Анализ основных характеристик форматов видео файлов

АНАЛИЗ ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
ФОРМАТОВ ВИДЕО ФАЙЛОВ
Салимов Ш.М.
(Преподаватель кафедры ЕД ВТИ НГ РУз)
Аннотация: В статье кратко рассматривается основные характеристики форматов видео файлов (AVI (Audio/Video Interleaved), Motroska, QuickTime) и даются некоторые рекомендации какой формат где и как можно использовать.
Сегодня системы видеонаблюдения являются одним из самых эффективных технических средств обеспечения безопасности, которое позволяет оперативно или по прошествии некоторого срока зарегистрировать факт совершения того или иного противоправного действия, помимо этого установка видеонаблюдения дает возможность контролировать качество работы сотрудников, общую ситуацию на объекте.
Система видеонаблюдения - система аппаратно-программных средств, с целью видеонаблюдения.
Основными характеристиками современных форматов видео файлов являются:

• 
  накладные расходы на хранение информации (насколько больше выходной файл, чем полезная информация, которую он хранит)
  
• 
  поддержка расширенных возможностей современных видео и аудиокодеков (b-кадры, переменный битрейт, переменная частота кадров ...)
  
• 
  поддержка хранения дополнительной информации (главы, субтитры, метатэги, системы защиты авторских прав ...)
  
• 
  поддержка потокового воспроизведения
  
• 
  открытость либо закрытость формата
  

Корпорации-гиганты по производству программного обеспечения и международные организации в основном разрабатывают готовые мультимедийные решения, частью которых являются форматы файлов для хранения аудио и видео. Примером является формат AVI для Video for Windows, формат MOV для QuickTime и т.д. Часто такие форматы являются закрытыми и поддерживают только определенные, "свои" кодеки аудио и видео.
В противовес такому подходу в мире развивается движение бесплатного и открытого программного обеспечения. Одним из самых успешных проектов такого типа является формат Matroska–формат медиаконтейнера разработанного корпорацией Microsoft как часть технологии Video for Windows в 1992 г. Расшифровывается AVI как - Audio/Video Interleaved. AVI разработан на основе Resource Interchange File Format (RIFF) в основе которого лежит принцип разбиения информации на блоки или "chunk". Каждый блок подписан соответствующим FourCC тэгом, содержит информацию о количестве байт данных в блоке и сами данные. Чанки могут быть различной длины, но обязательно кратной 2.файл обычно содержит:

• 
  заголовок riff с fourcc 'avi', содержащий общую информацию, необходимую для определения типа файла
  
• 
  заголовки потоков данных ( fourcc - 'strl' ) с описанием типа и формата потока
  
• 
  один чанк с fourcc 'movi' содержащий пакеты аудио и видео данных
  
• 
  индексный чанк (fourcc - 'idx1') содержащий таблицу индексов (16 байт на каждый чанк в чанке 'movi')
  

Рисунок 1. Структура AVI файла
Характерными чертами формата AVI являются:

• 
  отсутствие стандартного способа кодирования информации о пиксельных пропорциях, благодаря чему плееры не могут выбрать это значение автоматически (его можно выбрать вручную);
  
• 
  формат не поддерживает материалы с переменной частотой кадров;
  
• 
  формат не предназначен для хранения видео закодированного кодерами использующими B-кадры (при декодировании не обеспечивает доступа к будущим кадрам для декодирования текущего).
  

Хотя и разработаны подходы для обеспечения этих функций, они выходят за рамки оригинальной спецификации и могут вызвать проблемы при воспроизведении на плеерах, не поддерживающих данных расширений формата AVI; файлы не могут надежно хранить некоторые специфичные типы данных с переменным битрейтом;

Формат Motroska проектировался с учетом всех требований к современному мультимедиа контейнеру и поддерживает следующие возможности:

• 
  быстрый поиск по файлу
  
• 
  поддержка нескольких потоков видео в одном файле
  
• 
  устойчивость к ошибкам
  
• 
  разбивку файла на разделы
  
• 
  поддержку нескольких потоков субтитров
  
• 
  поддержку нескольких потоков аудио
  
• 
  потоковое воспроизведение (HTTP и RTP протоколы)
  
• 
  меню
  

К основным преимуществам формата Matroska по сравнению с самым популярным форматом последних лет, каким является AVI, относятся - поддержка аудиодорожек с переменным битрейтом, поддержка видео с переменной частотой кадров, обнаружение ошибок видео потока, поддержка практически всех современных аудио/видео кодеков.
Для файлов в формате Matroska используются три расширения файлов .mkv - для видео ( с аудио или без него ), .mka - для файлов содержащих только аудио и .mks - для файлов субтитров. Основным форматом файлов стандарта MPEG-4 является ISO Base Media File Format. Он описывает общие принципы организации данных при хранении их в файле и является основой многих других форматов файлов. Рисунок 2 поясняет отношения между форматом файлов ISO Base Media File Format и другими форматами.

Рисунок 2. Иерархия форматов мультимедийных файлов
В основе приведенных форматов файлов лежит концепция пакетно-структурированного файла. Пакетно-структурированный файл состоит из серии пакетов данных, для которых указан их размер и тип. Поле типа – это обычно четыре печатных символа (FourCC).
При создании форматов файлов был использован объектно-ориентированный подход, заимствованный у предшественника - формата файлов QuickTime. Это означает, что файл формата MPEG-4 легко разбивается на отдельные объекты, а структура этих объектов определяется исходя из их типа и позиции. Все пакетно-структурированные файлы начинаются с пакета 'типа файла', в котором указывается спецификация и назначение файла.
Формат файлов MPEG-4 - это гибкий и расширяемый формат для обмена, управления, редактирования и воспроизведения мультимедийных данных. Воспроизведение может быть локальным по отношению к системе хранящей файл MPEG-4 или потоковым с использованием различных протоколов передачи данных.
Файл MPEG-4 имеет логическую, временную и физическую структуру. Причем эти структуры не обязаны быть связаны друг с другом. Логическая структура файла MPEG-4 в свою очередь состоит из нескольких синхронизированных по времени треков ( track ). Треки представляют из себя последовательности пакетов аудио, видео или других данных с маркерами времени для их взаимной синхронизации.
Физическая структура файла MPEG-4 отделяет порции медиаданных от данных необходимых для временного, логического и структурного их разделения.
Каждый поток аудио или видео данных заключен в отдельный трек. Заголовки каждого трека содержат специфическую информацию определяющую, например, тип кодека, параметры декодирования и т.п. Так же форматом MPEG-4 поддерживаются защищенные потоки данных, используемые для защиты авторских прав ( digital rights managment - DRM ).
Поддержка потокового воспроизведения в формате MPEG-4 реализована через hint tracks. Треки hint tracks содержат инструкции серверу о порядке формирования пакетов данных для передачи их с использованием определенного протокола (например, RTP - real time protocol ).
Формат файлов QuickTime был разработан корпорацией Apple для хранения различных мультимедийных данных. Формат QuickTime является объектно-ориентированным и содержит гибкий, простой в работе и легко расширяемый набор объектов. Новые объекты, используемые в последних версиях формата QuickTime, просто игнорируются более старыми версиями для обеспечения совместимости.
Формат файлов QuickTime послужил основой для создания форматов файлов MPEG-4 и JPEG-2000.
Видеофайл формата QuickTime состоит из нескольких треков ( track ) с различными данными ( аудио, видео, субтитры и т.д. ). Каждый трек содержит либо данные закодированные определенным кодеком, либо ссылки на данные находящиеся в другом файле. Треки представляют собой сложные иерархически организованные структуры, составными элементами которых являются "атомы" ( atom ). Атомы могут содержать внутри себя другие атомы или данные. В самом общем случае можно сказать, что файл формата QuickTime является набором атомов. Спецификация не накладывает никаких ограничений на порядок следования атомов в файле QuickTime.
Файлы формата QuickTime обычно имеют расширение .mov, .qt или .moov, а при передаче в сети интернет идентифицируются по mime-типу "video/quicktime".
Список литературы:

1. 
   Выступление Президента Республики Узбекистан Шавката Мирзиёева на заседании Совета безопасности в расширенном составе.
   
2. 
   Послание Президента Республики Узбекистан Шавката Мирзиёева Олий Мажлису, от 28.12.2018 г.