HD video všude kolem nás

Když se řekne video, každému se jistě vybaví klasické DVD s MPEG-2 streamem nebo soubor s příponou AVI a formátem DivX či XviD. Úzké svázání DivX s kontejnerem AVI ovšem při vymýšlení formátu pro HD video přineslo problémy. AVI je zkratka pro Audio Video Interleave a popravdě neumí nic moc jiného než právě audio a video.

AVI v základu nepodporuje pixely o jiném poměru stran (obdélníkové), vnoření titulků, více různých zvukových stup nebo B-Frames (rozdílový rámeček počítající s rozdíly z obou sousedních políček, ne jen z předcházejícího) ze standardu MPEG-4. Existují hacky, které některé tyto rozšíření dovolí, současně ale vnáší nové nekompatibility. Základní AVI to prostě neumí. DivX se pokusil vyřešit některé problémy pomocí nového kontejneru divx, ten je ale právě jen ohackovanou verzí AVI a podstatu problému neřeší. Přesto se v první vlně nadšení objevily i stolní přehrávače, které si s formátem označeným DivX HD poradily.

Když už tu bylo vysoké rozlišení, začaly se objevovat nové způsoby ukládání dat, a to jak z komerční sféry, tak z Open Source. Komerční řešení nám dala AVCHD pro videokamery nebo Blu-ray pro filmy, hlavním přínosem Open Source je pak knihovna x264 pro vytváření H.264 a kontejner MKV.

H.264: synonymum pro HD video

Hlavním formátem pro vysoké rozlišení se stal H.264/MPEG-4 AVC. Finální verze se objevila v roce 2003, byť se prosadila až později, a už z názvu je patrné, že se na tomto standardu podílely Moving Picture Experts Group (standardy MPEG) s Video Coding Experts Group (mají na svědomí formáty H.26x). H.264 je tak totéž, co MPEG-4 AVC. Hlavním přínosem H.264 je účinnější komprese než v případě základního MPEG-4 a současně připravenost na vyšší rozlišení a vyšší datové toky.

Hlavní změna v přístupu ke kompresi videa leží u H.264 ve zpracování snímků. Klasický postup spočívá v jednom klíčovém snímku a několika následujících, které jen popisují rozdíly oproti předchozímu políčku filmu. H.264 už nemusí běžet na úrovni celých snímků, ale na úrovni vybraných částí snímku. Vybraná oblast videa se tak může komprimovat menším datovým tokem než jiná a výsledkem je menší objem dat bez vlivu na kvalitu obrazu.

H.264 se dnes vnímá téměř výhradně jako formát pro vysoké rozlišení, poradí si ale velmi dobře i na malých obrazovkách. Rodinu H.264 totiž tvoří několik profilů, které jsou odstupňované podle velikosti videa a schopností hardwaru pro dekódování. Například na malých obrazovkách iPodů sledujete H.264 v profilu Baseline, na Blu-ray pak najdete profil High, přičemž existují i vyšší profily pro budoucí nasazení.

Většinu slávy si dnes užívá H.264, nesmíme ale zapomínat ani na formát VC-1, který je spjat s Microsoftem. Videa na Blu-ray totiž mohou být uložena kromě H.264 i ve formátu VC-1, takže se s ním můžete běžně setkávat. VC-1 používá podobné principy jako H.264, byl přitom navržený s větším důrazem na prokládaný obsah, který se používá v televizním vysílání. VC-1 je úzce svázaný s aplikacemi Microsoftu: pro Xbox 360 je to hlavní video kodek a spoléhají na něj i videa ve vysokém rozlišení v kontejneru WMV.

Kam pro HD video

Tím nejjednodušším způsobem, jak se dostat ke krátkému HD videu, je podívat se na YouTube a spustit si některé z videí v kvalitě 720p nebo i v 1080i a 1080p. Pokud se chcete podívat na film či seriál v HD kvalitě, můžete si koupit Blu-ray disk s tímto filmem a přehrát ho v Blu-ray přehrávači. Tou nejsnazší a nejpohodlnější cestou, jak se dostat k HD filmu ale je jeho stažení z úložných serverů, například české Uloz.to či třeba Sharerapid.cz. Stáhnout si film či hudbu z těchto serverů můžete legálně, zákon porušíte až tehdy, když tuto staženou kopii posknete dále či sami na server nahrajete. To je také jeden z důvodů, proč nemůžeme doporučit pro stahování HD videa torrenty, kde to co stahujete, zároveň i sdílíte
 

Jaký kodek pro vysoké rozlišení?

Zvuk lepší a prostorový

Zatímco ve videu jsme poskočili od malých kostičkujících videí k jemnému vysokému rozlišení, podobným pokrokem musel projít i zvuk, nebylo to ale tak razantní. Na DVD se poprvé objevil prostorový zvuk AC3 případně lepší DTS, který se v rámci úspory místa v počítači obvykle převedl do stereo formátu MP3. Kupodivu tento postup platí dodnes, pouze Blu-ray a HD-DVD přinesly několik dalších zvukových kodeků s vyšší kvalitou, případně větším počtem kanálů, než je obvyklých 5+1.

Jediným pozorovatelným trendem je opouštění AC3 zvuku a příklon k DTS i v rámci HD kopií filmů. Proto je vhodné vybírat přehrávač, který si s DTS zvukem poradí. Pro plný zvukový zážitek je ale nutný dekodér prostorového zvuku, který zvládne i moderní kodeky, jako třeba Dolby True HD nebo DTS-HD Master Audio z Blu-ray.

Kostky začínají zapadat

Doposud jsme se věnovali jen jednotlivým dílkům mozaiky vysokého rozlišení. Uživatelský zážitek z vysokého rozlišení je ale kombinací obrazu, zvuku a doplňkových funkcí, jako jsou titulky nebo interaktivita. Divák, jehož technické znalosti sahají k umístění pauzy na dálkovém ovládání, to určitě neocení, my od počítačů ale šťouráme pod povrch. V rámci vytvoření výsledného produktu existují dva hlavní způsoby – struktura dat na úrovni disku a struktura na úrovni souboru. Zástupcem té první je DVD a Blu-ray, kde jsou v přesně definovaných složkách jednotlivé soubory spojené ve výsledný produkt dalšími indexovacími soubory. Zástupcem té druhé je například kontejner MKV, který může v jediném souboru obsahovat video i interaktivní nabídky.

Trochu na pomezí těchto dvou konceptů je standard AVCHD používaný ve videokamerách. Jednotlivé záběry totiž ukládá do samostatných souborů MTS, které kombinují video ve formátu H.264 se zvukem v kódování AC3, současně se ale na disku kamery vytváří struktura složek a pomocných souborů, které skrývají náhledy, indexové informace a mohou obsahovat i jednoduché nabídky s obrázky ve stylu DVD. Při zpracování videa v počítači tak kopírujete jen jednotlivé soubory se záběry, současně ale můžete vypálit AVCHD disk, který se při vložení do Blu-ray přehrávače bude chovat jako DVD ve vysokém rozlišení.

Zatím se nedá říci, že by byl nějaký standard silnější a do budoucna by zcela nahradil ty ostatní, spíše budou existovat různé normy pro různá použití. Z kodeků videa má jednoznačně nejsilnější pozici H.264, kde s rostoucím výkonem systémů klesá význam jeho náročnosti při zpracování. Současně je H.264 nejlépe připraven na nové výzvy – už nyní má normy pro videa s rozlišením nad 1 920 × 1 080 bodů, případě s více než 60 sn./s. To vše přijde vhod, až se více začne prosazovat 3D video.

Kontejner vs. formát vs. kodek

Velmi často narazíte na věty typu „Nejlepší je MKV video ve vysokém rozlišení“ či „komprimuji do AVI“. Problém spočívá v časté záměně pojmů kodek, kontejner a formát. Formát označuje použité kódování videa či zvuku (streamy a samotná data), kontejner pak uložení obrazu a zvuku do jediného souboru a kodekem rozumíme program, který video či zvuk do daného formátu převedl (zakódoval), nebo jej umí převézt zpět (dekódovat). Kontejner je opravdu jen obalem, nádobou na samotná data. Konkrétním kontejnerům přísluší obvykle používané formáty, nelze ale posuzovat kvalitu obrazu nebo rozlišení podle použitého kontejneru.

Kontejnery obvykle poznáte podle přípony souboru – AVI, MKV, MP4, MOV, WMV či MPG. Ve specifikacích kontejneru se obvykle uvádí, v jakých formátech mohou obsahovat video a audio, některé mají tento seznam hubený (MP4), jiné zase téměř neomezený (MKV). Důvod, proč jich je tolik, pramení jednak v historii („kdo mohl tušit, že budeme potřebovat zrovna tohle“), jednak v licenční politice („proč bychom platili licenci jim, když si můžeme vymyslet vlastní“). Ačkoli je těchto standardů hodně, nemusí se běžný člověk zabývat detaily. Buď je zcela odstíněn od struktury dat (případ Blu-ray či DVD), nebo je mu v programu automaticky nastaven vhodný kontejner pro danou kombinaci videa a zvuku.

Nejobecnějším kontejnerem je MKV, který může obsahovat různý počet video a audio stop, titulky včetně uživatelských fontů nebo interaktivní nabídky. Právě kvůli širokému rozkročení je podpora MKV zatím slabší a u přehrávačů se může omezit třeba jen na kombinaci videa v MPEG-2/H.264 se zvukem v AC3 nebo DTS. Sice tím přehrávač obsáhne drtivou většinu souborů, které mu dnes předhodíte, současně tím ale upevňuje nutnou podporu dalších kontejnerů. Nemá proto příliš smysl mluvit o „plné kompatibilitě s MKV“ – přehrávač sice dokáže z MKV dostat všechny stopy, může se ale stát, že mu bude chybět nějaký obskurní kodek třeba pro video v rozlišení 160 × 120 ve čtyřech barvách. I takovéto kombinace totiž může MKV ukrývat.

Konkurence pro H.264

Zajímavou zprávou je nedávné uvolnění videokodeku VP8 pod svobodnou licencí. Ten Google získal koupí firmy On2 Technologies, která řadu videokodeků VPx vyvíjela už dlouhá léta. Konkurentem H.264 je už dnes kodek Theora (známý také ve spojení s kontejnerem jako Ogg Theora). Bohužel je to konkurence jen teoretická. Největším problémem Theory je špatná kvalita komprimovaného obrazu (při stejném datovém toku). Není také divu – Theora vznikla z otevřeného kódu kodeku VP3, který uvolnila právě On2 Technologies a který postrádá mnoho vlastností H.264 (např. obousměrnou komprimaci).

Už pár dní po uvolnění VP8 začali na podpoře tohoto kodeku pracovat v Mozille a Opeře a spolu s Googlem a dalšími firmami se podílejí na WebM Project – programu, který má dopracovat podporu VP8 (a zvuku v otevřeném formátu Vorbis) v HTML 5. Dokonce i Internet Explorer umí po instalaci doplňku takovéto video přehrávat. Mimo zatím stojí Apple s prohlížečem Safari, naopak Adobe ohlásilo, že nová verze Flashe bude na VP8 připravena. VP8 mělo velkou šanci uspět, a to díky tomu, že byl kodek H.264 zatížen patenty a za jeho používání byly požadovány poplatky. Dokonce od roku 2015 měli poplatky začít platit i koncoví uživatelé. Právě díky uvolnění VP8 se to však stalo minulostí a organizace MPEG LA, která se o vybírání poplatků starala, už je nebude dále požadovat. Tím ovšem už postrádá příliš smysl na VP8 přecházet, a rozhodně mu tak nepředpovídáme masové rozšíření. Donutil ale MPEG LA upustit od poplatků, čímž splnil své poslání.

V poslední době se daří kontejneru MKV, který se prosazuje už i v produktech věhlasných značek. Jak se v prvních přehrávačích objevily čipy schopné dekódovat H.264, byla podpora MKV jasným požadavkem ze strany zákazníků, protože se MKV mezitím stal de facto standardem pro distribuci videa ve vysokém rozlišení po internetu. Poptávka po MKV je ale tak hlasitá, že na ni začínají reagovat i velké firmy. Například televizory a přehrávače LG či Samsung už umí MKV přehrávat, a tak stačí do televize strčit USB disk s filmem a ani nepotřebujete přehrávač.

Budoucnost je ve 3D

Za deset let jsme prošli obrovským skokem, současně ale používáme stále to samé. Běžně sledujeme filmy a natáčíme videa ve vysokém rozlišení, současně základní rozlišení většině uživatelů bohatě stačí. Během dalších deseti let můžeme čekat nástup prostorového obrazu, který se již prosazuje v kinech (v USA už dokonce i v televizi) a na pár Blu-ray discích. Do deseti let by mohly být běžné i spotřebitelské kamery natáčející prostorová videa.

O další budoucnosti hovoří i před rokem představená specifikace HDMI 1.4, kde přibyla například podpora ethernetu a 3D. V březnu roku 2010 přibyla už i nová revize HDMI 1.4a, která schopnosti 3D dále rozšiřuje. Původní specifikace počítají pouze s režimem přenosu frame packing. Ten je vhodný pro hry nebo třeba filmy na Blu-ray, kde není příliš svazující nízký datový tok. Například obraz s rozlišením 1080p při 24 sn./s má ve skutečnosti snímků 48 s tím, že se zobrazují střídavě L (levý obraz) a P (pravý obraz).

Nově přibyly režimy side-by-side nebo top-and-bottom. Obraz je v tomto případě vysílán pouze s frekvencí 24 fps a oba video streamy jsou proloženy vedle sebe (side-by-side) či nad sebou (top-and-bottom) a až zobrazovací zařízení si video rozdělí pro levé a pravé oko zvlášť. Ve výsledku je rozlišení poloviční, ale ušetří se tím výrazně datový tok, proto se tyto dva režimy hodí pro televizní vysílání.

Podmínkou specifikace HDMI 1.4a je také fakt, že zobrazovací zařízení musí podporovat všechny povinné formáty (viz tabulku), zdrojová zařízení aspoň jeden z nich a opakovače a jiné aktivní prvky (např. AV receiver) musí přenést také všechny povinné. Střední Evropu to však zatím trápit nemusí, 3D broadcasting není s nedokončenou digitalizací hlavním tématem dne. Do čtyř let bychom se ho ale na satelitu mohli dočkat.

Inovace v kodecích

Zpátky ale ke kodekům – je u nich totiž podstatný fakt, že už se dramaticky nezmění. H.265, který by měl přinést o polovinu menší bitrate při stejné kvalitě jako profil H.264 High, používaný třeba na Blu-ray, je zatím na kreslícím prkně, ale už je označován spíše jako H.264+. Půjde tedy zřejmě jen o mírnou evoluci. Současně dnes není na obzoru nějaká klíčová funkce, kvůli které by bylo nutné přidávat další kontejnery. Nabídky jako z DVD jsou možné už řadu let, ale neujaly se, lidé chtějí jen pouštět filmy a stačí jim prostředí přehrávačů.

Za deset let se budeme smát dnešnímu shromažďování filmů na lokálních discích – co budeme chtít, budeme si pouštět z internetu ve vysokém rozlišení. Distribuce videa po internetu si ale stále vystačí s dnešním H.264 kodekem, případně s jeho aktualizovanou verzí. Zkrátka svět nebude nějak dramaticky odlišný od toho dnešního. Formátovou revoluci, jako znamenal v audiu MP3 nebo ve videu H.264 nečekejte. Co se ale změní, bude způsob, jakým budeme video přijímat.

Článek byl převzatý z časopisu Computer