Video digitali

Video digitali
appunti a cura del prof. Mario Catalano
Definizione e concetti
base
• Un video è una comunicazione
basata su immagini in movimento o
meglio su immagini che danno
l’illusione di un movimento
continuo
• Maggiore è il numero delle
immagini proiettate in uno stesso
intervallo di tempo più naturale e
credibile è il movimento apparente
•
•
•
L'occhio umano è capace di distinguere
circa 20 immagini al secondo. Così,
visualizzando più di 20 immagini al
secondo, è possibile indurlo in inganno e
fargli credere di vedere un'immagine
animata.
La fluidità di un video è caratterizzata dal
numero di immagini al secondo (in inglese
frame rate), espressa in FPS (Frames per
second, in italiano frame al secondo).
Il sistema VHS (videocassette) ha un rate di
25 fps, quello DVD un rate 50 fps.
Video “analogico”
• Una codifica simile (analoga) alla realtà
stessa
• Si basa su un segnale di tipo continuo
cioè senza soluzioni di continuità
• E’ memorizzato su supporti di tipo
fotografico (pellicola cinematografica) o
magnetico (nastro videocassette)
• Le immagini su pellicola possono
contenere infinite sfumature di colore
come gli oggetti reali
Video “digitale”
• Ha una codifica di tipo discreto (non
continuo)
• E’ memorizzato su supporti magnetici
(dischi fissi) o ottici (CD-Rom e DVD-Rom)
• Ogni informazione è tradotta in una serie di
bit
• Le sfumature di colore sono digitalizzate
Digitalizzazione
• Contiene le tematiche relative alle immagini, più quelle
relative all’audio
• Il video digitale è una risorsa a 2 dimensioni:
– Frame: ciascuno codificato come una immagine
– Tempo: scandisce la sequenza di frame
• Affiancato al video è codificato anche il canale
dell’audio che viene registrato in parallelo
• Il sistema colorimetrico usato è YUV Luminance –
Chrominance, che permette di sfruttare il fatto che
l’occhio umano è più sensibile alle variazioni della luce
che a quelle del colore
Esempio
Calcoliamo la
dimensione di un
filmato di 2 minuti a
30 fps con frame di
640x480 e profondità
di colore di 3 byte
Il flusso risultante sarà
di 640 x 480 x 3 x 30
Bps = 27.648.000 Bps
= 26,4 MBps
Compressione
Tutte le versioni utilizzano meccanismi percettivi
per comprimere ed uno spazio dei colori YUV in
cui l’immagine di luminanza è codificata per
intero, mentre per la crominanza è usato un
insieme ridotto di valori
La compressione rimuove:
– La ridondanza spaziale: compressione di
immagini a qualità fotografica in jpeg
– La ridondanza temporale: le meccaniche di
compressione sfruttano le relazioni di
similitudine che intercorrono tra fotogrammi
successivi per rimuovere informazioni
ridondanti
Compressione per ridondanza
temporale
• Frame consecutivi in una sequenza di immagini
sono simili l’uno all’altro
• Codifico solo le differenze tra i frame
successivi
• E’ possibile ottenere rapporti di compressione di
50:1 fino a anche a 100:1 senza un degrado
eccessivo della qualità
Immagine originale 1
Immagine originale 2
Differenza tra originali
La risoluzione
• Ogni immagine su uno schermo TV è
composta da una serie di linee orizzontali
• Maggiore è il numero di linee, migliore è la
risoluzione (la definizione, il grado di
dettaglio)
• Il monitor di un PC è caratterizzato da una
matrice di punti (pixel) invece che di linee
• La risoluzione delle immagini/filmato è
espressa con due valori uno orizzontale e
uno verticale (es. 800x600 pixel)
La compressione
• L’ingombro di memoria (1 sec = 20/30
Mbyte) rende indispensabile la
compressione di un filmato
• La compressione audio-video avviene per
mezzo di algoritmi (metodi) chiamati
CODEC
• In base ai diversi CODEC nascono
differenti formati di file
Formati video e codec
•
•
I formati video sono come contenitori nei quali
vengono memorizzate tracce video e audio
codificate (Codec) e le informazioni indispensabili
a una corretta riproduzione.
Il Codec e' un particolare software che contiene
un algoritmo costruito per codificare e decodificare
una sequenza video. Esistono i codec di tipo
lossless che non comportano perdita di qualità
generando una copia perfetta dell'originale o di
tipo lossy, che utilizzano algoritmi di compressione
per generare file di ridotte dimensioni.
Formati video
•
•
AVI è il formato audio/video tradizionalmente gestito da
Windows e capace di supportare molti codec di
compressione. Rimane il formato video più adatto per chi
lavora su sistemi Windows e coi software di editing. Per
coloro che si cimentano nel montaggio delle proprie riprese
è consigliata la cattura direttamente in formato MiniDV
(AVI), in modo da conservare la qualità del video originale.
MOV è il formato di Apple Quicktime dei sistemi Mac ed
equivalente ad AVI per Windows. Compatibile anche MOV
come AVI verso le due piattaforme (Apple e Windows).
Supporta molti codec e molte funzioni video avanzate
(compresa l'alta definizione). E’ molto usato per il video
editing soprattutto su Mac oltre che su piattaforma
Windows.
Formati video
• DV e' un formato digitale nativo; ciò vuol dire che nasce
digitale sin dal momento della ripresa e rimane tale sino
al riversamento della clip, e anche oltre. Infatti, quando
andiamo a catturare una sequenza con la nostra scheda
di acquisizione, non facciamo altro che trasformare un
segnale analogico (che esce dalla videocamera) in un
segnale digitale (quello su cui faremo editing). Col DV
questo non avviene più, già al momento della ripresa, sul
nastro DV viene incisa una sorta di clip digitale, una
sequenza di bit che dobbiamo soltanto trasferire (in
pratica copiare) su computer senza nessuna
ricompressione. Un file DV potrebbe presentarsi come
un AVI (su PC), ma in realtà e' sempre un DV.
Formati video
•
MPEG1 e MPEG2 hanno il pregio di aver
decisamente ridotto le dimensioni dei file
mantenendo una notevole qualità di
immagine. NON si prestano ai progetti
complessi di editing perchè memorizzano
solo alcuni fotogrammi. E' un ottimo
compromesso tra dimensioni e qualità video,
tanto da essere stato scelto come standard
sia per i DVD che per le trasmissioni
televisive digitali. In pratica, chi deve
riversare subito da videocamera a DVD, non
necessita di una ulteriore codifica.
Formati video web oriented
•
•
•
MPEG-4 o DivX - Offre la stessa qualità di MPEG-2 con una
compressione circa tre volte superiore. Ideale per i video sul
web e Podcasting.
WMV (Windows Media Video) è il formato di Microsoft per i
progetti multimediali soprattutto in alta definizione. Molto
versatile e "aperto" per la varietà dei codec di compressione
supportati.
3GP è la denominazione di un formato di file concepito
appositamente per permettere servizi di videotelefonia, questo
formato è utilizzato soprattutto per la registrazione di file
multimediali nei telefoni cellulari e la loro trasmissione via MMS.
Formati video web oriented
•
•
FLV Le ultime versioni di Macromedia Flash hanno introdotto
la gestione dei filmati attraverso il formato FLV, un tipo di file
che, al pari dei concorrenti, permette livelli di compressione,
risoluzioni e qualità totalmente personalizzabili, ma che vanta
benefici sia per l'utente sia per il Web Master davvero notevoli e
unici. Il formato FLV e l'utilizzo integrato delle funzionalità di
Flash per i video presenta diversi consistenti vantaggi.
RealMedia [RA/RM/RAM]: ormai standard,usato molto per lo
streaming audio/video, molto diffuso sul WWW. Concepito
inizialmente per l'audio (RealAudio sino alla versione 3), questo
formato e' stato adattato anche per la compressione video,
diventando un vero e proprio pacchetto per la creazione e la
distribuzione del multimedia sul web.
Streaming
• Nonostante i criteri di compressione, i file audio-video
hanno dimensioni tali da giustificare l’esistenza di
applicazioni che non supportano il loro download ma li
trattano come flussi di dati, sfruttando il meccanismo
dello streaming
• Esiste un buffer di pacchetti la cui dimensione, e quindi il
tempo di attesa iniziale, è stimata dal client
• Essendo Internet a larghezza di banda non stabile, nel
caso diminuisca, il buffer potrebbe non essere più
sufficiente a compensare la riduzione del flusso con
conseguente interruzione della trasmissione e
ribufferizzazione
Streaming
Meccanismo di streaming:
• L’host sorgente inizia la trasmissione
• L’host destinazione riceve il primo
pacchetto e aspetta un certo tempo in cui
accumula pacchetti
• Riempito il buffer l’host destinazione
comincia il playout dei pacchetti
• La trasmissione continua
Tipi di Streaming video
Streaming on demand I contenuti audio/video sono
inizialmente compressi e memorizzati su un server come
file. Un utente può richiedere al server di inviargli i
contenuti audio/video. Non è necessario scaricarli per
intero sul PC per poterli riprodurre: i dati ricevuti vengono
decompressi e riprodotti pochi secondi dopo l'inizio della
ricezione. Questo ritardo serve a creare un polmone per
rimediare a ritardi o microinterruzioni della rete. Di questo
tipo sono i flussi streaming di Real Video e Real Audio,
Windows Media Player, QuickTime, Adobe Flash Video
(quest'ultimo tipo di formato file utilizzato nel sito di
Youtube). Addirittura esistono molti flussi streaming che
permettono di visionare contenuti in qualità divx.
Tipi di Streaming video
•
•
Streaming live Simile alla tradizionale trasmissione radio
o video in broadcast. Anche in questo caso i dati sono
trasmessi utilizzando opportune compressioni per
alleggerire più possibile il carico sulla rete. La
compressione dei contenuti introduce nel flusso un ritardo
di circa dieci secondi. Nel campo dello streaming live, di
solito, questo ritardo non costituisce un problema.
Download Progressivo Il video viene scaricato sul
computer dell'utente e inizia la riproduzione prima che sia
terminato il download. Il filmato viene interamente
scaricato, a meno che l'utente non chiuda la connessione
prima che il download finisca.
FINE