Какие этапы кодирования видеоинформации вам известны какие форматы видео файлов вы знаете
Обращаем Ваше внимание, что в соответствии с Федеральным законом N 273-ФЗ «Об образовании в Российской Федерации» в организациях, осуществляющих образовательную деятельность, организовывается обучение и воспитание обучающихся с ОВЗ как совместно с другими обучающимися, так и в отдельных классах или группах.
Рабочие листы и материалы для учителей и воспитателей
Более 2 500 дидактических материалов для школьного и домашнего обучения
Столичный центр образовательных технологий г. Москва
Получите квалификацию учитель математики за 2 месяца
от 3 170 руб. 1900 руб.
Количество часов 300 ч. / 600 ч.
Успеть записаться со скидкой
Форма обучения дистанционная
- Онлайн
формат - Диплом
гособразца - Помощь в трудоустройстве
Видеолекции для
профессионалов
- Свидетельства для портфолио
- Вечный доступ за 120 рублей
- 311 видеолекции для каждого
Класс: 9 класс
Тема: § 32 Обработка видеоинформации, форматы видео файлов
Цель: Учащиеся должны знать форматы обработки видео файлов, программы для создания и обработки видео, уметь создавать видеоролики на основе видео изображений
Тип урока: Изучение и первичное закрепление знаний и способов действий.
Форма проведения: Теория и практическая работа.
План урока:
Организационный момент. (1 мин)
Объяснение нового материала (10 мин)
Контрольные вопросы(3 мин)
Практическая работа за компьютером (20 мин)
Домашнее задание (1 мин)
Рефлексия (1 мин)
Н.М. Ротшильд
« Кто владеет информацией , тот владеет миром ».
I. Организационный момент.
Приветствие, проверка присутствующих.
Цель сегодняшнего урока — получение основных знаний о форматирование текста, использовать выравнивание текста, редактировать отступы
II. Объяснение нового материала
Форматы видеофайлов
Существует множество форматов видеофайлов. Они отличаются, в основном, методом кодирования видео.
По своей сути видеофайл — это набор статичных изображений, меняющих друг друга с определенной частотой. Каждое статичное изображение является отдельным кадром видео. Это действительно так, если мы говорим о несжатом видео. Однако, в таком формате никто не хранит фильмы. Дело в том, что несжатое видео занимает на диске очень много места. Кадр видео формата PAL состоит из 720 точек по горизонтали и 576 по вертикали. То есть, один кадр состоит из 414720 точек. Для хранения цвета каждой точки в памяти отводится 24 бита (по 8 бит для каждой из составляющих RGB). Следовательно, для хранения одного кадра понадобится 9953280 бит (или примерно 1,2 Мбайт). То есть, секунда несжатого видео в формате PAL будет занимать почти 30 Мбайт. А один час такого видео. более 100 Гбайт. Каким же образом полнометражный фильм (а то и несколько) умещается на одном компакт диске или флэш-накопителе? Дело в том, что, в основном, видео хранят в видеофайлах, в которых применены различные алгоритмы сжатия информации. Благодаря этим технологиям видеофайл можно сжимать в десятки и сотни раз практически без потери качества картинки и звука.
Работая над фильмом, вы уже познакомились с одним из форматов сжатого видео. Это формат DV, который представляет собой потоковое видео, упакованное в, так называемый контейнер, — файл формата AVI. Многие считают данный формат форматом несжатого видео, поскольку видеофайлы DV занимают на диске достаточно много места. Действительно, один час видео формата DV занимает около 13 Гбайт дискового пространства. Однако, это почти в 10 раз меньше, чем один час несжатого видео. Видео формата DV содержит информацию обо всех кадрах, поэтому легко поддается редактированию. Но готовые видеофильмы хранить в таком формате неудобно. Во-первых, вы не уместите полнометражный фильм на оптический диск. Во-вторых, бытовые DVD-проигрыватели и, тем более, портативные устройства не поддерживают воспроизведение данного формата видео. Сохранять видео в DV формате целесообразно в том случае, если позже вы хотите редактировать данный фильм, например, разрезать его на сцены и переставить сцены местами.
Домашняя видеотека, как правило, хранится в видеофайлах сжатого формата.
Существует большое количество форматов сжатого видео. Наибольшее распространение получили форматы MPEG-1 , MPEG-2 , MPEG-4 , DivX , Windows Media Video и некоторые другие.
С форматом MPEG-2 знакомы, пожалуй, все. Именно этот формат лежит в основе дисков формата DVD-Video . Формат MPEG-2 также лежит в основе стандартов цифрового телевидения.
Формат MPEG-2 обеспечивает высокое качество изображения при достаточно высокой степени сжатия видеофайла. Он обеспечивает изображение с четкостью 720 на 576 точек. Также формат MPEG-2 лежит в основе видео формата HDV .
MKV . Данный контейнер, появившийся сравнительно недавно, значительно превышает по своим возможностям файлы формата AVI. Помимо видео и звуковой информации контейнер MKV может хранить в себе информацию о титрах, а также навигационные меню (подобные меню DVD дисков) и ссылки на разделы фильма. В контейнер MKV могут быть упакованы видео и аудио самых различных форматов, что, возможно, сделает данный вид контейнера распространенным. Однако в настоящее время воспроизведения файлов формата MKV поддерживает небольшое количество устройств, а для воспроизведения таких файлов на компьютере необходимо устанавливать специальные программные модули, способные разделить потоки информации различных типов.
MP4 . Это контейнер разработан группой MPEG (Moving Picture Experts Group — группа экспертов по движущемуся изображению). Он предназначен для хранения видео, аудио информации, а также некоторых видов анимации. Контейнер поддерживает различные форматы звукового сжатия, в том числе и многоканальные. Зачастую контейнер MP4 используется в различных портативных устройствах.
Quick Time . Данный контейнер, в первую очередь предназначен для использования на компьютерных платформах Apple. Файлы с расширением MOV содержат сжатое видео и звук, при этом качество и разрешение видео может быть очень высоким. Контейнеры Quick Time, конечно, можно использовать на компьютерных платформах PC, для этого нужно установить соответствующее программное обеспечение. Однако многие программы не поддерживают работу с файлами данного формата или некорректно с ним работают.
Видеоинформация - достаточно новый вид информации, которая с каждым днем все интенсивнее проникает во все сферы человеческой деятельности. По официальной статистике, каждый пятый человек в России ежедневно воспринимает видеоинформацию либо посредством телевизора, либо посредством персонального компьютера.
Под видеоинформацией можно понимать:
Любой видеоряд можно разложить на две составляющие: звуковую и графическую.
Наверняка у вас появился вопрос: какое отношение графическая информация имеет к видео? Необходимо очень хорошо уяснить следующий факт: для создания на экране эффекта движения применяется дискретная технология, обеспечивающая быструю смену статических картинок.
Научные исследования доказали, что если в течение одной секунды сменить около $15$ статических изображений, которые похожи друг на друга, то человеческий глаз воспринимает подобные изменения на них как аналоговые, то есть как непрерывные. На данном эффекте и реализуется любое современное видео.
Поскольку видеоинформация состоит из звуковой и графической компоненты, то и для обработки видеоматериалов требуется очень мощный персональный компьютер. Под обработкой видеоматериалов понимается процесс оцифровки, то есть кодирования видеоинформации.
После кодирования видеоинформация будет находиться в двоичном формате, а, как известно, процессор персонального компьютера только и способен взаимодействовать с любой информацией, которая является двоичным кодом. Двоичный код -- последовательность бит, состоящая из $0$ и $1$.
Готовые работы на аналогичную тему
Алгоритм кодирования видеоинформации
Итак, представим, что в нашем распоряжении есть какая-либо видеоинформация. Как было ранее сказано, любую видеоинформацию можно дифференцировать, то есть разложить на две ключевые составляющие: звуковую и графическую. Следовательно, операция кодирования видеоинформации будет заключаться в сочетании операций кодирования звуковой информации и кодирования графической информации.
Как мы ранее узнали, видео - быстрая смена, как правило, похожих друг на друга статических изображений, называемых кадрами. Но в современном мире данный процесс стандартизирован, и все поставщики видеоконтента придерживается данных стандартов.
Не будем приводить все существующие стандарты, касающиеся частоты смены кадров, а лишь опишем два ключевых эталона в этой области:
В процессе киносъемок используют частоту смены кадров, равную $25$ раз в секунду. Подобным стандартом пользуются при производстве телепрограмм, телешоу, телерепортажей.
В процессе создания широкоформатного видеоконтента прибегают к частоте смены кадров, равной $30$ раз в секунду.
В первую очередь происходит разложение аналогового видеосигнала на две дорожки: звуковую и графическую. Давайте в качестве эксперимента примем частоту смены кадров $25$ раз в секунду. Это означает, что одна секунда видеопотока состоит из $25$ быстросменяющих друг друга статических изображения.
По сути, нет как такового отдельного алгоритма~кодирования видеоинформации, а есть симбиоз алгоритмов кодирования отдельно звука и отдельно графики.
После проведения операции цифрования звука и изображений на выходе получается бинарный, двоичный код, который будет понятен процессору персонального компьютера. Именно в формате двоичного кода наша видеоинформация и будет храниться на электронных носителях.
Если мы захотим проиграть видеоконтент на нашем персональном компьютере или другом устройстве, то нам придется провести операцию восстановления информации, то есть осуществить преобразование информации, записанной в двоичном коде в формат понятный человеку.
Единственное, на чем хотелось бы акцентировать внимание, это на том, что при просмотре видеоинформации мы одновременно и видим «картинку» и слышим звук.
Чтобы добиться синхронного исполнения звука и смены графических изображений процессор персонального компьютера выполняет эти операции в различных потоках. За счет этого происходит запараллеливание двух сигналов: звукового и графического, которые в совокупности образуют видеопоток.
Как найти информационный объем видеофайла
После проведения операции кодирования видеоинформации получается двоичный поток битов. Следовательно, операционной системе необходимо выделить некое пространство для хранения данного двоичного кода (этот двоичный код является дискретным форматом нашего аналогового видеофайла).
Общая формула расчета объема памяти, необходимой для хранения закодированного видеофайла:
Рассмотрим конкретный пример. Дан видеофайл, который длится $52$ секунды. Известно также, что частота смены кадров составляет $25$ раз в секунду. Каждый кадр представляет собой изображение, имеющее разрешение $1280$ на $1024$ пикселя. Также известно, что цвет кодируется в $24$-х битной RGB-модели. Частота дискретизации звука составляет $44.1$ КГц, а разрядность звуковой карты равна $2$ байта. Необходимо найти информационный объем данного видеофайла.
Решение:
Определим информационный объем звукового сигнала.
$V_= [Время \ звучания] \cdot [Разрядность \ звука] \cdot [Частоту \ дискретизации] = 52 \cdot 16 \cdot 44100 = 36691200 [бит] = 4586400 [байт] = 4478.90 [Кбайт] = 4.37 [Мбайт]$.
Определим информационный объем одного кадра.
$V_k= [Количество \ пикселей \ изображения] \cdot [Глубину \ цвета] = 1280 \cdot 1024 \cdot 24 = 31457280 [бит] = 3932160 [байт] = 3840 [Кбайт] = 3.75 [Мбайт]$.
Определим информационный объем заданного видеофайла.
$V_в= [Память, \ занимаемая \ звуковым \ сигналом] \cdot [Память, \ занимаемая \ одним \ кадром] \cdot [Количество \ кадров] = 4.37 \cdot 3.75 \cdot 25 = 409.69 [Мбайт] = 0.4 [Гбайт].$
То есть информационный объем заданного видеофайла составляет около $0.4$ Гигабайта. Файлы с видеоконтентом всегда были и будут «тяжелыми», следовательно, необходимо предусматривать пространство для их хранения.
Кстати, сам процесс кодирования видеоинформации занимает значительное время и зависит от характеристик процессора персонального компьютера. Среди всех земных профессий можно выделить профессию видеомонтажера, который наиболее интенсивно из всех занимается обработкой и отвечает за правильность кодирования видеоинформации.
Вы, наверное, обращали свое внимание, что разные видеофайлы имеют различные форматы. Почему существует большое количество различных форматов видеофайлов?
Потому что изначально эти форматы разрабатывались для различных целей. В некоторых форматах можно хранить несколько звуковых дорожек и субтитры, а в файлах другого формата нет такой возможности. Одни форматы больше подходят для трансляции, а другие форматы больше подходят для редактирования.
Форматы видеофайлов определяют структуру видео, т.е. отражают, как именно хранится файл на каком-либо носителе информации. В настоящее время существует огромное количество разнообразных форматов видеофайлов, и разобраться в их особенностях иногда бывает довольно сложно. Кроме этого, пользователи часто путают понятия "кодек", "контейнер", "стандарт видео" и подменяют одно другим.
Кодеки, контейнеры и конвертеры
Для сжатия цифровых мультимедиа файлов используется специальные программы - кодеки. Это своеобразная формула, которая определяет, каким образом можно "упаковать" видео контент. Кодеки выполняют и обратную операцию раскодирования, в этом случае их называют декодерами. Наиболее популярными видео кодеками являются следующие: DivX, XviD, H.261, H.263, H.264 и др. Любая операционная система изначально содержит некий набор кодеков, но, как правило, их недостаточно для воспроизведения определенных форматов видеофайлов. Кодеки преобразуют данные в особый файл, который называют контейнером. Контейнер - это специальная оболочка, в которой хранится зашифрованная с помощью кодеков информация. По сути, медиаконтейнеры - это и есть форматы видеофайлов, которые содержат данные о своей внутренней структуре. Первый медиаконтейнер был создан в $1985$ году. В контейнере может храниться информация разного качества, в частности, изображения, аудио, видео и субтитры. Разные виды контейнеров определяют объем и качество информации, которая может быть в нем сохранена, но при этом не влияют на способы кодирования данных.
Готовые работы на аналогичную тему
На практике возникает огромное количество случаев, когда необходимо преобразовать видео из одного формата в другой. Основная проблема заключается в том, что различные устройства накладывают особые требования к качеству загружаемого видео, в частности к его формату. В этой ситуации на помощь приходят специальные программы - конвертеры, которые позволяют переделать видео в нужный формат. Например, удобный видео конвертер на русском языке - ВидеоМАСТЕР.
Познакомимся с рядом наиболее популярных форматов видеофайлов.
Стандарты видеофайлов
Прежде всего, это стандарты, которые были разработаны различными международными организациями и которыми определяются кодирование и формат хранения данных медиафайла.
- MPEG-1 (Moving Picture Experts Group 1) — это стандарты сжатия видео и аудио. Для видео используется формат Video CD, а для аудио формат MPEG audio layer 3, или сокращенно всем известный формат MP3. Это наиболее совместимый формат для проигрывания на компьютерах с CD/DVD оптическими приводами.
- MPEG-2 (Moving Picture Experts Group 2) — этот стандарт используется в DVD и цифровом телевидении DBV. В этом формате снимают видео с использованием различных устройств для съемки видео.
- MPEG-3 (Moving Picture Experts Group 3) — этот стандарт был разработан для телевидения высокой четкости HDTV, теперь стал частью стандарта MPEG-2.
- MPEG-4 (Moving Picture Experts Group 4) — этот стандарт используется для сжатия цифрового видео и аудио. Состоит из нескольких стандартов, включает в себя многие возможности MPEG-1 и MPEG-2. В этом стандарте используются различные кодеки: DivX, Xvid, H.264 (AVC) и другие. Формат MP4 является одной из спецификаций этого стандарта.
Медиафайл имеет несколько характеристик, которыми определяется работа с этим файлом. Это кодек, которым закодирован этот медиафайл и тип контейнера, который определяет формат записи с использованием различной информации: видео и аудио данные, субтитры и прочая информация, помещенная в контейнер.
Примеры кодеков — DivX, Xvid, H.264, Theora. Примеры контейнеров — Matroska, AVI, QuickTime, Ogg, 3GP.
Форматы видеофайлов
А сейчас рассмотрим наиболее распространенные форматы видеофайлов. После установки пакета кодеков K-Lite Codec Pack почти все рассмотренные форматы будут воспроизводиться стандартным плеером – Windows Media Player. Вместе с пакетом кодеков K-Lite Codec Pack устанавливается плеер Media Player Classic Home Cinema, который также будет проигрывать почти все эти форматы видеофайлов.
3GP — этот контейнер был разработан для использования в мобильных телефонах, в сотовой связи третьего поколения. С помощью этого формата уменьшается размер аудио и видео файла, который используется в мобильном телефоне.
Открывается с помощью программ: VLC media player, MPlayer, QuickTime Player, RealPlayer.
ASF (Advanced Systems Format File) — контейнер разработанный корпорацией Microsoft для потокового аудио и видео. При использовании этого формата не требуется установки дополнительных кодеков.
Открывается с помощью программ: Windows Media Player, Media Player Classic Home Cinema, VLC media player.
AVI (Audio-Video Interleaved) — контейнер разработанный корпорацией Microsoft. Это один из самых распространенных форматов видеофайлов. Может содержать в себе информацию четырех типов: видео, аудио, текст и midi. В этом формате можно использовать различные кодеки.
Открывается с помощью программ: Windows Media Player (Проигрыватель Windows Media), CyberLink PowerDVD, QuickTime Player, VLC media player, Winamp.
FLV (Flash Video) — видео формат созданный для передачи видео через Интернет. Это самый распространенный формат в сети Интернет. Широко используется на различных видеохостингах, которые предназначены для хранения видеофайлов. Основными преимуществами являются: хорошее качество картинки при низком битрейте, возможность просматривать видео до полной загрузки видео файла, использование этого формата для различных операционных систем.
Открывается с помощью программ: Adobe Flash Player, FLV Player, VLC media player, Media Player Classic Home Cinema.
M2TS — видеофайл формата Blu-ray.
Открывается с помощью программ: CyberLink PowerDVD, Sony Vegas, VLC media player.
M4V — видео файл iTunes.
Открывается с помощью программ: iTunes, QuickTime Player, RealPlayer, Media Player Classic Home Cinema.
MKV (Matroska) — контейнер, который может содержать видео, аудио, субтитры и прочее. Этот формат может содержать различные типы субтитров и поддерживает добавление нескольких звуковых дорожек в видео файл.
Открывается с помощью программ: Windows Media Player, VLC media player, Media Player Classic Home Cinema.
MOV — контейнер, разработанный корпорацией Apple для QuickTime. Это формат операционной системы Mac OS X. Проигрывается в операционной системе Windows. Файлы этого формата используются для хранения фильмов и различного видео. В этом формате может содержаться несколько видео и аудиодорожек, субтитры, анимация и панорамные изображения. Этот формат удобен для редактирования.
Открывается с помощью программ: QuickTime Player, CyberLink PowerDirector, Windows Media Player.
MP4 — видео файл одной из спецификаций стандарта MPEG-4. Этот формат очень близок к формату MOV и обладает почти такими же возможностями.
Открывается с помощью программ: QuickTime Player, Windows Media Player, VLC media player.
MTS — видео файл AVCHD (Advanced Video Codec High Definition), который содержит видео высокой четкости HD и применяется для сохранения видеофайлов в видеокамерах Sony, Panasonic и других компаний.
Открывается с помощью программ: CyberLink PowerDVD, Sony Vegas, Corel VideoStudio, Corel WinDVD.
Ogg — бесплатный, универсальный и открытый формат, разработанный для хранения мультимедиафайлов, закодированных различными кодеками.
Открывается с помощью программ: VLC media player, MPlayer.
RealMedia — формат, созданный компанией RealNetworks. Используется в основном для трансляции телевидения и потокового видео в Интернете. Файлы этого формата обычно имеют небольшой размер, низкий битрейт и соответственно имеют более низкое качество.
Открывается с помощью программ: RealPlayer, VLC media player, MPlayer.
SWF (Shockwave Flash или Small Web Format) — видео формат для флеш-анимации, векторной графики, видео и аудио в сети Интернет. Картинка, сохраненная в этом формате масштабируется без видимых искажений, видео ролик имеет небольшой размер, происходит более быстрая загрузка видео файла и его воспроизведение.
Открывается с помощью программ: Adobe Flash Player, VLC media player, Media Player Classic Home Cinema.
VOB (Versioned Object Base) — это данные с оптического диска DVD-Video, которые обычно находятся в папке VIDEO_TS. Эти файлы содержат видео в формате MPEG-2, аудио и субтитры.
Открывается с помощью программ: Windows Media Player, VLC media player, Media Player Classic Home Cinema, CyberLink PowerDVD и многими другими программами.
WMV (Windows Media Video) — Windows Media, разработанный корпорацией Microsoft. Для проигрывания не требуется установка дополнительных кодеков. Видео файл может быть защищен с помощью системы защиты DRM.
Открывается с помощью программ: Windows Media Player, CyberLink PowerDVD, MPlayer.
WebM — открытый формат, предложенный корпорацией Google в качестве замены стандарта H.264/MPEG4.
Открывается с помощью программ: браузерами, VLC media player, MPlayer.
Мы перечислили лишь самые основные форматы видеофайлов, которые используются на практике. При выборе того или иного формата, исходите из того, где этот файл будет воспроизводится, а для преобразования видео из одного формата в другой используйте видео конвертеры.
Помимо устранения пространственной избыточности, эффективное временное предсказание движения деталей изображения и его компенсация всегда было ключевым фактором, определяющим общий коэффициент сжатия при кодировании видеоинформации. Практически реализованные системы кодирования используют блочную оценку движения и его компенсацию, сопровождаемую блочным преобразованием изображения, квантованием и энтропийным кодированием. Даже после замены дискретного косинусного преобразования (ДКП) на его целочисленный вариант блочные технологии кодирования видеоинформации остаются подобными первоначально предложенным. Хотя очевидно, что «истинное» движение в кадре не является ни поступательным, ни блочно- постоянным, блочная природа этих алгоритмов весьма полезна в вычислительном отношении.
Последние разработки существенно не изменили способы оценки движения. Расширение коснулось изменения размеров блока, повышения пиксельной точности и новых режимов предсказания при внутрикадровом кодировании. Значительные успехи были достигнуты в создании метрик качества, которые лучше оценивают субъективно воспринимаемое (перцепционное) качество. Однако в большинстве случаев эти новые метрики были разработаны при кодировании статических изображений. Сопоставимые результаты для динамических изображений не так развиты. Развитие перцепционно ориентированных инструментов, которые включали бы временные качественные критерии, является ключевой задачей по улучшению рабочих характеристик систем кодирования видео. Заметим, что эти виды инструментов достаточно хорошо развиты для кодирования аудио.
Готовые работы на аналогичную тему
Теоретически кодер будет более эффективным при применении соответствующих методов оптимизации, реализация которых приводит к использованию множества способов выбора режимов его работы в зависимости от структуры кодируемых динамических изображений. В связи с резким увеличением числа возможных комбинаций режимов и его влиянием на вычислительную сложность таких кодеков, анализируются различные возможности построения пространства решений, исследуются алгоритмы и синтаксис кодирования, которые понизят общее количество допустимых режимов (мод), ограничат выбор режимов блоков предсказания и компенсации движения деталей в нескольких кадрах динамических изображений.
В системах с произвольной точкой наблюдения пользователи практически всегда имеют неполный доступ к набору данных, что приводит к созданию кодеров, позволяющих декодерам обладать некоторой гибкостью. Предположим, сигналы от многих камер совместно кодировались, используя инструменты, развитые в контексте многоракурсного кодирования (MVC – multiview coding). Тогда пользователи могут изменять угол наблюдения экрана, выбирая только один из видов в потоке бит. Такие наборы данных должны позволять более комплексный доступ к видеоинформации, разрешая пользователям выбор точки наблюдения и управления произвольным образом. При этом декодеру нужно позволить использовать различные пути декодирования, каждый с различным порядком просмотра данных, таким образом соответствуя различным определениям того, что является будущим, а что – прошлым, с точки зрения цели декодирования.
Стандартизация кодирования видеоинформации
Основными организациями по стандартизации кодирования видео являются:
- ITU-T - группа экспертов кодирования видео (Video Coding Experts Group - VCEG) в Международном союзе электросвязи: телекоммуникационный сектор стандартизации (International Telecommunications Union – Telecommunications Standardization Sector - ITU-T, организация ООН, ранее МККТТ - CCITT), Исследовательская группа $16$, Вопрос $6$ (Study Group $16$, Question $6$);
- ISO/IEC - группа экспертов подвижных изображений (Moving Picture Experts Group - MPEG) в Международной организации по стандартизации и Международной электротехнической комиссии: Объединенный технический комитет $1$, Подкомиссия $29$, Рабочая группа $11$ (International Standardization Organization and International Electrotechnical Commission, Joint Technical Committee Number $1$, Subcommittee $29$, Working Group $11$).
Движущей силой создания стандартов кодирования видеоинформации являются различные приложения и развитие их аппаратного обеспечения.
Блочное гибридное кодирование является, по сути, ядром всех стандартов сжатия видео.
Гибридное кодирование комбинирует два метода: движение от кадра к кадру оценивается и компенсируется с помощью предсказания, основанного на ранее закодированных кадрах; остаточная разность после предсказания кодируется, данные декоррелируются в пространственной области посредством преобразования в $2$-D частотную (или вейвлет) область. Преобразованные данные квантуются, после чего данные энтропийно кодируются с помощью метода Хаффмана, арифметического кодера или иного метода.
Известно множество различных видеокодеров, позволяющих кодировать видеоматериалы с уменьшением объема информации (с цифровым сжатием). Наиболее известны такие кодеры, как MPEG-$2$, MPEG-$4$. Указанные кодеры реализованы в аппаратных устройствах, реализующих конкретный алгоритм сжатия, а также в программных продуктах различных фирм, устанавливаемых на персональный компьютер конечного пользователя. В качестве аппаратных устройств можно назвать цифровые видеокамеры, аппаратные кодеры, устанавливаемые в телевизионных студиях для кодирования цифрового, дополнительные аппаратные платы, устанавливаемые в компьютер. В качестве примера программных продуктов можно привести различные драйверы для компрессии видеоинформации. В аппаратных и программных кодерах кодирование видеоинформации осуществляется внутри данных устройств без использования вычислительных и аппаратных ресурсов, удаленных от данных аппаратных средств, которые могут находиться не в собственности пользователя, использующего видеокодер.
После успешной разработки множества стандартов кодирования видео группа MPEG приступила к деятельности по стандартизации реконфигурируемого кодирования видео (RVC - reconfigurable video coding). Стандарт RVC предлагает базовую структуру, подходящую для построения видеокодека с помощью конфигурации средств кодирования, таким образом, способствуя динамической разработке, реализации и принятию решений по стандартизованному кодированию видео. Совершенствование и развитие современных мультимедийных систем связано не только с реализацией эффективных методов сжатия различных видов информации, но и ее передачи в реальных сетях связи и вещания, предназначенных для доставки контента телерадиовещания, видеоконференцсвязи и ряда дополнительных услуг передачи данных. Такие сети, как правило, предназначены для достижения заданных качества обслуживания и режимов передачи/приема (например, с использованием наземных, спутниковых и кабельных сетей, Интернета). В частности, цифровое телевизионное вещание в Европе основано на очень успешной серии стандартов DVB. Частотные распределения согласованы в рамках международного союза электросвязи ITU, в то время как сами сети вещания реализуются в соответствии с национальными спецификациями.
Внедрение цифрового формата осуществляется в трех основных направлениях – спутникового, наземного и кабельного вещания. Первыми, последовательно внедряемыми, были спутниковые стандарты DVB-S, а затем DVB-S2. В дополнении к этим стандартам следует добавить стандарт DVB-RCS/RCS2 (RCS – Return Channel via Satellite), обеспечивающий реализацию обратного канала на основе режима многочастотного доступа с разделением по времени (MF-TDMA) для интерактивных спутниковых услуг, а также стандарт DVB-DSNG, используемый для сбора новостей через спутники.
В конце XX века одной из бурно развивающихся технологий в области телекоммуникаций стала видеоконференцсвязь (ВКС). Появление видеоконференцсвязи явилось технологическим развитием цифровой телефонии и видеотелефонии. Новые возможности, предоставляемые ВКС, привели к бурному росту количества пользователей этой технологии.
Для оценки соответствия качества передаваемой видеоинформации требованиям, предъявляемым к ней в различных системах и условиях передачи, а также для сравнения эффективности работы различных устройств видеокодирования и передачи видеоинформации, требуются методики и средства субъективной и объективной оценки качества видео, наблюдаемого потребителем. Эти методики должны учитывать характерные особенности и искажения как при аналоговой, так и при цифровой и смешанной системах обработки и передачи видеоинформации. В настоящее время широко дебатируются вопросы, связанные с проблемами реализации и использования различных цифровых абонентских устройств. Самым рациональным решением проблемы приема является применение компьютерных систем, содержащих соответствующие тюнеры. Эффективность использования компьютеров связана также с возможностью постепенного наращивания мультимедийных функций путем замены плат компьютеров на более совершенные и дополнения их новыми платами и программами. При этом весьма привлекательным является использование программных декодеров, что обеспечивает возможность совершенствования стандартов кодирования, не изменяющих аппаратные средства абонентов.
Главным преимуществом применения компьютерной технологии является использование различных дисплеев: от настольных до настенных вариантов, от стандартного разрешения до разрешения высокой четкости и др. При этом изменение типа дисплея практически не требует замены аппаратной части. В связи с этим важнейшей проблемой проведения фундаментальных работ в России по данной тематике является задача полного овладения теорией и математическими методами обработки информации, используя имеющиеся зарубежные материалы в качестве информации, задающей общее направление работ. А далее с учетом полученного опыта по освоению стандартных алгоритмов следует разработка более эффективных систем.
Когда говорят о видеозаписи, прежде всего имеют в виду движущееся изображение на экране телевизора или монитора.
Преобразование оптического изображения в последовательность электрических сигналов осуществляется видеокамерой. Эти сигналы несут информацию о яркости и цветности отдельных участков изображения. Они сохраняются на носителе в виде изменения намагниченности видеоленты (аналоговая форма) или в виде последовательности кодовых комбинация электрических импульсов (цифровая форма).
Процесс превращения непрерывного сигнала в набор электрических импульсов состоит из:
дискретизации, когда непрерывный сигнал заменяется последовательностью мгнновенных значений через равные промежутки времени;
квантования, когда величина каждого отсчета заменяется округленным значением ближайшего уровня;
кодирования, когда каждому значению уровней квантования, полученных на предыдущем этапе, соспосавляются их порядковые номера в двоичном коде.
Видеоинформация может храниться в файлах форматов .AVI и .MPEG.
.AVI – формат несжатого видео. Это наиболее ресурсоемкий формат с минимальной потерей данных.
.MPEG – формат, предназначенный для сжатия звуковых и видеофайлов для закрузка или пересылки, например через Интернет. Разработан Экспертной группой кинематографии, которая занимается разработкой стандартов кодирования и сжатия видео- и аудиоданных.
Контрольные вопросы и задания
1. Чем отличается непрерывный сигнал от дискретного?
2. Что такое частота дискретизации и на что она влияет?
3. Какие звуковые форматы вы знаете?
4. Какие этапы кодирования видеоинформации вам известны?
5. Какие форматы видеофайлов вы знаете?
6. Определить информационный объем в Кбайтах моноаудиофайла длительностью звучания 8 сек при глубине звука 8 бит и частоте 8 кГц
7. Определить длительность звучания стереоаудиофайла, занимающего 468,75 Кбайт памяти при глубине звука 16 бит и частоте 48 кГц
8. Музыкальная запись выполнена в формате CDDA (частота дискретизации 44100 Гц, 16 бит, стерео) и имеет продолжительность 19 мин 20 cек. Сколько секунд займет передача этой записи по каналу с пропускной способностью 16000 байт/сек?
9. При переводе в дискретную форму аналогового сигнала длительностью 2 мин 8 сек использовалась частота дискретизации 32 Гц и 16 уровней дискретизации. Найти в байтах размер полученного кода аналогового сигнала.
Читайте также: