Videoforma´Ty, Videokodeky

MASARYKOVA UNIVERZITA F}w¡¢£¤¥¦§¨ AKULTA INFORMATIKY !"#$%&'()+,-./012345

Videoforma´ty, videokodeky

BAKALA´ Rˇ SKA´ PRA´ CE

Toma´sˇZa´vodny´

Brno, podzim 2002 Prohla´sˇenı´

Prohlasˇuji, zˇe tato bakala´rˇska´praće praće je my´m pu˚vodnı´m autorsky´m dı´lem, ktere´jsem vypracoval samostatneˇ. Vsˇechny zdroje, prameny a literaturu, ktere´jsem prˇi vypracovańı´ pouzˇı´val nebo z nich cˇerpal, v praći rˇa´dneˇcituji s uvedenı´m u´plne´ho odkazu na prˇı´slusˇny´ zdroj.

Vedoucı´pra´ce: unknown

ii Shrnutı´

iii Klı´cˇova´slova

AVI, MPEG, MPEG1, MPEG2, MPEG3, MPEG4, DVD, DV, Videokomprese, kodek, komprese, DivX, XviD, YUV,RGB, VCD, SVCD, XVCD, XSVCD, RAW, HuffYUV,MJPEG, ASF, WMV, MOV, multiplex, videokodek

iv U´ VOD

V dnesˇnı´ dobeˇ jsou jizˇ digita´lnı´ kamery pomeˇrneˇ cenoveˇ dostupne´, stejneˇ tak nenı´ proble´m porˇı´dit levny´, ale za´rovenˇvy´konny´pocˇı´tacˇschopnyńelinea´rnı´ho strˇihu videa v domaćıćh podmıńkaćh. Firmy vyra´beˇjıćı´videokamery se snazˇı´podbı´hat za´kaznı´kovi a digita´lnı´videokamery proda´vajı´jako kompletnı´balıćˇky obsahujıćı´kromeˇkamery take´ hardware a jednoduchy´ software na strˇih videa. Strˇih digita´lnı´ho videa na pocˇı´tacˇi je jizˇpomeˇrneˇjednoduchy´, ale proble´m mu˚zˇe vyvstat prˇi zachyta´vańı´, konverzi a exportu vy´sledne´ho videa. Tato praće si klade za cı´l prˇiblı´zˇit cˇtena´rˇi pra´veˇru˚zne´forma´ty videa, uka´zat proble´m neˇkolika video norem, ale prˇedevsˇı´m podat kompletnı´prˇehled o video- kodecıćh a forma´tech pro uchovańı´videa.

V prvnı´kapitole nastıńı´m proble´m digitalizace analogove´ho obrazu. Popı´sˇi ru˚zne´zpu˚- soby a postupy slouzˇıćı´k digitalizaci obrazu. Povı´me si takeńeˇco o pomeˇrneˇnove´m a prosazujıćı´m se digita´lnı´m rozhranı´Firewire. Obsahem druhe´kapitoly je prˇehled nej- vy´znamneˇjsˇıćh video kodeku˚jako je MJPEG, povı´me si o kodecıćh z rodiny MPEG a v neposlednı´rˇadeˇprˇedstavı´m neˇkolik kodeku˚vhodnyćh pro stream videa, cˇili vhodne´ pro vysı´lańı´videa v rea´lne´m cˇase prˇes loka´lnı´sı´teˇa internet. Jelikozˇuzˇje to pomeˇrneˇ dost dlouha´doba, kdy byly filmy pouze neˇme´, musı´m se take´zmıńit o kompresi zvuku, cozˇbude obsahem trˇetı´kapitoly. Vy´sledne´video je potrˇeba neˇjaky´m vhodny´m zpu˚sobem archivovat a skladovat. Ve cˇtvrte´kapitole se tedy zaby´va´m forma´ty ve kteryćh lze vhodneˇ ukla´dat video. Na za´veˇr si zrekapitulujeme, co jsme si rˇekli o videokodecıćh, a zkusı´m odhadnout, jaky´m smeˇrem se bude video da´le ubı´rat.

V druhe´prakticke´cˇa´sti popisuji pru˚beˇh tvorby kra´tke´ho dokumenta´rnı´ho ﬁlmu SLT 2002.

v Obsah

I. Videoforma´ty, videokodeky 3 1. Za´kladnı´pojmy ...... 4 1.1. Princip televiznı´ho prˇenosu obrazu ...... 4 1.2. Prokla´dańı´ ...... 5 1.3. Rozlisˇenı´ ...... 7 1.4. Barva ...... 8 1.4.1. Barevny´forma´t YUV ...... 9 1.4.2. Barevny´forma´t RGB ...... 11 1.5. Zachyta´vańı´videa, digitalizace ...... 11 1.5.1. Digita´lnı´video forma´tu AVI, VCD, DVD, ...... 12 1.5.2. DV, iLink, FireWire, IEEE 1394 ...... 12 1.5.3. Zachyta´vacı´karty, TV-karty, A/D prˇevodnı´ky ...... 13 2. Komprese videa ...... 15 2.1. Bezeztra´tove´kodeky ...... 15 2.1.1. RAW ...... 15 2.1.2. HuffYUV ...... 15 2.2. Ztra´tove´kodeky ...... 16 2.2.1. Indeo R Video 5.10 ...... 16 2.2.2. Microsoft H.261 a H.263 ...... 16 2.2.3. Microsoft Video 1 ...... 16 2.2.4. MJPEG ...... 16 2.2.5. MPEG-1 ...... 17 2.2.6. MPEG-2 ...... 18 2.2.7. MPEG-3 ...... 19 2.2.8. MPEG-4 ...... 19 2.2.9. ASF, WMV ...... 19 2.2.10. Quicktime ...... 19 2.2.11. RealVideo ...... 20 2.2.12. DivX 3.11a Alpha ...... 20 2.2.13. DivX 4, DivX 5 ...... 20 2.2.14. XviD ...... 21 2.2.15. DV ...... 22 3. Komprese zvuku ...... 23 3.1. Vzorkovańı´zvuku ...... 23 3.2. Zvukove´kodeky ...... 23 3.2.1. PCM ...... 23

1 3.2.2. MP1 (MPEG1 - Layer 1) ...... 23 3.2.3. MP2 (MPEG1 - Layer 2) ...... 23 3.2.4. MP3 (MPEG1 - Layer 3) ...... 24 3.2.5. Microsoft WMA ...... 24 3.2.6. Dalsˇı´(AC3, Digital 5.1, DTS, ...) ...... 24 4. Komprese videa ...... 25 4.1. Bezeztra´tove´kodeky ...... 25 4.1.1. RAW ...... 25 4.1.2. HuffYUV ...... 25 4.2. Ztra´tove´kodeky ...... 26 4.2.1. Indeo R Video 5.10 ...... 26 4.2.2. Microsoft H.261 a H.263 ...... 26 4.2.3. Microsoft Video 1 ...... 26 4.2.4. MJPEG ...... 26 4.2.5. MPEG-1 ...... 27 4.2.6. MPEG-2 ...... 28 4.2.7. MPEG-3 ...... 29 4.2.8. MPEG-4 ...... 29 4.2.9. ASF, WMV ...... 29 4.2.10. Quicktime ...... 29 4.2.11. RealVideo ...... 30 4.2.12. DivX 3.11a Alpha ...... 30 4.2.13. DivX 4, DivX 5 ...... 30 4.2.14. XviD ...... 31 4.2.15. DV ...... 32 5. Za´veˇr ...... 33 II. Praktickaćˇa´st 34 6. Zadańı´ ...... 35 7. Prˇedbeˇzˇny´sceńa´rˇ ...... 36

2 Seznam obra´zku˚

1.1. Vykreslovańı´lichyćh rˇa´dku˚na obrazovce televizoru ...... 5 1.2. Prokla´dańı´- obraz obsahujıćı´licheá sude´rˇa´dky z jine´ho cˇasove´ho okamzˇiku 6 1.3. Televize: A -625 vykreslovanyćh rˇa´dku˚v syste´mu PAL, B -prˇiblizˇneˇjen 540 obsahuje obrazovou informaci ...... 8 1.4. Vzorkovańı´barevne´ho forma´tu YUV 4:2:2 ...... 9

3 CÏ aÂst I.

VideoformaÂty, videokodeky Kapitola 1 Za´kladnı´pojmy

Nejdrˇı´ve bychom si meˇli ujasnit, co vlastneˇpojem video znamena´. Pod tı´mto pojmem si mnoho lidı´prˇedstavı´prˇı´stroj na zaznamena´vańı´televiznıćh porˇadu˚a pro prˇehra´vańı´ vypu˚jcˇenyćh filmu˚trˇeba z videopu˚jcˇoven. V pocˇı´tacˇove´m sveˇteˇsi pod tı´mto pojmem zase veˇtsˇina lidı´prˇedstavı´multimedia´lnı´soubory s prˇı´ponou AVI obsahujıćı´trˇeba prezentaci neˇjake´firmy.Obecneˇje video sekvencıóbra´zku˚rychle po sobeˇjdoucıćh tak, zˇe vznikne pro diva´ka iluze pohybu. Samozrˇejmou soucˇa´stı´videa je zvukovy´doprovod pohybujıćı´ho se obrazu. Bylo zjisˇteˇno, zˇe postacˇuje pomeˇrneˇnı´zka´snı´mkova´frekvence, aby dosˇlo k iluzi pohybu. Nejdu˚lezˇiteˇjsˇı´mi parametry pro video jsou prˇedevsˇı´m pra´veˇsnı´mkova´frekvence, rozlisˇenıá barevna´hloubka. V te´to kapitole vysveˇtlı´m neˇkolik nejdu˚lezˇiteˇjsˇıćh pojmu˚, bez kteryćh se v dalsˇıćh kapitolaćh neobejdeme.

1.1. Princip televiznı´hoprˇenosu obrazu

Jiskrovy´vy´boj blesku trva´meńeˇnezˇ0,0001 sekundy, ale jeho klikatou cˇa´ru na obloze vidı´me mnohem de´le. Sı´tnice oka ma´totizˇurcˇitou sveˇtelnou setrvacˇnost trvajıćı´prˇiblizˇneˇ jednu desetinu sekundy, a tak vnı´ma´me obraz blesku i v okamzˇicıćh, kdy jizˇna sı´tnici zˇa´dne´sveˇtelne´paprsky nedopadajı´. Na sveˇtelne´setrvacˇnosti sı´tnice oka je zalozˇeno i filmove´ promı´tańı´. Zachytı´me-li pohybovy´ deˇj na filmove´m pa´su rychostı´ 24 snı´mku˚ za sekundu a takto zı´skane´ snı´mky stejnou rychlostı´ promı´ta´me, pak rychle´ strˇı´dańı´ jednotlivyćh obrazu˚vnı´mańasˇe oko jako plynuly´pohyb. Prˇenos pohybovyćh deˇju˚televizı´ je zalozˇen na podobne´m principu. I v tomto prˇı´padeˇzachycujeme pohyb snı´macı´kamerou a pak promı´ta´me na stıńı´tko rychlostı´25 obrazu˚za sekundu. Na rozdı´l od filmove´ho promı´tańı´vsˇak tyto obrazy neprˇena´sˇı´me najednou, ale po jednotlivyćh rˇa´dcıćh, a ty pak po jednotlivyćh bodech. V televizi pak paprsek elektronu˚vykresluje postupneˇvsˇechny body v rˇa´dcıćh a takto vsˇechny rˇa´dky, azˇje vykreslen celyóbra´zek. Prˇi skutecˇne´m televiznı´m prˇenosu se pohyb paprsku rozdeˇlıńa 625 rˇa´dku˚, prˇicˇemzˇ se pouzˇı´va´tzv. prokla´dane´rˇa´dkovańı´, kdy se snı´majıńejdrˇı´ve liche´rˇa´dky a pak rˇa´dky sude´. Kazˇdy´rˇa´dek se prˇitom skla´da´prˇiblizˇneˇz 830 jednotlivyćh izolovanyćh bodu˚, takzˇe celkovyóbraz je rozlozˇen prˇiblizˇneˇna 625x830=520 000 bodu˚. Prˇenesenı´m teˇchto 520 000 bodu˚, bychom vsˇak vytvorˇili na obrazovce nasˇeho televizoru jen jeden jedinyńepohyblivy´ obraz trvajıćı´0,04 sekundy.A protozˇe k vytvorˇenı´pohybove´ho vjemu musı´me promı´tnout na stıńı´tko obrazovky 25 obrazu˚ za sekundu, znamena´ to, zˇe kazˇdou sekundu musı´ paprsek elektronu˚ vytvorˇit celkem 25x520 000 = 13 000 000 jednotlivyćh obrazovyćh signa´lu˚.

5 1.2. PROKLA´ DA´ NI´

U barevne´televize je to jesˇteˇmnohem slozˇiteˇjsˇı´, a proto jejı´princip popı´sˇi jen velice zjednodusˇeneˇ. Kazˇdou barvu lze rozlozˇit na slozˇky barev cˇervene´, zeleneá modre´. To je pra´veˇvyuzˇito u barevne´televize. V te´jsou trˇi paprsky, kazˇdy´pro jednu barvu. Tyto paprsky pak vykreslujıćelou obrazovku a na stıńı´tku obrazovky je asi 400 000 troju´helnıćˇku˚, ktere´se skla´dajı´vzˇdy z cˇervene´, modreá zelene´luminescencˇnı´vrstvy. Paprsky pak vzˇdy podle intenzity rozsveˇcujı´prˇı´slusˇnećˇervene´, modreá zelene´body a ty pak vytva´rˇı´pat- rˇicˇne´barvy. Trinitronoveóbrazovky nemajı´barvy slozˇene´do troju´helnıćˇku˚, ale vsˇechny trojice jsou vedle sebe v rˇadaćh.

1.2. Prokla´da´nı´

Prˇi promı´tańı´ videa na televiznıćh obrazovkaćh frekvencı´ 25 snı´mku˚ za vterˇinu bylo vypozorovańo velmi neprˇı´jemne´blikańı´. To je zpu˚sobeno tı´m, zˇe zatı´mco paprsek vykreslı´ na obrazovce bod vlevo nahorˇe a bod vpravo dole, uplyne neˇjakaúrcˇita´doba (prˇesneˇ0,04 sekundy), a drˇı´ve vykreslene´body a rˇa´dky mezitı´m pohasıńajı´. Takto vznikne neprˇı´jemny´ efekt blikańı´, ktery´se vsˇak veˇdcu˚m podarˇilo omezit. Zvy´sˇı´se frekvence zobrazovanyćh snı´mku˚za vterˇinu a pouzˇije se jine´ho zpu˚sobu vykreslovańı´snı´mku˚. Nejdrˇı´ve se vykreslı´ vsˇechny liche´rˇa´dky snı´mku a sude´rˇa´dky se nevykreslujı´. Prˇi dalsˇı´m pru˚chodu paprsku obrazovkou se jizˇvykreslujı´sude´rˇa´dky snı´mku a zase se nevykreslujı´liche´rˇa´dky. Zvy´sˇı´ se frekvence zobrazovańıńa dvojna´sobek, tedy na 50Hz (v normeˇPAL). Prakticky to znamena´25 pu˚lsnı´mku˚s lichy´mi rˇa´dky a 25 pu˚lsnı´mku˚se sudy´mi rˇa´dky.

Obra´zek 1.1.: Vykreslova´nı´lichy´ch rˇa´dku˚na obrazovce televizoru

Zvy´sˇenı´m frekvence promı´tańı´, ale i snı´mańı´, je kazˇda´dvojice pu˚lsnı´mku s lichy´mi rˇa´dky a pu˚lsnı´mku se sudy´mi rˇa´dky z jine´ho cˇasove´ho okamzˇiku. Pu˚lsnı´mky jsou totizˇ mezi sebou vzda´leny o 0,02 sekundy. Prˇi promı´tańıńa televizi to ovsˇem nenı´vu˚bec na

6 1.2. PROKLA´ DA´ NI´ sˇkodu, ba naopak. Luminescencˇnı´stıńı´tko v obrazovce totizˇplynule pohasıńaá to, zˇe jsou pu˚lsnı´mky z jine´ho cˇasove´ho okamzˇiku vu˚bec nevadı´. Obraz plynule prˇecha´zı´z jednoho pu˚lsnı´mku do druhe´ho atd. Iluze pohybu na obrazovce je tedy mnohem dokonalejsˇı´, protozˇe video bylo nasnı´mańo frekvencı´50 pu˚lsnı´mku˚za sekundu. Jen pro doplneˇnı´se v americke´m syste´mu NTSC promı´tańa obrazovky frekvencı´prˇiblizˇneˇ60Hz, a to s 30 lichy´mi a 30 sudy´mi pu˚lsnı´mky. Promı´tańı´prokla´dane´ho videa na pocˇı´tacˇıćh sky´ta´drobne´proble´my. Obrazovky mo- nitoru˚jsou mnohem dokonalejsˇı´zarˇı´zenı´, nezˇteleviznıóbrazovky. Nejenzˇe zvla´dajı´mnohem vysˇsˇı´ snı´mkove´ (obnovovacı´) frekvence (75, 85, 100, neˇktere´ azˇ 150Hz), ale take´ vykreslujıćelyóbraz najednou. Zachyta´vacı´karty, ale i video z digita´lnıćh kamer ukla´- dajı´video frekvencı´25 snı´mku˚za vterˇinu a to tak, zˇe zkombinujı´dva pu˚lsnı´mky, jeden s lichy´mi rˇa´dky a druhy´se sudy´mi rˇa´dky, do jednoho snı´mku. Prˇi prˇehra´vańıóbycˇejny´m prˇehra´vacˇem je prˇehra´vańı´sˇpatne´, protozˇe prˇehra´vacˇzobrazuje 25 snı´mku˚za sekundu. Kazˇdy´snı´mek ale obsahuje dva pu˚lsnı´mky z jine´ho cˇasove´ho okamzˇiku a pu˚lsnı´mky mohou by´t vu˚cˇi sobeˇ posunuty. Prˇi prˇehra´vańı´ tedy docha´zı´ k neprˇı´jemne´mu efektu prouzˇkovańı´.

Obra´zek 1.2.: Prokla´dańı´- obraz obsahujıćı´licheá sude´rˇa´dky z jine´ho cˇasove´ho okamzˇiku

Neˇktere´softwarove´prˇehra´vacˇe nasˇteˇstı´podporujı´prˇehra´va´nı´takto prokla´dany´ch vi- deı´. Du˚lezˇite´je take´veˇdeˇt, ktery´pu˚lsnı´mek je prvnı´, jestli je to pu˚lsnı´mek s lichy´mi nebo sudy´mi rˇa´dky. Za´lezˇı´totizˇna zachyta´vacı´m hardware v jake´m porˇadı´pu˚lsnı´mky zachy-

7 1.3. ROZLISˇENI´ ta´vaá kombinuje do slozˇenyćh snı´mku˚. Podle toho se pak snı´mky zacˇıńajıćı´lichy´mi rˇa´dky nazy´vajı´„Field A“ nebo „Top first“ , nebo v druhe´m prˇı´padeˇ, kdyzˇzacˇıńa´pu˚lsnı´mek se sudy´mi rˇa´dky, pak „Field B“ nebo „Bottom first“ . Neprokla´dane´snı´mky se pak nazy´vajı´ „Progresive frames“ . Jak jsem jizˇnaznacˇil, prokla´dańıńenı´pro vy´sledne´prˇehra´vańı´videa na pocˇı´tacˇıćh vhodne´, a proto existuje neˇkolik metod k odstraneˇnı´prokla´dańı´. Prvnı´metoda Bob spo- cˇı´va´v tom, zˇe kazˇdy´pu˚lsnı´mek je vzˇdy rozsˇı´rˇen na cely´snı´mek (zduplikujı´se rˇa´dky) a promı´ta´se celyćh 50 pu˚lsnı´mku˚rozsˇı´rˇenyćh na cele´snı´mky. Metoda se nazy´va´ Bob , protozˇe prˇi prˇehra´vańı´mu˚zˇe docha´zet k nepatrne´mu efektu - poskakovańıó jeden rˇa´dek nahoru a dolu˚. To je zpu˚sobeno tı´m, zˇe pu˚lsnı´mek obsahujıćı´liche´rˇa´dky je zduplikovań i na sude´rˇa´dky a naopak. Tento efekt je ale zanedbatelny´. Dalsˇı´metoda Weave je vlastneˇ obycˇejne´zobrazovańı´25 snı´mku˚slozˇenyćh vzˇdy ze dvou pu˚lsnı´mku˚. Prˇi tomto zpu˚sobu zobrazovańı´je prˇi pohybech pozorovatelne´rusˇive´prouzˇkovańı´, ktere´je zpu˚sobeno zob- razenı´m dvou pu˚lsnı´mku˚, kde je kazˇdy´z jine´ho cˇasove´ho okamzˇiku. Pro prˇehra´vańıńa pocˇı´tacˇıćh je tato metoda nevhodna´. Dalsˇı´metoda Blending vycha´zı´z metody Weave . Existuje neˇkolik variant te´to metody. Nejjednodusˇsˇı´varianta zpracuje obraz tak, zˇe zpru˚- meˇruje vzˇdy lichyá sudy´rˇa´dek. Tı´mto se dva ru˚zne´pu˚lsnı´mky mezi sebou rozmazˇou a odstranı´se tak rusˇive´prouzˇkovańı´. Nevy´hodou pak je viditelne´prolnutı´dvou snı´mku˚. Jina´varianta metody nazy´vana´ Blended clipping porovna´va´jasovou hodnotu bodu˚lichyćh a sudyćh rˇa´dku˚a pokud je rozdı´l veˇtsˇıńezˇnastaveny´limit, zduplikuje se bod z jednoho rˇa´dku do druhe´ho. Jina´dalsˇı´varianta Motion blended clipping , ktera´rozsˇirˇuje prˇedchozı´ metodu navıć porovna´va´rozdı´ly snı´mku s prˇedchozı´m snı´mkem. Pro vy´sledne´prˇehra´vańı´videa na pocˇı´tacˇıćh se nejvıće hodı´pravdeˇpodobneˇmetoda Blended clipping , prˇı´padneˇmetoda Bob . Samozrˇejmeˇexistuje mnoho jinyćh zpu˚sobu˚pro odstraneˇnı´prokla´dańı´. Lisˇı´se vzˇdy svy´mi vy´hodami, ale i nevy´hodami.

1.3. Rozlisˇenı´

Rozlisˇenı´je dalsˇı´m du˚lezˇity´m parametrem urcˇujıćı´kvalitu zpracova´vane´ho videa. V digita´lnı´m sveˇteˇje rozlisˇenıćha´pańo poneˇkud jinak nezˇv analogove´m sveˇteˇ. V analogovyćh syste´mech byl dań pouze pocˇet rˇa´dek, horizonta´lnı´rozlisˇenı´pak bylo urcˇeno frekvencˇnı´ sˇı´rˇkou pa´sma. Signa´l s vysˇsˇı´frekvencı´, nezˇje sˇı´rˇka pa´sma, jizˇnelze zobrazit (prˇene´st, ulozˇit). Digita´lnıóbraz je proti tomu definovań prˇesneˇ, rozlisˇenı´m v pocˇtech bodu˚horizonta´lneˇ a vertika´lneˇ, naprˇ. 352x288. Prˇi prˇevodu analogove´ho videa na digita´lnı´pak za´lezˇı´pouze na vzorkovacı´ frekvenci, kolik bodu˚ zı´ska´me. Takzˇe informace o digita´lnı´m rozlisˇenı´ analogove´ho signa´lu je pomeˇrneˇzava´deˇjıćı´. Mezi digita´lnı´m a analogovy´m rozlisˇenı´m je ale prˇesto pevneˇdefinovany´vztah. U DV forma´tu se postupovalo (zjednodusˇeneˇ) takto: Analogove´syste´my pouzˇı´vajı´625 rˇa´dek, z nichzˇobraz obsahuje prˇiblizˇneˇjen 540 rˇa´dek, takzˇe vertika´lnı´rozlisˇenı´bylo ustano- veno na 576 rˇa´dku˚. V horizonta´lnı´m smeˇru potrˇebujeme dosa´hnout stejne´rozlisˇenı´jako v analogovyćh syste´mech, tedy asi 830 bodu˚. Prˇi vzorkovańı´bychom tedy potrˇebovali minima´lneˇdvojna´sobek vzorku˚. Protozˇe idea´lnı´rozlisˇenı´TV s nı´zky´m zkreslenı´m je prˇi-

8 1.4. BARVA

Obra´zek 1.3.: Televize: A -625 vykreslovanyćh rˇa´dku˚v syste´mu PAL, B -prˇiblizˇneˇjen 540 obsahuje obrazovou informaci blizˇneˇ830 bodu˚na rˇa´dku a videokamery stejneˇveˇtsˇinou nepouzˇı´vajı´jako zdroj analogovy´ signa´l (digita´lnıĆCD cˇip, jehozˇrozlisˇenı´je prˇedem definovaneá nemu˚zˇe tedy dojı´t k prˇe- vzorkovańı´), bylo zvoleno jako kompromis 720 bodu˚, tedy rozlisˇenı´720x576. To odpovı´da´ vzorkovańıánalogove´ho videa frekvencı´13,5MHz. V americkeńormeˇNTSC je pouzˇito rozlisˇenı´720x480. Pro syste´m PAL se tedy pouzˇı´va´rozlisˇenı´720x576, ktere´mu se take´ rˇı´ka´plny´PAL. Zachyta´vacı´karty podporujı´take´jine´rozlisˇenı´, prˇedevsˇı´m pak polovicˇnı´ PAL, cozˇje rozlisˇenı´352x288. Toto rozlisˇenı´ma´polovicˇnı´pocˇet rˇa´dku˚a vypada´vajı´tak liche´, cˇi sude´rˇa´dky. Zı´ska´va´me tedy polovicˇnı´snı´mkovou frekvenci pouze 25Hz. Takte´zˇ v horizonta´lnı´m smeˇru ma´me polovicˇnı´vzorkovacı´frekvenci a to 352 bodu˚na rˇa´dek. Kdyzˇsi vezmeme rozlisˇenı´720x576, tak velmi jednoduchy´m vy´pocˇtem dojdeme k tomu, zˇe rozlisˇenıńenı´vu˚bec v pomeˇru 4:3, cozˇje pomeˇr rozmeˇru˚sˇı´rˇky a vy´sˇky klasickyćh tele- viznıćh obrazovek. Procˇtomu tak je? Vysveˇtlenı´je pomeˇrneˇjednoduche´. 576 rˇa´dku˚se na televiznıóbrazovce zobrazı´jako 2x288 rˇa´dku˚(2 pu˚lsnı´mky) a body na rˇa´dkaćh se pouze namodulujıńa sˇirsˇı´pa´smo, tedy se rozta´hnou na celou sˇı´rku obrazovky. Obraz je tedy zobrazen v teoreticke´m rozlisˇenı´768x576. U rozlisˇenı´720x576 se rˇı´ka´, zˇe ma´jinacˇı´pixel aspect ratio, cozˇje pomeˇr stran jednoho zobrazovane´ho bodu. Konkre´tneˇje to 1,0667:1 (768/720)

1.4. Barva

Barevne´televize prˇisˇly azˇo neˇkolik desı´tek let pozdeˇji po cˇernobı´lyćh televizıćh. Tomeˇlo za na´sledek, zˇe inzˇeny´rˇi museli vyvinout syste´m, ktery´by byl kompatibilnı´, aby bylo mozˇne´ zobrazovat barevnyóbraz na cˇernobı´lyćh televizıćh, samozrˇejmeˇcˇernobı´le, a naopak aby bylo mozˇne´prˇehra´vat cˇernobı´le´vysı´lańıńa barevnyćh televizıćh, samozrˇejmeˇcˇernobı´le. Vy´sledkem byl syste´m prˇi neˇmzˇse da´le vysı´la´jasova´slozˇka stejneˇjako u cˇernobı´lyćh televizıćh a navıć pro barevne´televize je barevna´slozˇka namodulovańa s dvakra´t nizˇsˇı´

9 1.4. BARVA sˇı´rˇkou pa´sma. Barevnaínformace ma´tedy dvakra´t nizˇsˇı´rozlisˇenıńezˇjasova´slozˇka, a proto jsou velke´kontrasty zatı´zˇeny i „arevnou duhou“ . Prˇi strˇı´dajıćıćh se svislyćh pruzıćh v obraze je pak videˇt barevne´moire´. Toto nenı´zpu˚sobeno nı´zkou kvalitou tuneru, vycha´zı´ to z principu prˇenosu obrazu (a barevne´slozˇky). Je viditelne´jak na televiznı´karteˇv PC, tak na klasicke´televizi. Noveˇjsˇı´televizory vysˇsˇıćenove´kategorie se snazˇı´tyto nectnosti skry´t. Prˇi pozorovańıńorma´lnı´ho obrazu vsˇak vu˚bec nevadı´, zˇe obraz obsahuje 2x meńeˇ informacıó barveˇ, protozˇe lidskeóko je mnohem citliveˇjsˇıńa zmeˇnu jasu, nezˇna zmeˇnu barvy. Z tohoto take´vycha´zı´za´kladnı´forma´ty pro ukla´dańı´videa v pocˇı´tacˇıćh. Prˇed prˇevo- dem do cˇı´slicove´formy se nejprve oddeˇlı´jasova´slozˇka (Y) od barevne´. Na´sleduje prˇevod pomocı´rychlyćh A/D prˇevodnı´ku˚, kazˇda´slozˇka zvla´sˇt’,prˇicˇemzˇbarevne´slozˇky se vzor- kujı´polovicˇnı´frekvencıńezˇjasova´, protozˇe informace v signa´lu stejneˇnenı´. Vetsˇinou se jesˇteˇpouzˇı´vaóversampling, tedy vzorkovańı´vysˇsˇı´frekvencıńezˇpotrˇebnou a na´sledna´ digita´lnıú´prava do pozˇadovane´velikosti. Ve vy´sledku pak ma´me pro jeden snı´mek 576 rˇa´dku˚po 720 jasovyćh a 360 barevnyćh bodech, cozˇodpovı´da´sˇı´rˇce pa´sma (rozlisˇenı´) normy PAL. Ma´me tedy trˇi slozˇky: jasovou Y a barevneÚ, V. Tomuto forma´tu se pak rˇı´kaÝUV. Existuje spusta mozˇnostı´, jak ulozˇit tyto slozˇky do pameˇti - po bodech (YUVYUVYUV...), po rˇa´dcıćh, po plochaćh atd. Zdigitalizovany´forma´t je vzˇdy ve forma´tu YUV 4:2:2, vy´znam tohoto cˇı´selne´ho za´pisu si vza´peˇtı´vysveˇtlı´me. S teˇmito forma´ty se ale pracuje sˇpatneˇ, protozˇe je nelze jednodusˇe scˇı´tat, pru˚meˇrovat apod., tedy editovat. Prˇeva´dı´se proto do forma´tu RGB, kdy se prˇepocˇı´ta´jasovaá barevne´slozˇky na zna´mou trojici cˇervena´R, zelena´ G a modra´B. S tı´mto forma´tem jizˇlze prova´deˇt vy´pocˇty, ktere´jsou potrˇeba naprˇı´klad pro pocˇı´tańı´prˇechodovyćh efektu˚, korekci barev atp. Prˇevody mezi forma´ty RGB a YUV ale nejsou prˇesneá prˇi prˇevodech docha´zı´ke ztra´teˇinformace, a proto je trˇeba se vyhnout zbytecˇny´m neˇkolikana´sobny´m prˇevodu˚m mezi teˇmito forma´ty.

1.4.1. Barevny´forma´t YUV Forma´t YUV se deˇlı´do dvou skupin - packed a planar, lisˇıćı´se ulozˇenı´m jasoveá barevne´ slozˇky v pameˇti. Forma´ty packed majıúlozˇeny vsˇechny slozˇky YUV do tzv. makropixelu˚ (shluk neˇkolika pixelu˚, naprˇ. 4) a jdou po sobeˇ. Planar forma´ty majıúlozˇeny vsˇechny slozˇky zvla´sˇt’,tvorˇı´tedy trˇi virtua´lnı´plochy, ktere´jsou ve vy´sledku slozˇeny dohromady.

Obra´zek 1.4.: Vzorkova´nı´barevne´ho forma´tu YUV 4:2:2

10 1.4. BARVA

Pro forma´ty YUV se vzˇilo trˇicˇı´selneóznacˇenı´, naprˇ. YUV 4:2:2. Uda´va´vzˇdy pomeˇr mezi pocˇtem barevne´slozˇky vu˚cˇi jasoveá neˇkdy i pocˇet bytu˚na makropixel (neˇkdy se to ale nedodrzˇuje). V tomto prˇı´padeˇje pomeˇr 4:2 a barevna´slozˇka tedy obsahuje polovinu bodu˚vu˚cˇi jasove´- na dva jasove´body odpovı´da´pouze jeden barevny´. PodobneˇYUV 4:1:1 obsahuje pouze cˇtvrtinu barevne´slozˇky oproti jasoveá YUV 4:4:4 ma´rovnocenne´ ko´dovnańı´jasoveí barevnyćh slozˇek a meˇla by tedy by´t kvalitneˇjsˇı´, jenzˇe se prˇepocˇı´ta´va´ z YUV 4:2:2 a zˇa´dnaínformace navıć zde tedy nenı´(vy´hodne´pouze pro zpracovańı´). PRˇ EHLED FORMA´ TU˚ YUV PACKED • YUY2 (4:2:2, 16 bitu˚/bod) - makropixel obsahuje dva body v jednom 32 bitove´m sloveˇ- 2x Y a 1xUV, spolu s UYVY nejpouzˇı´vaneˇjsˇı´ • UYVY (4:2:2, 16 bitu˚/bod) - stejny´jako YUY2, pouze s jiny´m sledem YUV slozˇek • CYUV (4:2:2, 16 bitu˚/bod) - stejny´jako UYVY, pouze rˇazenı´rˇa´dku˚naopak - spodnı´ rˇa´dek nejdrˇı´ve • V422 - stejny´jako YUY2 • Y41P (4:1:1, 12 bitu˚/bod) - makropixel obsahuje 8 pixelu˚ve 3 32-bitovyćh slovech • Y41T - stejny´jak Y41P, ale nejnizˇsˇı´bit slozˇky Y znacˇı´pru˚hlednost • Y42T - stejny´jako UYVY, ale nejnizˇsˇı´bit slozˇky Y znacˇı´pru˚hlednost • YUVP (4:2:2, 24 bitu˚/bod) - jako YUY2, ale s vysˇsˇı´m pocˇtem bitu˚na bod • UYVP (4:2:2, 24 bitu˚/bod) - jako UYVY, ale s vysˇsˇı´m pocˇtem bitu˚na bod • Y211 (2:1:1, 8 bitu˚/bod) - sampluje pouze kazˇde´druheÝ a kazˇdećˇtvrteÚV • Y800 (8:0:0, 8 bitu˚/bod) - obsahuje pouze Y pro monochromatickyóbraz PRˇ EHLED FORMA´ TU˚ YUV PLANAR • YV12 (4:1:1, 12 bitu˚/bod) - nejprve 8 bitu˚Y, na´sledovany´2x2 subsamplovany´m UV v horizonta´lnı´m i vertika´lnı´m smeˇru, pouzˇı´va´se u MPEG1/2 • YVU9 (8:1:1, 9 bitu˚/bod) - nejprve 8 bitovyÝ na´sledovany´4x4 subsamplovanyÚV • I420 (4:1:1, 12 bitu˚/bod) - nejprve 8 bitovyÝ na´sledovany´2x2 subsamplovanyÚV • IYUV - shodny´s I420 • Y800 (8:0:0, 8 bitu˚/bod) - obsahuje pouze Y pro monochromatickyóbraz Z prˇehledu forma´tu˚je videˇt, zˇe nejcˇasteˇjsˇı´mi a nejpouzˇı´vaneˇjsˇı´mi forma´ty jsou packed forma´ty s ko´dovańı´m YUV 4:2:2 - a mezi nimi YUY2 a UYVY. Ty se takeńejvıće pouzˇı´vajı´ pro harwarovyóverlay na grafickyćh kartaćh. Overlay je buffer v pameˇti graficke´karty, obsahujıćı´definici obrazu a da´le je harwaroveˇzpracovań pro zobrazenı´(zmeˇna velikosti, jas, barevna´korekce, transparence apod.), cozˇulehcˇuje procesoru prˇi zobrazovańı´. Pro overlay buffery se RGB forma´ty nepouzˇı´vajı´.

11 1.5. ZACHYTA´VA´ NI´ VIDEA, DIGITALIZACE

1.4.2. Barevny´forma´t RGB Barevny´forma´t RGB je nativnı´m barevny´m forma´tem v pocˇı´tacˇıćh. Pro video se pouzˇı´va´ prˇedevsˇı´m kvu˚li jednodusˇsˇı´ (oproti forma´tu YUV) aritmetice barev obrazu. Obsahuje trˇi barevne´slozˇky - cˇervenou R, zelenou G a modrou B, ktere´tvorˇı´dohromady vzˇdy jeden obrazovy´bod. Standardnı´(nejbeˇzˇneˇjsˇı´) barevny´forma´t RGB maóznacˇenı´RGB24 a uda´va´pocˇet bitu˚na jeden obrazovy´pixel. 24bitu˚, tedy 8 bitu˚pro kazˇdou barvu (R, G a B). Samozrˇejmeˇexistuje vıće RGB forma´tu˚, ale lisˇı´se bud’ jinacˇı´m porˇadı´m barev, nebo jinacˇı´m pocˇtem bitu˚na jeden obrazovy´bod. PRˇ EHLED FORMA´ TU˚ RGB

• RGBx, kde x je z (1, 4, 8, 16, 24, 32). cˇı´slo uda´va´pocˇet bitu˚na 1 barevy´bod. V prˇı´padeˇ RGB1 je obraz cˇernobı´ly´. RGB4 - 16 barev, RGB8 - 256 barev, atp.

• RGBA, pocˇet bitu˚16 nebo 32. Podobneˇjako RGB, navı´c je aplpha kana´l

Y = (0, 257 ∗ R) + (0, 504 ∗ G) + (0, 098 ∗ B) + 16

U(Cb) = (0, 439 ∗ R) − (0, 368 ∗ G) − (0, 071 ∗ B) + 128 V (Cr) = −(0, 148 ∗ R) − (0, 291 ∗ G) + (0, 439 ∗ B) + 128

Rovnice 1.4.1: Vzorce pro prˇevod barevne´ho forma´tu RGB na YUV

R = 1, 164 ∗ (Y − 16) + 1, 596 ∗ (Cr − 128)

G = 1, 164 ∗ (Y − 16) − 0, 813 ∗ (Cr − 128) − 0, 391 ∗ (Cb − 128) B = 1, 164 ∗ (Y − 16) + 2, 018 ∗ (Cb − 128)

Rovnice 1.4.2: Vzorce pro prˇevod barevne´ho forma´tu YUV na RGB

1.5. Zachyta´va´nı´videa, digitalizace

Digita´lnı´video se pro zpracovańı´v pocˇı´tacˇıćh zı´ska´vańeˇkolika zpu˚soby. Neˇktere´jsou, da´ se rˇıćt nativnı´, jine´se zase do digita´lnı´podoby prˇeva´dı´digitalizacı´. Zpu˚soby zı´ska´vańı´ digita´lnı´ho videa lze rozdeˇlit na dveˇ za´kladnı´ skupiny. Do prvnı´ skupiny lze zarˇadit video jizˇzdigitalizovane´, do druhe´skupiny mu˚zˇeme zarˇadit video, ktere´teprve cˇekańa digitalizaci.

12 1.5. ZACHYTA´VA´ NI´ VIDEA, DIGITALIZACE

1.5.1. Digita´lnı´video forma´tu AVI, VCD, DVD, ... Takove´to video ma´me jizˇna dlani v digita´lnı´podobeˇ. Jsou jimi naprˇ. video ve forma´tu AVI, ﬁlm na Video CD (VCD), Super Video CD (SVCD), cˇi trˇeba DVD. Toto video jizˇlze jen zkopı´rovat do pocˇı´tacˇe na pevny´disk a ihned s nı´m zacˇı´t pracovat, strˇı´hat a upravovat. VY´ HODY • video je jizˇzdigitalizovane´, tedy zˇa´dna´dalsˇı´ztra´ta kvality

NEY´ HODY • DVD - mu˚zˇe by´t chrańeˇne´sˇifrovańı´m. Za´znam, ktery´sami nahrajeme ale nesˇifru- jeme. • VCD, SVCD - z du˚vodu mensˇı´ho pocˇtu opravnyćh ko´du˚pouzˇı´vanyćh na me´diıćh VCD a SVCD se nemusı´podarˇit video zı´skat zpeˇt v nezmeˇneˇneńebo neposˇkozene´ formeˇ. Prakticky se to spı´sˇma´lo kdy podarˇı´. • vsˇechny forma´ty - pokud je video v nı´zke´kvaliteˇ, v nı´zke´m rozlisˇenıńebo s nı´zky´m pocˇtem snı´mku˚za sekundu, jizˇnelze nijak zlepsˇit. • VCD, SVCD, DVD a AVI mu˚zˇe mı´t nı´zky´pocˇet klıćˇovyćh snı´mku˚, cozˇje nevhodne´ pro strˇih, nicmeńeˇpouzˇitelne´.

1.5.2. DV, iLink, FireWire, IEEE 1394 Digita´lnı´kamery (Digital8, MiniDV, DV)jsou v dnesˇnı´dobeˇsˇpicˇkove´zarˇı´zenı´, ktereúkla´- dajıńa neˇjake´me´dium video v digita´lnı´podobeˇDV.Avsˇak neukla´da´se cˇisteˇnekomprimo- vaneˇz du˚vodu vysoke´ho datove´ho toku. Ke kompresi obrazu se pouzˇı´va´tzv. algoritmus DCT (diskre´tnı´kosıńova´transformace ) prˇi neˇmzˇse dosa´hne prˇesne´ho kompresnı´ho po- meˇru 5:1 a datove´ho toku 25Mbit/s. Nenı´to vlastneˇani tak komprese, jak zpu˚sob ko´dovańı´ obrazu. Obraz je ve forma´tu YUV 4:2:0. Za´pis 4:2:0 je poneˇkud zava´deˇjıćı´. Znamenalo by to 4xY, 2xCr a 0xCb, tedy ztracena´barevnaínformace Cb. Funguje to ovsˇem poneˇkud jinak. Podle zjisˇteˇnı´, syste´mu PAL le´pe vyhovuje rovnomeˇrne´vzorkovańı´barevne´slozˇky ve vertika´lnı´m i horizonta´lnı´m smeˇru. Jasovaínformace je vzorkovańa standartnı´m zpu˚- sobem, informace Cr se vzorkuje kazˇdy´ lichy´ rˇa´dek a informace Cb se vzorkuje zase na sudyćh rˇa´dcıćh, kazˇde´s polovicˇnı´frekvencı´vu˚cˇi jasove´slozˇce. Vzorec 4:2:0 ovsˇem vyjadrˇuje pouze vzorkovańı´v horizonta´lnı´m smeˇru. Jisteˇsi lze take´vsˇimnout neˇkolika spolu existujıćıćh forma´tu˚, jako je MiniDV,DVCAM, DVCPRO, Digital8. Jsou to ru˚zne´forma´ty od ru˚znyćh firem, prˇesto vsˇechny tyto forma´ty pouzˇı´vajı´ stejne´ ko´dovańı´ obrazu, tedy DV kompresi. Rozdı´l je pouze v pouzˇı´vane´m me´diu. Forma´ty DVCAM a DVCPRO jsou urcˇeny pro poloprofesiona´lnıázˇprofesiona´lnı´ vyuzˇitıá lisˇı´se tedy kvalitou a odolnostıú´lozˇne´ho me´dia. Jinak je to ale se syste´mem D-9 a DVCPRO50. I tyto syste´my pouzˇı´vajı´klasickou DV kompresi, ale pouzˇı´vajı´soucˇasneˇ (paralelneˇ) dva kodeky. Datovy´tok je pak dvojna´sobny´, ale i kvalita je vysˇsˇı´. Vy´znam digita´lnı´ho za´znamu je samozrˇejmy´. Vlivem sta´rnutı´, cˇi prˇehra´vańıńedocha´zı´ absolutneˇk zˇa´dne´ztra´teˇkvality, vyjma prˇı´padu, kdy dojde k posˇkozenıú´lozˇne´ho me´dia.

13 1.5. ZACHYTA´VA´ NI´ VIDEA, DIGITALIZACE

Samotne´digita´lnı´kamery by vsˇak ztraćely vy´znam, pokud by nebylo mozˇne´porˇı´zeny´ video za´znam neˇjaky´m zpu˚sobem dostat do pocˇı´tacˇe k dalsˇı´mu zpracovańı´. Jako rozhranı´ pro komunikaci osobnıćh pocˇı´tacˇu˚s digita´lnı´mi kamerami bylo vybrańo rozhranı´Fire Wire, u jehozˇzrodu sta´ly firmy Apple a Hewlet Packard. Rozhranı´bylo pozdeˇji patento- vańo pod oznacˇenı´m IEEE 1394, prˇesto neˇktere´firmy oznacˇujı´rozhranı´po sve´m, naprˇ. firma Sony jej nazy´va´rozhranıíLink. Rozhranı´Fire Wire ma´vysokou podporu v hardware. Podporuje syste´m Plug and Play, a prˇipojenı´k jednomu portu azˇ73 zarˇı´zenı´, jako jsou pevne´disky, digita´lnı´kamery, digita´lnı´fotoapara´ty, skenery a jine´multimedia´lnı´ zarˇı´zenı´. Rozhranı´bylo navrzˇeno pro vysoke´datove´toky a dosahuje rychlosi 400Mbit/s. Klasicke´ amate´rske´ digita´lnı´ kamery majı´ konstantnı´ datovy´ 25Mbit/s, takzˇe je videˇt dostatecˇna´prˇedimenzovanost. Prˇehrańı´za´znamu z videokamery do pocˇı´tacˇe, cˇi jine´ho zarˇı´zenı´pracujıćı´s digita´lnı´m videem se pak deˇje 1:1. Tudı´zˇse cely´za´znam prˇenese bez ztra´ty jake´koliv informace. Ra´d bych zde zmıńil du˚lezˇity´ fakt. Neˇktere´ digita´lnı´ videokamery obsahujı´ funkci pru˚chozı´ho A/D a D/A prˇevodnı´ku. Tato funkce je, dle me´ho na´zoru, asi nejlepsˇı´zpu˚sob, jak lze zı´skat digita´lnı´kopii analogove´ho za´znamu s nejmensˇı´ztra´tou kvality. Prˇevodnı´ku na vstup prˇijde bud’ kompozitnıńebo SVHS propojenı´m analogovy´signa´l, prˇevodnı´k jej prˇevede a na vy´stupu je jizˇ25Mbitovy´proud za´znamu v DV forma´tu. Prˇes kameru lze takto zdigitalizovat trˇeba nahra´vky ze starsˇı´videokamery, cˇi nahra´vky z VHS nebo S-VHS videa. VY´ HODY

• video je jizˇzdigitalizovane´v DV kodeku, tedy zˇa´dna´dalsˇı´ztra´ta kvality

• konstantnı´25Mbit datovy´tok

NEVY´ HODY

• posˇkozenı´obrazu v prˇı´padeˇposˇkozenı´u´lozˇne´ho me´dia - pa´sky

• prˇesneˇdeﬁnovany´forma´t DV 720x576 4:2:0 neumozˇnˇuje za´znam v jine´(vysˇsˇı´) kva- liteˇ. Nove´ digita´lnı´ HD (High Deﬁnition) kamery budou mı´t vysˇsˇı´ rozlisˇenı´ azˇ 1920x1080

1.5.3. Zachyta´vacı´karty, TV-karty, A/D prˇevodnı´ky Zachyta´vacı´ karty a TV-karty jsou zarˇı´zenı´ obsahujıćı´ A/D prˇevodnı´k, ktery´ prova´dı´ prˇevod analogove´ho signa´lu do jeho digita´lnı´podoby. Veˇtsˇinou take´karty, urcˇene´pro polo-profesiona´lnı´vyuzˇitı´, obsahujıćˇip prova´deˇjıćı´hardwarovou kompresi obrazu. Nej- cˇasteˇji se pouzˇı´va´hardware M-JPEG komprese, protozˇe je vhodna´pro strˇih, ale existujıí karty prova´deˇjıćı´MPEG1 a MPEG2 hardwarovou kompresi. Nevy´hodou cˇasto by´va´teˇsna´sva´zanost zdigitalizovane´ho videa s hardwarovou kar- tou. Softwarovaćˇa´st kodeku by´va´totizˇva´zańa na detekci hardware a nelze takto zachycene´video prˇehra´t v jine´m pocˇı´tacˇi. Rˇ esˇenı´m je konverze do jine´ho a kompatibilneˇjsˇı´ho forma´tu. Na druhou stranu mu˚zˇe softwarovaćˇa´st kodeku vyuzˇı´vat hardware i k jiny´m

14 1.5. ZACHYTA´VA´ NI´ VIDEA, DIGITALIZACE ućˇelu˚m. Ru˚zne´prˇevody obrazu, aplikovaneéfekty, korekce barev mohou by´t hardwa- roveˇurychlovaneá prˇevod videa pak mu˚zˇe by´t mnohona´sobneˇrychlejsˇı´, nezˇprˇi pouzˇitı´ slabe´ho procesoru k na´rocˇny´m vy´pocˇtu˚m. VY´ HODY

• digitalizace z jake´hokoliv analogove´ho zdroje

• mozˇny´vy´beˇr kompresoru, rozlisˇenı´, snı´mkove´frekvence a datove´ho toku

NEVY´ HODY

• v prˇı´padeˇpouzˇitı´kompresoru bez hardwarove´podpory vysoke´zatı´zˇenı´procesoru

• kvalita obrazu amate´rskyćh zachyta´vacıćh karet nenıńijak u´zˇasna´

15 Kapitola 2 Komprese videa

Video, jak jsem si jizˇrˇekli, je sekvence po sobeˇjdoucıćh obra´zku˚. My bysme chteˇli toto video ukla´dat do pocˇı´tacˇe, abychom jej mohli da´le zpracova´vat, sestrˇı´hat strˇihovy´m pro- gramem, a vy´sledek pak exportovat do neˇjake´ho vhodne´ho forma´tu, at’uzˇpro vysı´lańı´ prˇes internet, cˇi k promı´tańı´v DVD prˇehra´vacˇi. Surove´video by ale bylo pomeˇrneˇvelke´. Meˇjme rozlisˇenı´ 720x576 v barevne´m forma´tu RGB (cozˇ je standartneˇ 3x8bitu˚, tedy 3 bajty na jeden obrazovy´bod) a snı´mkovou frevenci 25Hz. Pak jednoduchy´m vy´pocˇtem zjistı´me, zˇe k ulozˇenı´jedne´sekundy videa potrˇebujeme 720x576x3x25 = 31nbsp104E` 000 bajtu˚. Soucˇasne´pevne´disky pocˇı´tacˇu˚tak tak dosahujı´takove´to prˇenosove´rychlosti. Po- kud si vezmeme 80GB disk, pak bysme tento disk zaplnili prˇiblizˇneˇnahrańı´m 42 minut videa. To nenı´prˇı´lisˇa navıć by nezbylo zˇa´dne´mı´sto k samotne´mu zpracovańı´videa. Od- tud tedy plyne potrˇeba video komprimovat a pouzˇı´vajı´se k tomu tzv. kodeky (KOmpresor + DEKompresor). Kodek je tedy neˇjaky´mechanismus, ktery´snı´mky dane´ho videa zako´- duje do mensˇı´podoby a prˇi prˇehra´vańı´videa jej zase deko´duje jizˇv rea´lne´m cˇase. Kodeky mu˚zˇeme da´le rozdeˇlit na ztra´toveá bezeztra´tove´. Bezeztra´tove´kodeky majı´tu vy´hodu, zˇe video neztratı´zˇa´dnou informaci. To je ale vykoupeno nı´zky´m komprimacˇnı´m pomeˇrem, veˇtsˇinou se pomeˇr komprese pohybuje 1:2. Ztra´tove´kodeky naopak vyuzˇı´vajı´toho, zˇe obraz nemusı´by´t naprosto dokonaly´, dokonce mu˚zˇe by´t zkresleny´, azˇdrasticky. Ru˚zne´ kodeky se da´le lisˇı´kvalitou, rychlostıá vy´slednou velikostı´komprimovane´ho videa, ktera´ je veˇtsˇinou v pomeˇru k nekomprimovane´mu origina´lu 1:4-1:100. Nynı´si uvedeme prˇehled teˇch nejdu˚lezˇiteˇjsˇıćh kodeku˚.

2.1. Bezeztra´tove´kodeky

2.1.1. RAW RAW nenı´vlastneˇzˇa´dny´kodek, ale jizˇzmı´neˇny´nekomprimovany´forma´t. Pro plny´PAL (720x576) ma´datovy´tok 31,1 MB/s, pro polovicˇnı´PAL (352X288) ma´datovy´tok 7,6 MB/s

2.1.2. HuffYUV Tento kodek komprimuje video s pouzˇı´tı´m Huffmanova ko´dova´nı´. V nejlepsˇı´m prˇı´padeˇ komprimuje azˇna 40% pu˚vodnı´velikosti. Zvla´da´kompresi obrazu v barevne´m forma´tu RGB i YUV, je velmi rychly´a je zdarma.

16 2.2. ZTRA´ TOVE´ KODEKY 2.2. Ztra´tove´kodeky

2.2.1. Indeo R Video 5.10 Tento kodek byl vyvinut spolecˇnostıÍntel. Ma´pomeˇrneˇdobrou kvalitu obrazu. Lze nastavit, aby kazˇdy´snı´mek byl klıćˇovy´. Prˇi nastavenı´kvality na 100% je vy´slednyóbraz te´meˇrˇ k nerozeznańıód nekomprimovane´ho.

2.2.2. Microsoft H.261 a H.263 H.261 je standard pro videokonference a videotelefonii prˇes ISDN. Umozˇnˇuje regulovat tok dat v za´vislosti na propustnosti sı´teˇ. Prˇenos dat je 64kbit/s nebo 128kbit/s (dva kana´ly ISDN). Kodek H.263 implementuje vysˇsˇı´prˇesnost prˇi pohybu nezˇH.261. Jeho pouzˇitı´je pro monitorovacı´syste´my a pro videokonference s velkou obrazovkou.

2.2.3. Microsoft Video 1 Tento kodek je standardnı´soucˇa´stı´vsˇech operacˇnıćh syste´mu˚firmy Microsoft od verze Windows 95. Kvalitou vy´sledne´ho obrazu je ovsˇem velice sˇpatny´. I prˇi nastavene´100% kvaliteˇje pozorovatelnećˇtverecˇkovańıá jineńeprˇı´jemne´vady v obraze. Kodek je navıć pomeˇrneˇpomalyá takto zako´dovane´video je dokonce veˇtsˇıńezˇstejne´video zakompri- movane´bezeztra´tovy´m kodekem HuffYUV!

2.2.4. MJPEG Kompresnı´kodek MJPEG (Motion JPEG) je zalozˇen na kompresi jednotlivyćh snı´mku˚ pouzˇitı´m komprese JPEG. Tento kodek ma´veˇtsˇinou volitelny´kompresnı´pomeˇr v roz- mezı´6:1 do 16:1. Prˇi kompresnı´m pomeˇru 1:8 je kvalita obrazu sta´le jesˇteˇvelmi dobraá datovy´tok se pohybuje kolem 4 MB/s a dosahuje tak dobre´ho pomeˇru kvalita/velikost. Velikou prˇednostı´tohoto kodeku je, zˇe kazˇdy´snı´mek je komprimovań samostatneˇa je tedy vzˇdy klıćˇovy´. Proto je tento kodek velmi vhodny´pro strˇih videa na pocˇı´tacˇi. Za´ro- venˇje implementovań hardwaroveˇv mnoha polo-profesiona´lnıćh zachyta´vacıćh kartaćh a zachyta´vańı´pak funguje bezproble´moveˇi na velmi pomalyćh pocˇı´tacˇıćh ( stacˇıĆPU 300MHz). Cˇastou nevy´hodou takto hardwaroveˇimplementovane´ho kodeku je nemozˇ- nost prˇehra´t zachycene´video na jine´m pocˇı´tacˇi bez tohoto hardware. Softwarovy´kodek komprimujıćı´video kodekem MJPEG je naprˇı´klad PICVideo MJPEG Codec. VY´ HODY

• kazˇdy´snı´mek je klı´cˇovy´, idea´lnı´pro strˇih

• by´va´implementova´n hardwaroveˇ

• podpora prokla´dane´ho obrazu

• pomeˇrneˇvysoka´kvalita obrazu

17 2.2. ZTRA´ TOVE´ KODEKY

• by´va´implementova´n hardwaroveˇ

NEVY´ HODY • vysoke´zatı´zˇenı´CPU • velky´datovy´tok

2.2.5. MPEG-1 MPEG je zkratkou pro Motion Pictures Experts Group. Cı´lem praće te´to skupiny bylo stan- dardizovat metody komprese videosigna´lu a vytvorˇit oteverˇenou a efektivnı´kompresi. Forma´t MPEG-1 byl dokoncˇen v roce 1991 a jako norma prˇijat roku 1992 - ISO/IEC-11172. Byl navrzˇen pro praći s videem o rozlisˇenı´352x288 bodu˚a 25 snı´mku˚/s prˇi datove´m toku 1500kbit/s. Parametry komprese MPEG-1 jsou srovna´vańy s analogovy´m forma´tem VHS. Forma´t MPEG-1 se stal soucˇa´stı´tzv. „White Book“ , cozˇje definovańo jako norma pro za´znam pohyblive´ho obrazu na CD (74 minut videa). MPEG komprese pouzˇı´va´ke kompresi videa I, P a B snı´mky. I snı´mky (Intra Pictures) jsou snı´mky klıćˇove´, jsou komprimovańy obdobneˇjako MJPEG, ale navıć s mozˇnostı´komprimovat ru˚znećˇa´sti obrazu ru˚zny´m stupneˇm komprese. P-snı´mky (Predicted Pictures) jsou ko´dovańy s ohledem na nejblizˇsˇı´prˇedchozıÍ nebo P-snı´mek. B-snı´mky (Bidirectio- nal Pictures) jsou pak dopocˇı´ta´vane´jako rozdı´love´snı´mky mezi nejblizˇsˇı´m prˇedchozı´m I nebo P-snı´mekm a neblizˇsˇı´m na´sledujıćı´m I nebo P-snı´mkem. Cela´sekvence snı´mku˚(od jednoho I po dalsˇıÍ snı´mek) se pak nazy´va´GOP (Group of Pictures) a standardnı´MPEG stream pro VCD, SVCD a DVD pouzˇı´va´porˇadıÍBBPBBPBBPBBPBBPBB. Prˇesto MPEG standard neurcˇuje zˇa´dna´ pravidla a omezenı´ pro vzda´lenost I a P snı´mku˚. Komprese navıć umozˇnˇuje kdykoliv ukoncˇit GOP a prˇedcˇasneˇtak pouzˇı´t dalsˇı´sekvenci GOP zacˇı´- najıćı´snı´mkem I. Toto vede prˇedevsˇı´m ke zlepsˇenı´kvality videa. Komprimovane´video obsahujıćı´promeˇnlive´vzda´lenosti mezi klıćˇovy´mi snı´mky se pak nazy´va´VKI (Variable Keyframe Interval). Pocˇet I, P a B snı´mku˚lze veˇtsˇinou nastavit, za´lezˇıńa implementaci kompresoru. Z pohledu zabı´rane´ho mı´sta pak I snı´mky zabı´rajıńejvıće mı´sta, po nich jsou P snı´mky a u´plneˇnejmeńeˇmı´sta zabı´rajı´snı´mky B. Komprese MPEG-1 se nehodı´pro strˇih videa z du˚vodu vzda´lenyćh klıćˇovyćh snı´mku˚. Veˇtsˇina strˇihovyćh programu˚vsˇak umozˇnˇuje export do forma´tu MPEG-1. Tento kodek je totizˇjeden z nejrozsˇı´rˇeneˇjsˇıćh forma´tu˚a lze jej softwaroveˇprˇehra´t te´meˇrˇna kazˇde´m pocˇı´tacˇi a stejneˇtak na 95% vsˇech stolnıćh DVD prˇehra´vacˇıćh. Tento forma´t lze take´strea- movat. Bohuzˇel v dnesˇnı´dobeˇje jizˇtento kodek zastaraly´, prˇesto je to nejkompatibilneˇjsˇı´ forma´t. Co se tyćˇe kvality je v porovnańı´s jiny´mi kodeky na tom poneˇkud hu˚rˇe, pro- tozˇe abysme dosa´hly dobre´kvality obrazu, potrˇebuje mnohem vıće bitu˚na kompresi nezˇ u jinyćh kodeku˚(DivX, XviD) VY´ HODY • vysoka´podpora prˇehra´vacˇu˚softwarovyćh i hardwarovyćh, kompresor i dekompresor je zdarma • pouzˇı´va´se pro Video CD

18 2.2. ZTRA´ TOVE´ KODEKY

• vhodny´i pro stream videa

NEVY´ HODY

• nepodporuje prokla´dane´snı´mky

• nı´zka´kvalita prˇi nı´zke´m datove´m toku

• jen konstantnı´datovy´tok

• nevhodny´pro strˇih

2.2.6. MPEG-2 Po dokoncˇenı´MPEG1 standardu jej zacˇali lide´pouzˇı´vat, a snazˇili se jej pouzˇı´vat i na vysˇsˇı´ rozlisˇenı´. Narazili ale na neˇkolik proble´mu˚, kvu˚li ktere´mu byl MPEG1 nepouzˇitelny´. Komprese MPEG1 zvla´da´komprimovat pouze cele´snı´mky. Nepodporuje vsˇak kompresi snı´mku˚prokla´danyćh. Forma´t MPEG-2 byl dokoncˇen v roce 1994 a stal se standardem pro kompresi digita´lnı´ho videa. Byl navrzˇen tak, aby dosahoval vysı´lacı´kvality videa. Oproti MPEG-1 prˇina´sˇı´komprese MPEG-2 podporu pro prokla´dane´snı´mky, tedy pu˚lsnı´mky. Da´le promeˇnlivy´datovy´tok, cozˇumozˇnˇuje v na´rocˇneˇjsˇıćh sceńaćh videa pouzˇı´t vıće bitu˚ pro kompresi a naopak v klidneˇjsˇıćh sceńaćh se pouzˇije meńeˇ bitu˚. Samozrˇejmeˇ da´le podporuje i konstantnı´datovy´tok. Prˇi stejne´m datove´m toku a plne´m rozlisˇenı´ (720x576) dosahuje MPEG2 mnohem vysˇsˇı´kvality obrazu nezˇMPEG1 komprese. Nevy´hodou komprese MPEG2, je na druhou stranu velmi vysoke´zatı´zˇenı´procesoru prˇi prˇehra´vańı´, a prakticky zˇa´dny´rozdı´l v kvaliteˇ oproti MPEG1 kompresi prˇi nı´zkyćh rozlisˇenıćh. Pro streamovańı´v nı´zke´kvaliteˇje tedy vhodneˇjsˇı´komprese MPEG1, zatı´mco pro plne´rozlisˇenıá vysoke´datove´toky zase MPEG2. VY´ HODY

• pouzˇı´va´se pro SVCD, DVD

• pouzˇı´va´se pro digita´lnı´vysı´la´nı´(DVB - Digital Video Broadcast)

• Vysoka´kvalita prˇi vysoke´m datove´m toku (6Mbit/s a vı´ce)

• podpora promeˇnlive´ho datove´ho toku

NEVY´ HODY

• pro osobnı´pocˇı´tacˇe nutnost hardware cˇi software prˇehra´vacˇe, prˇi softwarove´m prˇe- hra´va´nı´je vysoke´zatı´zˇenı´procesoru

• nı´zka´kvalita prˇi nı´zke´m datove´m toku

• nevhodny´pro strˇih

19 2.2. ZTRA´ TOVE´ KODEKY

2.2.7. MPEG-3 Pro HDTV (High Deﬁnition TV) meˇl by´t urcˇen MPEG-3. Jeho vy´voj byl ale zastaven, protozˇe pro pozˇadavky HDTV plneˇpostacˇuje forma´t MPEG-2.

2.2.8. MPEG-4 MPEG-4 byl vyvinut opeˇt spolecˇnostı´Motion Picture Experts Group. Nenı´to jizˇprˇesna´ definice komprese a komprimacˇnıćh algoritmu˚, ny´brzˇje to mnozˇina parametru˚a vlast- nostı´, ktere´musı´kompresor splnˇovat, aby byl MPEG-4 kompatibilnı´. Zna´me tedy ru˚zne´ implementace MPEG-4, ktere´vybı´rajı´z definice MPEG-4 vzˇdy to, co je pro dany´forma´t vhodneˇjsˇı´. Kodeky vyuzˇı´vajıćı´zpu˚soby komprese MPEG-4 jsou naprˇ. Microsoft MPEG-4 v1, v2 a v3, DivX 4, DivX 5, XviD a dalsˇı´

2.2.9. ASF, WMV Firma Microsoft si vsˇimla u´speˇchu˚ na poli streamovane´ho videa, ktery´ch dosahovali spolecˇnosti Apple a RealNetworks svy´mi forma´ty Quicktime, MOV a RM, a vyvinula vlastnı´forma´t ASF (Advanced Streaming Format), urcˇeny´prˇedevsˇı´m pro stream videa. ASF je forma´t i komprese, vycha´zı´ z forma´tu AVI a dovoluje pouzˇı´t pouze kompresi Microsoft MPEG4. Firma Microsoft uvedla i forma´t WMV, ktery´ je noveˇjsˇı´ verzı´ ASF. Komprese ASF cˇa´stecˇneˇimplementuje MPEG4, nepodporuje totizˇB-snı´mky. VY´ HODY

• vhodny´pro stream

NEVY´ HODY

• uzavrˇenost forma´tu, nemozˇnost vyuzˇitı´jiny´mi programy nezˇﬁrmy Microsoft, zaka´za´no prˇeva´deˇnı´do jine´ho forma´tu z forma´tu ASF

• maxima´lnı´rozlisˇenı´352x288; kompresor zahazuje snı´mky aby dodrzˇel datovy´tok; forma´t doplnˇuje soubor ASF o nadbytecˇne´data, aby udrzˇoval konstantnı´datovy´tok proudu, cˇı´mzˇse zveˇtsˇuje velikost celkove´ho souboru azˇo 25% oproti prˇı´me´kopii video proudu

2.2.10. Quicktime Quicktime je forma´t vyvinuty´firmou Apple, ktery´byl v drˇı´veˇjsˇı´dobeˇ, kdy mu nekonkuro- val MPEG velmi zajı´mavyá pouzˇı´vany´. Je prˇenositelny´mezi PC a Macintosh platformami, pouzˇı´va´kompresi 5:1 azˇ25:1. Dnes se pouzˇı´vańaprˇı´klad na prezentacˇnıćh CD a pro video streaming. Prˇesto v dnesˇnı´dobeˇjizˇtento forma´t netrha´zˇa´dne´rekordy a nelze jej prˇı´lisˇ doporucˇit pro pouzˇitı´v praxi. Nutny´je take´prˇehra´vacˇ, kteryále nenı´soucˇa´stıóperacˇnıćh syste´mu˚, a je tedy nutne´si jej z webovyćh strańek firmy Apple sta´hnout. Take´firma Apple tvrdı´, zˇe Quicktime je plneˇkompatibilnı´MPEG4 kodek, ale v prˇehra´vacˇi Quicktime verze 6.0 nebylo mozˇne´prˇehra´t opravdovy´MPEG4 stream.

20 2.2. ZTRA´ TOVE´ KODEKY

2.2.11. RealVideo Real Video a Real System G2 jsou forma´ty komprese vyvinute´ﬁrmou Real Networks. Ma´podobne´vlastnosti jako Quicktime, ale je vı´ce zameˇrˇen na kompresi streamovane´ho videa.

2.2.12. DivX 3.11a Alpha DivX 3.11a Aplha je nelega´lnıá upravena´verze kodeku ASF MS-MPEG4v3. Microsoft v beta verzi tohoto kodeku umozˇnˇoval ukla´dańı´videa do forma´tu AVI, ale ve fina´lnı´verzi toto zaka´zal. Prˇesto se jednomu pocˇı´tacˇove´mu pira´tovi podarˇilo upravit fina´lnı´kodek tak, aby umozˇnˇoval da´le kompresi do forma´tu AVI. Vznikem tohoto nelega´lneˇupravene´ho kodeku byly takeódstraneˇneńeˇktere´sˇpatne´vlastnosti kodeku ASF. Jizˇnebylo omezeno maxima´lnı´rozlisˇenıńa 352x288. Tento kodek, prˇestozˇe je nelega´lnı´, zahy´bal sveˇtem digita´lnı´ho videa na pocˇı´tacˇıćh. Na 1CD se jeho pomocı´podarˇıúlozˇit azˇ1 hodina filmu ve velmi uspokojive´kvaliteˇ. Snı´zˇenı´m datove´ho toku lze samozrˇejmeˇnahra´t vıće, ale na u´kor kvality. V dnesˇnı´dobeˇje ale tento nelega´lnı´kodek jizˇprˇekonań a nenı´tedy du˚vod jej nelega´lneˇpouzˇı´vat.

2.2.13. DivX 4, DivX 5 Skupina lidı´majıćıćh prsty v upravene´m kodeku DivX 3.11 Alpha se rozhodla vytvorˇit vlastnı´kodek. Z vyćhozı´ho projektu nazvanyÓpenDivX vysˇla prvnı´verze nazvana´DivX 4, ktera´byla sice dostupnaí se zdrojovy´mi ko´dy, ale kvalita kodeku nedosahovala kvalit kodeku DivX 3.11a. Kodek DivX 4 podporuje neˇkolik variant komprese. Jednopru˚chodova´s dany´m datovy´m tokem, jednopru˚chodova´s danou kvalitou a dvoupru˚chodova´. Prvnı´zmıńeˇna´varianta komprese se snazˇı´prˇi kompresi videa dodrzˇet dany´datovy´tok. Mnohdy jej ale nedodrzˇıá vytvorˇı´ko´dovane´video mnohem veˇtsˇıńezˇprˇedpokla´dane´. Varianta komprese s danou kvalitou pak komprimuje tak, aby kodek dosa´hl dane´kon- stantnı´ kvality. Nevy´hodou je neprˇedvı´datelna´ velikost souboru. Poslednı´ varianta je dvoupru˚chodova´komprese. Prova´dı´se dveˇma pru˚chody komprimovane´ho videa. Prˇi prvnı´m pru˚chodu se analyzuje komprimovane´video a zapisujı´se zı´skaneínformace do logovacı´ho souboru. Prˇi druhe´m pru˚chodu se vyuzˇı´vaínformace z prvnı´ho pru˚chodu a efektivneˇji se vyuzˇı´va´datovy´tok. Pro sceńy s vysˇsˇı´Komprese DivX 4 pouzˇı´vaÍ a P snı´mky. Podporuje take´promeˇnlivou vzda´lenost I-snı´mku˚(VKI). VERZE DIVX 5 KODEKU

• DivX 5.0.2 Standard - standardnı´verze, ktera´je zdarma. Neobsahuje vsˇechny vymo- zˇenosti plne´verze

• DivX 5.0.2 Pro GAIN - plna´verze, ktera´do pocˇı´tacˇe nainstaluje software pro zobra- zovańıínternetovyćh reklam.

• DivX 5.0.2 Pro - plna´verze, bez reklam. Cena 30 USD

21 2.2. ZTRA´ TOVE´ KODEKY

Od verze DivX 5 je jizˇkodek uzavrˇeny´, bez zdrojovyćh ko´du˚. Kodek je kompatibilnı´ s MPEG-4, komprimuje do forma´tu MPEG-4 Simple Profile a zvla´da´prˇehra´vańı´prˇed- chozıćh verzı´kodeku DivX, MPEG-4 Simple Profile, MPEG-4 Advanced Simple Profile a H.263 (videokonference). DivX 5 pouzˇı´va´pokrocˇilejsˇı´techniky prˇi kompresi a oproti DivX verze 4 dosahuje zlepsˇenı´kvality azˇo 25% prˇi zachovańı´velikosti souboru. DivX 5 maíntegrovaneńeˇktereńa´stroje/filtry v sobeˇa umozˇnˇuje tak prˇı´mo prˇi kompresi zmeˇnit rozmeˇry obrazu, aplikovat filtr rozprokla´dańı´, orˇezat obraz a jine´. Da´le implementuje algoritmy pro zvy´sˇenı´komprese vyuzˇitı´m tzv. psychovizua´lnı´ho modelu. Prˇi neˇm se dosahuje lepsˇı´komprese bez znatelne´ztra´ty kvality a to dı´ky znalostem o lidske´m vizua´lnı´m syste´mu. Implementuje obousmeˇrnou kompresi, tedy B-snı´mky. Da´le tzv. globa´lnı´kompenzaci pohybu, cozˇje algoritmus, kteryóptimalizuje kompresi pro panora´movańı´, roztmı´vańıóbrazu, prˇiblizˇovańı´, na´hle´zmeˇny jasu (exploze), stagnujıćı´plochy (voda) a dalsˇı´. Kodek takeúmıéxport cˇisteˇdo MPEG-4 forma´tu a konverzi mezi nı´m a AVI forma´tem. Jak je videˇt kodek DivX 5 toho prˇinesl pomeˇrneˇdost, ale jeho nevy´hodou je placena´/reklamova´plna´verze. VY´ HODY

• vysoka´kvalita videa prˇi nı´zke´m datove´m toku

• lze pouzˇı´t jake´koliv rozlisˇenı´deˇlitelne´4 azˇdo 1920x1088

• pokrocˇile´kompresnı´techniky

• podpora barevny´ch forma´tu˚YUV a RGB

• MPEG-4 kompatibilnı´

NEVY´ HODY

• vysoke´zatı´zˇenı´CPU

• prˇehra´vatelne´jen na osobnı´ch pocˇı´tacˇı´ch

2.2.14. XviD V momenteˇ, kdy se OpenDivX stal uzavrˇeny´m, se toto nelı´bilo neˇktery´m programa´toru˚m pracujıćı´m na OpenDivXu, vzali si zdrojove´ko´dy, jesˇteˇotevrˇene´ho OpenDivXu, a zacˇali vyvı´jet vlastnı´verzi kodeku nazvanou XviD. XviD je opeˇt MPEG-4 kompatibilnı´kodek a implementuje mnoho vlastnostı´ MPEGu 4, bohuzˇel zatı´m nepodporuje obousmeˇrne´ ko´dovańı´(B-snı´mky). Kodek XviD obsahuje mnoho nastavenıá k dosazˇenı´kvalitnı´ho vy´stupu je potrˇeba veˇdeˇt o tomto kodeku opravdu hodneˇa spra´vneńastavenı´kodeku je pomeˇrneˇobtı´zˇne´. Takeúmı´produkovat MPEG-4 kompatibilnı´datove´proudy. VY´ HODY

• kodek je zdarma

• vysoka´kvalita videa prˇi nı´zke´m datove´m toku

22 2.2. ZTRA´ TOVE´ KODEKY

• lze pouzˇı´t jake´koliv rozlisˇenı´deˇlitelne´4 azˇdo 1920x1088

• velke´mnozˇstvı´nastavenı´kodeku

• podpora barevny´ch forma´tu˚YUV a RGB

• MPEG-4 kompatibilnı´

NEVY´ HODY

• vysoke´zatı´zˇenı´CPU

• prˇehra´vatelne´jen na osobnı´ch pocˇı´tacˇı´ch

2.2.15. DV Dlouho jsem va´hal, kam zarˇadit tento kodek. V mnoha pramenech se pı´sˇe, zˇe je to kodek bezeztra´tovy´, realita je ovsˇem jina´. Aby dosa´hl v minule´kapitole zmıńeˇne´ho konstant- nı´ho pomeˇru 5:1, tak docha´zı´ke ztra´teˇinformace. Prˇesto je kompresnıálgoritmus velmi dokonalyá obraz lze srovna´vat s kompresemi bezeztra´tovy´mi. VY´ HODY

• kazˇdy´snı´mek je klı´cˇovy´

• vysoka´kvalita obrazu srovnatelna´s profesiona´lnı´mi zarˇı´zenı´mi

NEVY´ HODY

• velky´datovy´tok

23 Kapitola 3 Komprese zvuku

Video by´va´te´meˇrˇvzˇdy doplneˇno zvukovou stopou - doprovodem. Nekomprimovany´ zvuk ma´take´velmi vysoky´datovy´tok. Ten je trˇeba take´komprimovat. Ke kompresi zvuku se pouzˇı´vajı´ru˚zne´zvukove´kodeky.

3.1. Vzorkova´nı´zvuku

Abychom mohli se zvukem pracovat v pocˇı´tacˇi, je trˇeba ho prˇeve´st do digita´lnı´formy. Jak jisteˇvı´me, zvuk se skla´da´z vln u nichzˇse rozlisˇuje frekvence a amplituda. Amplituda uda´va´sı´lu (hlasitost) zvuku, a frekvence uda´va´vy´sˇku tońu. Prˇevod zvuku do digita´lnı´ podoby se deˇje vzorkovańı´m. Na vstupu zvukove´karty je A/D prˇevodnı´k, ktery´velmi cˇasto (naprˇ. 44100Hz) snı´maú´rovenˇvlny a prˇeva´dı´ji do cˇı´selne´podoby. Takto se v pocˇı´tacˇi zı´ska´zvuk ve forma´tu PCM, cozˇje pulznı´ko´dova´modulace. Kvalita digita´lnı´ho zvuku je pak urcˇena vzorkovacı´frekvencıá rozsahem hodnot zaznamena´vaneámplitudy vlny. Lidskeúcho se spokojı´se vzorkovacı´frekvencı´44100Hz a rozsahem 65536 hodnot, tedy 16 bit.

3.2. Zvukove´kodeky

3.2.1. PCM PCM, jak jsme si jizˇ rˇekli, ukla´da´ zvuk nekomprimovaneˇ. Toto lze pouzˇı´t pouze pro nahra´va´nı´, kvu˚li sve´mu velke´mu objemu se nehodı´na archivaci.

3.2.2. MP1 (MPEG1 - Layer 1) Tento kodek se prˇestal pouzˇı´vat, pro nı´zkou kvalitu zvuku a vysoky´datovy´tok.

3.2.3. MP2 (MPEG1 - Layer 2) MP2 nahradilo MP1. Kodek se pouzˇı´va´ke kompresi zvuku ve forma´tech MPEG1, MPEG2, VCD, SVCD, DVD. Pro ulozˇenı´stereo zvuku se pouzˇı´va´konstantnı´datovy´tok 224kbit/s a vzorkovacı´ frekvence 32-48kHz. Ko´dovańı´ do tohoto forma´tu zvla´dajı´ vsˇechny programy implementujıćıéxport do MPEG1 nebo MPEG2 forma´tu. Samostatnou aplikaci pro ko´dovańı´do MP2 lze nale´zt velmi kvalitnı´program tooLame.

24 3.2. ZVUKOVE´ KODEKY

3.2.4. MP3 (MPEG1 - Layer 3) MP3 je na´hradou pro MP1 a MP2. Prˇi nizˇsˇıćh datovyćh tocıćh dosahuje vysˇsˇı´kvality. Ne- vy´hodou je, zˇe nenı´podporovań ani v MPEG1 ani v MPEG2 kompresi a je urcˇen vy´hradneˇ na kompresi zvuku. V dnesˇnı´dobeˇse tento kodek pouzˇı´vańejvıće k ukla´dańı´pı´snicˇek. Prˇi nı´zke´m datove´toku dosahuje kvality zvuku kompaktnı´ho disku. Kodek lze ru˚zneˇ nastavovat, prˇedevsˇı´m datovy´tok, cˇı´mzˇje dańa take´vy´sledna´kvalita zvuku. Neˇktere´ komprimacˇnı´programy umozˇnˇujı´take´, kromeˇkonstantnı´ho datove´ho toku nastavit take´ datovy´tok promeˇnlivy´, cozˇma´za na´sledek opeˇt zvy´sˇenı´vy´sledne´kvality. Naprˇı´klad pro datovy´tok 192kbitu˚/s, 44100Hz, stereo je datovy´tok jen 24KB/s. Kromeˇpouzˇitı´pro ukla´dańı´pı´snicˇek se take´pouzˇı´va´pro kompresi zvukove´stopy videa v AVI forma´tu. Jako kvalitnı´programy pro ko´dovańı´zvuku do MP3 lze povazˇovat programy LAME a kodek institutu Frauenhofer.

3.2.5. Microsoft WMA Firma Microsoft pro sve´forma´ty WMV a ASF vyvinula tento zvukovy´kodek. Uda´va´, zˇe prˇi 64kbit je kvalita zvuku srovnatelna´s kompaktnı´m diskem, ale rozhodneˇto tak nenı´. Kvalitu lze spı´sˇe srovna´vat s kvalitami kodeku MP3. Zvuk lze enko´dovat pouze s Windows Media Tools.

3.2.6. Dalsˇı´(AC3, Digital 5.1, DTS, ...) Existuje mnohem vıće zvukovyćh forma´tu˚, ktere´dosahujı´vysˇsˇıćh kvalit. Nabı´zejı´vysˇsˇı´ datove´toky, podporu vıće reproduktorovyćh syste´mu˚. V amate´rskyćh podmıńkaćh ale neexistujı´volneˇdostupneńa´stroje k jejich vy´robeˇ.

25 Kapitola 4 Komprese videa

Video, jak jsem si jizˇrˇekli, je sekvence po sobeˇjdoucıćh obra´zku˚. My bysme chteˇli toto video ukla´dat do pocˇı´tacˇe, abychom jej mohli da´le zpracova´vat, sestrˇı´hat strˇihovy´m pro- gramem, a vy´sledek pak exportovat do neˇjake´ho vhodne´ho forma´tu, at’uzˇpro vysı´lańı´ prˇes internet, cˇi k promı´tańı´v DVD prˇehra´vacˇi. Surove´video by ale bylo pomeˇrneˇvelke´. Meˇjme rozlisˇenı´720x576 v barevne´m forma´tu RGB (cozˇje standartneˇ3x8bitu˚, tedy 3 bajty na jeden obrazovy´bod) a snı´mkovou frevenci 25Hz. Pak jednoduchy´m vy´pocˇtem zjis- tı´me, zˇe k ulozˇenı´jedne´sekundy videa potrˇebujeme 720x576x3x25 = 31E` 104E` 000 bajtu˚. Soucˇasne´pevne´disky pocˇı´tacˇu˚tak tak dosahujı´takove´to prˇenosove´rychlosti. Pokud si vezmeme 80GB disk, pak bysme tento disk zaplnili prˇiblizˇneˇnahrańı´m 42 minut videa. To nenı´prˇı´lisˇa navıć by nezbylo zˇa´dne´mı´sto k samotne´mu zpracovańı´videa. Odtud tedy plyne potrˇeba video komprimovat a pouzˇı´vajı´se k tomu tzv. kodeky (KOmpresor + DEKompresor). Kodek je tedy neˇjaky´mechanismus, ktery´snı´mky dane´ho videa zako´duje do mensˇı´podoby a prˇi prˇehra´vańı´videa jej zase deko´duje jizˇv rea´lne´m cˇase. Kodeky mu˚- zˇeme da´le rozdeˇlit na ztra´toveá bezeztra´tove´. Bezeztra´tove´kodeky majı´tu vy´hodu, zˇe video neztratı´zˇa´dnou informaci. To je ale vykoupeno nı´zky´m komprimacˇnı´m pomeˇrem, veˇtsˇinou se pomeˇr komprese pohybuje 1:2. Ztra´tove´kodeky naopak vyuzˇı´vajı´toho, zˇe obraz nemusı´by´t naprosto dokonaly´, dokonce mu˚zˇe by´t zkresleny´, azˇdrasticky. Ru˚zne´ kodeky se da´le lisˇı´kvalitou, rychlostıá vy´slednou velikostı´komprimovane´ho videa, ktera´ je veˇtsˇinou v pomeˇru k nekomprimovane´mu origina´lu 1:4-1:100. Nynı´si uvedeme prˇehled teˇch nejdu˚lezˇiteˇjsˇıćh kodeku˚.

4.1. Bezeztra´tove´kodeky

4.1.1. RAW RAW nenı´vlastneˇzˇa´dny´kodek, ale jizˇzmı´neˇny´nekomprimovany´forma´t. Pro plny´PAL (720x576) ma´datovy´tok 31,1 MB/s, pro polovicˇnı´PAL (352X288) ma´datovy´tok 7,6 MB/s

4.1.2. HuffYUV Tento kodek komprimuje video s pouzˇı´tı´m Huffmanova ko´dova´nı´. V nejlepsˇı´m prˇı´padeˇ komprimuje azˇna 40% pu˚vodnı´velikosti. Zvla´da´kompresi obrazu v barevne´m forma´tu RGB i YUV, je velmi rychly´a je zdarma.

26 4.2. ZTRA´ TOVE´ KODEKY 4.2. Ztra´tove´kodeky

4.2.1. Indeo R Video 5.10 Tento kodek byl vyvinut spolecˇnostıÍntel. Ma´pomeˇrneˇdobrou kvalitu obrazu. Lze nastavit, aby kazˇdy´snı´mek byl klıćˇovy´. Prˇi nastavenı´kvality na 100% je vy´slednyóbraz te´meˇrˇ k nerozeznańıód nekomprimovane´ho.

4.2.2. Microsoft H.261 a H.263 H.261 je standard pro videokonference a videotelefonii prˇes ISDN. Umozˇnˇuje regulovat tok dat v za´vislosti na propustnosti sı´teˇ. Prˇenos dat je 64kbit/s nebo 128kbit/s (dva kana´ly ISDN). Kodek H.263 implementuje vysˇsˇı´prˇesnost prˇi pohybu nezˇH.261. Jeho pouzˇitı´je pro monitorovacı´syste´my a pro videokonference s velkou obrazovkou.

4.2.3. Microsoft Video 1 Tento kodek je standardnı´soucˇa´stı´vsˇech operacˇnıćh syste´mu˚firmy Microsoft od verze Windows 95. Kvalitou vy´sledne´ho obrazu je ovsˇem velice sˇpatny´. I prˇi nastavene´100% kvaliteˇje pozorovatelnećˇtverecˇkovańıá jineńeprˇı´jemne´vady v obraze. Kodek je navıć pomeˇrneˇpomalyá takto zako´dovane´video je dokonce veˇtsˇıńezˇstejne´video zakompri- movane´bezeztra´tovy´m kodekem HuffYUV!

4.2.4. MJPEG Kompresnı´kodek MJPEG (Motion JPEG) je zalozˇen na kompresi jednotlivyćh snı´mku˚ pouzˇitı´m komprese JPEG. Tento kodek ma´veˇtsˇinou volitelny´kompresnı´pomeˇr v roz- mezı´6:1 do 16:1. Prˇi kompresnı´m pomeˇru 1:8 je kvalita obrazu sta´le jesˇteˇvelmi dobraá datovy´tok se pohybuje kolem 4 MB/s a dosahuje tak dobre´ho pomeˇru kvalita/velikost. Velikou prˇednostı´tohoto kodeku je, zˇe kazˇdy´snı´mek je komprimovań samostatneˇa je tedy vzˇdy klıćˇovy´. Proto je tento kodek velmi vhodny´pro strˇih videa na pocˇı´tacˇi. Za´ro- venˇje implementovań hardwaroveˇv mnoha polo-profesiona´lnıćh zachyta´vacıćh kartaćh a zachyta´vańı´pak funguje bezproble´moveˇi na velmi pomalyćh pocˇı´tacˇıćh ( stacˇıĆPU 300MHz). Cˇastou nevy´hodou takto hardwaroveˇimplementovane´ho kodeku je nemozˇ- nost prˇehra´t zachycene´video na jine´m pocˇı´tacˇi bez tohoto hardware. Softwarovy´kodek komprimujıćı´video kodekem MJPEG je naprˇı´klad PICVideo MJPEG Codec. VY´ HODY

• kazˇdy´snı´mek je klı´cˇovy´, idea´lnı´pro strˇih

• by´va´implementova´n hardwaroveˇ

• podpora prokla´dane´ho obrazu

• pomeˇrneˇvysoka´kvalita obrazu

27 4.2. ZTRA´ TOVE´ KODEKY

• by´va´implementova´n hardwaroveˇ

NEVY´ HODY • vysoke´zatı´zˇenı´CPU • velky´datovy´tok

4.2.5. MPEG-1 MPEG je zkratkou pro Motion Pictures Experts Group. Cı´lem praće te´to skupiny bylo stan- dardizovat metody komprese videosigna´lu a vytvorˇit oteverˇenou a efektivnı´kompresi. Forma´t MPEG-1 byl dokoncˇen v roce 1991 a jako norma prˇijat roku 1992 - ISO/IEC-11172. Byl navrzˇen pro praći s videem o rozlisˇenı´352x288 bodu˚a 25 snı´mku˚/s prˇi datove´m toku 1500kbit/s. Parametry komprese MPEG-1 jsou srovna´vańy s analogovy´m forma´tem VHS. Forma´t MPEG-1 se stal soucˇa´stı´tzv. „White Book“ , cozˇje definovańo jako norma pro za´znam pohyblive´ho obrazu na CD (74 minut videa). MPEG komprese pouzˇı´va´ke kompresi videa I, P a B snı´mky. I snı´mky (Intra Pictures) jsou snı´mky klıćˇove´, jsou komprimovańy obdobneˇjako MJPEG, ale navıć s mozˇnostı´komprimovat ru˚znećˇa´sti obrazu ru˚zny´m stupneˇm komprese. P-snı´mky (Predicted Pictures) jsou ko´dovańy s ohledem na nejblizˇsˇı´prˇedchozıÍ nebo P-snı´mek. B-snı´mky (Bidirectio- nal Pictures) jsou pak dopocˇı´ta´vane´jako rozdı´love´snı´mky mezi nejblizˇsˇı´m prˇedchozı´m I nebo P-snı´mekm a neblizˇsˇı´m na´sledujıćı´m I nebo P-snı´mkem. Cela´sekvence snı´mku˚(od jednoho I po dalsˇıÍ snı´mek) se pak nazy´va´GOP (Group of Pictures) a standardnı´MPEG stream pro VCD, SVCD a DVD pouzˇı´va´porˇadıÍBBPBBPBBPBBPBBPBB. Prˇesto MPEG standard neurcˇuje zˇa´dna´ pravidla a omezenı´ pro vzda´lenost I a P snı´mku˚. Komprese navıć umozˇnˇuje kdykoliv ukoncˇit GOP a prˇedcˇasneˇtak pouzˇı´t dalsˇı´sekvenci GOP zacˇı´- najıćı´snı´mkem I. Toto vede prˇedevsˇı´m ke zlepsˇenı´kvality videa. Komprimovane´video obsahujıćı´promeˇnlive´vzda´lenosti mezi klıćˇovy´mi snı´mky se pak nazy´va´VKI (Variable Keyframe Interval). Pocˇet I, P a B snı´mku˚lze veˇtsˇinou nastavit, za´lezˇıńa implementaci kompresoru. Z pohledu zabı´rane´ho mı´sta pak I snı´mky zabı´rajıńejvıće mı´sta, po nich jsou P snı´mky a u´plneˇnejmeńeˇmı´sta zabı´rajı´snı´mky B. Komprese MPEG-1 se nehodı´pro strˇih videa z du˚vodu vzda´lenyćh klıćˇovyćh snı´mku˚. Veˇtsˇina strˇihovyćh programu˚vsˇak umozˇnˇuje export do forma´tu MPEG-1. Tento kodek je totizˇjeden z nejrozsˇı´rˇeneˇjsˇıćh forma´tu˚a lze jej softwaroveˇprˇehra´t te´meˇrˇna kazˇde´m pocˇı´tacˇi a stejneˇtak na 95% vsˇech stolnıćh DVD prˇehra´vacˇıćh. Tento forma´t lze take´strea- movat. Bohuzˇel v dnesˇnı´dobeˇje jizˇtento kodek zastaraly´, prˇesto je to nejkompatibilneˇjsˇı´ forma´t. Co se tyćˇe kvality je v porovnańı´s jiny´mi kodeky na tom poneˇkud hu˚rˇe, pro- tozˇe abysme dosa´hly dobre´kvality obrazu, potrˇebuje mnohem vıće bitu˚na kompresi nezˇ u jinyćh kodeku˚(DivX, XviD) VY´ HODY • vysoka´podpora prˇehra´vacˇu˚softwarovyćh i hardwarovyćh, kompresor i dekompresor je zdarma • pouzˇı´va´se pro Video CD

28 4.2. ZTRA´ TOVE´ KODEKY

• vhodny´i pro stream videa

NEVY´ HODY

• nepodporuje prokla´dane´snı´mky

• nı´zka´kvalita prˇi nı´zke´m datove´m toku

• jen konstantnı´datovy´tok

• nevhodny´pro strˇih

4.2.6. MPEG-2 Po dokoncˇenı´MPEG1 standardu jej zacˇali lide´pouzˇı´vat, a snazˇili se jej pouzˇı´vat i na vysˇsˇı´ rozlisˇenı´. Narazili ale na neˇkolik proble´mu˚, kvu˚li ktere´mu byl MPEG1 nepouzˇitelny´. Komprese MPEG1 zvla´da´komprimovat pouze cele´snı´mky. Nepodporuje vsˇak kompresi snı´mku˚prokla´danyćh. Forma´t MPEG-2 byl dokoncˇen v roce 1994 a stal se standardem pro kompresi digita´lnı´ho videa. Byl navrzˇen tak, aby dosahoval vysı´lacı´kvality videa. Oproti MPEG-1 prˇina´sˇı´komprese MPEG-2 podporu pro prokla´dane´snı´mky, tedy pu˚lsnı´mky. Da´le promeˇnlivy´datovy´tok, cozˇumozˇnˇuje v na´rocˇneˇjsˇıćh sceńaćh videa pouzˇı´t vıće bitu˚ pro kompresi a naopak v klidneˇjsˇıćh sceńaćh se pouzˇije meńeˇ bitu˚. Samozrˇejmeˇ da´le podporuje i konstantnı´datovy´tok. Prˇi stejne´m datove´m toku a plne´m rozlisˇenı´ (720x576) dosahuje MPEG2 mnohem vysˇsˇı´kvality obrazu nezˇMPEG1 komprese. Nevy´hodou komprese MPEG2, je na druhou stranu velmi vysoke´zatı´zˇenı´procesoru prˇi prˇehra´vańı´, a prakticky zˇa´dny´rozdı´l v kvaliteˇ oproti MPEG1 kompresi prˇi nı´zkyćh rozlisˇenıćh. Pro streamovańı´v nı´zke´kvaliteˇje tedy vhodneˇjsˇı´komprese MPEG1, zatı´mco pro plne´rozlisˇenıá vysoke´datove´toky zase MPEG2. VY´ HODY

• pouzˇı´va´se pro SVCD, DVD

• pouzˇı´va´se pro digita´lnı´vysı´la´nı´(DVB - Digital Video Broadcast)

• Vysoka´kvalita prˇi vysoke´m datove´m toku (6Mbit/s a vı´ce)

• podpora promeˇnlive´ho datove´ho toku

NEVY´ HODY

• pro osobnı´pocˇı´tacˇe nutnost hardware cˇi software prˇehra´vacˇe, prˇi softwarove´m prˇe- hra´va´nı´je vysoke´zatı´zˇenı´procesoru

• nı´zka´kvalita prˇi nı´zke´m datove´m toku

• nevhodny´pro strˇih

29 4.2. ZTRA´ TOVE´ KODEKY

4.2.7. MPEG-3 Pro HDTV (High Deﬁnition TV) meˇl by´t urcˇen MPEG-3. Jeho vy´voj byl ale zastaven, protozˇe pro pozˇadavky HDTV plneˇpostacˇuje forma´t MPEG-2.

4.2.8. MPEG-4 MPEG-4 byl vyvinut opeˇt spolecˇnostı´Motion Picture Experts Group. Nenı´to jizˇprˇesna´ definice komprese a komprimacˇnıćh algoritmu˚, ny´brzˇje to mnozˇina parametru˚a vlast- nostı´, ktere´musı´kompresor splnˇovat, aby byl MPEG-4 kompatibilnı´. Zna´me tedy ru˚zne´ implementace MPEG-4, ktere´vybı´rajı´z definice MPEG-4 vzˇdy to, co je pro dany´forma´t vhodneˇjsˇı´. Kodeky vyuzˇı´vajıćı´zpu˚soby komprese MPEG-4 jsou naprˇ. Microsoft MPEG-4 v1, v2 a v3, DivX 4, DivX 5, XviD a dalsˇı´

4.2.9. ASF, WMV Firma Microsoft si vsˇimla u´speˇchu˚ na poli streamovane´ho videa, ktery´ch dosahovali spolecˇnosti Apple a RealNetworks svy´mi forma´ty Quicktime, MOV a RM, a vyvinula vlastnı´forma´t ASF (Advanced Streaming Format), urcˇeny´prˇedevsˇı´m pro stream videa. ASF je forma´t i komprese, vycha´zı´ z forma´tu AVI a dovoluje pouzˇı´t pouze kompresi Microsoft MPEG4. Firma Microsoft uvedla i forma´t WMV, ktery´ je noveˇjsˇı´ verzı´ ASF. Komprese ASF cˇa´stecˇneˇimplementuje MPEG4, nepodporuje totizˇB-snı´mky. VY´ HODY

• vhodny´pro stream

NEVY´ HODY

• uzavrˇenost forma´tu, nemozˇnost vyuzˇitı´jiny´mi programy nezˇﬁrmy Microsoft, zaka´za´no prˇeva´deˇnı´do jine´ho forma´tu z forma´tu ASF

4.2.10. Quicktime Quicktime je forma´t vyvinuty´firmou Apple, ktery´byl v drˇı´veˇjsˇı´dobeˇ, kdy mu nekonkuro- val MPEG velmi zajı´mavyá pouzˇı´vany´. Je prˇenositelny´mezi PC a Macintosh platformami, pouzˇı´va´kompresi 5:1 azˇ25:1. Dnes se pouzˇı´vańaprˇı´klad na prezentacˇnıćh CD a pro video streaming. Prˇesto v dnesˇnı´dobeˇjizˇtento forma´t netrha´zˇa´dne´rekordy a nelze jej prˇı´lisˇ doporucˇit pro pouzˇitı´v praxi. Nutny´je take´prˇehra´vacˇ, kteryále nenı´soucˇa´stıóperacˇnıćh syste´mu˚, a je tedy nutne´si jej z webovyćh strańek firmy Apple sta´hnout. Take´firma Apple tvrdı´, zˇe Quicktime je plneˇkompatibilnı´MPEG4 kodek, ale v prˇehra´vacˇi Quicktime verze 6.0 nebylo mozˇne´prˇehra´t opravdovy´MPEG4 stream.

30 4.2. ZTRA´ TOVE´ KODEKY

4.2.11. RealVideo Real Video a Real System G2 jsou forma´ty komprese vyvinute´ﬁrmou Real Networks. Ma´podobne´vlastnosti jako Quicktime, ale je vı´ce zameˇrˇen na kompresi streamovane´ho videa.

4.2.12. DivX 3.11a Alpha DivX 3.11a Aplha je nelega´lnıá upravena´verze kodeku ASF MS-MPEG4v3. Microsoft v beta verzi tohoto kodeku umozˇnˇoval ukla´dańı´videa do forma´tu AVI, ale ve fina´lnı´verzi toto zaka´zal. Prˇesto se jednomu pocˇı´tacˇove´mu pira´tovi podarˇilo upravit fina´lnı´kodek tak, aby umozˇnˇoval da´le kompresi do forma´tu AVI. Vznikem tohoto nelega´lneˇupravene´ho kodeku byly takeódstraneˇneńeˇktere´sˇpatne´vlastnosti kodeku ASF. Jizˇnebylo omezeno maxima´lnı´rozlisˇenıńa 352x288. Tento kodek, prˇestozˇe je nelega´lnı´, zahy´bal sveˇtem digita´lnı´ho videa na pocˇı´tacˇıćh. Na 1CD se jeho pomocı´podarˇıúlozˇit azˇ1 hodina filmu ve velmi uspokojive´kvaliteˇ. Snı´zˇenı´m datove´ho toku lze samozrˇejmeˇnahra´t vıće, ale na u´kor kvality. V dnesˇnı´dobeˇje ale tento nelega´lnı´kodek jizˇprˇekonań a nenı´tedy du˚vod jej nelega´lneˇpouzˇı´vat.

4.2.13. DivX 4, DivX 5 Skupina lidı´majıćıćh prsty v upravene´m kodeku DivX 3.11 Alpha se rozhodla vytvorˇit vlastnı´kodek. Z vyćhozı´ho projektu nazvanyÓpenDivX vysˇla prvnı´verze nazvana´DivX 4, ktera´byla sice dostupnaí se zdrojovy´mi ko´dy, ale kvalita kodeku nedosahovala kvalit kodeku DivX 3.11a. Kodek DivX 4 podporuje neˇkolik variant komprese. Jednopru˚chodova´s dany´m datovy´m tokem, jednopru˚chodova´s danou kvalitou a dvoupru˚chodova´. Prvnı´zmıńeˇna´varianta komprese se snazˇı´prˇi kompresi videa dodrzˇet dany´datovy´tok. Mnohdy jej ale nedodrzˇıá vytvorˇı´ko´dovane´video mnohem veˇtsˇıńezˇprˇedpokla´dane´. Varianta komprese s danou kvalitou pak komprimuje tak, aby kodek dosa´hl dane´kon- stantnı´ kvality. Nevy´hodou je neprˇedvı´datelna´ velikost souboru. Poslednı´ varianta je dvoupru˚chodova´komprese. Prova´dı´se dveˇma pru˚chody komprimovane´ho videa. Prˇi prvnı´m pru˚chodu se analyzuje komprimovane´video a zapisujı´se zı´skaneínformace do logovacı´ho souboru. Prˇi druhe´m pru˚chodu se vyuzˇı´vaínformace z prvnı´ho pru˚chodu a efektivneˇji se vyuzˇı´va´datovy´tok. Pro sceńy s vysˇsˇı´Komprese DivX 4 pouzˇı´vaÍ a P snı´mky. Podporuje take´promeˇnlivou vzda´lenost I-snı´mku˚(VKI). VERZE DIVX 5 KODEKU

• DivX 5.0.2 Standard - standardnı´verze, ktera´je zdarma. Neobsahuje vsˇechny vymo- zˇenosti plne´verze

• DivX 5.0.2 Pro GAIN - plna´verze, ktera´do pocˇı´tacˇe nainstaluje software pro zobra- zovańıínternetovyćh reklam.

• DivX 5.0.2 Pro - plna´verze, bez reklam. Cena 30 USD

31 4.2. ZTRA´ TOVE´ KODEKY

Od verze DivX 5 je jizˇkodek uzavrˇeny´, bez zdrojovyćh ko´du˚. Kodek je kompatibilnı´ s MPEG-4, komprimuje do forma´tu MPEG-4 Simple Profile a zvla´da´prˇehra´vańı´prˇed- chozıćh verzı´kodeku DivX, MPEG-4 Simple Profile, MPEG-4 Advanced Simple Profile a H.263 (videokonference). DivX 5 pouzˇı´va´pokrocˇilejsˇı´techniky prˇi kompresi a oproti DivX verze 4 dosahuje zlepsˇenı´kvality azˇo 25% prˇi zachovańı´velikosti souboru. DivX 5 maíntegrovaneńeˇktereńa´stroje/filtry v sobeˇa umozˇnˇuje tak prˇı´mo prˇi kompresi zmeˇnit rozmeˇry obrazu, aplikovat filtr rozprokla´dańı´, orˇezat obraz a jine´. Da´le implementuje algoritmy pro zvy´sˇenı´ komprese vyuzˇitı´m tzv. psychovizua´lnı´ho modelu. Prˇi neˇm se dosahuje lepsˇı´komprese bez znatelne´ztra´ty kvality a to dı´ky znalostem o lidske´m vizu- a´lnı´m syste´mu. Implementuje obousmeˇrnou kompresi, tedy B-snı´mky. Da´le tzv. globa´lnı´ kompenzaci pohybu, cozˇje algoritmus, kteryóptimalizuje kompresi pro panora´movańı´, roztmı´vańı´ obrazu, prˇiblizˇovańı´, na´hle´ zmeˇny jasu (exploze), stagnujıćı´ plochy (voda) a dalsˇı´. Kodek takeúmıéxport cˇisteˇdo MPEG-4 forma´tu a konverzi mezi nı´m a AVI forma´tem. Jak je videˇt kodek DivX 5 toho prˇinesl pomeˇrneˇdost, ale jeho nevy´hodou je placena´/reklamova´plna´verze. VY´ HODY

• vysoka´kvalita videa prˇi nı´zke´m datove´m toku

• lze pouzˇı´t jake´koliv rozlisˇenı´deˇlitelne´4 azˇdo 1920x1088

• pokrocˇile´kompresnı´techniky

• podpora barevny´ch forma´tu˚YUV a RGB

• MPEG-4 kompatibilnı´

NEVY´ HODY

• vysoke´zatı´zˇenı´CPU

• prˇehra´vatelne´jen na osobnı´ch pocˇı´tacˇı´ch

4.2.14. XviD V momenteˇ, kdy se OpenDivX stal uzavrˇeny´m, se toto nelı´bilo neˇktery´m programa´toru˚m pracujıćı´m na OpenDivXu, vzali si zdrojove´ko´dy, jesˇteˇotevrˇene´ho OpenDivXu, a zacˇali vyvı´jet vlastnı´verzi kodeku nazvanou XviD. XviD je opeˇt MPEG-4 kompatibilnı´kodek a implementuje mnoho vlastnostı´ MPEGu 4, bohuzˇel zatı´m nepodporuje obousmeˇrne´ ko´dovańı´(B-snı´mky). Kodek XviD obsahuje mnoho nastavenıá k dosazˇenı´kvalitnı´ho vy´stupu je potrˇeba veˇdeˇt o tomto kodeku opravdu hodneˇa spra´vneńastavenı´kodeku je pomeˇrneˇobtı´zˇne´. Takeúmı´produkovat MPEG-4 kompatibilnı´datove´proudy. VY´ HODY

• kodek je zdarma

• vysoka´kvalita videa prˇi nı´zke´m datove´m toku

32 4.2. ZTRA´ TOVE´ KODEKY

• lze pouzˇı´t jake´koliv rozlisˇenı´deˇlitelne´4 azˇdo 1920x1088

• velke´mnozˇstvı´nastavenı´kodeku

• podpora barevny´ch forma´tu˚YUV a RGB

• MPEG-4 kompatibilnı´

NEVY´ HODY

• vysoke´zatı´zˇenı´CPU

• prˇehra´vatelne´jen na osobnı´ch pocˇı´tacˇı´ch

4.2.15. DV Dlouho jsem va´hal, kam zarˇadit tento kodek. V mnoha pramenech se pı´sˇe, zˇe je to kodek bezeztra´tovy´, realita je ovsˇem jina´. Aby dosa´hl v minule´kapitole zmıńeˇne´ho konstant- nı´ho pomeˇru 5:1, tak docha´zı´ke ztra´teˇinformace. Prˇesto je kompresnıálgoritmus velmi dokonalyá obraz lze srovna´vat s kompresemi bezeztra´tovy´mi. VY´ HODY

• kazˇdy´snı´mek je klı´cˇovy´

• vysoka´kvalita obrazu srovnatelna´s profesiona´lnı´mi zarˇı´zenı´mi

NEVY´ HODY

• velky´datovy´tok

33 Kapitola 5 Za´veˇr

Dostupnost mnoha komprimacˇnıćh algoritmu˚a kodeku˚umozˇnilo velky´boom v oblasti zpracovańı´digita´lnı´ho videa na pocˇı´tacˇıćh. Cı´lem te´to praće bylo udeˇlat celkovy´prˇehled nad ru˚zny´mi forma´ty videa, prˇedve´st ru˚zne´video kodeky a udeˇlat tak cˇtena´rˇi jasno na poli digita´lnı´ho zpracovańı´videa na osobnıćh pocˇı´tacˇıćh. Po prˇecˇtenı´by jizˇmeˇl veˇdeˇt jaky´ forma´t ma´pouzˇı´t pro danyúćˇel a video. Je pouze ota´zkou cˇasu, kdy se objevıńove´kompresnıálgoritmy jesˇteˇzvysˇujıćı´kvalitu obrazu a zvuku prˇi zachovańı´ datove´ho toku. Take´ lze prˇedpokla´dat veˇtsˇı´ rozvoj na poli digita´lnı´ho vysı´lańı´. S nejveˇtsˇı´pravdeˇpodobnostı´se daócˇeka´vat brzky´prˇechod jen na digita´lnı´vysı´lańı´v obdobı´do 10-15 let. Za´rovenˇbude ota´zkou co bude s forma´tem MPEG-4, ktery´se tak zacˇıńa´v obrovskyćh masaćh pouzˇı´vat na pocˇı´tacˇıćh. V dnesˇnı´dobeˇ neexistuje zˇa´dny´hardwarovy´prˇehra´vacˇtohoto forma´tu. Tak jako v dnesˇnı´dobeˇvytlaćˇejı´ DVD prˇehra´vacˇe videorekorde´ry, ktere´se drzˇely neˇkolik desı´tek let, bude ota´zkou jestli neˇkdy nove´prˇehra´vacˇe forma´tu MPEG4 vytlacˇı´DVD. Take´se v dnesˇnı´dobeˇnacha´zı´ techniky, ktery´mi lze ulozˇit na upraveneĆD me´dium prˇes 80GB. Bude to znamenat konec honeˇnı´se za lepsˇı´mi kompresnı´mi algoritmy?

34 CÏ aÂst II.

PraktickaÂcÏaÂst Kapitola 6 Zada´nı´

Praktickaćˇa´st obsahovala na´sledujıćıú´kol. Sezna´mit se s principy vytva´rˇenı´dokumenta´r- nı´ho filmu, vytvorˇit sceńa´rˇdokumentu a po schva´lenı´vedoucı´m natocˇit, sestrˇı´hat, ozvucˇit a prˇipravit k sˇı´rˇenı´. Te´matem me´ho dokumentu byl semina´rˇSLT 2002. Semina´rˇSLT (Semina´rˇo Linuxu a TEXu) je prestizˇnı´semina´rˇporˇa´danyĆˇesky´m sdru- zˇenı´m uzˇivatelu˚ operacˇnı´ho syste´mu Linux (CZLUG) a Cˇeskoslovensky´m sdruzˇenı´m uzˇivatelu˚TEXu (CSTUG). Semina´rˇse porˇa´dal poprve´jizˇv roce 1998 a klade si za cı´l infor- movat o novinkaćh odbornı´ky a lidi zainteresovane´v oblasti informacˇnıćh technologiıá ty´kajıćı´se Linuxu a TEXu. Tento kra´tky´dokumenta´rnı´film bude monitorovat pru˚beˇh semina´rˇe SLT2002. Meˇl by to by´t takte´zˇvelice zajı´mavy´materia´l urcˇeny´pro lidi s prˇı´padny´m za´jmem ućˇastnit se semina´rˇe neˇkdy v budoucnu.

36 Kapitola 7 Prˇedbeˇzˇny´sceńa´rˇ paÂtek: 1. prˇı´jezd, registrace ućˇastnı´ku˚ a) ? za´beˇr na znacˇku „ecˇu Chrudimi“ a projı´zˇdeˇjıćıáuto ? b) za´beˇr na silnici (C, roztmı´vacˇka), prˇijı´zˇdeˇjıćıáuto, panora´movańı´parku- jıćı´ho auta na parkovisˇteˇ prˇed budovou, sta´le panora´movańı´ azˇ na bu- dovu (C) podrzˇenı´v pohledu asi 10 sec. V tomto mı´steˇse objevı´titulek „Toma´sˇZa´vodny´\nve spolupraći s\nlemma@fi.muni.cz\nuva´dı´“ „Kra´tky´ dokumenta´rnı´film\n SLT 2002“ . (za´beˇr asi 15 sec.) c) za´beˇr v budoveˇna vchod (C), prˇicha´zejıćıúćˇastnıći na recepci (panora´mo- vańı´) (8 sec) zastavenı´pohledem na recepci. d) za´beˇr na registrujıćı´se lidi na recepci (PD) ( 5 sec ) e) za´beˇr na recepcˇnı´(PD) ( 5 sec ) f) za´beˇr z mı´sta 2. za´beˇru. odchod lidıńa pokoje ( 10 sec ) zatmı´vacˇka 2. prˇedna´sˇky a) (roztmı´vacˇka) za´beˇr z prˇedna´sˇkove´ho sa´lu na dverˇe, prˇicha´zejıćıúćˇastnıći, panora´movańı´procha´zejıćıćh lidı´, jejich zasedańı´do lavic. (10-15 sec) b) za´beˇr na prvnı´ho prˇedna´sˇejıćı´ho (C), jeho neˇjakeúvı´tańı´(cca 30-50 sec.), (zvuk pobeˇzˇı´da´l, prostrˇihne se za´beˇrem na posluchacˇe), PD na prˇedna´sˇe- jıćı´ho (rychla´zatmı´vacˇka do bı´la) c) neˇkolik za´beˇru˚na prˇedna´sˇejıćı´ho jak neˇco kreslıńa tabuli, vysveˇtluje neˇjake´ sche´ma, probı´rańeˇjakou zajı´mavost. d) z ostatnıćh zajı´mavyćh prˇedna´sˇek takte´zˇpodobne´za´beˇry (za´beˇr na neˇjakou zajı´mavost, vysveˇtlovańıńeˇcˇeho). vzˇdy bude k za´beˇru titulek popisujıćı´ Na´zev prˇedna´sˇky, jmeńo prˇedna´sˇejıćı´ho. (prˇechodovyéfekt bude stı´racˇka) e) potrˇeba natocˇit takeńeˇkolik za´beˇru˚na posluchacˇe, ktere´se pak pro-vlozˇı´ do prˇedchozıćh za´beˇru˚. (PD) Za´beˇr na posluchacˇe pı´sˇıćı´ho si pozna´mky, ... f) zatmı´vacˇka 3. obeˇd a) roztmı´vacˇka, (C) pohled na prˇicha´zejıćıúćˇastnı´ky do restaurace (8 sec), b) (PC) za´beˇr na sˇve´dsky´stu˚l plny´jı´dla (5 sec), c) (D) na neˇjake´peˇkne´pikantnı´kousky jı´dla, ovoce,

37 7. PRˇ EDBEˇ Zˇ NY´ SCE´ NA´ Rˇ

d) (PC) za´beˇr na obeˇdvajıćı´lidi, e) (C) za´beˇr na celou restauraci. f) za´beˇr na spokojeneńajezeneúćˇastnı´ky odcha´zejıćı´z restaurace (za´beˇr lidı´ prˇicha´zejıćı´ke dverˇı´m, za´beˇr je od dverˇı´), po odchodu doznı´za´beˇr. 4. odpoledne volny´program a) (PC)za´beˇr bavıćı´ho se hloucˇku lidı´ b) (D) za´beˇr na oblicˇej neˇkoho mluvıćı´ho c) v prˇı´padeˇneˇjake´ho volne´ho programu udeˇlat pa´r za´beˇru˚.... d) odpolednı´volny´program - jestli bude neˇjake´za´bava, tak je to trˇeba natocˇit, aby bylo videˇt, zˇe jsou to taky jenom lidi :-) 5. vecˇerˇe a) vecˇerˇe - za´beˇr do restaurace na prˇicha´zejıćıúćˇastnı´ky ke sˇve´dske´mu stolu, (PD) na neˇkoho drzˇıće na talı´rˇi neˇco peˇkne´ho, (PC) za´beˇr na cˇı´sˇnici, jak neˇco prˇina´sˇı´, (C) restaurace, (PC) odcha´zejıćı´lide´ b) zvuk z dalsˇı´prˇedna´sˇky bude prˇekry´vat cca 1-2 sec. prˇedchozı´ho za´beˇru, pak strˇih na prˇedna´sˇku. c) jestli bude neˇjaka´vecˇernı´za´bava, tak taky potrˇeba natocˇit... sobota 1. (C) prˇicha´zejıćı´lideńa snı´dani. ( 8 sec ) 2. (PC) za´beˇr na cˇı´sˇnici nesoucı´jı´dlo. ( 4 sec ) 3. (C) za´beˇr na snı´dajıćıúćˇastnı´ky ( 6 sec ) 4. zatmı´vacˇka, roztmı´vacˇka azˇna prˇedna´sˇce 5. prakticky je mozˇne´tvorˇit tyte´zˇza´beˇry, jako v pa´tek. V pa´tek se urcˇiteˇvymyslı´ neˇco nove´ho, co by se dalo natocˇit, tak se to v sobotu mu˚zˇe zkusit.. 6. pravdeˇpodobneˇnebude trˇeba nataćˇet znovu obeˇd/vecˇerˇe/snı´daneˇ, jen v prˇı´- padeˇ, zˇe by to jı´dlo vypadalo la´kaveˇji :-) nedeÏle 1. prˇicha´zejıćı´lideńa prˇedna´sˇku. ( 8 sec ) 2. opeˇt neˇjaka´prˇedna´sˇka 3. obeˇd? 4. (C) budova, panora´movańıńa auta odjı´zˇdeˇjıćı´v da´l 5. (PD) za´beˇr auta jak projı´zˇdı´, pak „un-zoom“ se za´beˇrem na znacˇku konec obce..

38 Literatura

[UNKNOWN] Stra´nky o videu na pocˇı´tacˇı´ch,, http://www.tvfreak.cz .

[UNKNOWN] Stra´nky o graﬁce,, http://www.grafika.cz .

[UNKNOWN] Stra´nky o forma´tech videa,, http://www.animemusicvideo.org/ guides/avtech/ .

[UNKNOWN] Strańky zpracovańı´videa na pocˇı´tacˇıćh,, http://www.vendy.host.sk .

[UNKNOWN] Popis forma´tu DivX 5,, http://martinkp.hyperlinx.cz/navody/ help/divx5.htm .

[UNKNOWN] Stra´nky o digita´lnı´m videu,, http://www.digitaltv.cz .

[UNKNOWN] Informace o forma´tu AVI,, http://www.volny.cz/esmeralda13/ zpracovani-dv/stranky/avi.htm .