Введение 3
Глава 1. Теория и терминология 4
Глава 2. Формат AVI 5
2.1. Общие сведения о формате сжатия AVI 5
2.2. Представление цвета в формате AVI 6
2.3. Компьютерный видео-файл AVI 8
Заключение 10
Список использованной литературы 11
Введение
AVI
- A
udio V
ideo I
nterleaved, файловый формат, введенный фирмой Microsoft для использования систем работы с видеоизображениями в среде Windows. В этом формате сектора видео данных чередуются с секторами звуковых данных таким образом, что видеоплеер мог бы поддерживать минимальную буферизацию данных.
Несмотря на то, что все большее распространение получает формат MPEG (MPEG стандарты включают MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4, и MPEG-7), AVI продолжает оставаться самым популярным для аудио/видео данных на PC. В области ввода и редактирования видео AVI остается стандартом де-факто.
Широкое распространение формат AVI получил после выхода Video for Windows для Windows 3.1 в ноябре 1992 года. AVI является специальным случаем формата RIFF (Resource Interchange File Format). RIFF – универсальный формат для обмена мультимедиа данных, совместно разработанный Microsoft и IBM. Фактически, RIFF – аналог формата IFF, созданного Electronic Arts в 1984 году.
Аудио и видео последовательности в AVI файле не содержат временных меток и не создают индексы. Данные упорядочиваются во времени последовательно, согласно их порядку в AVI файле. Приложение (видеоплеер) должно отображать кадры видеопоследовательности и аудиопоток согласно частоте кадров и частоте дискретизации соответственно, указанных в заголовках файла.
В связи с большим количеством ограничений базового стандарта AVI, консорциумом Open Digital Media было разработано расширение формата AVI – OpenDML AVI с учетом особенностей, требуемых для профессионального производства видео. Данные расширения включают поддержку полей (не только кадров), размеры файлов больше 1 Гб, временной код и многие другие особенности.
Глава 1. Теория и терминология
Видео — это обычный ряд записанных друг за другом изображений. Как известно, видео начали записывать задолго до появления первого компьютера, т.е. в аналоговом виде. Это накладывало большие ограничения по его последующей обработке и редактировании. Вплоть до начала 1990-х годов преобладал именно этот тип записи видео. Позже были разработаны цифровые технологии записи и хранения видео. Это дало большой толчок в развитии не только кинематографа, но и домашнего видео. Т.е. запись видеороликов и домашних фильмов стала очень популярным занятием. Все это, на фоне развития компьютерной техники, вынуждало разработчиков совершенствовать технологии записи, хранения и обработки видеоинформации. Вот как раз для хранения такой информации и были разработаны различные видеоформаты (на данный момент их огромное множество и ориентироваться в них очень сложно).
Видео формат определяет структуру видео файла, т.е. то, как хранится файл на носителе информации (CD, DVD или жестком диске).
Из-за большого количество форматов видео, многие стали путать совершенно различные понятия – «стандарт видео», «видео кодек» и «медиаконтейнер».
Кодек (CODEC = COder+DECoder /кодек = кодер + декодер/) — программные или аппаратные средства, преобразующие видеоинформацию в поток уплотненных данных и наоборот.
Медиаконтейнер – формат файла, который хранит в себе информацию о своей внутренней структуре. Медиаконтейнер фактически является метаформатом,
так как он хранит данные и информацию о том, как данные будут сохраняться непосредственно внутри файла.
Можно провести некую аналогию между медиаконтейнером и zip-архивом. Т.е. медиаконтейнер содержат видео и аудио файлы внутри себя, как и zip-архив, содержащий JPEG-картинку, которая будет сжата с помощью определенного алгоритма. За сжатие информации в архивах обычно отвечает специальный модуль, а в медиаконтейнрах роль этого модуля выполняет кодек.
Любой видео файл имеет как минимум две характеристики определяющие работу с ним. Это тип медиаконтейнера и кодек (кодеки), которыми закодировано его содержимое.
Тип медиаконтейнера определяет формат записи различных данных (видео данные, аудио данные, субтитры, служебная информация и т. д.) в файл. Зная тип контейнера программа (например, видео плеер) может корректно извлекать из него данные, синхронизировать аудио и видео данные и т.д.
Знание кодека позволяет программе из закодированного потока данных получить аудио и видео информацию, содержащуюся в медиаконтейнере.
Глава 2. Формат AVI
2.1. Общие сведения о формате сжатия
AVI
Audio
Video
Interleave
(сокращённо AVI
; букв. «чередование аудио и видео») – RIFF-медиаконтейнер, впервые использованный Microsoft в 1992 году в пакете Video for Windows.
Формат файлов с расширением AVI может содержать видео и аудио данные, сжатые с использованием разных комбинаций кодеков, что позволяет синхронно воспроизводить видео со звуком. AVI файл может содержать различные виды компрессированных данных (например, DivX — видео + WMA – аудио или Indeo – видео + PCM – аудио), в зависимости от того, какой кодек используется для кодирования/декодирования. Как и DVD, AVI файлы поддерживают многопотоковое аудиовидео. AVI-файлы могут содержать различные виды сжатых данных, к примеру DivX для видеоинформации и MP3 для аудио.
AVI-файлы – особый случай файлов RIFF (сокращенно от Resource Interchange File Format). Этот формат, изначально предназначавшийся для обмена мультимедийными данными, был разработан Microsoft совместно с IBM. Данный формат является наиболее распространенной формой представления видео на персональных компьютерах. В зависимости от формы представления видеоданных файлы AVI бывают различных стандартов.
AVI
(Audio Video Interleaved
) – это самый распространенный и наименее сжатый из видеоформатов. Файлы, созданные с использованием этого метода, имеют расширение .avi
. Видео- и аудиоданные записываются в один файл на диске следующим образом: все информационные потоки разбиваются на множество равных частей (chunks
) и затем записываются в один файл друг за другом по очереди. Сначала записывается заголовок, а затем 1-я часть видео и 1-я часть звука; затем 2-я часть видео и 2-я часть звука и т. д. Иначе говоря, используется технология чередования видеокадров и звука, которой, собственно, и определяется аббревиатура AVI
(Audio Video Interleaved
). В среднем одна секунда AVI
-изображения занимает примерно 2 Мбайт на жестком диске.
Основные характеристики:
· Тип – медиаконтейнер
· Совместимые кодеки – DivX, Xvid
, Indeo
и другие (для видео) и MP3, WMA
и другие (для аудио)
· Расширение файлов – .avi
AVI файлы могут быть проиграны различными плеерами, но плеер должен поддерживать кодек, используемый для кодирования данного видео.
2.2. Представление цвета в формате AVI
В стандарте AVI не все несжатые кадры одинаковы. Существуют различные цветовые представления точек изображения. Некоторые из них являются стандартами и поддерживаются во всех системах, другие требуют специальных драйверов. Большинство компонентов Microsoft Windows идентифицируют представление цвета по четырехсимвольному коду (F
24-разрядный RGB – наиболее известный формат представления цвета, поддерживаемый всеми основными графическими программами. В 24 битах RGB пиксел представлен как три байта, один байт для красного компонента, один байт для зеленого компонента, и один для синего.
Например:
255 0 0 (яркий красный пиксел)
0 255 0 (яркий зеленый пиксел)
0 0 255 (яркий синий пиксел)
0 0 0 (черный пиксел)
255 255 255 (белый пиксел)
128 128 128 (серый пиксел) и т.д.
Другие цветные форматы:
8 бит полутоновый Y8
9 бит бита YUV9
12 бит BTYUV 4:1:1
12 бит YUV2 4:2:2
8 бит YUV12 16 RGB (использует цветовую палитру)
15 бит RGB (16 бит со значащим разрядным нулем, 5 бит для красного, 5 для зеленого и 5 для синего)
16 бит RGB (16 бит, 5 бит для красного, 6 для зеленого и 5 для синего)
32 бит RGB (значащий байт нулевой, 8 бит для красного, 8 для зеленого и 8 для синего)
YUV
– формат представления цвета, используемый в европейском вещании телевизионного стандарта PAL, который был первоначально представлен в Англии и Германии в 1967 году. PAL используется большинством европейских государств и многими странами во всем мире. Соединенные Штаты и Япония используют стандарт NTSC, Франция, Россия и некоторые другие государства – SECAM. Аналоговые видеосистемы, такие как NTSC, PAL и SECAM, передают цветные видеосигналы как сигнал яркости (Y) и два сигнала цветовой разности (U и V). Если, R, G, и B - красные, зеленые, и синие компоненты, то:
Y = 0.299 R + 0.587 G + 0.114 B
U = 0.493 (B - Y)
V = 0.877 (R - Y)
Информация о цвете передается мозгу по трем каналам: каналу яркости, сине-желтому и красно-зеленому каналу. Например, в то время как мы различаем сине-зеленые оттенки, мы никогда не почувствуем оттенок, который является одновременно синим и желтым. Возможно, поэтому YUV настолько распространена. Эта система представления цвета используется такими цветными форматами, как YUV9 или YUV2.
И неподвижные изображения BMP и AVI файлы могут быть сохранены в различных цветных форматах. В то время как 24 бит RGB поддерживается почти повсеместно, нет никакой гарантии, что программное обеспечение или драйверы воспроизведения AVI поддержат менее известные форматы.
2.
3. Компьютерный видео-файл AVI
Существует несколько форматов компьютерного видео, из которых наиболее известны AVI (фирма Microsoft), QuickTime (фирма Apple).
Бо
льшая часть систем захвата кадров и нелинейного монтажа имеют дело с форматом AVI (Audio Video Interleave – чередование аудио и видео). Этот формат позволяет одновременно хранить изображение и звук. Они записываются попеременно, так что после кадра идет запись звукового сопровождения к нему.
По структуре AVI-формат представляет собой вариант формата RIFF. Файл этого формата состоит из блоков (chunks), которые, в свою очередь, могут содержать другие вложенные блоки. Самый "верхний" блок - RIFF - содержит идентификатор формы "avi_", который собственно и обозначает, что мы имеем дело с *.avi-файлом. Для идентификатора отведено четыре символа, но один из них не используется.
В *.avi-файле есть, по крайней мере, два подблока: подблок заголовка и подблок данных. Первый содержит общую информацию о фильме: разрешение изображения, частота кадров, формат аудио и т.д. В заголовке для записи длины файла отводится 32 байта. Это значит, что максимально возможный размер файла – около 4-х Гб. На самом деле реальная длина *.avi-файла стандартного формата, с которой могут работать программы монтажа, не превышает 2Гб. Во времена возникновения формата это казалось достаточным, поскольку FAT 16 не допускал существования разделов диска, превышающих 2Гб, а длина файла, естественно, не может превышать размер логического диска. С появлением FAT 32 верхняя граница размера раздела значительно отодвинулась.
Подблок данных организован в виде последовательностей записей, каждая из которых состоит из одного кадра и соответствующего звукового сопровождения. Для видео деление на кадры совершенно естественно, но звук представляет собой непрерывный поток, искусственно несчленяемый на фрагменты, соответствующие кадрам. Если для записи как видео, так и звука используется устройство видеоввода – проблем обычно не возникает. Если звук пишется через звуковую карту – точная синхронизация изображения и звука отсутствует и звук может "уходить от изображения".
Изображение в формате AVI поддерживает довольно разнообразные палитры. Их список приводится ниже:
· 8-битная (256 градаций серого);
· 9-битная YUV (яркостный сигнал и два цветоразностных);
· 12-битная YUV, 4:1:1 (здесь, 4:1:1 - дискретизация сигнала, которая вичисляется для конкретного канала как произведение базовой частоты цифрового кодирования на соответствующий коэффициент: 4 для канала Y и 1 для цветоразностных каналов);
· 16-битная YUY2, 4:2:2;
· 8-битная цветная (RGB);
· 15-битная RGB (16-битная с установкой в 0 старшего бита, 5 для красного, 5 для зеленого и 5 для синего);
· 16-битная RGB (5 бит для красного, 6 для зеленого и 5 для синего);
· 24-битная RGB (стандартная RGB палитра);
· 32-битная RGB (по информативности полностью равна 24-битной: старший байт устанавливается в 0, для кодирования каждого из трех цветов отводится 1 байт). 32-битное представление цвета не увеличивает точности цветопередачи. Наиболее информативной палитрой является 24-битная RGB
Запись в формате AVI может производиться без сжатия или с сжатием. Обычно используется Motion JPEG. Также поддерживаются форматы компрессии: Microsoft Video 1 (формат работает только с 8- и 16- битным цветом), Microsoft RLE (только 8-битный цвет), Indeo, Cinepak Editable MPEG, который использует только I-кадры.
Заключение
Как, оказалось разобраться в многообразии существующих сегодня видео форматов очень и очень сложно. Во-первых, существуют десятки различных стандартов видео, которые порой сильно отличаются друг от друга. Во-вторых, из-за «войн форматов» появляются все новые и новые форматы похожие друг на друга, но все же имеющие свои особенности. В-третьих, не все из форматов получили широкое распространение из-за патентов на их использование и т.п. Все это приводит к тому, что сейчас довольно сложно ориентироваться в этом многообразии технологий. Хотя некоторые подвижки в лучшую сторону все же есть (в частности с разработкой стандартов MPEG) и, будем надеяться, что они сохранятся.
Часто возникают проблемы при воспроизведении того или иного ролика, если в системе нет соответствующего кодека для декодирования видеопотока. Это может возникнуть из-за того, что используется плеер, который поставляется с кодеками только одной фирмы, которая не может использовать чужие кодеки из-за патентных запретов. Этого можно избежать, устанавливая, так называемые, кодек-паки.
Список использованной литературы
1. http://zoom.cnews.ru/ru/publication/index.php?art_id80=343 Разбираемся с форматами цифрового видео;
2. http://www.stereo.ru/whatiswhat.php?article_id=225 Носители цифрового видео;
3. http://www.compress.ru/Archive/CP/1999/10/16/#01 Методы сжатия цифрового видео;
4. http://www.diapaz.kz/source/tv_format.html Форматы видеозаписи.