Кодирование видеоинформации
Видеоинформация (видео) – это трехмерный массив цветных пикселей, координатами которого являются разрешение кадра по горизонтали и вертикали, и время, с которым связан отдельный кадр.
Видеоинформация - наиболее сложный вид для хранения, обработки и воспроизведения.
Преобразование оптического изображения в последовательность электрических сигналов осуществляется видеокамерой. Эти сигналы несут информацию о яркости и цвете отдельных участков изображения. Они сохраняются на носителе в виде изменения намагниченности видеоленты (аналоговая форма) или в виде последовательности кодовых комбинаций электрических импульсов (цифровая форма).
Процесс превращения непрерывного сигнала в набор кодовых слов называется аналого-цифровым преобразованием.
Это сложный процесс, состоящий из:
- дискретизации, когда непрерывный сигнал заменяется последовательностью мгновенных значений через равные промежутки времени;
- квантования, когда величина каждого отсчёта заменяется округлённым значением ближайшего уровня;
- кодирования, когда каждому значению уровней квантования, полученных на предыдущем этапе, сопоставляются их порядковые номера в двоичном виде.
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 флеш-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.
AVI (Audio Video Interleave) — это контейнерный формат, что означает, что в нём могут содержаться аудио/видео, сжатые различными комбинациями кодирования.
AVI файл может содержать различные виды компрессированных данных (например, DivX для видеоинформации и MP3 для аудио), в зависимости от того, какой кодек используется для кодирования/декодирования. В файле с расширением AVI может храниться несжатое видео, видео в форматах DV, MPEG-4, DivX, Xvid и даже MPEG-1 и MPEG-2. Кроме того, файл формата AVI может, например, содержать в себе только звук. То есть файлы формата AVI являются контейнером для хранения данных различного типа.
Контейнер — это файл с каким-либо расширением, служащий для хранения в цифровом виде преобразованной аналоговой информации. Контейнер является файлом некоего стандарта, в котором одновременно может содержаться несколько различных типов информации.
DivX — технология видеозаписи, позволяющая создавать и просматривать медиа файлы с высокой степенью сжатия. Это технология сжатия, которая делает фильм в 8-12 раз меньшим с небольшой потерей качества.
DivX широко используется для сжатия компьютерных видеофайлов и файлов DVD, чтобы они помещались на стандартный CD.
MPEG (Moving Picture Expert Group) — формат, предназначенный для сжатия звуковых и видеофайлов для загрузки или пересылки, например, через Интернет.
Разработан Экспертной группой кинематографии, которая занимается разработкой стандартов кодирования и сжатия видео- и аудиоданных. Существуют разные стандарты MPEG: MPEG-1, MPEG-2, MPEG-3, MPEG-4, MPEG-7. Например, MPEG-4 — стандарт, благодаря которому фильмы можно кодировать в хорошем качестве при низкой скорости передачи данных. Стандарт MPEG-4 в основном используется для вещания (потоковое видео), записи фильмов на компакт-диски, видеотелефонии (видеотелефон) и широковещания, в которых активно используется сжатие цифровых видео и звука.