

Сравним: фильм длительностью 1,5 часа в формате DV занимает примерно 20 Гб, в MPEG-2 - 4,7 Гб (пишем на DVD-диск), в формате MPEG-4 - 700 Мб (пишем на CD-диск.

Кодек (КОдировщик/ДЕКодировщик) — это способ шифрования видеоданных для записи в файл (например, AVI) и расшифровки этого же файла при воспроизведении. Задача любого кодека - максимальное сжатие файла без заметной потери качества.

Кодек DivX основан на стандарте MPEG-4 и позволяет в несколько раз уменьшить объем видео в формате DVD. В последних версиях реализована полнейшая совместимость со стандартом MPEG-4. Xvid является бесплатной версией Xvid

Форматы видеофайлов:

AVI (Audio and Video Interleaved) — Самый распространенный и «старый» формат контейнера. Разрабатывался корпорацией Microsoft в качестве стандартного формата для OS Windows, поэтому его поддерживают все программы, которые работают с видео.

Звук и видео в этом формате записываются поочередно: 1 видео – кадр звук — 1 видео — звук — видео и т.д.

MP4 —Является составной частью стандарта MPEG-4.

Предусматривает не только хранение аудио и видео, а ещё и анимированного/интерактивного содержимого (например, меню DVD-фильма). Для проигрывания mp4 файлов, содержащих лишь аудио и видео потоки, можно воспользоваться почти любым медиапроигрывателем. Звуковая дорожка в MP4 может быть моно, стерео и многоканальной.

MKV (Matroska или Матрёшка) — На данный момент этот формат является наиболее «гибким». Включает возможность отображения текстовой информации (субтитров).

Развивается как проект Open Source (т.е. с открытым кодом). Это означает, что для персонального использования он абсолютно бесплатен. Matroska является прямой открытой альтернативой контейнерам AVI, MP4.

Стандарт DVD можно считать за подмножество стандарта MPEG2.