Video medžiaga, video duomenų formatai ir kodavimo algoritmai (codecs)

digital • 0 • 23501 • prieš. 7 m.

Kol nebuvo skaitmenių diskų ir skaitmeninės informacijos, visa informacija buvo saugoma tokia kaip yra, be jokio suspaudimo. Atsiradus kompiuteriams, jų atmintis nebuvo tokia didelė, kad būtų galima talpinti visą informaciją tokia kokia ji yra, tam reikėjo ją suspausti.

Tada ir atsirado suspaudimo algoritmai, kurie buvo skirstomi į:

Suspaudimą be praradimų – (Lossless Compression) - pagrindinis kodavimo būdas Huffyuv, jis kaip ZIP archyvas koduoja kiekvieną kadrą ir nesvarbu kiek kartų bus spaudžiama, duomenys nebus prarandami, tačiau užimamos vietos atžvilgiu jis nėra toks efektyvus.
Suspaudimą su praradimais – (Lossy Compression) - 95% kodavimo algoritmų yra su praradimais, t.y. jei jūs suspausite video ir atstatysite jį atgal tai negausite vaizdo 1:1. Žymūs algoritmai, kurie praranda duomenis: MPEG1, MPEG2, MPEG4 (AKA DivX3.11, DivX4/5, XviD, Quicktime MPEG4), DV (ir kitos jo atmainos DVCAM, DVCPRO, DVCPRO50, Digital-S, etc), Wiindows Media Video, RealVideo, Sorenson, Indeo ir klasikinis Cinepak.
Kadro suspaudimą – (Intra-Frame Compression) - tai toks suspaudimas, kai kiekvienas kadras yra spaudžiamas atskirai. Prarandama vietos prasme, tačiau tokią medžiagą lengva redaguoti.
Suspaudimą tarp kadrų – (Inter-Frame Compression) - suspaudimas, kai sekantis kadras sudaromas iš pakitusių esamo kadro dalių. Tokią video medžiagą sunkiau redaguoti, tačiau ji užima mažiau vietos.

Nuo suspaudimo priklauso bylos dydis. Jis matuojamas "bitais per sekundę" arba "bitais per kadrą". Suspaudimo atveju, kai spaudžiami tik kadrai bylos dydis skaičiuojamas "bitais per sekundę", o kai spaudžiama tarp kadrų - "kadrais per sekundę".

Video medžiagos redagavimui patogūs formatai: MJPEG, DV, HUFFYUV. Kiti formatai labiau tinkami video pateikimui.

Video duomenų konteineriai

Konteinerio ar paketo formatas - meta-byla, kuri apsprendžia kaip duomenys saugomi (ne koduojami). Programa galinti atpažinti ir atidaryti konteinerį nebūtinai galės jį atkoduoti ir atvaizduoti, nes gali nepalaikyti tinkamo dekodavimo algoritmo.

Taip pat kaip ir ZIP archyvas gali turėti bet kokius duomenis savyje, taip ir video konteineris apsprendžia kaip duomenys saugomi jame, o ne tai kokie ten duomenys saugomi. (Aišku truputį sudėtingiau nei ZIP, nes įvairūs video srautai suderinami ne su visais konteinerių formatais). Video byla dažniausiai turi savyje daug takelių: video takelį be audio informacijos, vieną ar daugiau audio takelių (be video), vieną ar daugiau subtitrų/antraščių takelių ir taip toliau. Takeliai dažniausiai susiję tarpusavyje; audio takelis turi žymes, kurios padeda sinchronizuoti jį su video ir subtitrai turi žymes, rodančias kada kiekvienas tekstas turi būti parodytas. Pats takelis dar gali turėti vaizdo proporcijas, metaduomenis, subtitrų kalbą.

Video kodavimo/suspaudimo algoritmai (video codecs)

Video kodavimo sistema yra įrenginys arba programinė įranga, kuri leidžia suspausti/išskleisti skaitmeninį video signalą. Suspaudimas dažniausiai vykdomas su praradimais.

Sudėtinga rasti video signalo kokybės santykį: tinkamą duomenų kiekį jo atvaizdavimui (bit rate), kodavimo ir dekodavimo algoritmų sudėtingumą, atsparumą duomenų praradimui ir klaidoms, redagavimo paprastumą, suspaudimo algoritmus ir daug kitų faktorių.

Video kodavimo/suspaudimo standartai:

H.120 (1984)
H.261 (1990) naudojamas Videoconferencing, Videotelephony
MPEG-1 Part 2 (1993) naudojamas Video-CD
H.262/MPEG-2 Part 2 (1995) naudojamas DVD Video , Blu-Ray , Digital Video Broadcasting, SVCD
H.263 (1996) naudojamas Videoconferencing, Videotelephony, Video on Mobile Phones (3GP)
MPEG-4 Part 2 (1999) naudojamas Video on Internet (DivX, Xvid ...)
H.264/MPEG-4 AVC (2003) naudojamas Blu-Ray, Digital Video Broadcasting, iPod Video, HD DVD

Video bylų formatai

Video bylos plėtinys dažniausiai pasako, kokiame konteineryje yra jūsų video turinys. Video bylų formatai kartais sutampa su kodavimo/suspaudimo algoritmais:

3gp – (3GP) - audio ir video laikmena sukurta 3rd Generation Partnership Project (3GPP); sukurtas kaip multimedijos perdavimo formatas skirtas siųsti audio ir video informaciją tarp 3G telefonų ir internete; Dažniausiai naudojamas mobiliuose telefonuose, kurie palaiko vaizdo įrašymo funkciją.
asf – (Advanced Systems Format File) - Media laikmena sukurta Microsoft kompanijos, skirta perduoti medijos srautui; specifikuoja audio ir video srauto struktūrą, bet neapibrėžia kodavimo metodo; suspaudimas gali būti vykdomas naudojant daugelį video kodavimo algoritmų. ASF bylos dažnai naudoja Windows Media Audio (.WMA) arba Windows Media Video (.WMV) duomenis.
asx - (Microsoft ASF Redirector File) - Nuoroda į audio ar video bylą, dažniausiai .ASF. Savyje turi URL, kuris nurodo tikrosios bylos buvimo vietą; gali būti naudojamas sudarant audio ar video grojaraščius.
avi – (Audio Video Interleave File) - Video laikmena arba pakavimo formatas sukurtas Microsoft kompanijos; saugo video duomenis, kuriuos galima koduoti įvairiais būdais; dažniausiai naudojamas mažesnio laipsnio suspaudimas nei panašūs formatai tokie kaip .MPEG and .MOV. AVI bylos gali būti rodomos su įvairiais grotuvais, bet pats grotuvas turi palaikyti kodavimo algoritmą, kuris buvo panaudotas spaudžiant duomenis.
dat – (VCD Video File) - Video srautas iš Video CD (VCD) disko; dažniausiai saugomas MPEG-1 arba MPEG-2 formatu.
divx – (DivX-Encoded Movie File) - Aukštos kokybės ir aukšto suspaudimo lygio video kodavimo algoritmas skirtas skaitmeninio video platinimui; suspaudžia video į originalaus video dydžio bylą su minimaliu kokybės praradimu; palaiko video skiriamąsias gebas iki 1080 HD.
flv - (Flash Video File) - Flash-palaikanti video byla eksportuota su Flash Video Exporter priedu (einančiu kartu su Macromedia Flash MX) ar kita programa palaikančią FLV bylos formatą; susideda iš trumpos antraštės, įterptos audio informacijos, video ir metaduomenų paketų; audio ir video duomenys yra saugomi panašiai kaip standartiniame Flash (.SWF) formate. FLV formatas yra atviras ir palaikomas ne tik Adobe/Macromedia programomis; FLV bylos gali būti eksportuotos iš QuickTime Pro ar kitų programų, kurios gali eksportuoti QuickTime bylos formatu.
mkv – (Matroska Video File) - Video konteineris, panašus į avi, asf ir mov formatus; palaiko keletą tipų audio ir video kodavimo algoritmų; gali savyje turėti .SRT, .SSA arba USF (Universal Subtitle Format) subtitrus ir palaiko VobSub subtitrus iš DVD. The Matroska video formatas išpopuliarėjo, nes palaiko kelis audio ir subtitrų takelius toje pačioje byloje. DivX grotuvai palaiko MKV bylas ir Mac ir Windows sistemose.
mov – (Apple QuickTime Movie) - Dažnai naudojamas multimedijos formatas, naudojamas saugoti filmams ir kitioms video byloms; naudoja nuosavybinį suspaudimo algoritmą sukurtą Apple Computer; palaikomas ir Windows ir Macintosh platformose.
mp4 – (MPEG-4 Video File) - Filmas ar video klipas naudojantis MPEG-4 suspaudimo būdą, standartas sugalvotas Moving Picture Experts Group (MPEG); dažniausiai naudojamas dalijantis video bylomis Internete. MPEG-4 video formatas naudoja atskirus audio ir video suspaudimo būdus; video spaudžiamas su MPEG-4 video kodavimo būdu; audio spaudžiamas naudojant AAC suspaudimą, tokį patį kaip naudojamas .AAC audio bylose.
mpg – (MPEG Video File) - Dažnai naudojamas standartizuotas video formatas sukurtas Moving Picture Experts Group (MPEG); dažnai savyje turi MPEG-1 ar MPEG-2 audio ir video suspaustus duomenis; dažnai naudojamas sukurti iš interneto atsiunčiamoms byloms.
ogm – (Ogg Media File) - Suspausto video konteinerio formatas, kuris naudoja Ogg Vorbis suspaudimą, savyje turi Ogg Vorbis audio ir video srautus; gali turėti perjungiamus subtitrus. OGM bylos gali būti koduojamos DivX, XviD, Theora ar kitais kodavimo algoritmais, tai reiškia, kad video grotuvas taip pat turi palaikyti atitinkamą kodavimo algoritmą.
ogv – (Ogg Vorbis Video File) - Video konteinerio formatas, kuriame naudojamas Ogg Vorbis kodavimas; gali savyje turėti video srautą, kuris naudoja vieną ar kelis skirtingus video kodavimo algoritmus, tokius kaip DivX ir Theora; gali būti grojami su daugeliu media grotuvų. Gali būti naudojamas su .OGM plėtiniu.
qt - (Apple QuickTime Movie) - QuickTime multimedijos formatas sukurtas Apple Computer; tarpplatforminis, palaikomas ir Macintosh ir Windows systemose; gali turėti suspaustą audio ir video takelį. QuickTime video bylos dažnai saugomos naudojant .MOV plėtinį.
rm – (Real Media File) - Media byla naudojama RealPlayer audio ir video grotuvo; savyje turi audio ir video duomenis arba nuorodą iki bylos, kuri grojama kai tik atsiunčiama; naudojama Interneto radijui ir Interneto video byloms.
swf - (Macromedia Flash Movie) - Animacija sukurta naudojant Adobe Flash (dažniausiai Macromedia Flash); gali savyje turėti tekstą bei vektorinės ir rastrinės grafikos elementus; Grojami Web naršyklėse, kurios turi instaliuotą Flash priedėlį; daugelis šių dienų naršyklių turi integruotą paskutinę Flash versiją. Flash sukurtas Macromedia kompanijos, kurią įsigijo Adobe Systems 2005 metais.
ts - (Video Transport Stream File) - Video srauto formatas video saugojimui DVD; spaudžia video duomenis su standartiniu MEPG-2 (.MPEG) video kodavimo algoritmu.
vob - (DVD Video Object File) - Video duomenų byla iš DVD disko, dažniausiai saugoma VIDEO_TS kataloge; savyje turi didžiąją dalį duomenų įskaitant video, audio ir subtitrų; paprastai yra MPEG-2 srautas ir gali būti atidaromas daugelio programų.
wmv - (Windows Media Video File) - Video ar audio byla paremta Microsoft Advanced Systems Format (ASF) laikmenos formatu ir suspausta Windows Media būdu; dažniausiai ta pati .ASF byla, kuri yra užkoduota naudojant Windows Media Video (WMV) kodavimo būdą.
xvid - (Xvid-Encoded Video File) - Video klipas ar filmas užkoduotas naudojant Xvid, atviro kodo kodavimo algoritmu platinamu pagal GNU GPL liceciją; video duomenys suspausti naudojant MPEG-4 technologiją; leidžia greitesnį duomenų perdavimą ir patogesnį saugojimą.

Kiekviename iš sių konteinerių video duomenys gali būti suspausti naudojant keletą galimų algoritmų. Pavyzdžiui:

AVI duomenys gali būti suspausti Compressed Video, Mpeg2, DivX H.264, Windows Media, VC-1, Lagarith, VP6, HUFF ir daugeliu kitų algoritmų;
ASF - Windows Media 6,7, 8, 9, VC-1, Mpeg2, ISO Mpeg4, Mpeg4v3, Uncompressed, Windows Media Screen ir motion Jpeg;
Mpeg - Mpeg 1, Mpeg2 arba h.264;
FLV - H264, VP6 arba MJPG;
Divx - DivX arba Xvid;
MP4 - H.264 Main arba Simple profile.

Toliau byloje yra audio signalas. Pavyzdžiui: