1. Теорія і термінологія
2. Аналогові відео формати
3. Цифрові відео формати
4. Формати стисненого цифрового відео
5. Сімейство форматів стиснення відео MPEG
6. висновки

Наше деловое партнерство www.banwar.org

Одного разу мені знадобилося записати відеоролик і викласти його в мережі. Тоді я не сильно розбирався в форматах відео, і тому вибір формату для збереження записаного з екрану відео (записував видеоурок) викликав у мене труднощі (до речі, ось огляд програм для захоплення відео ). Все це підштовхнуло мене розглянути найпопулярніші формати відео і, нарешті, розібратися в цьому питанні.

Кому буде цікава ця стаття: всім тим хто не займався відео монтажем і не знайомий з основними форматами відео, в статті розглянута різниця між медіаконтейнера і кодеком.
Що Ви дізнаєтеся: що таке медіаконтейнера і відеокодек, зможете легко орієнтуватися в сучасних відео форматах, відрізняючи їх по розширенню.

Теорія і термінологія

Відео - це звичайний ряд записаних один за одним зображень. Як відомо, відео почали записувати за довго до появи першого комп'ютера, тобто в аналоговому вигляді. Це накладало великі обмеження по його подальшій обробці і редагуванні. Аж до початку 1990-х років переважав саме цей тип запису відео. Пізніше були розроблені цифрові технології запису і зберігання відео. Це дало великий поштовх у розвитку не тільки кінематографа, а й домашнього відео. Тобто запис відеороликів і домашніх фільмів стала дуже популярним заняттям. Все це, на тлі розвитку комп'ютерної техніки, змушувало розробників удосконалювати технології запису, зберігання і обробки відеоінформації. От саме для зберігання такої інформації і були розроблені різні формати відео (на даний момент їх величезна кількість і орієнтуватися в них дуже складно), які і є основною темою даної статті.

Відео формат визначає структуру відео файлу, тобто то як зберігається файл на носії інформації (CD, DVD або жорсткому диску).

Через велику кількість форматів відео, багато стали плутати абсолютно різні поняття - «стандарт відео», «відео кодек» і «медіаконтейнера». Давайте розберемося, що ж це за поняття.

Кодек (CODEC = COder + DECoder / кодек = кодер + декодер /) - програмні або апаратні засоби, що перетворюють відеоінформацію в потік ущільнених даних і навпаки.

Медіаконтейнера - формат файлу, який зберігає в собі інформацію про свою внутрішню структуру. Медіаконтейнера фактично є метаформатом, так як він зберігає дані та інформацію про те, як дані будуть зберігатися безпосередньо всередині файлу.

Можна провести певну аналогію між медіаконтейнера і zip -архівом. Тобто медіаконтейнера містять відео та аудіо файли всередині себе, як і zip -архів, що містить JPEG -картінку, яка буде стиснута за допомогою певного алгоритму. За стиснення інформації в архівах зазвичай відповідає спеціальний модуль, а в медіаконтейнрах роль цього модуля виконує кодек.

Будь-відео файл має як мінімум дві характеристики визначають роботу з ним. Це тип медіаконтейнера і кодек (кодеки), якими закодовано його вміст.

Тип медіаконтейнера а визначає формат записи різних даних (відео дані, аудіо дані, субтитри, службова інформація і т. Д.) В файл. Знаючи тип контейнера програма (наприклад, відео плеєр) може коректно витягати з нього дані, синхронізувати аудіо і відео дані і т.д.

Знання кодека дозволяє програмі з закодованого потоку даних отримати аудіо і відео інформацію міститься в медіаконтейнера.

Популярні кодеки - DivX, Xvid, H.264, Theora, Indeo, x264 і інші.

Популярні медіаконтейнера - AVI, QuickTime, MPEG-4, 3GP і інші.

Нижче розглядаються відео формати за трьома категоріями: аналогове, цифрове та стислий відео. Аналогові формати вже застаріли, тому їх розгляд було поверхневим. Виключити їх з огляду я не міг, адже треба ж мати уявлення загальної картини. Можете «проскочити» їх розгляд і перейти відразу до форматів цифрового стисненого відео.

Аналогові відео формати

VHS (V ideo H ome S ystem - Домашня Відео Система) - можливості цього формату були обмежені дозволом 240 телевізійних ліній або 320? 240 точок на екрані ПК.

Для зйомки використовувалася VHS -кассета з шириною стрічки - 12,65 мм і швидкістю - 23,39 мм / с, яка мала час запису 240 хвилин при стандартній швидкості стрічки SP (Standard Play) і найнижчу вартість зйомки. Режим запису-відтворення також міг здійснюватися на швидкості LP (Long Play) - 11,695 мм / с.

Головний недолік формату VHS: невисока чіткість зображення (240 ліній по горизонталі) і різка втрата якості при кожній перезапису. Трохи пізніше, цей відео формат кілька разів повергался модернізації. Зокрема, були розроблені формати VHS-Compact (VHS-C) і Super VHS (S-VHS). На даний момент вважається застарілим, в 2008 році припинилося виробництво відеокасет VHS.

Hi8 - «Hi» є скороченням від англійського «High» і має на увазі високу якість зображення, а друга цифра «8» говорить про ширину стрічки в касеті, тобто ширина плівки - 8 мм, швидкість - 28,695 мм / с. Роздільна здатність відео становить 400 телевізійних ліній (ТВЛ). Аналоговий звуковий потік міг записуватися на касету в двох режимах - моно і стерео. Максимальний час запису складає 180 хвилин в режимі SP (Standard Play) і 360 хвилин в режимі LP (Long Play). Камери забезпечувалися S-Video роз'ємом для якісного виведення зображення.

Hi8 XR (Hi 8 extended Resolution) - це той же Hi8, але зі збільшеним дозволом, тобто вдосконалена модифікація формату Hi8. Дозвіл зображення досягало 440 ліній по горизонталі при меншому рівні перешкод кольоровості і яскравості за рахунок розширення смуги записи сигналу яскравості в область звукового сигналу.

Обидва вище перерахованих формату (як і VHS) давно застаріли і були замінені цифровими форматами відео.

Цифрові відео формати

DV (Digital video) - в 1993 році компанії Sony, Matsushita (Panasonic), JVS, Hitachi, Mitsubishi, Toshiba, Sanyo, Sharp, Philips та інші створили консорціум Digital Video Cassette (Цифрова відеокасета) або DVC. Пізніше абревіатура назви скоротилася до DV. Спільними зусиллями ці фірми розробили побутової цифровий стандарт відеозапису на стрічку шириною 6,35 мм (чверть дюйма). Цей формат забезпечує дозвіл 500 рядків. Оцифровка при записі здійснюється з дозволом 720? 576. Відеозображення і звук в форматі DV пишуться окремо. Це дає можливість додавати звуковий супровід після завершення запису або редагування відео, а також перезаписувати звук. Формат DV забезпечує найвищу якість фото- і відеозйомок і дозволяє зберігати всі дані в цифровому вигляді на касеті, карті пам'яті або на жорсткому диску комп'ютера.

Mini DV (Mini Digital Video) - цифровий напівпрофесійний формат, створений за рахунок спрощення та здешевлення професійного формату DV. Використовує спеціальні касети Mini DV (ширина стрічки - 6,35 мм, швидкість - 18,831 мм / с), які відтворюються або з камери, або на спеціальному цифровому відеомагнітофоні.
Тривалість запису на одну касету - 60 хвилин SP або 90 хвилин LP. Mini DV має дозвіл зображення до 540 ліній по горизонталі (720? 576 точок), підтримується стереозвук якості CD (PCM stereo - 48 кГц / 16 біт / 2 каналу або 32 кГц / 12 біт / 4 канали).

Формати стисненого цифрового відео

AVI (Audio Video Interleaved) - технологія фірми Microsoft, це найпоширеніший і найменш стислий з відеоформатів. Файли, створені з використанням цього методу, мають розширення .avi. Відео- та аудіо записуються в один файл на диску наступним чином: всі інформаційні потоки розбиваються на безліч рівних частин (chunks) і потім записуються в один файл один за одним по черзі. Спочатку записується заголовок, а потім 1-я частина відео і 1-я частина звуку; потім 2-га частина відео і 2-я частина звуку і т. д. Інакше кажучи, використовується технологія чергування відеокадрів і звуку, якій, власне, і визначається абревіатура AVI (Audio Video Interleaved). В середньому одна секунда AVI -зображення займає приблизно 2 Мбайт на жорсткому диску.

Характеристики:

• Тип - медіаконтейнера
• Сумісні кодеки - DivX, Xvid, Indeo і інші (для відео) і MP3, WMA і інші (для аудіо)
• Розширення файлів - .avi

QuickTime - під «QuickTime» одночасно розуміють і мультимедійний плеєр виробництва компанії Apple, і технологію стисненого відео, що надає можливість захоплювати, стискати і програвати широкий спектр цифрового відео- та аудіоконтенту. QuickTime включає три основних елемента - QuickTime формат відео (Movie file format), шар абстрактного носія (Media Abstraction Layer) і набір вбудованих медіа-службою. Шар абстрактного носія визначає набір сервісних функцій для створення, редагування та відтворення цифрового матеріалу.

Серед них:

• синхронізація за часом;
• компресія і декомпресія аудіо- і відеоданих;
• перетворення форматів, масштабування, змішування і транскодирование;
• аудіо- та відеоефекти і переходи;
• синхронізація читання і запису;
• захоплення даних;
• імпорт і експорт даних.

Програма і кодеки QuickTime служать для відтворення відео як власного формату (QT і MOV), так і інших найбільш поширених медіаформатів цифрового відео, звуку, тексту, анімації, а також потокового відео з Інтернету. Підтримуються, в тому числі, МРЗ, AVI, MPEG (включаючи MPEG-4), AAC Audio, Flash.

Характеристики:

• Тип - медіаконтейнера
• Сумісні кодеки - Apple Video, H.264 і безліч інших (для відео) і Apple Lossless, AAC, MP3, WAV та інші (для аудіо)
• Розширення файлів - .mov, .qt

Сімейство форматів стиснення відео MPEG

Слово «MPEG» є скороченням від Moving Picture Expert Group - назви експертної групи ISO (Міжнародної організації зі стандартизації), що діє в напрямку розробки стандартів кодування і стиснення відео-та аудіо. Часто абревіатуру MPEG використовують для посилання на стандарти, розроблені цією групою. Технологія MPEG використовує потокове стиснення відео, при якому обробляється не кожен кадр окремо (як це відбувається при стисненні відео за допомогою алгоритмів Motion-JPEG), а аналізується динаміка змін відеофрагментів і усуваються надлишкові дані.

MPEG-1 - формат (телестандарт) для зберігання і відтворення відео- та аудіо на мультімедіаносітелях даних. Якість можна порівняти з відеозаписом VHS (дозвіл 352? 228 (стандарт PAL) або 320? 240 (стандарт NTSC) при частоті 25 або 30 кадрів в секунду відповідно). Формат використовується для запису Video CD. Для кодування відео в формат MPEG-1 використовують спеціальні програми (кодеки).

MPEG-2 і MPEG-3 - стандарт MPEG-2 розроблений як додаток до стандарту MPEG-1 і підтримує передачу високоякісного відео по високошвидкісним цифровим каналам. Інтенсивність потоку відеоданих до 50 Мбайт / с. В результаті для фільмів, створених в стандартах PAL і SECAM, підтримується дозвіл 720? 576 при 25 кадрах в секунду при якості, практично не поступається мовного. Формат підходить для всіх стандартів телебачення, широко використовується при запису DVD-дисків. MPEG-1 і MPEG-2 визнані міжнародними стандартами для стиснення відео. В MPEG-2, в порівнянні з MPEG-1, додана підтримка багатоканального звуку (Dolby Digital 5.1, DTS і т. П.).

Всупереч очікуванням і прогнозам розробка стандарту MPEG-3 стала всього лише поліпшеною версією MPEG-2. Формат MPEG-3 (не плутайте з форматом стиснення аудіо МРЗ) сьогодні став частиною стандарту MPEG-2 і окремо тепер не згадується.

MPEG-4 - формат MPEG-4 задає принципи роботи з цифровим представленням мультимедійних файлів для трьох областей: інтерактивного мультимедіа (включаючи продукти, поширювані на оптичних дисках і через Інтернет), графічних додатків і цифрового телебачення (DTV). Він має справу не просто з потоками і масивами мультимедійних файлів, а з мультимедійних об'єктів, які є ключовим поняттям цього стандарту.

При транспортуванні відеокартинка розділяється на складові елементи - медіаобьекти, описується структура цих об'єктів і їх взаємозв'язку, щоб можна було зібрати їх в єдину відеозвуковими сцену. Результуюча сцена складається з мультимедійних об'єктів, об'єднаних в ієрархічну структуру. На відміну від колишніх MPEG -Стандарти, які ділили кадр на квадратні блоки незалежно від вмісту, кодер за стандартом MPEG-4 оперує цілими об'єктами довільної форми. Ключові кадри не розставляються із заданою регулярністю, а виділяються кодером тільки в ті моменти, в які відбувається зміна сюжету. Такі розгалужені алгоритми пошуку і обробки об'єктів складної форми, поглибленого аналізу послідовностей кадрів вимагають значно більших обчислювальних ресурсів для якісного відновлення (декомпресії) зображення цього формату, ніж в разі MPEG-1 або 2.

Ефективність компресії відео в MPEG-4 дозволяє розміщувати повнометражний фільм тривалістю півтори-дві години з гарною якістю всього на одному стандартом компакт-диску в 700 Мбайт. Однак фільми в MPEG-4 все-таки не дотягують до якості DVD-відео в стандарті MPEG-2.

MPEG 7 і MPEG 21 - на відміну від попередніх форматів стиснення сімейства MPEG, MPEG 7 описує інформацію, представлену в будь-якій формі і не залежить від середовища передачі даних.

Формат стиснення MPEG 7 використовує багаторівневу структуру опису аудіо та відео інформації. На вищому рівні прописуються властивості файлу, такі як назва, ім'я автора, дата створення і т.д. На наступному рівні опису формат стиснення MPEG 7 вказує особливості сжимаемой аудіо або відео інформацією - колір, текстура, тон або швидкість. Однією з відмінних рис MPEG 7 є його здатність до визначення типу сжимаемой інформації. Якщо це аудіо чи відео файл, то він спочатку стискається за допомогою алгоритмів MPEG 1, MPEG 2, MPEG 4, а потім описується за допомогою MPEG 7. Така гнучкість у виборі методів стиснення значно знижує обсяг інформації і прискорює процес стиснення. Основна перевага формату стиснення MPEG 7 над його попередниками полягає в застосуванні унікальних дескрипторів і схем опису, які, крім усього іншого, роблять можливим автоматичне виділення інформації як за загальними, так і по семантичним ознаками, пов'язаних зі сприйняттям інформації людиною. Процедура занесення в каталог і пошуку даних знаходяться поза сферою розгляду цього формату стиснення.

Розробка формату стиснення MPEG 21 - це довготривалий проект, який називається «Система мультимедійних засобів» (Multimedia Framework). Над розробкою цього формату стиснення експерти почали працювати в червні 2000 р На перших етапах планувалося провести розширення, уніфікацію і об'єднання форматів MPEG 4 і MPEG 7 в єдину узагальнюючу структуру. Малося на увазі, що вона буде забезпечувати глибоку підтримку управління правами і платіжними системами, а також якістю послуг, що надаються.

Характеристики

• Тип - сімейство стандартів відео (включає медіаконтейнера і кодеки)
• Сумісні кодеки - H.264 і інші (для відео) і AAC, MP3, WAV та інші (для аудіо)
• Розширення файлів - .mpeg, .mpg, .mpe, .m1v; .dat і .m2v (формати відео VideoCD (VSD) і Super VideoCD (SVCD) дисків - стандарт стиснення MPEG-1/2); .vob (формат відео DVD диска, містить відео в MPEG2)

Matroska (Matr ?? ka) - проект, націлений на створення відкритого, гнучкого, кроссплатформенного формати мультимедійних контейнера і набору інструментів і бібліотек для роботи з даними в цьому форматі. Це відкритий формат, який розроблявся як альтернатива іншим контейнерів AVI, QuickTime і MPEG. Відмінною особливістю цього формату є можливість використання в одному файлі декількох аудіопотоків.

Характеристики:

• Тип - медіаконтейнера
• Сумісні кодеки - H.264 і інші (для відео) і AAC, Vorbis, DTS, MP3 та інші (для аудіо)
• Розширення файлів - .mkv (відео з субтитрами і звуком), .mka (аудіофайли) і .mks (субтитри)

Flash Video - формат відео, використовуваний для передачі даних через Інтернет. Використовується в Youtube, Google Video, RuTube та ін. Популярність цього формату багато в чому пов'язана з тим, що він підтримується Adobe Flash Player `ом, який поширюється і як кросплатформенних самостійне додатки і як браузерні плагін.

Характеристики:

• Тип - медіаконтейнера
• Сумісні кодеки - H.263 (FLV1), VP6 (FL4), H.264 (FLV5) (для відео) і AAC, MP3 (для аудіо)
• Розширення файлів - .flv (як правило)

висновки

Як виявилося «розібратися в цьому питанні» (в різноманітті відео форматів) дуже і дуже складно. По-перше, існують десятки різних стандартів відео, які часом сильно відрізняються один від одного. По-друге, через «воєн форматів» з'являються все нові і нові формати схожі один на одного, але все ж мають свої особливості. По-третє, не всі з форматів набули широкого поширення через патенти на їх використання і т.п. Все це призводить до того що зараз досить складно орієнтуватися в цьому різноманітті технологій. Хоча деякі зрушення в кращу сторону все ж є (зокрема з розробкою стандартів MPEG) і, будемо сподіватися, що вони збережуться. Зауважу, що я не розглянув в цьому огляді кілька менш популярних (на мій погляд) форматів - медіаконтейнера 3GP (використовується в мобільних телефонах), ASF (Advanced Systems Format) - формат потокового відео, розроблений Microsoft, RealMedia - формат потокового відео фірми «RealNetworks Products and Services ».

Також хочеться сказати пару слів про перегляд відео. Часто виникають проблеми при відтворенні того чи іншого ролика, якщо в системі немає відповідного кодека для декодування відеопотоку. Це може виникнути через те, що використовується плеєр, який поставляється з кодеками тільки однієї фірми, яка не може використовувати чужі кодеки через патентні заборон. Цього можна уникнути встановлюючи так звані кодек-паки. Але я віддаю перевагу універсальні плеєри, в які включені майже всі відомі видеокодеки. Прикладом такого плеєра є The KMPlayer . Завдяки йому, я не замислююся про те які саме кодеки встановлені у мене в системі. Раджу!

Розбиратися в такій складній галузі знань дуже важко, тому, якщо Ви виявите якусь неточність, то напишіть про це в коментарях до цього запису.