Digitální video - přehled formátů a kódování
Úvod aneb formáty, kodeky, kontejnery a jak se v tom vyznat
V porovnání s tím, jak se používá pojem formát u grafických souborů, se nyní může zdát, že formát digitálního videa je v jistém smyslu totéž jako typ souboru, ve kterém je digitální video uloženo. Tak tomu ale není, musíme zde rozlišit kontejner (například AVI, MPEG, ...), který je schopen obrazová, zvuková a případně další data spojit do jednoho celku, čímž není myšlen soubor ale výsledek například na ploše prohlížeče či na plátně kina, dále formát (například , MPEG-4, VMW, ...) který určuje způsob komprimace a komprimační algoritmus (například, DivX, XviD, ...) který v softwarové podobě spojujeme s kodekem.
Uložení dat digitálního videa, kontejnery
Kontejner pro digitální video definuje zůsob, jakým jsou všechna potřebná data (obraz, zvuk, titulky, ...) svázána dohromady. Často i toto se nazývá formátem a tak dochází k různým nedorozumněním. Data nemusí být ani v jediném souboru, někdy může být praktičtější dodávat data oddělené, například chceme-li mít možnost přepínat mezi dabovanou a originální verzí filmu apod. U přehrávačů digitálního videa nebo u software určeném pro jejich úpravy, se uvádí s jakými kontejnery dokáže pracovat, bez ohledu na formát či použitý algoritmus. Komprimace a dekomprimace se často zajišťuje externě, pomocí kodeku dodávaného zvlášť. Pro video určené pro přenost po internetu dáme samozřejmě přednost kontejneru který umožní uložení do jediného souboru.
Některé kontejnery pro data digitálního videa uvádíme v následující tabulce, pro nás budou zajímavá jen první dva, další uvedené jsou jen pro doplnění a orientaci:
| Kontejner | Popis |
|---|---|
| AVI | Audio Video Interleave, je nejpoužívanější, video a audio data jsou v jednom souboru, titulky je možné mít pouze v externím souboru. Podporuje většinu formátů, i když pro některé není příliš vhodný a způsobuje různé problémy. Výhodou je obrovská kompatibilita. |
| MPEG | Po AVI další velmi používaný a oblíbený kontejner, široce podporován ze strany hardware i software. Zkratka vznikla ze slov Moving Picture Experts Group. Soubory mají obvykle příponu MPG nebo VOB. Existuje i varianta MPEG pro přenos streemovaného videa, kterým se zde ovšem nebudeme zabývat. |
| Matroška | Lze do něj uložit většinu existující kompresí, určeno pro video i pro zvuk, videosoubory mají příponu MKV a audiosoubory MKA. Formát je licencován jako "public domain". |
| VOB | Tento kontejner je určen pro DVD video, má s tím spojená i jistá omezení, například umožňuje pouze MPEG-2 formát, zvuk je ve formátu AC3, který může být až 6 kanálový, videodata nemusí být nutně v jediném souboru. Vzhledem k uvedeným omezením je zde tento kontejner uveden jen pro doplnění. |
| MOV, RealMedia, WindowsMedia, OGG... | Málo používané kontejnery, určené pouze pro omezené druhy komprimací nebo mají problémy s rozšířením či kvalitou a doporučujeme se jim raději vyhnout. MOV je určen pro video formátu QuickTime od firmy Apple. Přehrávání a zpracování videa ve formátu QuickTime působí problémy vzhledem k jeho uzavřenosti, je k dispozici relativně malý počet přehrávačů a pro editaci je nutno zpravidla použít placený software. WindowsMedia, který poznáte zpravdla podle přípony ASF, se bude z uvedených asi nejvíc používat, díky rozšíření operačního systému, který ho podporuje ale kvalitou je horší než mnoho jiných, které nemají problémy s přenositelností. OGG je určen jak pro audio tak pro video a dnes ho již nahrazuje kontejner Matroška. |
Formát obrazových dat, komprimace a kodeky
V této sekci se budeme zabývat jen obrazovými daty. V předchozí, úvodní kapitole k videu jsme uvedli, že datový tok digitálního videa je obrovský a že na jedno DVD by se v rozumné kvalitě vešlo jen několik minut záznamu. Proto je nutné podobně, jako je tomu u zvukových formátů, videodata vhodně komprimovat. Kompresi bychom mohli rozdělit na ztrátovou a bezztrátovou. Na přenášení a sdílení běžných videí na internetu se používá prakticky výhradně ztrátová komprese, která umožňuje vyšší komprimační poměry při rozumné ztrátě kvality. Bezztrátová komprese je vhodná pro nějaké profesionální nebo vědecké účely, kdy by nám zkreslení dat mohlo vadit.
Nejběžnější formáty digitálního videa uvádíme pro přehlednost v následující tabulce:
| Formát | Popis |
|---|---|
| MPEG-1 | Již zastaralý formát s nízkou kvalitou, doporučujeme se mu vyhnout. Jeho výhodou je, že ho přehrají prakticky všechna zařízení a operační systémy bez nutnosti instalovat nějaký software navíc. Pro krátká informativní videa však může vyhovovat. Vznikl v roce 1993 a podporuje maximální rozlišení 352×288 při 30 snímcích/s. |
| MPEG-2 | Vznikl v roce 1995, má vyšší rozlišení a umožňuje vyšší datové toky, využívá se u DVD filmů. |
| MPEG-4 | Formát pro velmi účinnou komprimaci a dekomprimaci videa, princip tohoto formátu využívá mnoho algorirmů, například DivX, XviD, 3ivX. Začátky využívání tohoto formátu jsou známé tím, že to poprvé umožnilo uložit dvouhodinový film na jediné CD v uspokojivé kvalitě pro domácí použití. MPEG-4 lze rozdělit na standard MPEG-4 AVC (Advanced Video Coding) a MPEG-4 ASP (Advanced Simple Profile). |
| VC-1, WMV | Formát od firmy Microsoft založený na podobném principu jako je MPEG-4, akorát s tímto není kompatibilní. Také při stejném datovém toku dosahuje nižší kvality. |
| MJPEG, DV | Formáty, u nichž jsou datové snímky komprimovány odděleně. Pro přenos videodat po internetu není proto vhodný vzhledem k nízkým dosahovaným poměrům komprimace. Vyhovuje však v případě digitálního střihu, kdy můžeme s jednotlivými snímky pracovat nezávisle. MJPEG znamená Motion JPEG, formát DV je určen pro digitální kamery. Kompresní poměry bývají 7 až 12. |
| HuffYUV, CorePNG, FFV1 | Formáty pro bezztrátovou kompresi, nabízí nejnižší kompresní poměry, zpravidla 2 až 4, což je cena, kterou zaplatíme za nulovou ztrátu kvality v porovnání s originálním videem. |
A nyní bychom se již měli trochu orientovat, jak rozkódovat například násedující tvrzení:
"mám soubor AVI zkomprimovaný ve formátu MPEG-4 s algoritmem XviD v rozlišení 640×480 při 30 fps".
AVI je kontejner, který může obsahovat obrazová data v nejrůznější podobě, MPEG-4 je komprimační formát, použitý algoritmus je XviD, kodek pro případnou úpravu tohoto videa budeme také shánět jako XviD, 640 bodů je šířka a 480 výška v pixelech a za sekundu se zobrazí 30 snímků.
Poblematika kontejnerů, formátů a kodeků je mírně složitější, než jsme naznačili v tomto kurzu, kdybychom toto téma chtěli pojmout se vším všudy, museli bychom zahrnout i licenční politiku, marketing apod. Pro naše účely a pro hrubou orientaci však uvedené informace postačí a podrobnější infrmace si čtenář jistě najde podle svých potřeb. Jako jeden ze zdrojů uveďme například pěkný web o digitálním audiu a videu jech.webz.cz.
