Занятие 1 по внеурочной кружковой деятельности "24 кадра"

  • Лекции
  • docx
  • 30.01.2018
Публикация в СМИ для учителей

Публикация в СМИ для учителей

Бесплатное участие. Свидетельство СМИ сразу.
Мгновенные 10 документов в портфолио.

Занятие 1. Документ содержит в себе лекционный материал на тему первого занятия в кружке "Структура видеоинформации". В лекции описана теория и обозначена терминология видеоинформации. Разбираются виды видео форматов. Знакомство с типами и разнообразием видео форматов. Ознакомительное занятие необходимое для знакомства учащихся с процессом записи видео файлов.Занятие 1 по внеурочной кружковой деятельности "24 кадра"
Иконка файла материала Занятие 1.docx
Министерство образовании Рязанской области Областное государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение «Касимовский нефтегазовый колледж» Видеокружок «24 кадра» Тема 1. «Структура видеоинформации» Разработал: преподаватель  ОГБПОУ «КНГК» Антонова А.П. Касимов, 2018Теория и терминология Видео — это обычный ряд записанных друг за другом изображений.   Как   известно,   видео   начали   записывать   за долго до появления первого компьютера, т.е. в аналоговом виде.   Это   накладывало   большие   ограничения   по   его последующей обработке и редактировании. Вплоть до начала 1990­х 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     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),   которые   и   являются основной темой данной статьи. записи, Видео формат определяет структуру видео файла, т.е. то как хранится файл на носителе информации (CD, DVD или жестком диске). Из­за   большого   количество   форматов   видео,   многие   стали   путать совершенно   различные   понятия –   «стандарт   видео»,   «видео   кодек»   и «медиаконтейнер». Давайте разберемся, что же это за понятия. 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 zip­архив,   содержащий JPEG­картинку,   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   контейнерапрограмма   (например,   видео   плеер)   можеткорректно   извлекать   из   него   данные,   синхронизировать аудио и видео данные и т.д.   Знание из закодированного   потока   данных   получить   аудио   и   видео информацию содержащуюся в медиаконтейнере. кодека позволяет программе     Популярные кодеки — DivX, Xvid, H.264, Theora, Indeo, x264 и другие. Популярные   медиаконтейнеры   — AVI, QuickTime, MPEG­4, 3GP и другие. Ниже рассматриваются видео форматы по трем категориям: аналоговое, цифровое и сжатое видео. Аналоговые форматы уже устарели, поэтому их рассмотрение было поверхностным. Исключить их из обзора я не мог, ведь нужно   же   иметь   представление   общей   картины.   Можете   «проскочить»   их рассмотрение и перейти сразу к форматам цифрового сжатого видео. Аналоговые видео форматы VHS (Video Home System   —   Домашняя   Видео   Система)   — возможности   этого   формата   были   ограничены   разрешением   240 телевизионных линий или 320 ? 240 точек на экране ПК. Для съемки использовалась VHS­кассета с шириной ленты — 12,65 мм и   скоростью   —   23,39   мм/с,   которая   имела   время   записи   240   минут   при стандартной   скорости   ленты SP (Standard  Play)   и   самую   низкую   стоимость съемки.   Режим   записи­воспроизведения   также   мог   осуществляться   на скорости LP (Long Play) — 11,695 мм/с. Главный   недостаток   формата VHS:   невысокая   четкость   изображения (240 линий по горизонтали) и резкая потеря качества при каждой перезаписи. Чуть позже, этот видео формат несколько раз повергался модернизации. В частности,   были   разработаны   форматы VHS­Compact (VHS­C)   и  Super VHS (S­VHS).   На   данный   момент   считается   устаревшим,   в   2008   году прекратилось производство видеокассет VHS. т.е. «Hi Hi8 — «Hi» является   сокращением   от   английского gh» и подразумевает высокое качество изображения, а вторая цифра «8» говорит о ширине ленты в кассете, ширина   пленки   —   8   мм,   скорость   —   28,695   мм/с. Видеоразрешение   составляет   400   телевизионных линий (ТВЛ). Аналоговый звуковой поток мог записываться на кассету в двух режимах — моно и стерео. Максимальное время записи составляет 180 минут в режиме SP (Standard Play) и 360 минут в режиме LP (Long Play). Камеры снабжались S­Video разъемом для качественного вывода изображения. Hi8 XR (Hi 8 extended Resolution) — это тот же Hi8, но с увеличенным разрешением, т.е. усовершенствованная модификация формата Hi8. Разреше­ние изображения достигало 440 линий по горизонтали при меньшем   уровне   помех   цветности   и   яркости   за   счет расширения   полосы   записи   яркостного   сигнала   в   область звукового сигнала. устарели и были заменены цифровыми форматами видео. Оба выше перечисленных формата (как и VHS) давно Цифровые видео форматы DV (Digital   —   video)       в 1993 году компании Sony, Matsushita(Panasonic), JVS, Hitachi, Mitsubishi, Toshiba, Sa nyo, Sharp, Philips и   другие   создали   консорциум Digital   Video   Cas­ sette(Цифровая   видеокассета)   или DVC.   Позже   аббревиатура   названия   со­ кратилась до DV. Совместными усилиями эти фирмы разработали бытовой цифровой стандарт видеозаписи на ленту шириной 6,35 мм (четверть дюйма). Этот   формат   обеспечивает   разрешение   500   строк.   Оцифровка   при   записи осуществляется с разрешением 720 ? 576. Видеоизображение и звук в фор­ мате DV пишутся   раздельно.   Это   дает   возможность   добавлять   звуковое сопровождение после завершения записи или редактирования видео, а также перезаписывать звук. Формат DV обеспечивает высочайшее качество фото­ и видеосъемок и позволяет сохранять все данные в цифровом виде на кассете, карте памяти или на жестком диске компьютера.   Mini   DV (Mini   Digital   Video)   —   цифровой   полупрофессиональный формат,   созданный   за   счет   упрощения   и   удешевления   профессионального формата DV.   Использует   специальные   кассеты Mini   DV (ширина   ленты   — 6,35 мм, скорость — 18,831 мм/с), которые воспроизводятся либо с камеры, либо видеомагнитофоне. Продолжительность   записи   на   одну   кассету   —   60   минут SP или   90 минут LP. Mini   DVимеет   разрешение   изображения   до   540   линий   по горизонтали     поддерживается   стереозвук качества CD (PCM stereo — 48 кГц/ 16 бит/2 канала или 32 кГц /12 бит/ 4 канала). (720   ?   576   точек), специальном цифровом на       Форматы сжатого цифрового видео AVI (Audio   Video   Interleaved)   —   технология   фирмы Microsoft,   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 1­я часть видео и 1­я часть звука; затем 2­я часть видео и 2­я часть звука и т. д. Иначе говоря, используется технологиячередования   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. Характеристики:   Тип — медиаконтейнер Совместимые кодеки — DivX, Xvid, Indeo и другие (для видео) и MP3, WMA и другие (для аудио) Расширение файлов — .avi  QuickTime —   под   «QuickTime»   одновременно   понимают   и мультимедийный плеер производства компании Apple, и технологию сжатого видео, предоставляющую возможность захватывать, сжимать и проигрывать широкий спектр цифрового видео­ и аудиоконтента. QuickTime включает три основополагающих элемента — QuickTime видеоформат (Movie file format), слой абстрактного носителя (Media Abstraction Layer) и набор встроенных медиаслужб.   Слой   абстрактного   носителя   определяет   набор   сервисных функций   для   создания,   редактирования   и   воспроизведения   цифрового материала. Среди них:    синхронизация по времени; компрессия и декомпрессия аудио­ и видеоданных; преобразование   форматов,   масштабирование,   смешивание   и транскодирование; аудио­ и видеоэффекты и переходы; синхронизация чтения и записи; захват данных; импорт и экспорт данных.     Программа и кодеки QuickTime служат для воспроизведения видео как собственного формата (QT и MOV), так и других наиболее распространенных медиаформатов   цифрового   видео,   звука,   текста,   анимации,   а   также потокового   видео   из   Поддерживаются,   в   том числе, МРЗ, AVI, MPEG (включая MPEG­4), AAC Audio, Flash.   Интернета. Характеристики:   Тип — медиаконтейнер Совместимые кодеки — Apple Video, H.264 и множество других (для видео) и Apple Lossless, AAC, MP3, WAV и другие (для аудио)  Расширения файлов — .mov, .qt Семейство форматов сжатия видео MPEGСлово   «MPEG»   является   сокращением   от Moving   Picture   Expert Group — названия экспертной группы ISO (Международной организации по стандартизации),   действующей   в   направлении   разработки   стандартов кодирования   и   сжатия   видео­   и   аудиоданных.   Часто   аббревиату­ ру MPEG используют для ссылки на стандарты, разработанные этой группой. Технология MPEG использует   поточное   сжатие   видео,   при   котором обрабатывается   не   каждый   кадр   по   отдельности   (как   это   происходит   при сжатии видео с помощью алгоритмов Motion­JPEG), а анализируется дина­ мика изменений видеофрагментов и устраняются избыточные данные. MPEG­1 —   формат   (телестандарт)   для   хранения   и   воспроизведения видео­   и   аудиоданных   на   мультимедианосителях   данных.   Качество сопоставимо с видеозаписью VHS(разрешение 352 ? 228 (стандарт PAL) или 320 ?   240   (стандарт NTSC)   при   частоте   25   или   30   кадров   в   секунду соответственно).   Формат   используется   для   записи Video   CD.   Для кодирования   видео   в   формат MPEG­1 используют   специальные   программы (кодеки).   В   результате   для   фильмов, MPEG­2 и MPEG­3 — стандарт MPEG­2 разработан как дополнение к стандарту MPEG­1и поддерживает передачу высококачественного видео по высокоскоростным цифровым каналам. Интенсивность потока медиаданных до   50   Мбайт/с.   созданных   в стандартах PAL и SECAM,   поддерживается   разрешение   720 ?   576   при   25 кадрах в секунду при качестве, практически не уступающем вещательному. Формат подходит для всех стандартов телевидения, широко используется при записи DVD­дисков. MPEG­1 и MPEG­2 признаны международными стандартами   для   сжатия   видео.   В MPEG­2,   по   сравнению   с MPEG­1, добавлена поддержка многоканального звука (Dolby Digital 5.1, DTS и т. п.).   Вопреки   ожиданиям   и   прогнозам   разработка   стандарта MPEG­ 3 явилась   всего   лишь   улучшенной   версией MPEG­2. Формат MPEG­3 (не путайте   с   форматом   сжатия   аудиоданных МРЗ)   сегодня   стал   частью стандарта MPEG­2 и отдельно теперь не упоминается. MPEG­4 —   формат MPEG­4 задает   принципы   работы   с   цифровым представлением   медиаданных   для   трех   областей:   интерактивного мультимедиа (включая продукты, распространяемые на оптических дисках и через Интернет), графических приложений и цифрового телевидения (DTV). Он   имеет   дело   не   просто   с   потоками   и   массивами   медиаданных,   а   с медиаобъектами, которые являются ключевым понятием этого стандарта. При   транспортировке   видеокартинка   разделяется   на   составные элементы   —   медиаобьекты,   описывается   структура   этих   объектов   и   их взаимосвязи, чтобы можно было собрать их в единую видеозвуковую сцену. Результирующая   сцена   составляется   из   медиаобъектов,   объединенных   в иерархическую структуру. В отличие от прежних MPEG­стандартов, которыеделили   кадр   на   квадратные   блоки   вне   зависимости   от содержимого,   кодер   по   стандарту MPEG­4 оперирует целыми объектами произвольной формы. Ключевые кадры не расставляются с заданной регулярностью, а выделяются кодером только в те моменты, в которые происходит смена сюжета.   Такие   разветвленные   алгоритмы   поиска   и   углубленного   анализа обработки   объектов   сложной   формы, последовательностей кадров требуют существенно больших вычислительных ресурсов   для   качественного   восстановления   (декомпрессии)   изображения этого формата, нежели в случае MPEG­1 или 2. Эффективность   компрессии   видео   в MPEG­4 позволяет   размещать полнометражный   фильм   длительностью   полтора­два   часа   с   хорошим качеством всего на одном стандартом компакт­диске в 700 Мбайт. Однако фильмы   в MPEG­4 все­таки   не   дотягивают   до   качества DVD­видео   в стандарте MPEG­2. MPEG 7 и MPEG 21 — в отличие от предыдущих форматов сжатия семейства MPEG, MPEG 7 описывает информацию, представленную в любой форме и не зависит от среды передачи данных. Формат   сжатия MPEG   7 использует   многоуровневую   структуру описания   аудио   и   видео   информации.   На   высшем   уровне   прописываются свойства файла, такие как название, имя создателя, дата создания и т.д. На следующем уровне описания формат сжатия MPEG 7 указывает особенности сжимаемой аудио или видео информации – цвет, текстура, тон или скорость. Одной из отличительных особенностей MPEG 7 является его способность к определению типа сжимаемой информации. Если это аудио или видео файл, то он сначала сжимается с помощью алгоритмов MPEG 1, MPEG 2, MPEG 4, а затем описывается при помощи MPEG 7. Такая гибкость в выборе методов сжатия значительно снижает объем информации и ускоряет процесс сжатия. Основное   преимущество   формата   сжатия MPEG   7 над   его предшественниками состоит в применении уникальных дескрипторов и схем описания,   делают   возможным автоматическое   выделение   информации   как   по   общим,   так   и   по семантическим признакам, связанным с восприятием информации человеком. Процедура   занесения   в   каталог   и   поиска   данных   находятся   вне   сферы рассмотрения этого формата сжатия.   помимо   всего   прочего,   которые, Разработка формата сжатия MPEG 21 — это долговременный проект, который   называется   «Система   мультимедийных   средств»   (Multimedia Framework).   Над   разработкой   этого   формата   сжатия   эксперты   начали работать   в   июне   2000   г.   На   первых   этапах   планировалось   провести расширение,   унификацию   и   объединение   форматов MPEG   4 и MPEG   7 в единую   обобщающую   структуру.   Подразумевалось,   что   она   будетобеспечивать   глубокую   поддержку   управления   правами   и   платежными системами, а также качеством предоставляемых услуг. Характеристики  и кодеки)  Тип — семейство стандартов видео (включает медиаконтейнеры Совместимые   кодеки   — H.264 и   другие   (для   видео) и AAC, MP3, WAV и другие (для аудио)  Расширения файлов — .mpeg, .mpg, .mpe, .m1v; .dat и .m2v (форматы   видео   VideoCD   (VSD)   и Super   VideoCD(SVCD)   дисков   –   стандарт   сжатия MPEG­1/2); .vob(формат видео DVD диска, содержит видео в MPEG2)     гибкого,   открытого,   Matroska   (Matr??ka) —   проект,   нацеленный   на создание   кроссплатформенного   формата мультимедийного контейнера и набора инструментов и библиотек для работы с данными в этом формате. Это открытый формат, который разрабатывался   другим   контейнерам AVI, QuickTime и MPEG. как   Отличительной   особенностью   этого   формата   является   возможность использования в одном файле нескольких аудиопотоков. альтернатива Характеристики:   Тип — медиаконтейнер Совместимые   кодеки   — H.264 и   другие   (для   видео) и AAC, Vorbis, DTS, MP3 и другие (для аудио)  Расширения   файлов   — .mkv (видео   с   субтитрами   и звуком), .mka (аудиофайлы) и .mks (субтитры) Flash   Video —   формат   видео,   используемый   для передачи данных через Интернет. Используется в Youtube, Google Video, RuTube и др. Популярность этого формата во   многом   связана   с   тем,   что   он   поддерживается Adobe Flash   Player `ом,   который   распространяется   и   как кросплатформенное   самостоятельное   приложения   и   как браузерный плагин. Характеристики:  Тип — медиаконтейнерСовместимые   кодеки   — H.263 (FLV1), VP6 (FL4), H.264 (FLV5)   (для видео) и AAC, MP3(для аудио) Расширения файлов — .flv (как правило) Выводы Как   оказалось   «разобраться   в   этом   вопросе»   (в   многообразии   видео форматов) очень и очень сложно. Во­первых, существуют десятки различных стандартов   видео,   которые   порой   сильно   отличаются   друг   от   друга.   Во­ вторых,   из­за   «войн   форматов»   появляются   все   новые   и   новые   форматы похожие друг на друга, но все же имеющие свои особенности. В­третьих, не все   из   форматов  получили   широкое   распространение   из­за   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. Замечу, что я не рассмотрел в этом обзоре   несколько   менее   популярных   (на   мой   взгляд)   форматов   — медиаконтейнер 3GP (используется в мобильных телефонах), ASF (Advanced Systems   Format)   —   формат   потокового   видео,   разработанный Microsoft, RealMedia —   формат   потокового   видео   фирмы   «RealNetworks Products and Services». Также хочется сказать пару слов о просмотре видео. Часто возникают проблемы при воспроизведении того или иного ролика, если в системе нет соответствующего   кодека   для   декодировки   видеопотока.   Это   может возникнуть   из­за   того,   что   используется   плеер,   который   поставляется   с кодеками только одной фирмы, которая не может использовать чужие кодеки из­за   патентных   запретов.   Этого   можно   избежать   устанавливая   так называемые кодек­паки. Но я предпочитаю универсальные плееры, в которые включены   почти   все   известные   видеокодеки.   Примером   такого   плеера является The KMPlayer. Благодаря ему, я не задумываюсь о том какие именно кодеки установлены у меня в системе. Советую! Разбираться в такой сложной области знаний очень трудно, поэтому, если   Вы   обнаружите   какую­то   неточность,   то   напишите   об   этом   в комментариях к этой записи.