Digitální video - úvod, základní pojmy

Úvod

Princip digitálního videa je stejný jako u klasického filmu nebo televize, kdy rychlé střídání jednotlivých snímků za sebou vyvolá iluzi plynulého pohybu. Využívá se vlastností lidského oka, které obrazovou informaci zpracovává a předává nervovému vláknu se setrvačností a mozek si chybějící informace sám doplňuje. Oku tedy stačí podstrčit jen takovou rychlost střídání snímků kterou dokáže zpracovat a předat dál a iluzi plynulého pohybu vytvoří až náš mozek. Iluze plynulého pohybu začíná přibližně od 10 snímků za sekundu, rychlé pohyby se však při této rychlosti ještě zdají roztřesené a pro kvalitní videozáznam je potřeba rychlost snímku kolem 30 snímků za sekundu.

V této části se naučíte základní pojmy týkající se počítačového videa, jak je video v souboru uloženo a zkomprimováno a naučíte se několik základních úprav videa, jako je střih, přidání vlastního zvuku (například při dabování) a opatření videa titulky.


Základní pojmy

U videozáznamu se budeme v první řadě zajímat o rozlišení, což jsou pixelové rozměry jednoho obrázku (viz sekce Grafika). Dále je to rychlost střídání snímků, označovaná jako Frame Rate. Pak nás bude zajímat způsob uložení snímků v souboru a jejich komprimace. Softwarové funkce zajišťující kompresi a dekompresi videa jsou zpravidla ukládány v oddělených souborech nazývaných kodek, z počátečních písmen slov KOdér - DEKodér (v angličtině codec) a za běhu hlavního programu s videem (přehrávač videa, webový prohlížeč) se tyto vnější programové knihovny dynamicky přilinkují. Proto je možné je stáhnout a nainstalovat do počítače samostatně. Zvuk je do videosouboru přidán jako další data a je komprimován podobně jako je tomu u samostatných zvukových souborů (viz sekce Zvuk). Pro velmi jednoduché animace byl vyvinut speciální formát animovaný gif, se kterým se pracuje jako s obrázkem, animaci sekvence snímků zajistí prohlížeč obrázků. Je omezen pouze 256 barvami, podobně jako jediný obrázek ve formátu gif a hodí se tudíž jen na jednoduché grafické animace. U černobílých animací lze však vyvolat iluzi skutečného videosouboru, protože i při 256 odstínech šedi mají černobílé obrázky hladké přechody. Animovanými gify se v této sekci nebudeme zabývat. Základní pojmy digitálního videa uvedeme přehledně v následující tabulce:

Pojem Popis
Rozlišení Počet pixelů videa na šířku a na výšku. Často používaná rozlišení jsou pro malá videa 320×240 a pro větší videa 640×480., u DVD videa bývá 720×576. Vetší rozlišení (například pro HDTV) již nebudou z hlediska tohoto kurzu tak významná.
Poměr stran Anglicky aspect ratio, podíl šířky a výšky snímku videa. Nejčastější poměr stran je 4:3, jako u klasické televize, u HDTV je to 16:9.
Prokládání Pro zvýšení iluze vyššího rozlišení při menším datovém toku se někdy používá prokládané řádkování. V jednom snímku jsou obsažené obrazové informace pouze z lichých řádků a v následujícím snímku pouze ze sudých. Tato technologie se používala v analogové televizi a u digitálního videa měla význam v minulosti, při malých datových rychlostech internetového připojení a malých kapacit úložných médií. U prokládaného řádkování polovina informace chybí, což u statickým scén nevadí, protože se informace chybějící poloviny řádků doplní z předchozího snímku. U rychlých pohybů se obrázek u prokládaného videa jakoby rozostří do sudých a lichých řádků, což je zřetelné obzvláště u ostrých hran s kontrastními přechody. Pokud nám nevadí vyšší datový tok, je lépe se prokládanému řádkování vyhnout.
Frame Rate Rychlost snímků za sekundu, jednotkou je fps (Frames per second). Dnes je standardem 25 fps nebo 30 fps.
Datový tok Rychlost přenášených dat potřebných pro zobrazení videa, udává se v bitech za sekundu, jednotka je b/s nebo častěji bps (bits per second). Datový tok lze spočítat jako (bitová hloubka)×(šířka v pixelech)×(délka v pixelech)×(Fame Rate ve snímcích za sekundu). Například video 640×480 s 24 bitovou hloubkou a 30 snímky za sekundu potřebuje datový tok 24×640×480×30 = 221 184 000 bps. Praktičtější jednotky jsou kilobity za sekundu (kb/s, kbs) a megabity za sekundu (Mb/s, Mbs), hodnotu ve vyšší jednotce dostaneme vždy vydělením číselné hodnoty číslem 1024 (všimněte si, že na rozdíl od předpon kilo a Mega užívaných ve fyzice, kde je koeficient 1000, je zde hodnota 1024, což je 210 a tedy ve dvojkové soustavě kulaté číslo lépe vyhovující potřebám výočetní techniky - předona kilo- nebo Mega- totiž znamená ve dvojkové soustavě a tedy v bitovém vyjádření čísla posun desetinné čárky o 10 cifer) a dostaneme hodnoty 216 000 kb/s a 211 Mb/s. 8 bitů je 1 bajt, takže v megabajtech za sekundu (MB/s) dostaneme 211/8 = 26,4 MB/s. Vypočtená hodnota je čistý datový tok, tj. pro nekomprimovaná data. Z důvodů vysokých datových toků jsou přenášená data komprimovaná, takže datový tok před dekompresí bývá mnohem menší.
Streamované video Digitální video, které není po internetu přenášeno najednou v celém souboru ale jako datový tok, data nejsou ukládána na datové médium ale pouze do vyrovnávací paměti a z této paměti se data zobrazují tak, jak přicházejí. Výhodou je, že nemusíme čekat na stažení velkých videosouborů a video se nám začne zobrazovat s nepatrnou prodlevou hned po začátku stahování dat. Tato technologie vyžaduje vyšší průchodnost datové linky a vyžaduje speciální technologii přenosu dat. streamované video je napřílad na serveru youtube.com nebo na webu České televize.

Pro přibližnou orientaci uvádíme v následující tabulce datové toky u tří často používaných rozlišení digitálního videa ve srovnání s úložnou kapacitou DVD datového nosiče:

 malé videokvalitnější videoDVD rozlišení
Šířka320640720
Výška240480576
Barevná hloubka242424
Framerate153025
Datový tok v bit/s27 648 000221 184 000248 832 000
Datový tok v kbit/s27 000216 000243 000
Datový tok v Mbit/s26211237
Datový tok v MB/s (1 Bajt = 8 bitů)32630
Kolik záznamu se vejde na jedno DVD 4,4 GB0:22:470:02:510:02:32
Nutný stupeň komprimace pro 2 hodiny záznamu5,342,147,4

 

 

Online škola mladých autorů