Action! aneb nezahazujte své kamery

První věcí, kterou je nutno v digitálním videu vzít v úvahu, je komprese. Nekomprimovaný datový tok je totiž nesmírně náročný na propustnost a kapacitu disku a paměti - jako příklad si uveďme výchozí tok 124Mbps (megabitů za sekundu) - to znamená, že pro pouhé uložení dvouhodinového videa - a to se vůbec nebavíme o jeho střihu či zpracování, kdy potřebujete několikanásobně větší prostor - byste potřebovali asi 111.6GB disk! Vše bude jasnější, představíte-li si, že byste ukládali každou sekundu 25 obrázků ve formátu bmp (platí pro normu PAL) - za minutu by jich již bylo 1500 a za hodinu 90 000!

V této situaci bylo pouze přirozené, že se objevují a stále vyvíjejí dokonalejší a dokonalejší metody komprese videozáznamu. Kvůli efektivitě se zásadně používá ztrátová komprese, která využívá nedokonalosti lidského oka - liší se pouze metody a množství dat, které jsou považované za "zbytečné". Kompresní poměr se pohybuje od 1:5 (DV, profesionální kvalita) až po 1:100 ("zubaté" Video CD s datovým tokem 1.15Mbps).

M-JPEG

Jedná se o speciální formát, který se částečně používá do dnešní doby. Poskytuje dobrou kvalitu a primárně se užívá k editaci videa (komprese není totiž příliš efektivní) - pro následnou distribuci a archivaci hotového videa se počítá s "přerenderováním" M-JPEGu do některého z efektivnějších distribučních formátů.

Princip je jednoduchý - jednotlivé políčka záznamu "pouze" komprimujeme do známého "fotografického" formátu JPEG (datová velikost jednotlivých políček se samozřejmě liší v závislosti na složitosti obrazu), a vše pak následně ukládáme na disk (srovnejte s ukládáním nekomprimovaných "bitmap"). Bez citelné ztráty kvality lze S-VHS záznam uložit s kompresi asi 1:20 (datový tok cca 6.2Mbps - hodinový záznam si tak vyžádá necelých 5GB diskové kapacity). M-JPEG v poslední době mírně ztrácí body ve prospěch řešení na bázi MPEGu či DV.

MPEG-1

Tento formát není tak špatný, jak se obecně soudí. Problém není v principu záznamu, který je vlastně obměnou a určitým zdokonalením M-JPEGu, ale v nízkém rozlišení a také v nedostatečném standarizovaném datovém toku.

Algoritmy MPEG1 se snaží, aby každé políčko zabíralo stejný datový objem - za tímto účelem dynamicky mění míru komprese.

Joro: Proč byla zvolena komprese na bázi konstantního datového toku? Je to jednoduché - požadavkem byla možnost ukládání videa na nosiče CD u kterých je konstantní přenosová rychlost přirozená (s velkými buffery a s tím, že se podle složitosti budou měnit otáčky CD se opravdu tehdy nepočítalo :-)

Navíc se používá dodatečná komprese založená na rozdílech mezi políčky (interframe compression). Základní ideou je neukládat informace, jež jsou mezi políčky neměnné (video má většinou charakter pohybujícího se objektu na relativně klidném pozadí). Proto se kompletní "videopotok" skládá z řady "I" snímků, které nesou celý obraz + ze sekvencí "rozdílových" P a B snímků. Rozdílové snímky značně šetří datový tok - na druhou stranu vždy potřebujeme kompletní blok GOP (Group of Pictures), abychom mohli dopočítat vzhled každého políčka.

Jak jsem již zmínil, je formát MPEG1 spojován často ze standardem Video CD (White Book), který počítá pouze s datovým tokem 1.15 Mbps (pro přehrávání rychlostí CD 1x). Komprese je větši než 1:100, algoritmy nepatří mezi zvláště efektivní - tím samozřejmě značně trpí kvalita (v pohyblivých částech videozáznamu má MPEG1 tendenci ke "kostkování") - odtud se bere i obecně špatná pověst tohoto formátu. Pokud však kodek "umí" i vyšší datové toky (a testovaný HW PCI kodek Action zvládá až 6.2Mbps),  je i kvalita obrazu na velmi slušné úrovni.

MPEG-2

I když se to nezdá, je MPEG-2 "pouhým" rozšířením MPEG-1. Novinkou je variabilní datový tok (složitější scény využívají většího datového objemu, čímž se lépe "ošetřují" jinak problematicky komprimovatelná místa), byly standardizovány vyšší rozlišení i datové toky. Pří stejném objemu je kvalita obrazu MPEG-2 v dynamických pasážích, ve srovnání s MPEG-1, vyšší.

MPEG-2 je díky své široké specifikaci využíván v profesionální distribuci digitálního videa. Používá jej jak digitální satelitní vysílání, tak i DVD (DVD používá toku od 4 do 9.8Mbps). Co se týká domácího použití - i zde platí, že téměř vše závisí na zvoleném datovém toku - čím vyšší, tím menší ztráta kvality. Pokud budeme uvažovat o výchozím materiálu pro editaci S-VHS videa, nejspíše stačí tok asi 4.5Mbps.

MPEG-4 a ostatní

Neustálá snaha o zvyšování efektivity ukládání videosignálu vede k velkému množství nových formátů a oficiálních i neoficiálních video standardů. Za všechny zmíníme jen nové MPEG-y (4, 7 a 21 - více naleznete zde: MPEG.ORG - MPEG Pointers and Resources), nebo vlastní formáty Microsoftu a Real Networks.

Za pozornost zejména stojí MPEG-4 a enkodéry DivX, které se dnes již vydávají vlastní cestou (u zrodu DivX;-) byl cracknutý kodek Microsoftu). Poslední kodeky DivX jsou již velmi rychlé (na mém Athlonu 1.33 dosahuji výkonu cca 50fps) a výsledný obraz - i při datovém toku kolem 1.5 až 2 Mbps - je stále docela na výši. Tímto se z tohoto formátu stává ideální distribuční a archivační platforma (pouze takto můžete na jedno CD uložit 45 až 60 minut záznamu v poměrně dobré kvalitě).

DV a MPEG

Digitální kamery DV nepoužívají systém, který je založen na meziokéknové "IPB" kompresi obrazu. Jejich kvalita je teoreticky obrovská, avšak za cenu poměrně vysokého datového toku - ten se blíží 25Mbps. Tento zbytečně vysoký (pro domácí a poloprofesionální video) datový tok pak zatěžuje systém jak při ukládání, tak při zpracování (záznam "spolyká" více než 3MB diskového prostoru za vteřinu).

Praxe ukazuje, že jako polotovaru pro editaci videa je nutné použít relativně málo komprimovaného záznamu (pozor na slovo "relativně" - většinou se stejně bude jednat o kompresi 1:20 až 1: 40). V praxi to znamená, že je třeba najít vhodný poměr mezi kvalitou a datovým tokem - a to v závislosti na efektivitě daného digitalizačního zařízení (jinak je tomu u DV - tam jste, bohužel, odkázání na normovaný vysoký datový tok).

Zdá se, že datový tok 4 až 6Mbps (v případě MPEG) by mohl ve většině případu stačit (pokud počítáme se vstupem S-VHS / Hi8).