Характеристика форматов видеофайлов

                                                     СОДЕРЖАНИЕ

                                                                                                                                     С.

Введение…………………………………………………………………………….3

Глава 1. ФОРМАТЫ ВИДЕО ФАЙЛОВ  .………………………………………4

              1.1. Основные форматы видео файлов  и их характеристики…………..4

              1.2. Современные мобильные видео форматы………………………...15  

Заключение.……………………………………………………………………….18

Введение.

     Ви́део (от лат. Video - дословно «вижу») - под этим термином понимают широкий спектр технологий записи, обработки, передачи, хранения и воспроизведения визуального и аудиовизуального материала. Когда в быту говорят «видео» - то обычно имеют в виду видеоматериал, телесигнал или кинофильм, записанный на физическом носителе (видеокассете, видеодиске и т. п.).

     Обычные телевизионные видеоданные представляют собой поток аналоговых сигналов. Компьютерная же обработка видеоинформации состоит в преобразовании их в цифровой формат с последующим хранением этих данных на жестком или компакт-диске или другом устройстве хранения информации. Оцифровка видеосигнала, как и оцифровка звука, включает две стадии: дискретизация данных аналогового видеопотока, т. е. снятие отсчетов с определенной частотой, и преобразование каждого такого отсчета в цифровой эквивалент или квантование.

     Когда говорят о формате файла, подразумевается то, каким образом информация, которая содержится в файле, кодируется в цифровом виде. Для хранения видеоинформации в персональном компьютере разработано довольно много форматов, отличающихся способом представления данных, степенью их сжатия и т. п. Чтение и запись аудио- и видеоинформации на компьютере осуществляется с помощью специальных вспомогательных программ - «кодеков» (сокращение от слов «кодирование/декодирование»). Такие программы обычно входят в состав операционной системы либо поставляются с проигрывающими устройствами. 
 
 
 
 
 

                              ГЛАВА 1. ФОРМАТЫ ВИДЕО ФАЙЛОВ.

     Формат видео файла определяет структуру видео файла, - то, как хранится файл на носителе информации (CD, DVD, жестком диске или канале связи). Обычно разные форматы имеют различные расширения файла (*.avi, *.mpg, *.mov и др.).

     Компьютерное  цифровое  видео  представляет  собой  последовательность цифровых изображений и связанный с ними  звук.  Элементы  видео  хранятся  в цифровом формате.

     Существует множество  способов  захвата,  хранения  и воспроизведения видео на компьютере. С появлением  компьютерного  цифрового  видео  стихийно стали возникать самые разнообразные форматы представления  видеоданных,  что поначалу привело к некоторой  путанице  и  вызвало  проблемы  совместимости. Однако, в последние годы,  благодаря усилиям Международной организации по стандартизации (ISO - International Standards  Organisation) выработаны единые стандарты на форматы видеоданных, которые мы и рассмотрим. 

              1.1. Основные форматы видео файлов и их характеристики.

 
     AVI (Audio/Video Interleaved) - стандарт видео файла, разработанный Microsoft, в котором аудио и видео данные чередуются между собой и при воспроизведении участок звуковой дорожки синхронизируется с видеофрагментом. Широкое распространение формат AVI получил после выхода Video for Windows для Windows 3.1 в ноябре 1992 года. AVI является специальным случаем формата RIFF. Аудио и видео последовательности в AVI файле не содержат временных меток и не создают индексы. Данные упорядочиваются во времени последовательно, согласно их порядку в AVI файле. Приложение (видеоплеер) должно отображать кадры видеопоследовательности и аудиопоток согласно частоте кадров и частоте дискретизации соответственно, указанных в заголовке файла. 
AVI часто ошибочно принимают за "формат" видео файла. На самом деле, представляет собой контейнер, в котором может быть что угодно, начиная от MPEG1 и заканчивая MPEG4. AVI - это формат видео контейнера, в котором определена структура размещения аудио и видео потоков.

Сам AVI не определяет, чем именно должны быть закодированы видеоданные (точно так же как потоковом формате ASF), что позволяет сохранять аудио и видео данные различными способами. Обычно AVI контейнер используют такие кодеки как М-JPEG, Indeo, DivX и др. Тип кодека, использованного для кодирования видеоданных, указывается посредством FourCC кода находящегося в заголовке AVI файла. 

     ASF (Advanced Streaming Format) - формат Windows Media, потоковый формат от Майкрософта. Как правило, качество видеоматериала, содержащееся в нем, ужасное. Но это проблема не формата, а того, кто записывал. Перекодируется в AVI с помощью GraphEdit или Virtual Dub 1.3c. 
Основан на MPEG-4, оптимизирован для передачи видео с низким и средним битрейтом в интернет.

    MPEG (MPEG-1, MPEG-2, MPEG-3, MPEG-4).

     MPEG - это аббревиатура от Moving Picture Experts Group - Экспертная Группа по Подвижным Изображениям, занимающаяся разработкой форматов MPEG. Эта группа определяет стандарты в цифровом видео, среди которых MPEG-1 - стандарт, используемый в Видео компакт-дисках, MPEG-2 стандарт, используемый на DVD и SVCD, DVB (цифровое телевидение), MPEG-4 стандарт, используемый в потоковом видео и лежащий в основе таких технологий как DivX, XviD и 3ivx. Как формат, по сравнению с M-JPEG, этот стандарт обеспечивает сокращение общего объёма данных на 75-80% без потери визуального качества. Эта экспертная группа работает под совместным руководством двух организаций - ISO (Организация по международным стандартам) и IEC (Международная электротехническая комиссия). Официальное название группы - ISO/IEC JTC1 SC29 WG11. Ее задача - разработка единых норм кодирования аудио- и видеосигналов. Стандарты MPEG используются в технологиях CD-i и CD-Video, являются частью стандарта DVD, активно применяются в цифровом радиовещании, в кабельном и спутниковом ТВ, Интернет-радио, мультимедийных компьютерных продуктах, в коммуникациях по каналам ISDN и многих других электронных информационных системах.

 
     MPEG-1 - первый представитель семейства MPEG сжатия. Как стандарт был утверждён в 1992 году, как формат реализован в 1993 году. Размер изображения в MPEG-1 соответствует размеру CIF, поскольку в качестве носителя информации был выбран CD-диск, а на момент выхода стандарта CD-ROM приводы были односкоростными, получилось, что скорость видеопотока в формате MPEG-1 ограничена 150 Кб/с. В реальной жизни это вылилось в формат NTSC 352x240, 30 кадров в секунду и формат PAL/SECAM 352x288, 25 кадров в секунду. На основе формата сжатия MPEG-1 был разработан формат видео диска VideoCD (VCD).

     Это очень популярный формат во всём мире, с основой, взятой от кодека JPG. Сжатие в нем производится сериями по три кадра. Это один из самых старых кодеков, так что, практически на любых, даже самых «слабых» машинах можно просмотреть видео со стереозвуком в этом формате. Однако и качество изображения невысокое: оно сравнимо с привычным аналоговым форматом VHS. Картинка имеет разрешение 352х288 точек, да и качество ее оставляет желать лучшего. И хотя MPEG-1 не требователен к ресурсам, его судьба предрешена: с развитием ёмкости и скорости передачи данных в компьютерах и Интернете формат будет постепенно забываться.

     Как происходит сжатие информации в этом формате? Предположим, что у нас есть следующая сцена: автомобиль движется из пункта "А" в пункт "Б". Перемещение машины можно описать двумя параметрами: вектором перемещения из точки "А" в точку "Б" и углом поворота вокруг своей оси. Задний план при этом остается неизменным или почти неизменным - зритель вряд ли обратит внимание на колебания мелких веток у дальних деревьев. Следовательно, можно разбить кадр на две составные части - задний план, который сохраняется один раз, а затем подставляется при воспроизведении всех кадров, и область, где движется машина, - ее придется записывать отдельно для каждого кадра.

     В формате MPEG-1 все кадры видеоролика  подразделяются на три типа: I-, P- и B-кадры. К первому типу (I-кадры, Intra Frames) относятся  опорные кадры. Их изображения сохраняются  в полном объеме в формате JPEG. Для P-кадров (Predicted Frames) записываются только отличия от предыдущего i-кадра, что требует намного меньше дискового пространства. Для B-кадров (Bi-DirectiOnally Interpolated Frames) сохраняются отличия от предыдущего и следующего I- или P-кадра.

     В итоге размер сжатого файла составляет примерно 1/35 от исходного. Это значит, что полуторачасовой фильм с качеством, эквивалентным аналоговой записи на кассете VHS, в формате MPEG-1 поместится на два компакт-диска. Для передачи через Internet или в сетях спутникового вещания этот стандарт, конечно же, не подходит.

      
     MPEG-2 - представляет собой дальнейшее расширение MPEG-1. В нем увеличен рекомендуемый размер кадра - теперь он составляет 1920 x 1080 точек, добавлена поддержка шестиканального звука. Однако для воспроизведения видео в этом формате требуется более высокая вычислительная мощность компьютера.

     Следует отметить, что велась работа над созданием стандарта MPEG-3 (не нужно путать с популярным форматом сжатия звука - MPEG-1 Audio Layer 3). Он должен был стать базовым для систем цифрового телевидения высокой четкости HDTV. Но работа над ним была прервана, т.к. нужные для HDTV требования удалось реализовать в виде небольших расширений к MPEG-2.

     Доминирующий формат на сегодня это MPEG-2 с разрешением 720х576 точек. Все DVD-video диски работают в формате MPEG-2. Трансляции со спутников в несколько каналов на одной частоте, эфирная трансляция, в том числе ТВ высокой четкости, разнообразные плееры DVD, microMV-видеокамеры используют этот формат сжатия. После триумфального успеха MPEG-1, новый формат, обеспечивающий практически профессиональное качество картинки, утверждался довольно долго, и получился очень удачным. MPEG-2 подходит для записи полуторачасового фильма отличного качества на стандартный диск DVD (4,7 Гб). Кроме того, в этом формате можно записывать на двойные DVD (9 Гб) фильмы повышенного качества с использованием нескольких разных дорожек звука (дубляж), разных форматов многоканального звучания, субтитров, разных углов обзора видеоматериала (несколько синхронных дорожек видео) и других цифровых новшеств. Среди них, например, присутствует произвольный мгновенный доступ к любой части видеоматериала на диске и отсутствие перемотки при достижении конца видеоматериала, что раньше являлось довольно большой проблемой.

     MPEG-2 позволяет использовать разрешения вплоть до 1920х1080 пикселов (25 кадров в секунду, с полями и без полей, с прогрессивной разверткой) и поддерживает 6-канальный звук.

     Особенности этого формата широко использует компания Sony в своем расширенном стандарте microMV, хотя поток информации там повышен до 12 Мбит/с (по сравнению с максимальным стандартом DVD 9,8 Мбит/с), а размер кассеты уменьшен (по сравнению с DV). Недавно появились камеры, которые пишут сразу на miniDVD диски в формате MPEG-2. Они имеют несколько важных достоинств - перезапись дисков до 1000 раз без потери качества, доступность материала и некоторые другие преимущества. Но очевиден и недостаток - ограниченный объем записанного материала (до 30 минут на 1 miniDVD диск). Хотя для любительских съемок это очень подходящий вариант: миниDVD диски прекрасно воспроизводятся на бытовых плеерах и ПК, а программы идущие с такими камерами позволяют проводить монтаж на любом компьютере, оснащенном DVD-приводом.

     Этот стандарт был разработан для того, чтобы охватить широкий диапазон требований работы с видео: от "VHS качества" до различных HDTV "профилей". Скорости передачи данных могут варьироваться в пределах между 1.2 и 15 Mbps, что представляет интерес использования MPEG-2 в передаче цифрового телевидения, включая HDTV контент, для которого система и была задумана. Процесс кодирования видео очень сложен, но процесс получения декодированных данных вполне доступен. Алгоритм компрессии MPEG-2 используется в стандартах ATSC и DVB, а также на SuperVCD и DVD видео дисках.

     Стандарт утверждён в 1996 году. На возникновение и массовое распространение MPEG-2 повлияло три вещи - DVD, цифровое спутниковое телевидение и телевидение высокого разрешения - HDTV. Помимо выросшего разрешения видеоизображения появилась возможность работать с блоками 8х8, 16х8 и 16х16, новые алгоритмы сжатия и удаления избыточной информации, изменяемая точность квантования сигнала.

      
     MPEG-3 - был разработан для HDTV приложений с высокими параметрами в системах телевидения высокой чёткости (high-defenition television, HDTV) – с максимальным разрешением (1920*1080*30) и скоростью потока 20 - 40 Mbps. Он не давал принципиальных улучшений по сравнению с MPEG-2 (да и к тому же MPEG-2 стал широко использоваться в разных вариантах, в том числе и для HDTV). Стандарт не получил распространения и "умер". Кстати, формат MP3 , который иногда путают с MPEG-3, предназначен только для сжатия аудиоинформации и полное название MP3 звучит как MPEG Audio Layer III.

 
     MPEG-4 - открытый стандарт определённый Рабочей Группой 11 (Motion Picture Expert Group) ISO в октябре 1998 года (дата первого проекта стандарта). Это поистине революционный стандарт для наступившей цифровой эры. MPEG-4 учитывает в себе согласованный диапазон требований выдвинутых представителями цифровой аудиовизуальной промышленности. С использованием нововведений, MPEG-4 предлагает лучшее сжатие, интерактивность, а через универсальный доступ к Интернет или через беспроводный доступ к окружающим медиа ресурсам. Стандарт обеспечивает совместимость с другими важными стандартами, такими как H.263 и VRML. 
Его основное предназначение (по мнению разработчиков) - передача достаточно качественного видео в средах (сетях) с относительно малой пропускной способностью. Основное нововведение в стандарте MPEG-4: в отличие от предыдущих стандартов, которые делили изображение при обработке на прямоугольники, MPEG-4 оперирует объектами произвольной формы. Это позволяет достичь большей степени компрессии при сопоставимом качестве, однако взамен требует заведомо более мощного процессора (от 400 Мгц и выше). Самая популярная на сегодняшний момент разновидность кодека – DivX VOB Files - DVD Video. Любой DVD фильм записан в так называемом VOB файле. Обычно VOB файлы содержат объединённые Dolby Digital аудио и MPEG-2 видео потоки.