Воспроизведение видео-файлов

Стандарты сжатия
Одна минута чистого несжатого оцифрованного звука занимает на жестком диске компьютера около 10 Мбайт, вследствие чего, в подавляющем большинстве, музыкальные файлы хранятся в сжатом виде ради экономии места. А сколько же занимает одна минута несжатого видео? Например, для размещения 60-секундного ролика с частотой 30 кадров в секунду, разрешением 720x576 пикселей и 16-битной глубиной цвета потребуется около полутора гигабайт свободного дискового пространства! И это без учета звуковой дорожки. После этих цифр, наверное, уже не нужно объяснять, почему цифровое видео хранится в наших компьютерах исключительно в сжатом виде.
Существует несколько десятков популярных форматов сжатия, которые используют разные алгоритмы компрессии, которые соответственно дают разные результаты.
DV (Digital Video) – один из самых первых алгоритмов сжатия для видеопотока, разработка которого началась в 1993 году совместно сразу несколькими компаниями, являющимися крупнейшими производителями видеооборудования (Sony, JVC, Panasonic, Philips и Hitachi). Формат DV обеспечивает невысокую степень сжатия данных (5:1) и характеризуется высоким битрейтом, за счет чего выходящий видеофайл получается довольно большого размера. Так одна минута DV-видео занимает около 200 Мб (1 час – 12 Гб) на цифровых носителях информации.
Наиболее часто этот формат используется для сжатия при видеосъемке с помощью бытовых цифровых камер и профессиональных камкордеров. При этом из-за небольшого коэффициента сжатия отснятые материалы получаются очень высокого качества, а сама процедура компрессии, которая происходит в реальном времени, не требует мощных технических компонентов.
Правда, хранить видео на домашнем компьютере и тем более оптических дисках в DV-формате все-таки неудобно, уж слишком много оно занимает места. Так что специалистам пришлось задуматься о дополнительных алгоритмах сжатия, с помощью которых удалось бы сократить размер цифрового фильма еще в несколько раз.
MPEG (Moving Picture Experts Group) – целое семейство стандартов сжатия цифровой информации, разработанное и стандартизированное одноименной экспертной группой специалистов, сформированной организацией ISO в далеком 1988 году.
Первым плодом их творения стал исходный стандарт видео и аудио компрессии MPEG-1, а в 1993 году при участии компаний JVC и Philips, была разработана его спецификация Video CD (VCD), которая и известна многим пользователям. Из названия видно, что VCD является форматом для хранения сжатого видео со звуком на обычных компакт дисках.
Использование для кодирования алгоритмов MPEG-1 позволяет получать видеопоток шириной до 1,5 Мбит в секунду с разрешением кадра 352x288 точек для PAL или 352x240 для NTSC, после чего на обычном CD может уместиться 74 минуты видео со звуком качества VHS (как у обычного видеомагнитофона).
В 1995 году увидел свет популярнейший стандарт MPEG-2, который впоследствии получил широкое распространение в цифровых видеодисках DVD, а так же при передаче сигнала кабельного и спутникового телевидения. Качество картинки здесь значительно выше, чем у предшественника: при 25 кадрах в секунду, разрешение составляет 720x576 точек для системы PAL, а для системы NTSC – 720х480 при 30 кадрах/с. При этом, средняя максимальная ширина потока равна 9,8 Мбит/с, что практически в 7 раз выше, чем у Video CD. Еще одним неоспоримым преимуществом MPEG-2 является возможность сохранения пятиканальной аудиодорожки (Dolby Digital 5.1 и DTS) .
Максимальная емкость двухслойного DVD диска (DVD-9) составляет 8,5 Гбайт, на который можно записать до трех часов видео с полным качеством. Если же вам предлагают DVD сразу с несколькими фильмами, то знайте, что, скорее всего вас ожидает низкосортная картинка уровня Video CD с очень низким разрешением и битрейтом.
Вместе с MPEG-2, приблизительно в тоже время, начал разрабатываться новый стандарт MPEG-3, предназначенный для кодирования аудио и видеопотоков в телевидении высокой чёткости со скоростью передачи данных от 20 до 40 Мбит/с. Но довольно скоро выяснилось, что для этих задач можно использовать несколько модифицированную версию стандарта MPEG-2, после чего все дальнейшие разработки MPEG-3 были прекращены и на сегодняшний день этот стандарт не используется.
Стоит отметить, что довольно часто термин «MPEG-3» многие пользователи ассоциируют с популярной технологией сжатия звука MP3. Но это в корне не верно, так как ее правильное название - MPEG-1 Audio Layer 3.
Наконец, в 1998 году появилось новое семейство форматов сжатия видео – MPEG-4. Разрабатывалось оно с целью улучшения качества картинки при низкой скорости потока. Прежний стандарт MPEG-2, рассчитанный на высокий битрейт, с этой задачей справиться не мог, так что алгоритмы сжатия пришлось серьезно модифицировать. Так же MPEG-2 не походит и для хранения видео высокой четкости (HD) с разрешениями от 1280x720 (720p) до 1920x1080 пикселей (1080i или 1080p), которое все больше и больше набирает популярность.
На сегодняшний день MPEG-4 является основным стандартом сжатия мультимедиа контента, и хотя DVD списывать со счетов еще рано, практически все современные фото и видеокамеры снимают в HD-качестве. Так что для сохранения видео с таких устройств на компьютер, в любом случае придется ориентироваться на кодеки семейства MPEG-4.
Рассмотрим лишь несколько самых распространенных.(в данный момент)

MPEG-4 Part 2 ASP - один из первых алгоритмов, появившихся в 1999 году. Кодеки, построенные на его основе, обеспечивают довольно низкое качество выходящих материалов, что и не мудрено. Ведь в то время никаким видео высокой четкости еще и не пахло. Зато высокая скорость работы и нетребовательность к аппаратным ресурсам отчасти компенсирует этот недостаток. Именно поэтому и сегодня этот алгоритм широко востребован при кодировании видео для различных мобильных устройств и компактных медиаплееров, а так же роликов, размещаемых в сети.
Одними из самых ярких представителей кодеков, базирующихся на основе этих алгоритмов, являются знакомые многим пользователям, коммерческий DivX и его бесплатная альтернатива XviD.
MPEG-4 AVC или H.264 – один из самых последних и популярных алгоритмов, использующихся с успехом как для сжатия видео с низким разрешением, так и HD контента. Кстати, большинство высококачественных фильмов на дисках Blu-Ray кодируется именно этим кодеком. Так же он часто используется и в бытовых HD-видеокамерах (AVCHD).
Медиаконтейнеры и их форматы

Как и любая другая цифровая информация, видео хранится на диске в виде файлов, или как их еще называют, медиаконтейнеров, содержащих видео-, аудио и другие потоки, а так же метаданные. В любой момент из контейнера можно вынуть, например, видео или аудиодорожки, перекодировать их, и поместить их в другой контейнер, то есть изменить формат видеофайла. Мультимедийные контейнеры могут быть разных типов (форматов), а на то, к какому виду они относится, указывает расширение файла.
Не смотря на то, что большинство контейнеров привязаны к определенному формату, в некоторых из них может храниться видео в совершенно разных стандартах. Например, файл с расширением AVI способен содержать ролики как в формате MPEG-1, так и в MPEG-2 или в MPEG-4. На что же тогда влияет тип контейнера?
Конечно, в большей мере качество фильма определяется кодеком и теми параметрами, которые были установлены при сжатии. Но и от контейнера зависит немало. Различные виды видеофайлов имеют определенные требования и ограничения по количеству звуковых дорожек, каналов субтитров, типов используемых кодеков, а так же совместимости с бытовыми проигрывателями и плеерами.
Теперь познакомимся с самыми популярными форматами видеофайлов и коротко разберем их преимущества и недостатки.
AVI (Audio Video Interleave) – самый древний и традиционный из всех видов медиаконтейнеров, который был впервые использован Microsoft в 1992 году. Может содержать в себе видео и аудио информацию, сжатую различными сочетаниями кодеков. Таким образом, AVI-файлы при внешнем сходстве могут очень сильно отличаться внутренней «начинкой», а что бы точно определить их содержимое, придется воспользоваться специальными программами (например,MediaInfo, VideoToolBox).
Строго говоря, этот контейнер уже давно устарел и имеет ряд серьезных недостатков: невозможность содержания смешанного видео (например, NTSC и PAL) и альтернативных аудиодорожек, отсутствие меток времени и индексов кадра, отсутствие нормальной работы с субтитрами, плохая поддержка современных кодеков и прочее.
Тем не менее, этот старичок никак не хочет уходить на пенсию, ведь до сих пор огромное количество медиаконтента в сети распространяется именно с помощью этого формата. Секретом такого долголетия, скорее всего, является универсальность AVI, хотя с другой стороны это и его минус. Иногда приходится сильно попотеть, что бы открыть какой-нибудь AVI-файл, созданный с использованием экзотических кодеков.
MKV (Matroska или Матрёшка) – популярнейший формат мультимедийного контейнера, отвечающий всем современным требованиям. В большей мере ориентирован на кодеки семейства H.264. К его основным возможностям можно отнести:

создание экранного меню;
разбиение содержимого на главы;
быстрая перемотка по файлу;
переключение «на лету» между звуковыми и видеодорожками, а так же субтитрами.

Таким образом, это упаковка, которая может содержать множество потоков видео, аудио и субтитров, позволяя тем самым хранить фильм со всеми дополнительными материалами всего в одном файле, при этом обеспечивая высокий уровень навигации по медиаконтенту. Так же стоит отметить, что MKV имеет высокую устойчивость к ошибкам, модульную расширяемость и поддерживает трансляцию материалов через Интернет.
Широкой популяризации данного формата способствует тот факт, что это открытый проект. То есть для персонального использования он полностью бесплатен. На сегодняшний день, наиболее часто в файлах с расширением «.mkv» хранится видео высокой четкости, как правило, с несколькими аудиодорожками и каналами субтитров.
MP4 (MPEG-4 Part 14) – еще один современный формат файлов для хранения цифровых видео и аудиопотоков, являющийся частью стандарта MPEG-4. Обладает практически всеми теми же возможностями, что и MKV. Но у MP4 есть одно преимущество – файлы в этом формате можно проиграть практически на любых устройствах, начиная со смартфонов и заканчивая игровыми приставками. MKV же, кроме персональных компьютеров, поддерживают только самые современные медиацентры.
Не стоит забывать и тот факт, что MP4 является «родным» форматом для всех продуктов компании Apple, от iPhone до Mac.
Стоит отметить, что контейнер MP4, в отличие от MKV, имеет ряд ограничений и не может содержать видео стандартов MPEG-1, MPEG-2 и WMV, а так же звук в форматах AC-3 (Dolby Digital) и WMA.
VOB (Versioned Object Base) – основной контейнер, используемый для хранения мультимедиа контента на DVD-дисках. Может содержать несколько потоков видео MPEG-2, до девяти аудиодорожек, до 32-х каналов с субтитрами и экранное меню.
FLV (Flash Video) – медиаконтейнер, использующийся для размещения и передачи видеороликов в глобальной сети Интернет. Используется многими крупными сервисами видеохостинга, такими как RuTube, YouTube, Vimeo, Flickr и другими. Видеопоток в FLV-файле как правило закодирован с помощью кодеков H.263 или H.264, а звук в MP3 или AAC.
MOV– формат файла, разработанный компанией Apple для хранения видео, графики, анимации и 3D. Своим появлением обязан технологии воспроизведения медиаконтента QuickTime.
TS и M2TS– специализированные контейнеры для хранения HD-видео. TSиспользуется в потоковом вещании цифрового телевидения IPTV и DVB. Правда, данный контейнер вообще не может содержать субтитры.
M2TS является стандартным контейнером для Blu-Ray видео, в который могут быть включены видео и аудиопотоки, предусмотренные стандартом BD-ROM, а так же субтитры в графическом формате PGS.