umožňuje uložit zvuková, obrazová i jiná data (streamy) do jednoho souboru

FORMÁTY PRO VIDEO

Základní pojmy 

Části síťově šířených multimédií   

zvuková data obrazová data metadata  



doplňující informace umožňují obě složky synchronizovat.

obálka  



nepodílí na informačním obsahu obvykle se přidává kvůli zpřístupnění informací nebo pro větší robustnost datového toku zapouzdření do společného celku 

jednodušší manipulace

Základní pojmy 

Multimediální kontejner 

umožňuje uložit zvuková, obrazová i jiná data (streamy) do jednoho souboru 

   

zajišťuje synchronizaci může obsahovat další informace (kapitoly, menu, titulky) neříká nic o vnitřní kompresi některé elementární streamy možné uložit bez kontejneru 



např. mp3

příklady kontejnerů 



datového toku

MPEG-2, MPEG-4, AVI, ASF, Quicktime, Realtime, Ogg, MKV

Splitter 

slouží přehrávačům pro rozdělení kontejneru na jednotlivé streamy 

ty pak předá odpovídajícím kodekům

Základní pojmy 

Kodek 

program (zařízení) pro transformaci datového proudu (streamu) nebo signálu 1. 2.



dělení  



zvukové, obrazové (video), … ztrátové, bezztrátové

příklady kodeků 



ukládání data do zakódované formy (kodér) obnovení přesné nebo přibližné původní podoby dat (dekodér)

MPEG-4, MPEG-4 AVC (H.264, DivX, XviD), WMV, Quicktime Movie, RealVideo, …

Ztrátová komprese pomocí transformačních kodeků  

vzorky obrazu nebo zvuku se rozdělí na drobné segmenty transformují se na frekvenční prostor, kvantizují se a kódují

MPEG 



Motion Picture Experts Group Skupina specifikací a standardů 

pro kompresi, kódování a přenos audiovizuálních informací 



stream, dekodér (kodér nespecifikuje)

jedna ze skupin v rámci společné technické komise ISO a IEC

http://www.chiariglione.org/mpeg, http://www.iptvdictionary.com/iptv_dictionary_MPEG_definition.html

MPEG-1 

Ztrátové kódování videa a zvuku pro datové nosiče  



video CD, kabelová a satelitní TV, digitální audiovysílání 1993 (dokončen 1991)

Vlastnosti 

komprese videa kvality VHS a zvuku CD-audio  

 

max. datový tok 1,5 Mb/s kompresní poměr 26:1, resp. 6:1

nejvíc kompatibilní formát, dnes zastaralý a téměř nepoužívaný .mpg, .mpeg, .mp1, .mp2, .mp3, .m1v, .m1a, .m2a, .mpa, .mpv

MPEG-1 - obsah 

1. Systems 

 

2. Video (komprimace) 3. Audio (komprimace) 



Layer2 (MP2) vysílání, Layer3 (MP3) aplikace pro PC

4. Conformance testing 



ukládání a synchronizace videa, audia a dalších dat současně

testy správnosti implementace standardu

5. Reference software 

ukázkový software ukazující jak kódovat a dekódovat podle standardu

Part 1 MPEG-1 stream decoder

Part 2 Video decoder

Part 3 Audio decoder http://www.chiariglione.org/mpeg

MPEG-2 

Ztrátové kódování videa a zvuku 

DVD Video, TV vysílaní  



přenosové, obrazové a zvukové kódovací standardy, 1994 DVB-T, DVB-S, DVB-C (Digital Video Broadcasting)

Vlastnosti  

podpora prokládaných snímků vyvinut pro 720×576 bodů 



podpora VBR (variable bit rate) – proměnlivý datový tok  

 

pružnost, různé rozměry, různé poměry stran

rozpozná statickou scénu a BR zvýší nebo sníží možno volit VBR nebo CBR (i velikost)

lepší komprese, vyšší systémové nároky přenosová rychlost 1,5 až 15 Mb/s (pro TV signál 6 Mb/s)

Součásti MPEG-2 

Part 1: Systems



Part 7: Advanced Audio Coding



Part 2: Video



Part 8: VOID



Part 3: Audio



Part 9: System extension RTI



Part 4: Conformance testing



Part 10: Conformance extension - DSM-CC



Part 5: Software simulation



Part 11: IPMP on MPEG-2 Systems



Part 6: System extensions - DSM-CC

http://www.chiariglione.org/mpeg

MPEG-2 

Profily MPEG-2 Zkr. SP MP SNR Spatial HP



Název Simple profile Main profile SNR Scalable profile Spatially Scalable profile High profile

Typy snímků I, P I, P, B I, P, B I, P, B I, P, B

Aplikace  

DVD DVB (Digital Video Broadcasting)  



SDTV HDTV

ATSC (Advanced Television Systems Committee) 

digitální náhrada NTSC

Chroma Format 4:2:0 4:2:0 4:2:0 4:2:0 4:2:2, 4:2:0

MPEG-4 

Rozsáhlý multimediální standard  



DVB-T, HDTV, komprese AV dat pro web (streaming) obsahuje mj. kontejner MP4, zvuk. kodek AAC, H.264

Vlastnosti 

menší bitrate při stejné kvalitě obrazu, 1998 

 

interaktivní TV a jiné aplikace

vyšší systémové nároky rozšiřuje MPEG-1 

podpora 3D obsahu, kódování s nízkou rychlostí přenosu a Digitální správu práv (DRM)

MPEG-4 

Part 2 

povoleno použití vlastních kodeků  



Part 3 

kodek AAC  



Advanced Audio Coding znám i jako MPEG-2 Part 7

Part 10 



menší kompatibilita, ale vyšší komprese např. DivX, Xvid, Nero Digital nebo Quicktime 6

H.264 (AVC)

Part 12 

vlastní kontejner MP4

Další standardy MPEG 

MPEG-3 

původně určený pro kódování standardu HDTV 



MPEG-7 (Multimedia Content Description Interface)  

standard pro popis multimediálního obsahu dat definuje sadu nástrojů pro audiovizuální popis  



název, autor, co se v něm děje použití značkovacího jazyka XML

umožní efektivní přístup k multimediálnímu obsahu 



později byl vývoj pozastaven a MPEG-3 byl sloučen s MPEG-2

archivace mm. souborů a vyhledávání

MPEG-21 

širší rámec pro práci s daty 

potřebnými pro tvorbu a přenos multimediálně zachycených informací

Multimediální kontejner 

Formát uložení různých proudů multimediálních dat do jednoho souboru (datového toku) 

video, několik zvukových stop, několik titulků …  



Neříká nic o vnitřní kompresi 

dána kodekem 



zajištění synchronizace možnost volby kombinace při přehrávání

množina podporovaných kodeků může být omezena

Nejpoužívanější kontejnery 

   

AVI MPEG, MP4 ASF (WMA, WMV) Quicktime a Realtime Ogg, Matroska

AVI (Audio/Video Interleave) 



Microsoft 1992 (Windows 3.1) Vlastnosti 

původně bez komprimace, 160×120, 15 fps (snímků/s) 





další verze: libovolná komprese, velikost bez omezení

Struktura 

hlavička 





informace o videu (rozlišení, komprese, kodek atd.) a zvuku (frekvence, kodek …)

data rozdělená do bloků synchronizační tabulka na konci souboru 



velikost max. 1 GB

soubor se nedal přehrát, pokud nebyl úplný (neprokládané audio a video)

Široká podpora videoeditačními programy, kompatibilita 

 

použití i v digitálních fotoaparátech nedostatky při použití s moderními kodeky (DivX) nejsou podporovány doplňující informace 

titulky, kapitoly

Kontejner ASF, WMV 

Advanced System (dříve Streaming) Format, Microsoft  



vychází z AVI (nenahrazuje) přípony .asf, .wmv. .wma

Používané kodeky 

MPEG-4 





WMV, WMA – Windows Media Video/Audio

Neobsahuje indexovou tabulku 



pův. výhradně; jen částečná implementace standardu, bez podpory B-snímků

vhodné i pro internetové vysílání

Nevýhody 

uzavřenost  

Microsoft nutí používat systémové rozhraní Direct Show dvě varianty: v1.0 používána Windows Media Playerem a Windows Media Encoderem, neveřejná; v2.0 publikována a patentována

Kontejnery MPEG 

MPEG Program Stream (MPEG-PS) 

ISO/IEC standard, pro prostředí se zárukou bezchybnosti přenosu dat 



jednoduchost, snadná implementace, horší pro editaci  



DVD-Video – hlavní formát popis prokládání video a audio toku do jednoho streamu vnitřní časová synchronizace

MPEG Transport Stream (MPEG-TS) 

komunikační protokol 



pro prostředí bez záruky bezchybnosti přenosu dat   



pro audio, video a data DVB, streamování po internetu elementární streamy MPEG PS zabaluje do vlastních paketů vnitřní časová synchronizace

BDAV MPEG-2 Transport Stream  

BR, digitální kamery využívající formát AVCHD přípony .m2ts a .MTS.

Kontejner VOB (Video Object)  

Součást DVD-Video Založen na MPEG-2 PS 

přehrávač MPEG-2 přehraje  



Video 



MPEG-1 Audio Layer II nebo MPEG-2 Audio Layer II

Další objekty 



MPEG-2 Part 2 nebo MPEG-1 Part 2

Audio 



někdy nutné přejmenovat (na mpg nebo avi) nemusí fungovat titulky

titulky, menu

Srovnání s MPEG-2  

navíc: Linear PCM, AC-3, DTS neumí: AAC audio (MPEG-2 Part 7), kompresní formáty MPEG-4

Kontejner Quicktime (MOV) 

Otevřeně zdokumentovaný multimediální kontejner  



Rozdělení dat na více nedělitelné části (atomy) 



Apple, konkurence pro AVI a WMV; přípona .mov podpora jakýchkoliv kodeků každá má hlavičku o typu a uložení

Možnost pracovat s proměnným tokem 

navíc v případě poškození některého z objektů je možné jej přeskočit



QuickTime Player 



QuickTime framework 



aplikace, která slouží jako multimediální přehrávač prostředí poskytující API funkcí pro kódování a dekódování zvuku a obrazu

MOV 

formát souboru QuickTime Movie

Real Media Format  

RealNetworks, přípona .rm, .rmf, .rmv, .rv RealMedia  



kontejner může měnit framerate videa v čase

RealVideo 

videoformát, .rv, několik vlastních kodeků 



RealAudio 



rv10, …, rv40

audioformát, .ra

Podpora streamování  

hlavně v internetovém vysílání dnes malá podpora zejména díky licenční politice (přehrávání)

Kontejner MP4 

Otevřený formát pro různá zařízení spotřební elektroniky 



Základ kontejner MOV (QuickTime)   



menu, více titulků i zvukových stop i 3D objekty zjednodušení bezproblémové streamování videa

Možnosti komprese  



součást MPEG-4 standardu (MPEG-4 Part 12)

obraz MPEG-1, MPEG-2 a MPEG-4, DivX, Xvid, H.264 zvuk MP3 a AAC (Advanced Audio Coding)

Podpora 

některé HW přehrávače a mobily 



Nero, Apple 



rozšíření brání omezená podpora kodeků nestandardizované úpravy formátu

ukládání HD videa v digitálních fotoaparátech (i kamerách) 

množství nestandardních variant

Kontejner Ogg Media (OGM) 

Svobodný software pro digitální multimédia  



skládá se z tzv. stránek ogg jakýkoli video nebo audio kodek, CBR nebo VBR

Struktura hlavičky stránky

 

Zachytávací zdroj – vždy „OggS“ Pozice zrna – časová značka

Kontejner Matroska (MKV))   

Moderní otevřený kontejner Přípona .mkv, .mka Popis vnitřní struktury založen na XML 

respektive na binární verzi EBML 



Umožňuje vnitřně nést téměř jakákoli data  





skládá se ze segmentů, ty se dělí na sekce, každá nese jiný druh dat možnost přidávat sekce

Výhody 



např. video v HD, audio DTS nebo AC3 podpora pro titulky, menu a další

Struktura souboru 



Extensible Binary Meta Language

platformní otevřenost a vnitřní propracovanost

Nevýhody 

zatím chybějící podpora, hlavně nekomerční sféra

Kontejner WebM 

Otevřený AV formát pro web 

reakce Googlu na možné poplatky za H.264 



 

nákup autorů od On2 Technologies

Audio ve formátu Vorbis 



navržen pro použití do HTML5

Kontejner založen na formátu Matroska Video ve formátu VP8 



od 2016; Microsoft a Apple vlastní u H.264 téměř 70 patentů

lepší než zastaralý MP3

Podpora: 

Firefox 4+, Opera 10.60+, Chrome 6+, IE 9+ 

pro IE nutno stáhnout WebM for IE9

Chip 11/2010

Další kontejnery 

Kontejner Flash Video 

otevřený formát pro Adobe Flash Player   



přípona .flv, .f4?, možno zahrnout do .swf 



snadná integrace s flashovými aplikacemi

jeden z nejpoužívanějších formátů na internetu  



používá patentované kodeky podpora kodeků H.264, VP6, MPEG-4 ASP, Sorenson H.263 důraz na vysokou kompresi a kompatibilitu

k přehrání stačí plugin Youtube, Google Video, Stream, …

Kontejner NUT  

formát vyvíjený týmy MPlayer a FFmpeg otevřený, nepoužívá patent  

jednoduchý, flexibilní, odolný proti chybám přípona .nut

Kodeky 

Program (zařízení) pro transformaci datového proudu nebo signálu 1.

ukládání dat do zakódované formy

2.

obnovení původní formy dat 



Informace o použitém kodeku 

pomocí FourCC kódu 



čtyřpísmenná značka, je v hlavičce kontejneru

Codec ID 



přesné nebo přibližné

zpětně kompatibilní s FourCC

Dělení 

zvukové, obrazové (video), …



ztrátové, bezztrátové

Bezztrátové videokodeky 

RAW  



není kodek; data nekomprimovaná pro PAL signál 720x576 datový tok ~ 30 MB/s.

HuffYUV 

komprese YCbCr (ne YUV)  



výhody 



rychlá komprese i dekomprese, menší paměťové nároky, volné používání

nevýhody 



predikována hodnota následujícího pixelu (pod. jako bezztrátové JPEG) chyba (rozdíl) zakódována pomocí Huffmanova kódování

nízký kompresní poměr (nejlépe ~ 1:2,5), základ kodeku Lagarith

Lagarith 

open source bezztrátový kodek založen na HuffYUV   

menší rychlost než HuffYUV, možnost paralelního zpracování podpora mnoha barevných modelů (kvůli efektivitě) jednoduchý střih, spojování a posouvání videa

Ztrátové videokodeky 

Indeo (pův. Intel, pak Ligos) 

kvalita obrazu dobrá 





součást Windows XP SP1, nekompatibilita s Win64 ani Vista

Microsoft Video 1 

součást od Windows 95 

 

později rozšířen o Intel Indeo 3.1 a Supermac‘s Cinepak

obraz 320×240 bodů až 30 fps dříve rychlý a kvalitní, dnes pomalý a zastaralý 



při nastavení na 100% téměř totožné s originálem, velká velikost souboru

při nastavení 100% kvality komprese stále viditelné čtverečkování obrazu

MJPEG (Motion JPEG) 

obrazová komprese JPEG jednotlivých obrázků videa  



volitelný kompresní poměr v rozsahu 1:6 až 1:16 plně integrován do Windows i některého HW (menší nároky na výkon PC) dobrá editace videa, dobrá kvalita i velikost 

při kompresním poměru 1:8 datový tok ~ 4MB/s

Ztrátové videokodeky 

WMV (Windows Media Video) 

nejen druh komprese, ale i celý formát 

  

zapouzdřen do kontejneru ASF, podpora i AVI či MKV

především streamingové aplikace kodek založen na MS implementaci MPEG-4 Part 2 podpora variabilního i konstantního bitrate 

při kompresi udržuje datový tok, snímky zahazuje, aby ho nepřesáhl a nebo vyplňuje nadbytečnými informacemi, aby tok nebyl nižší 



formát HD DVD a Blu-ray disků  



dokáže přibrat až o 25% více nadbytečných informací

povinný kodek pro zařízení PlaysForSure, Portable Media Center jediný podporovaný kodek pro Microsoft Silverlight

WMV 9  

standardizován jako otevřený, ale zákonem chráněný VC-1 jeden ze tří povinných videokodeků pro BD-ROM

Ztrátové videokodeky 

Quicktime Movie a QTVR (Quicktime Virtual Reality) 

Apple; nejen kodek, ale celý formát 



kódování videa na internetu 



Apple Quicktime Player

komprese od 1:5 do 1:25 



snadno přenositelný mezi Macintosh a PC

pro přehrání vyžaduje svůj software 



QTVR pro panoramata 360°

dnes spíše průměr

RealVideo 

komprese a formát firmy Real Networks  



založeno na H.263, od RealVideo 8 na H.264 blízký typu Quicktime

větší důraz na kompresi videa pro internet 

dnes ustupuje do pozadí

Videokodeky Ogg 

Videokodeky 

Theora  



Tarkin 



experimentální kodek využívající diskrétní waveletovou transformaci

Dirac 



vyvinut jako součást projektu Ogg měl konkurovat formátu MPEG-4 a kodekům RealVideo, Windows Media Video

experimentální kodek vyvinutý BBC  jako základ nového kodeku pro přenos videa přes internet

OggUVS 

kodek pro ukládání nekomprimovaného videa.

Videokodeky MPEG-4 

Videokodeky MPEG-4 Part 2    

profily SP (Simple Profile), ASP (Advanced Simple Profile) DivX, Xvid QuickTime FFmpeg  



3ivx 



freeware pro nahrávání, konverzi a streamovaní (linux, i Windows) obsahuje přes 100 kodeků, často nelegálně rozkrytých komerční sada kodeků kompat. s MPEG-4

Videokodeky MPEG-4 Part 10 (AVC)   

H.264 (a GPL enkodér x264) Nero Digital DivX Pro (od verze 7)

Ztrátové kodeky – DivX 

Obrazový kodek kompatibilní s MPEG-4 

kvalitní komprese filmů, podpora mnoha DVD přehrávačů 



Varianty komprese 

jednoprůchodová s daným datovým tokem 





snaha o udržení datového toku bez ohledu na výslednou kvalitu

jednoprůchodová s danou kvalitou 

snaha o udržení zadané kvality bez ohledu na velikost

dvouprůchodová 



7 GB > 700 MB; nelegální šíření filmů chráněných autorskými právy

při prvním průchodu analyzuje a v druhém průchodu optimalizuje (lepší využití datového toku)

Od verze 5 implementuje další algoritmy   

tzv. psychovizuální model obousměrnou kompresi (B snímky) kompenzace pohybu 

optimalizace kompresí pro přibližování, náhlé změny jasu, stagnující plochy a další

Ztrátové kodeky – DivX 

DivX 3.11 Alpha (1998, původní verze) 

založená na nelegálně upravené verzi kodeku pro MPEG-4 od MS  



 

ve své době vynikající, dnes lepší standard

OpenDivX (2000, vznik firmy DivX a vytvoření vlastního formátu) DivX 4 (opensource) 



nekompatibilita se standardem MPEG-4, max. rozlišení 352×288 původně pouze do ASF, hackeři upravili pro AVI

kvalita horší

DivX verze 5 (2002)  

uzavřený formát s kompresí MPEG–4 bez přístupu ke zdrojovým kódům zpětně kompatibilní, výborná kvalita 



integruje v sobě nástroje a filtry pro úpravy obrazu už při kompresi 



až 25% snížení velikosti výsledného souboru než DivX 4 rozměry, kvalitu, ostrost, atd.

vyšší nároky na výkon procesoru

Ztrátové kodeky – DivX 

DivX 5 (2002) 

několik verzí 



DivX 6 (2005) 

vylepšení samotného kodeku  





až 40% nárůst výkonu paralelizace výpočtu

dvě verze 

liší se placeným konvertorem (DivX Converter)

formát souborů .divx  



omezený zdarma, plnohodnotný zdarma s reklamu, placený

DivX Media Format (DMF) podpora MPEG-4 menu

DivX 7 (2009) 



komprese H.264, AAC audio (MPEG-2, 4) nativní podpora kontejneru Matroska

DivX 6 kodek DivX EKG DivX Pro kodek (na1 měsíc) průchozí DivX YV12 DivX Player

Ztrátové kodeky – XviD 

XviD 

otevřený formát kompatibilní s MPEG–4 

původně založený na OpenDivX 

 

navíc umí export videa široká konfigurovatelnost kodeku 



podmínkou je dělitelnost 4

několik verzí 



příliš složitý, optimální nastavení komplikované

libovolné rozlišení až do velikosti obrazu 1920×1088 bodů 



po uzavření projektu (2001)

po rozporech uvnitř komunity

mohou být přehrány v DivX kompatibilním DVD přehrávači 

použití pokročilých vlastností může způsobit nekompatibilitu

H.264 

Standard pro komprimaci videa (2003) 

součást standardu MPEG-4 (MPEG-4 Part 10) 



Komprimační algoritmus videa 

v současnosti nejkvalitnější   





vysoký stupeň komprese (oproti MPEG-2 2× až 3×) vysoké nároky na CPU a paměť využití volné knihovny x264 (pouze kodér)

vyvinut pro HDTV, Blu-ray a HD-DVD

Nevýhody 

licenční poplatky pro výrobce zařízení a komerční uživatele 



MPEG-4 AVC (Advanced Video Coding)

do konce 2015 zdarma pro koncové uživatele

Velikosti dat zakódovaných různými verzemi MPEG MPEG-1 100%

MPEG-2 90%

MPEG-4 ASP 50%

MPEG-4 AVC 35%

Profily H.264 

Baseline Profile (BP) 



Main Profile (MP) 





navíc podpora 10 bitového vzorkování

High 4:2:2 Profile (Hi422P) 



základní profil pro vysílání a ukládání pro HDTV; též HD DVD, Blu-Ray přidává bezztrátové kódování, 8x8 pixel intrasnímkovou predikci

High 10 Profile (Hi10P) 



určen pro streamování – vysoká komprese, robustnost

High Profile (HiP) 



původně hlavní profil pro vysílání a ukládání; pracuje s B-snímky, prokládání

Extended Profile (XP) 



nenáročné aplikace s omezenými zdroji – videokonference a mobilní zařízení, podpora pouze I/P snímků

navíc podpora YUV 4:2:2 chroma subsampling při 10 bitovém vzorkování

High 4:4:4 Predictive Profile (Hi444PP)  

navíc podpora YUV 4:4:4 chroma sampling, 12 bitové vzorkování přidaná podpora bezztrátových oblastí a další

Použití H.264  

široké rozšíření od streamování po HDTV HDTV  



povinný videokodek HD DVD a Blu-ray standardů TV přenos DVB-S2 i DVB-T

Mobilní zařízení 

standard  



Multimédiální formáty 



součást mnoha formátů

Videokonference 



podpora v DVB-H (Handheld) a DMB (Digital Multimedia Broadcasting) PlayStation Portable, iPod (5.+ gen.) …

od 2005

Video-/Digicams 

např. modely Casio, Kodak, Samsung, Canon, Sony, Sanyo

VP8 

Bezplatný kodek Googlu  



použití jako součást WebM pokračovatel VP6 (Flash) a VP7 (Skype)

Omezení  



nepoužívá B-snímky nemá adaptivní kvantizaci …

http://www.chip.cz/mesicnik-chip/prave-pripravujeme/vp8-bezplatny-kodek-googlu

KOMPRESE VIDEA

Komprese videa 

Požadavky    

kontrola toku dat (zaručený kompresní poměr) rychlost komprese / dekomprese odolnost vůči chybám synchronizace se zvukem 



řeší systémová vrstva – kontejner

Kodek 

typicky tři vrstvy – video, audio, systém 

případně text – titulky …

Komprese videa 

Kódování interframe   

mezi snímky odstranění časové redundance většina obrazové informace zůstane stejná 



využití rozdílového kódování 



není ji nutné kódovat vícekrát řešeno po makroblocích, využití DCT

Kódování intraframe  

uvnitř snímku každý snímek samostatně prostorově komprimován 



jako JPEG

možná vylepšení:   

rozdělení obrazu na části (každá může mít jinou ztrátovost) optimalizace pro prokládaný obraz predikce v rámci obrazu

Komprese videa 

Rekonstrukce rozdílově kódovaného snímku pro ztrátovou kompresi 

první snímek A ztrátově zakódujeme 



další snímek B nelze rekonstruovat, protože neznáme A 



 vhodné uložit rozdíl A’ – B místo A – B

kompresor musí obsahovat dekompresor   



po dekompresi získáme aproximaci A’

ztrátově uloží A dekomprimuje A jako A’ snímek B komprimuje rozdílově jako A’ – B

kompresor i dekompresor obsahují paměť pro předchozí snímek

Kompenzace pohybu 

Predikce a kompenzace pohybu 

rozdělení do makrobloků  



pohybový vektor (motion vector) 



jednoznačně definuje posunutí bloku

provede se rozdíl mezi původním a výsledným obrazem 



16x16 bodů zkoumá se možné posunutí

pokud malý, kóduje se rozdíl, jinak původní blok

Vylepšení metody 



typický pohyb vodorovný jeden pohybový vektor na makroblok 

 

výpočet jen pro složku Y

odhad v nižším rozlišení, pak zpřesnění využití koherencí  

pohybové vektory u okolních makrobloků podobné pohybové vektory u předchozího snímku podobné http://www.digitalnitelevize.cz/magazin/dvb-t/dvb-t-technologie/technicke_minimum_mpeg2.html

Komprese videa 

Sekvence jednotlivých samostatných snímků



I-frame (intraframe)  



P-frame (predictive, forward)   



klíčový snímek všechny makrobloky bez predikce

některé makrobloky predikované rozdílový obrázek mezi běžným a předchozím I nebo P původní obraz se dá zrekonstruovat za použití předchozího P nebo I

B-frame (bi-directional predicted, forward and backward)   

některé makrobloky predikované rozdílový obrázek mezi dvěma nejbližšími I nebo P – silná komprese původní obraz se dá zrekonstruovat za použití 2 nejbližších P nebo I

Komprese videa 

B-frame  možnost zvolit, zda se daný blok kóduje proti předchozímu snímku, budoucímu či jejich průměru  



standardně počítán jako ½ (IP + PN) některé kodeky zavádějí váhu – např. H.264

Zpětné prediktivní kódování  obsahuje pouze snímky I a P  příklad  



I1 P2 P3 … I16 P17 P18 … P-snímek ~ 2-3× menší

vynucené vkládání dalšího I-snímku   

oprava chyb možnost náhodného přístupu možnost editace

http://www.icsi.berkeley.edu/PET/pet-applications.html

Obousměrné prediktivní kódování 

Typická posloupnost  



IBBPBBPBBPBBI (mezi dvěma I jsou 3 (nebo 5) P a mezi vším 2 B) každých 0,4 s se objeví I-frame

Pořadí kódování  



dekódér musí přijímat v jiném pořadí I1 B2 B3 P4 B5 B6 P7 B8 B9 P10 B11 B12 I13 I1 P4 B2 B3 P7 B5 B6 P10 B8 B9 I13 B11 B12 



1 je I1;

2 spočten z I1, P4, B2;

původní pořadí pořadí po kompresi

3 z 2, P4, B3;

4 z I1 a P4

Dekomprese 

P-snímku  



najít předchozí I-snímek dekomprimovat všechny následující P-snímky až do daného

B-snímku 

dekódovat oba okolní P-snímky

Obousměrné prediktivní kódování 

Dekodér  



musí obsahovat paměti pro předchozí (P) a následující (N) snímek I1 P4 B2 B3 P7 B5 B6 P10 B8 B9 I13 B11 B12

Postup zobrazení t

P

N

zobr

1

I1

-

I1

I1

P4

1

dekódovat I1, uložit do P, zobrazit

2

dekódovat P4, uložit do N, nezobrazovat naplánovat zobrazení na t = 4

3

dekódovat B2, neukládat, zobrazit

2

I1

P4

B2

4

dekódovat B3, neukládat, zobrazit

3

I1

P4

B3

5

zobrazit P4 z P

4

I1

P4

P4

přesunout N do P

P4

-

dekódovat P7, uložit do N, nezobrazovat naplánovat zobrazení na t = 7

P4

P7

6

Komprese videa 

Vlastnosti  



Pomalé datové toky 



Vysoký kompresní poměr (20 až 200:1) Poměr velikostí I:P:B je po kompresi přibližně 15:5:2 možno vynechat B-snímky, příp. i P-snímky a v nejhorším případě i některé I-snímky

GOP - Group of Pictures – sekvence mezi dvěma I-snímky  

obtížné dělení struktura pevná nebo proměnná 



záleží na kodeku

Maximální délka GOP (MPEG-1/2 na DVD) 



12 snímků pro PAL 15 snímků pro NTSC

Komprese VP8 

 



makrobloky 16×16 pixelů rozdělení do 16 subbloků 4×4 DCT, kvantizace (jako JPG)

Snímky  



první z GOP (G) prediktivní (P) referenční (R)  

nejsou zobrazeny úložiště dat pro makrobloky

H.264

VP8 http://www.chip.cz/mesicnik-chip/prave-pripravujeme/vp8-bezplatny-kodek-googlu

TELEVIZNÍ PŘENOS

Charakteristiky TV přenosu       

Rozlišení Poměr stran Frekvence Jasový rozsah, barevnost Struktura obrazu Technologie uložení/přenosu Podvzorkování

Rozlišení 

Analogová televize  



625 řádků (PAL) 525 řádků (NTSC)

aktivních 576 aktivních 480

overscan

Digitální televize

řádků

sloupců

poměr

Standard Definition Television (SDTV)

PAL

576

704 (720) nebo 640

16:9 a 4:3

NTSC

480

704 (720) nebo 640

16:9 a 4:3

High Definition Television (HDTV)

1080 720 Enhanced Definition Television (EDTV)

jako SDTV, ale progresivní

1920 1280

16:9 16:9

Rozlišení

Poměr stran poměr 4 3

14 15 16

9 9 9

1,33 1,37 1,50 1,56 1,67 1,78 1,85 2,00 2,20 2,35 2,39 2,59

popis 35 mm film Academy, standard 1932 - 1953 fotografie 35 mm film kompromis mezi 4:3 a 16:9 35 mm film, Evropa standard Academy standard, 35 mm film, US, UK SuperScope, 1950 - 1970 Super Panavision, standard film 70 mm CinemaScope, 35 mm anamorfický, do 1970 Panavision, 35 mm anamorfický, od 1970 Cinerama

Převod poměru stran Roztažení a chytré roztažení

Letterbox/pillarbox

Natáčení Open Matte

Pan & Scan

Frekvence Označení popis 24p kinofilm 50i PAL & SECAM 60i NTSC, PAL-M DTV progressive material: 25p PAL, SECAM 30p NTSC 50p PAL, SECAM 60p NTSC

poznámka

59.94i drop frame

29.97p drop frame 59.94p drop frame

Drop frame Typ časového kódu, který v NTSC každou minutu (kromě každé desáté) odebírá 2 snímky aby byla dosažena optimální frekvence

Analogová televize – technologie 

PAL (Phase Alternation at Line Rate)    

transformace RGB do YUV Y se vysílá tradičně U a V šířka pásma 1,3 MHz a namodulují se na vedlejší nosnou u každé druhé řádky je polarita fáze složky V obrácena 



chyba barevného odstínu se převádí na chybu sytosti 



oko tolik nevnímá

na začátku každé řádky se přidává referenční signál (color burst) 



vyruší se drobné chyby v přenosu fáze

kterým se synchronizuje referenční úroveň amplitudy a fáze

Vlastnosti   



625 řádků, aktivních 576 frekvence 50 Hz typické podvzorkování barev 4:2:0 nejvyrovnanější přenosové vlastnosti, složitější přijímač

Analogová televize – technologie 

NTSC (National Television Systems Commitee)  

předchůdce PAL, neotáčí fázovou polaritu mírně odlišný barevný prostor YIQ  

 

525 řádků, aktivních 480 frekvence 30 Hz, tj. 60 půlsnímků/s 



 

I šířka pásma 1,5 MHz; Q pouze 0,5 MHz (oko méně citlivé) barevná nosná frekvence 3,58 MHz

u barevného 60 000/1 001, aby bylo možné přidat barevná data a zůstat kompatibilní

typické podvzorkování barev 4:1:1 zkreslení barevného podání způsobené chybami přenosu (fáze) jednoduchost přijímače

Analogová televize – technologie 

SECAM (Sequential Couleur avec Memoire)  

používá podobný barevný prostor YDbDr přenáší se jen jedna složka  



lepší barevného podání, ale další barevné zkreslení 



druhá složka se uchovává z předchozího řádku potřeba zpožďovací linky, fungující jako paměť dané tím, že se polovina signálu přebírá z předchozího řádku

25 fps, 625 řádků

Přehled formátů PAL I

PAL N

PAL M

525/60 15.734 kHz

PAL B,G,H 625/50 15.625 kHz

625/50 15.625 kHz

625/50 15.625 kHz

60 Hz

50 Hz

50 Hz

50 Hz

NTSC M

Lines/Fields Horizontal Frequency Vertical Frequency Color Subcarrier Frequency Video Bandwidth Sound Carrier

525/60 15.750 kHz

SECAM B,G,H 625/50 15.625 kHz

SECAM D,K,K',L 625/50 15.625 kHz

60 Hz

50 Hz

50 Hz

3.579545 4.433618 4.433618 3.582056 3.575611 MHz 75 MHz 75 MHz MHz MHz 4.2 MHz

5.0 MHz

5.5 MHz

4.2 MHz

4.2 MHz

5.0 MHz

6.0 MHz

4.5 MHz

5.5 MHz

5.9996 MHz

4.5 MHz

4.5 MHz

5.5 MHz

6.5 MHz

SDTV – Standard-definition television 

digi 576i50   





digi horizontální 704 – 720 nebo 640(4:3) formáty 4:3 nebo 16:9 filmy 24 /s – o 4% rychlejší

digi 480i60 

náhrada analog 625 řádků (overscan)

náhrada analog 525 řádků

digi horizontální 704 – 720 nebo 640(4:3)

Další možnosti  

i interlaced p progressive scan

480p24, 480p30, 480p60 576p25, 576p50

Video System

Picture Dimensions

Pixel Aspect Ratio

Standard (4:3) PAL (tj. 576i)

720×576

12:11

Widescreen (16:9) PAL

704×576 352×288

16:11

Standard (4:3) NTSC (tj. 480i)

720×480

10:11

Widescreen (16:9) NTSC

704×480 352×240

40:33

1440 x 1080

4:3

HDV 1080i / HDCAM (16:9)

HD Ready, Full HD Full HD rozlišení 1080p HR Ready aspoň 720p a 1080i Full HD Minimální rozlišení 1920x1080 podporované videoformáty reprodukovány bez deformace ano Zobrazení 1080p a 1080i bez overscan (mapování pixelů 1:1) ano Zobrazení nativních videomódů při stejné nebo vyšší frekvenci ano Analogový HD vstup YPbPr ano Digitální HD vstup HDMI nebo DVI ano 720p HD progressive (1280x720 @50 & 60 Hz) ano 1080i HD (1920x1080 interlaced @50 & 60 Hz) ano 1080p HD (1920x1080 progressive @24, 50 & 60 Hz) ano HDMI nebo DVI vstup s podporou HDCP ano

HD Ready 720 řádků, widescreen ne ne ne ano ano ano ano ne ano

HDTV 

Současné vysílání ve dvou formátech: 720p a 1080i 

rozlišení 720p (720p50)   



rozlišení 1080i (1080i50)   



využívá 1080 řádků zobrazovaných najednou poskytuje větší detaily každá z variant vhodná na jiný typ pořadu

rozlišení 1080p (1080p25, 1080p50))  





720 řádků zobrazovaných progresivně čistý, více stabilní obraz vhodnější pro obraz s rychlým pohybem

aktuálně není k dispozici TV vysílání (satelitní ani pozemní) nepřepokládá se, že by v nejbližší době některá stanice na rozlišení 1080p přešla Blu-ray

budoucnost: 1440p, 2160p („quad HDTV“)

Parametry evropských formátů HDTV Označení formátu dle SMPTE Zkrácené označení Počet viditelných řádků Počet viditelných bodů v řádku Poměr stran aktivního obrazu Celkový počet řádků Celkový počet bodů v řádku Počet viditelných bodů Celkový počet bodů Snímkový kmitočet [Hz] Vzorkovací kmitočet – Y [MHz] Vzorkovací kmitočet – R,B [MHz] Počet bitů/vzorek Bitová rychlost (čistá) [Mb/s] Bitová rychlost celková [Mb/s]

296, syst. 3 274, syst. 6 720p 50 1 080i 50 720 1 080 1280 1920 16:9 16:9 750 1 125 1 980 2 640 921 600 2 073 600 1 485 000 2 970 000 50 50 půlsnímků 74,250 74,250 37,125 37,125 10 10 921,6 1 036,8 1 485 1 485

274, syst. 9 274, syst. 3 1 080p 25 1 080p 50 1 080 1 080 1920 1920 16:9 16:9 1 125 1 125 2 640 2 640 2 073 600 2 073 600 2 970 000 2 970 000 25 50 74,250 148,500 37,125 74,250 10 10 1 036,8 2 073,6 1 485 2 970

Society of Motion Picture and Television Engineers, sdružení filmových a televizních techniků http://www.digizone.cz/clanky/jak-vznikla-hdtv-a-co-ji-ceka-do-budoucna/

Prokládaný obraz 

Požadovaná frekvence 48 Hz  



v počátcích televize nerealizovatelné velká potřebná šířka pásma, obvodové nerealizovatelnosti

Prokládání 

každou sekundu přeneseno 50 půlsnímků (polí, field)  

obraz se rozsvítí a zhasne 50× za sekundu přeneseno 25 úplných snímků

současné vysílání prokládané vhodné pouze pro CRT

Prokládaný obraz

Odstranění prokládání Deinterlacing

http://www.100fps.com/

Odstranění prokládání 

Přepnutí kamery do režimu Progressive 

 

Softwarově pomocí deinterlace filtrů: Bob (Line doubling) 



složení půlsnímků (pomalé scény výborné, špatný pohyb)

Smart 



svisle roztáhne a zprůměruje dva půlsnímky (jemné, „duchové“, šp. pohyb)

Weave 



zdvojí řádky v každém půlsnímku; zdvojnásobná rychlost

Blend 



25p, za cenu menší plynulosti rychlých pohybů

detekuje míru pohybu, vybere Bob pro rychlé pohyby a Weave pro pomalé (nejlepší)

Pokročilejší efekty 

respektují pohyb kamery a snaží se jej dorovnávat

Odstranění prokládání původní snímky

prokládané snímky Weave

Bob

http://www.hthoma.de/video/interlace/index.html

Konverze snímkové frekvence 

Film  PAL (24 fps → 25 fps)    

2:2 pulldown 24 fps  48 půlsnímků/s o 4 % zrychlené přehrání (1 h  57 min 36 s) korekce zvukové stopy

Konverze snímkové frekvence; telecine 

Film  NTSC (24 fps  29,97 fps)    





2:3 pulldown každé 2. políčko 3 podsnímky 24 fps  60 půlsnímků/s zpomalené přehrání 59,94 půlsnímků/s (60000/1001) 1 h  1 h 3,6 s

NTSC → film   

inverse telecine 29,97 fps  23,976 fps (30000/1001)

Upscaling 

Konverze videosignálu z nižšího rozlišení na vyšší (HD kvalitu)   

720p, 1080i, 1080p dopočítá další řádky používají blu-ray přehrávače a moderní HDTV

http://www.gamespot.com/forums/sho w_msgs.php?board_id=314159282&to pic_id=26528880

Zvýšení frekvence základní verze 100 Hz dva snímky (AB) se zobrazí dvakrát (AABB) nutnost digitální paměti

moderní verze 100 Hz mezi dva standardní snímky dopočítává jeden nový

200 Hz technologie dopočítání tří nových snímků

http://www.samsung.com.au/knowledgecentre/blog/2008/07/what-is-samsungs-100hz-motion.html

Podvzorkování barev 

Chroma subsampling  

Y:Cr:Cb

Cr horizontální faktor Cb totéž nebo 0, pokud vertikálně 2:1