Запись, сжатие и сохранение видеоматериалов
     Создав и обработав цифровой материал, непременно возникает вопрос как его записать на современные носители для последующего его хранения и переодического просмотра на определённой воспровоизводящей аппаратуре.

    Видео — это обычный ряд записанных друг за другом изображений. Как известно, видео начали записывать за долго до появления первого компьютера, т.е. в аналоговом виде. Это накладывало большие ограничения по его последующей обработке и редактировании. Вплоть до начала 1990-х годов преобладал  именно этот тип записи видео. Позже были разработаны цифровые технологии записи и хранения видео. Это дало большой толчок в развитии не только кинематографа, но и домашнего видео. Т.е. запись видеороликов и домашних фильмов стала очень популярным занятием. Все это, на фоне развития компьютерной техники, вынуждало разработчиков совершенствовать технологии записи, хранения и обработки видеоинформации. Вот как раз для хранения такой информации и были разработаны различные видеоформаты (на данный момент их огромное множество и ориентироваться в них очень сложно), которые и являются основной темой данного раздела.
    Видео формат определяет структуру видео файла, т.е. то как хранится файл на носителе информации (CD, DVD или жестком диске).
Из-за большого количество форматов видео, многие стали путать совершенно различные понятия – «стандарт видео», «видео кодек» и «медиаконтейнер». Давайте разберемся, что же это за понятия.
   Ко́дек (англ. codec, от coder/decoder — шифратор/дешифратор — кодировщик/декодировщик или compressor/decompressor) — устройство или программа, способная выполнять преобразование данных или сигнала.
    Для хранения, передачи или шифрования потока данных или сигнала его кодируют с помощью кодека, а для просмотра или изменения — декодируют. Кодеки часто используются при цифровой обработке видео и звука.
    Медиаконтейнер — формат файла, который хранит в себе информацию о своей внутренней структуре. Медиаконтейнер фактически является метаформатом, так как он хранит данные и информацию о том, как данные будут сохраняться непосредственно внутри файла.
     Можно провести некую аналогию между медиаконтейнером и zip-архивом. Т.е. медиаконтейнер  содержат видео и аудио файлы внутри себя, как и zip-архив, содержащий JPEG-картинку, которая будет сжата с помощью определенного алгоритма. За сжатие информации в архивах обычно отвечает специальный модуль, а в медиаконтейнрах роль этого модуля выполняет кодек.
     Основными двумя параметрами медиаконтейнера являются его тип и кодек
   Любой видео файл имеет как минимум две характеристики определяющие работу с ним. Это тип медиаконтейнера и кодек (кодеки), которыми закодировано его содержимое.
    Тип медиаконтейнера определяет формат записи различных данных (видео данные, аудио данные, субтитры, служебная информация и т. д.) в файл. Зная тип контейнера программа (например, видео плеер) может корректно извлекать из него данные, синхронизировать аудио и видео данные и т.д.
       Знание кодека позволяет программе из закодированного потока данных получить аудио и видео информацию содержащуюся в медиаконтейнере.
                      Популярные кодеки — DivX, Xvid, H.264, Theora, Indeo, x264 и другие.
                      Популярные медиаконтейнеры — AVI, QuickTime, MPEG-4, 3GP и другие.

Кодирование видео
При кодировании можно существенно снизить объём занимаемого видео в несколько раз, благо существует огромный выбор программ-кодировщиков.
Однако главный недостаток данного способа – значительно теряется качество снятого видеоматериала. Все достоинство высококачественного формата HD практически сводится на нет.
Данный способ оптимально применим в одном случае – если Вы хотите сделать семейный клип или фильм.

        Ниже рассматриваются видео форматы по трем категориям: аналоговое, цифровое и сжатое видео. Аналоговые форматы - VHS (Video Home System — Домашняя Видео Систе­ма) (VHS-Compact (VHS-C),  Super VHS (S-VHS) и Hi8 (Hi8 XR) уже устарели, поэтому мы исключим их из обзора и переходим сразу к форматам цифрового видео и сжатого видео.

Форматы сжатого цифрового видео

AVI

AVI (Audio Video Interleaved)
      AVI (Audio Video Interleaved) — технология фирмы Microsoft, это самый распространенный и наименее сжатый из видеоформатов. Файлы, созданные с использованием этого метода, имеют расширение .avi. Видео- и аудиоданные записываются в один файл на диске следующим образом: все информационные потоки раз­биваются на множество равных частей (chunks) и затем записываются в один файл друг за другом по очереди. Сначала записывается заголовок, а затем 1-я часть видео и 1-я часть звука; затем 2-я часть видео и 2-я часть звука и т. д. Иначе говоря, используется технология чередования видеокадров и звука, которой, собственно, и определяется аббревиатура AVI (Audio Video Interleaved). В среднем одна секунда AVI-изображения занимает при­мерно 2 Мбайт на жестком диске.
     Контейнер обычно имеет расширение .MOV и .QT. Не все компьютерные программы поддерживают этот формат. Quick Time Player создан для воспроизведения файлов такого типа. Однако он может поддерживать и такие форматы как AVI, МРЗ, AAC Audio, MPEG, видео из интернета.

Характеристики:
  • Тип — медиаконтейнер
  • Совместимые кодеки — DivX, Xvid, Indeo и другие (для видео) и MP3, WMA и другие (для аудио)
  • Расширение файлов — .avi
MPEG

    Слово «MPEG» является сокращением от Moving Picture Expert Group — на­звания экспертной группы ISO (Международной организации по стандартизации), действующей в направлении разработки стандартов кодирования и сжатия видео- и аудиоданных. Часто аббревиату­ру MPEG используют для ссылки на стандарты, разработанные этой груп­пой. Технология MPEG использует поточное сжатие видео, при котором обрабатывается не каждый кадр по отдельности (как это происходит при сжатии видео с помощью алгоритмов Motion-JPEG), а анализируется дина­мика изменений видеофрагментов и устраняются избыточные данные.
     
       Эволюция формата MPEG продолжается с завидным постоянством. Каждый новый кодек был лучше предыдущего и, благодаря дешевому лицензированию и чёткой стандартизации, завоевал массы.
        После появления MPEG-1 (1991 год) и MPEG-2 (1995 год) пришло время (1999 год) более прогрессивному кодеку MPEG-4 (ASP), основной задачей которого было максимальное уменьшение битрейта при сохранении качества предшественника. Нельзя со 100% уверенностью сказать, что это удалось, но попытка была близка к успеху. Формат обеспечивал 6-кратное сжатие, сохраняя при этом высокое качество изображения.
      MPEG-4 — формат MPEG-4 задает принципы работы с цифровым представлением медиаданных для трех областей: интерактивного мультимедиа (включая про­дукты, распространяемые на оптических дисках и через Интернет), графи­ческих приложений и цифрового телевидения (DTV). Он имеет дело не просто с потоками и массивами медиаданных, а с медиаобъектами, которые являются ключевым понятием этого стандарта.
    При транспортировке видео­картинка разделяется на составные элементы — медиаобьекты, описывается структура этих объектов и их взаимосвязи, чтобы можно было собрать их в единую видеозвуковую сцену. Результирующая сцена составляется из медиаобъектов, объединенных в иерархическую структуру. В отличие от прежних MPEG-стандартов, которые делили кадр на квадратные блоки вне зависи­мости от содержимого, кодер по стандарту MPEG-4 оперирует целыми объ­ектами произвольной формы. Ключевые кадры не расставляются с заданной регулярностью, а выделяются кодером только в те моменты, в которые про­исходит смена сюжета. Такие разветвленные алгоритмы поиска и обработки объектов сложной формы, углубленного анализа последовательностей кад­ров требуют существенно больших вычислительных ресурсов для качествен­ного восстановления (декомпрессии) изображения этого формата, нежели в случае MPEG-1 или 2.
Эффективность компрессии видео в MPEG-4 позволяет размещать полно­метражный фильм длительностью полтора-два часа с хорошим качеством всего на одном стандартом компакт-диске в 700 Мбайт. Однако фильмы в MPEG-4 все-таки не дотягивают до качества DVD-видео в стандарте MPEG-2.

Характеристики:
  • Тип — семейство стандартов видео (включает медиаконтейнеры и кодеки)
  • Совместимые кодеки — H.264 и другие (для видео) и AAC, MP3, WAV и другие (для аудио)
  • Расширения файлов — .mpeg, .mpg, .mpe, .m1v; .dat и .m2v (форматы видео VideoCD (VSD) и Super VideoCD(SVCD) дисков – стандарт сжатия MPEG-1/2); .vob (формат видео DVD диска, содержит видео в MPEG2)
H.264

   Стандарт сжатия видео H.264 (полное название MPEG-4 Part 10 AVC/H.264) является логическим продолжением стандарта MPEG-4 Part 2 ASP (именно его часто называют просто MPEG-4). Сам стандарт был принят ещё в середине 2003 года, но по-настоящему эффективные кодеки этого стандарта начали появляться только совсем недавно.
    В пользу H.264 говорит хотя бы то, что телевидение высокой четкости (HDTV) работает именно с помощью стандарта H.264.
   Для пользователей переход к новому стандарту означает улучшение эффективности кодирования их видеопоследовательностей. То есть, при одинаковом качестве сжатой последовательности фильм нового стандарта будет занимать меньше места на диске или меньшую ширину канала (разработчики стандарта ставили перед собой задачу уменьшить размер на 50%).
       По сравнению с MPEG-4, стандарт H.264 обеспечивает более качественное сжатие за счет применения более сложных схем кодирования потока. В сложных для кодирования сценах с быстрым движением обеспечиваются более плавные цветовые переходы, а сжатие похожих цветов осуществляется с меньшим битрейтом. Этот кодек лучше передает мелкие детали, так как в отличие от MPEG-2 и MPEG-4, где минимальные размеры макроблоков 16x16 и 8x8 пикселей, H.264 использует блоки до 4x4 пикселей, причем размер блоков адаптивно изменяется для каждого отдельного фрагмента. В сценах с множеством деталей или с быстрым движением объектов это дает лучшее качество изображения. При том же объеме информации и качестве изображения, архив Н.264 в среднем на 30% меньше по объему архива MPEG-4.
      В начале препятствием для применения этого кодека служило то, что декодирование видео в реальном времени требует от компьютера очень мощной аппаратной части. Сейчас, с выходом на рынок многоядерных процессоров Intel и AMD, требуемый уровень производительности ПК стал доступным для широкого круга пользователей.
      Стандарт сжатия видео H.264 (полное название MPEG-4 Part 10 AVC/H.264) является логическим продолжением стандарта MPEG-4 Part 2 ASP (именно его часто называют просто MPEG-4). Сам стандарт был принят ещё в середине 2003 года, но по-настоящему эффективные кодеки этого стандарта начали появляться только совсем недавно.
      Наиболее современное оборудование позволяет при использовании стандарта H.264 достигать HD разрешения с 720 строками прогрессивной развертки при занимаемой полосе 1 мбит/c, а также резко улучшить качество изображения на меньших скоростях соединения.
Благодаря своей эффективности, формат H.264 был стандартизирован ISO и предполагается, что будет наиболее вероятной заменой формата MPEG-2.
 Основные особенности стандарта Н .264/АVС
        В стандарте Н.264/AVC используется усовер­шенствованная технология кодирования видео­сигнала по методам, схожим с технологией коди­рования в предыдущих стандартах: МРЕG и ITU-Т. При этом для обеспечения меньшего битрейта при сохранении высокого качества изображения ис­пользуются новые инструментальные средства.
        C момента появления Н.264 проводились многочисленные сравнения этого стандарта и MPEG-4. Результаты, как правило, показывали выигрыш в 1–3 дБ стандарта Н.264 в широком диапазоне скоростей кодирования. Визуально видео в стандарте Н.264 также выглядит лучше (во многом благодаря использованию деблочного фильтра).
        Справедливости ради отметим, что для высокотекстурированных изображений большой разницы не наблюдается. Во многих тестах разница по эффективности кодирования между отдельными видеокодеками H.264 достигает двух и более раз.
Выводы
Как оказалось «разобраться в этом вопросе» (в многообразии видео форматов) очень и очень сложно.
    -  Во-первых, существуют десятки различных стандартов видео, которые порой сильно отличаются друг от друга.
    - Во-вторых, из-за «войн форматов» появляются все новые и новые форматы похожие друг на друга, но все же имеющие свои особенности. 
    - В-третьих, не все из форматов получили широкое распространение из-за патентов на их использование и т.п.
      Все это приводит к тому что сейчас довольно сложно ориентироваться в этом многообразии технологий.
     К чему мы пришли? К тому, что международным стандартом является формат  H.264. Формат развивается и сейчас. Он поддерживается практически всеми бытовыми устройствами. Следовательно, чтобы не заморачиваться над поиском множества медиаплееров, проще переводить файлы из недоступного в доступный.
| В начало сайта   | Оформление заказа | Контакты