Форматы хранения и передачи цифровых видеопоследовательностей

Для хранения и передачи последовательностей цифровых изображений используются либо последовательности файлов изображений стандартных форматов (BMP, GIF, JPEG), либо специальные форматы хранения видеоданных, в которых последовательные кадры кодируются специальным образом, отличным от кодирования статических кадров.

Системы, сохраняющие последовательность кадров как последовательность (папку, директорию) обычных статических изображений обладают тем очевидным преимуществом, что полученные изображения могут быть легко прочитаны, загружены и проанализированы любым из стандартных пакетов для работы с изображениями. Однако существует и ряд причин, делающих такой способ хранения и передачи менее предпочтительным по сравнению с использованием специализированных форматов цифровых видеоданных.

1) Избыточность 1. Каждое изображение последовательности хранится вместе с собственным заголовком, содержащим тип, размеры, палитру и т.п. При небольшом размере изображения (например, 160х120 или 320х200) служебная информация может занимать до 10% объема файла. Между тем, очевидно, что для всех кадров видеопоследовательности этот заголовок можно было бы записать всего лишь один раз и дальше хранить только сами растровые данные.

2) Избыточность 2. Известно, что в медленно меняющихся сценах разность любых двух последовательных кадров содержит значительно меньше информации, чем сам исходный кадр. Следовательно, применение разностных схем сжатия видеоданных, учитывающих их последовательное расположение кадров, позволяет достичь существенно больших степеней сжатия видеопотока, чем раздельное сжатие каждого кадра. Это особенно принципиально в задачах передачи цифровых видеоданных.

3) Существуют дополнительные (например, временные) параметры видеосъемки, которые не сводятся только к параметрам каждого из изображений. Следовательно, для видеопоследовательности в целом все равно приходится хранить некий специальный заголовок – в виде отдельного файла, либо в виде заголовка единого файла видеопоследовательности, записанной в специальном формате.

4) В мультимедийных приложениях (запись видеофильмов, клипов и т.п.), помимо хранения видеоданных требуется также осуществлять и параллельную синхронную запись звуковых дорожек, а иногда и некоторых дополнительных данных – текстовых и цифровых меток и т.п. Все это требует создания специальных единых форматов для хранения и передачи разнородных цифровых данных, имеющих временную протяженность. На первый взгляд может показаться, что это чисто мультимедийное требование, которое не может встретиться в системах технического зрения. Однако, как мы уже говорили ранее, комплексирование данных, приходящих из самых разных источников – одна из основных тенденций в современных информационно-управляющих системах. В практической производственной задаче нам вполне может понадобиться осуществлять параллельную запись не только изображений от нескольких камер, но также и от нескольких микрофонов, нескольких электрических, тензометрических, акустических и т.п. датчиков. Весь этот массив информации крайне неудобно затем анализировать, если запись ведется в разные никак не связанные друг с другом файлы.

Исходя из приведенных соображений для записи, хранения и передачи цифровых видеоданных был создан ряд специальных файловых форматов. Наиболее распространенными из них на сегодня являются формат AVI и формат MPEG.