Formát YUV se dělí do dvou skupin - packed a planar, lišící se uložením jasové a barevné složky v paměti. Formáty packed mají uloženy všechny složky YUV do tzv. makropixelů (shluk několika pixelů, např. 4) a jdou po sobě. Planar formáty mají uloženy všechny složky zvlášť, tvoří tedy tři virtuální plochy, které jsou ve výsledku složeny dohromady.

Obrázek 1.4. Vzorkování barevného formátu YUV 4:2:2

Pro formáty YUV se vžilo třičíselné označení, např. YUV 4:2:2. Udává vždy poměr mezi počtem barevné složky vůči jasové a někdy i počet bytů na makropixel (někdy se to ale nedodržuje). V tomto případě je poměr 4:2 a barevná složka tedy obsahuje polovinu bodů vůči jasové - na dva jasové body odpovídá pouze jeden barevný. Podobně YUV 4:1:1 obsahuje pouze čtvrtinu barevné složky oproti jasové a YUV 4:4:4 má rovnocenné kódovnání jasové i barevných složek a měla by tedy být kvalitnější, jenže se přepočítává z YUV 4:2:2 a žádná informace navíc zde tedy není (výhodné pouze pro zpracování).

Z přehledu formátů je vidět, že nejčastějšími a nejpoužívanějšími formáty jsou packed formáty s kódováním YUV 4:2:2 - a mezi nimi YUY2 a UYVY. Ty se také nejvíce používají pro harwarový overlay na grafických kartách. Overlay je buffer v paměti grafické karty, obsahující definici obrazu a dále je harwarově zpracován pro zobrazení (změna velikosti, jas, barevná korekce, transparence apod.), což ulehčuje procesoru při zobrazování. Pro overlay buffery se RGB formáty nepoužívají.

Barevný formát RGB je nativním barevným formátem v počítačích. Pro video se používá především kvůli jednodušší (oproti formátu YUV) aritmetice barev obrazu. Obsahuje tři barevné složky - červenou R, zelenou G a modrou B, které tvoří dohromady vždy jeden obrazový bod. Standardní (nejběžnější) barevný formát RGB má označení RGB24 a udává počet bitů na jeden obrazový pixel. 24bitů, tedy 8 bitů pro každou barvu (R, G a B). Samozřejmě existuje více RGB formátů, ale liší se buď jinačím pořadím barev, nebo jinačím počtem bitů na jeden obrazový bod.

Rovnice 1.1. Vzorce pro převod barevného formátu RGB na YUV

Rovnice 1.2. Vzorce pro převod barevného formátu YUV na RGB

Takovéto video máme již na dlani v digitální podobě. Jsou jimi např. video ve formátu AVI, film na Video CD (VCD), Super Video CD (SVCD), či třeba DVD. Toto video již lze jen zkopírovat do počítače na pevný disk a ihned s ním začít pracovat, stříhat a upravovat.

Digitální kamery (Digital8, MiniDV, DV)jsou v dnešní době špičkové zařízení, které ukládají na nějaké médium video v digitální podobě DV. Avšak neukládá se čistě nekomprimovaně z důvodu vysokého datového toku. Ke kompresi obrazu se používá tzv. algoritmus DCT (diskrétní kosínová transformace ) při němž se dosáhne přesného kompresního poměru 5:1 a datového toku 25Mbit/s. Není to vlastně ani tak komprese, jak způsob kódování obrazu. Obraz je ve formátu YUV 4:2:0. Zápis 4:2:0 je poněkud zavádějící. Znamenalo by to 4xY, 2xCr a 0xCb, tedy ztracená barevná informace Cb. Funguje to ovšem poněkud jinak. Podle zjištění, systému PAL lépe vyhovuje rovnoměrné vzorkování barevné složky ve vertikálním i horizontálním směru. Jasová informace je vzorkována standartním způsobem, informace Cr se vzorkuje každý lichý řádek a informace Cb se vzorkuje zase na sudých řádcích, každé s poloviční frekvencí vůči jasové složce. Vzorec 4:2:0 ovšem vyjadřuje pouze vzorkování v horizontálním směru.

Jistě si lze také všimnout několika spolu existujících formátů, jako je MiniDV, DVCAM, DVCPRO, Digital8. Jsou to různé formáty od různých firem, přesto všechny tyto formáty používají stejné kódování obrazu, tedy DV kompresi. Rozdíl je pouze v používaném médiu. Formáty DVCAM a DVCPRO jsou určeny pro poloprofesionální až profesionální využití a liší se tedy kvalitou a odolností úložného média. Jinak je to ale se systémem D-9 a DVCPRO50. I tyto systémy používají klasickou DV kompresi, ale používají současně (paralelně) dva kodeky. Datový tok je pak dvojnásobný, ale i kvalita je vyšší.

Význam digitálního záznamu je samozřejmý. Vlivem stárnutí, či přehrávání nedochází absolutně k žádné ztrátě kvality, vyjma případu, kdy dojde k poškození úložného média. Samotné digitální kamery by však ztrácely význam, pokud by nebylo možné pořízený video záznam nějakým způsobem dostat do počítače k dalšímu zpracování. Jako rozhraní pro komunikaci osobních počítačů s digitálními kamerami bylo vybráno rozhraní Fire Wire, u jehož zrodu stály firmy Apple a Hewlet Packard. Rozhraní bylo později patentováno pod označením IEEE 1394, přesto některé firmy označují rozhraní po svém, např. firma Sony jej nazývá rozhraní iLink. Rozhraní Fire Wire má vysokou podporu v hardware. Podporuje systém Plug and Play, a připojení k jednomu portu až 73 zařízení, jako jsou pevné disky, digitální kamery, digitální fotoaparáty, skenery a jiné multimediální zařízení. Rozhraní bylo navrženo pro vysoké datové toky a dosahuje rychlosi 400Mbit/s. Klasické amatérské digitální kamery mají konstantní datový 25Mbit/s, takže je vidět dostatečná předimenzovanost. Přehrání záznamu z videokamery do počítače, či jiného zařízení pracující s digitálním videem se pak děje 1:1. Tudíž se celý záznam přenese bez ztráty jakékoliv informace.

Rád bych zde zmínil důležitý fakt. Některé digitální videokamery obsahují funkci průchozího A/D a D/A převodníku. Tato funkce je, dle mého názoru, asi nejlepší způsob, jak lze získat digitální kopii analogového záznamu s nejmenší ztrátou kvality. Převodníku na vstup přijde buď kompozitní nebo SVHS propojením analogový signál, převodník jej převede a na výstupu je již 25Mbitový proud záznamu v DV formátu. Přes kameru lze takto zdigitalizovat třeba nahrávky ze starší videokamery, či nahrávky z VHS nebo S-VHS videa.

Zachytávací karty a TV-karty jsou zařízení obsahující A/D převodník, který provádí převod analogového signálu do jeho digitální podoby. Většinou také karty, určené pro polo-profesionální využití, obsahují čip provádějící hardwarovou kompresi obrazu. Nejčastěji se používá hardware M-JPEG komprese, protože je vhodná pro střih, ale existují i karty provádějící MPEG1 a MPEG2 hardwarovou kompresi. Nevýhodou často bývá těsná svázanost zdigitalizovaného videa s hardwarovou kartou. Softwarová část kodeku bývá totiž vázána na detekci hardware a nelze takto zachycené video přehrát v jiném počítači. Řešením je konverze do jiného a kompatibilnějšího formátu. Na druhou stranu může softwarová část kodeku využívat hardware i k jiným účelům. Různé převody obrazu, aplikované efekty, korekce barev mohou být hardwarově urychlované a převod videa pak může být mnohonásobně rychlejší, než při použití slabého procesoru k náročným výpočtům.

RAW není vlastně žádný kodek, ale již zmíněný nekomprimovaný formát. Pro plný PAL (720x576) má datový tok 31,1 MB/s, pro poloviční PAL (352X288) má datový tok 7,6 MB/s

Tento kodek komprimuje video s použítím Huffmanova kódování. V nejlepším případě komprimuje až na 40% původní velikosti. Zvládá kompresi obrazu v barevném formátu RGB i YUV, je velmi rychlý a je zdarma.

Tento kodek byl vyvinut společností Intel. Má poměrně dobrou kvalitu obrazu. Lze nastavit, aby každý snímek byl klíčový. Při nastavení kvality na 100% je výsledný obraz téměř k nerozeznání od nekomprimovaného.

H.261 je standard pro videokonference a videotelefonii přes ISDN. Umožňuje regulovat tok dat v závislosti na propustnosti sítě. Přenos dat je 64kbit/s nebo 128kbit/s (dva kanály ISDN). Kodek H.263 implementuje vyšší přesnost při pohybu než H.261. Jeho použití je pro monitorovací systémy a pro videokonference s velkou obrazovkou.

Tento kodek je standardní součástí všech operačních systémů firmy Microsoft od verze Windows 95. Kvalitou výsledného obrazu je ovšem velice špatný. I při nastavené 100% kvalitě je pozorovatelné čtverečkování a jiné nepříjemné vady v obraze. Kodek je navíc poměrně pomalý a takto zakódované video je dokonce větší než stejné video zakomprimované bezeztrátovým kodekem HuffYUV!

Kompresní kodek MJPEG (Motion JPEG) je založen na kompresi jednotlivých snímků použitím komprese JPEG. Tento kodek má většinou volitelný kompresní poměr v rozmezí 6:1 do 16:1. Při kompresním poměru 1:8 je kvalita obrazu stále ještě velmi dobrá a datový tok se pohybuje kolem 4 MB/s a dosahuje tak dobrého poměru kvalita/velikost. Velikou předností tohoto kodeku je, že každý snímek je komprimován samostatně a je tedy vždy klíčový. Proto je tento kodek velmi vhodný pro střih videa na počítači. Zároveň je implementován hardwarově v mnoha polo-profesionálních zachytávacích kartách a zachytávání pak funguje bezproblémově i na velmi pomalých počítačích ( stačí CPU 300MHz). Častou nevýhodou takto hardwarově implementovaného kodeku je nemožnost přehrát zachycené video na jiném počítači bez tohoto hardware. Softwarový kodek komprimující video kodekem MJPEG je například PICVideo MJPEG Codec.

MPEG je zkratkou pro Motion Pictures Experts Group. Cílem práce této skupiny bylo standardizovat metody komprese videosignálu a vytvořit oteveřenou a efektivní kompresi. Formát MPEG-1 byl dokončen v roce 1991 a jako norma přijat roku 1992 - ISO/IEC-11172. Byl navržen pro práci s videem o rozlišení 352x288 bodů a 25 snímků/s při datovém toku 1500kbit/s. Parametry komprese MPEG-1 jsou srovnávány s analogovým formátem VHS. Formát MPEG-1 se stal součástí tzv. „White Book“ , což je definováno jako norma pro záznam pohyblivého obrazu na CD (74 minut videa).

MPEG komprese používá ke kompresi videa I, P a B snímky. I snímky (Intra Pictures) jsou snímky klíčové, jsou komprimovány obdobně jako MJPEG, ale navíc s možností komprimovat různé části obrazu různým stupněm komprese. P-snímky (Predicted Pictures) jsou kódovány s ohledem na nejbližší předchozí I nebo P-snímek. B-snímky (Bidirectional Pictures) jsou pak dopočítávané jako rozdílové snímky mezi nejbližším předchozím I nebo P-snímekm a nebližším následujícím I nebo P-snímkem. Celá sekvence snímků (od jednoho I po další I snímek) se pak nazývá GOP (Group of Pictures) a standardní MPEG stream pro VCD, SVCD a DVD používá pořadí IBBPBBPBBPBBPBBPBB. Přesto MPEG standard neurčuje žádná pravidla a omezení pro vzdálenost I a P snímků. Komprese navíc umožňuje kdykoliv ukončit GOP a předčasně tak použít další sekvenci GOP začínající snímkem I. Toto vede především ke zlepšení kvality videa. Komprimované video obsahující proměnlivé vzdálenosti mezi klíčovými snímky se pak nazývá VKI (Variable Keyframe Interval). Počet I, P a B snímků lze většinou nastavit, záleží na implementaci kompresoru. Z pohledu zabíraného místa pak I snímky zabírají nejvíce místa, po nich jsou P snímky a úplně nejméně místa zabírají snímky B. Komprese MPEG-1 se nehodí pro střih videa z důvodu vzdálených klíčových snímků. Většina střihových programů však umožňuje export do formátu MPEG-1. Tento kodek je totiž jeden z nejrozšířenějších formátů a lze jej softwarově přehrát téměř na každém počítači a stejně tak na 95% všech stolních DVD přehrávačích. Tento formát lze také streamovat. Bohužel v dnešní době je již tento kodek zastaralý, přesto je to nejkompatibilnější formát. Co se týče kvality je v porovnání s jinými kodeky na tom poněkud hůře, protože abysme dosáhly dobré kvality obrazu, potřebuje mnohem více bitů na kompresi než u jiných kodeků (DivX, XviD)

Po dokončení MPEG1 standardu jej začali lidé používat, a snažili se jej používat i na vyšší rozlišení. Narazili ale na několik problémů, kvůli kterému byl MPEG1 nepoužitelný. Komprese MPEG1 zvládá komprimovat pouze celé snímky. Nepodporuje však kompresi snímků prokládaných. Formát MPEG-2 byl dokončen v roce 1994 a stal se standardem pro kompresi digitálního videa. Byl navržen tak, aby dosahoval vysílací kvality videa. Oproti MPEG-1 přináší komprese MPEG-2 podporu pro prokládané snímky, tedy půlsnímky. Dále proměnlivý datový tok, což umožňuje v náročnějších scénách videa použít více bitů pro kompresi a naopak v klidnějších scénách se použije méně bitů. Samozřejmě dále podporuje i konstantní datový tok.

Při stejném datovém toku a plném rozlišení (720x576) dosahuje MPEG2 mnohem vyšší kvality obrazu než MPEG1 komprese. Nevýhodou komprese MPEG2, je na druhou stranu velmi vysoké zatížení procesoru při přehrávání, a prakticky žádný rozdíl v kvalitě oproti MPEG1 kompresi při nízkých rozlišeních. Pro streamování v nízké kvalitě je tedy vhodnější komprese MPEG1, zatímco pro plné rozlišení a vysoké datové toky zase MPEG2.

Pro HDTV (High Definition TV) měl být určen MPEG-3. Jeho vývoj byl ale zastaven, protože pro požadavky HDTV plně postačuje formát MPEG-2.

MPEG-4 byl vyvinut opět společností Motion Picture Experts Group. Není to již přesná definice komprese a komprimačních algoritmů, nýbrž je to množina parametrů a vlastností, které musí kompresor splňovat, aby byl MPEG-4 kompatibilní. Známe tedy různé implementace MPEG-4, které vybírají z definice MPEG-4 vždy to, co je pro daný formát vhodnější. Kodeky využívající způsoby komprese MPEG-4 jsou např. Microsoft MPEG-4 v1, v2 a v3, DivX 4, DivX 5, XviD a další

Firma Microsoft si všimla úspěchů na poli streamovaného videa, kterých dosahovali společnosti Apple a RealNetworks svými formáty Quicktime, MOV a RM, a vyvinula vlastní formát ASF (Advanced Streaming Format), určený především pro stream videa. ASF je formát i komprese, vychází z formátu AVI a dovoluje použít pouze kompresi Microsoft MPEG4. Firma Microsoft uvedla i formát WMV, který je novější verzí ASF. Komprese ASF částečně implementuje MPEG4, nepodporuje totiž B-snímky.

Quicktime je formát vyvinutý firmou Apple, který byl v dřívější době, kdy mu nekonkuroval MPEG velmi zajímavý a používaný. Je přenositelný mezi PC a Macintosh platformami, používá kompresi 5:1 až 25:1. Dnes se používá například na prezentačních CD a pro video streaming. Přesto v dnešní době již tento formát netrhá žádné rekordy a nelze jej příliš doporučit pro použití v praxi. Nutný je také přehrávač, který ale není součástí operačních systémů, a je tedy nutné si jej z webových stránek firmy Apple stáhnout. Také firma Apple tvrdí, že Quicktime je plně kompatibilní MPEG4 kodek, ale v přehrávači Quicktime verze 6.0 nebylo možné přehrát opravdový MPEG4 stream.

Real Video a Real System G2 jsou formáty komprese vyvinuté firmou Real Networks. Má podobné vlastnosti jako Quicktime, ale je více zaměřen na kompresi streamovaného videa.

DivX 3.11a Aplha je nelegální a upravená verze kodeku ASF MS-MPEG4v3. Microsoft v beta verzi tohoto kodeku umožňoval ukládání videa do formátu AVI, ale ve finální verzi toto zakázal. Přesto se jednomu počítačovému pirátovi podařilo upravit finální kodek tak, aby umožňoval dále kompresi do formátu AVI. Vznikem tohoto nelegálně upraveného kodeku byly také odstraněné některé špatné vlastnosti kodeku ASF. Již nebylo omezeno maximální rozlišení na 352x288.

Tento kodek, přestože je nelegální, zahýbal světem digitálního videa na počítačích. Na 1CD se jeho pomocí podaří uložit až 1 hodina filmu ve velmi uspokojivé kvalitě. Snížením datového toku lze samozřejmě nahrát více, ale na úkor kvality. V dnešní době je ale tento nelegální kodek již překonán a není tedy důvod jej nelegálně používat.

Skupina lidí majících prsty v upraveném kodeku DivX 3.11 Alpha se rozhodla vytvořit vlastní kodek. Z výchozího projektu nazvaný OpenDivX vyšla první verze nazvaná DivX 4, která byla sice dostupná i se zdrojovými kódy, ale kvalita kodeku nedosahovala kvalit kodeku DivX 3.11a. Kodek DivX 4 podporuje několik variant komprese. Jednoprůchodová s daným datovým tokem, jednoprůchodová s danou kvalitou a dvouprůchodová. První zmíněná varianta komprese se snaží při kompresi videa dodržet daný datový tok. Mnohdy jej ale nedodrží a vytvoří kódované video mnohem větší než předpokládané. Varianta komprese s danou kvalitou pak komprimuje tak, aby kodek dosáhl dané konstantní kvality. Nevýhodou je nepředvídatelná velikost souboru. Poslední varianta je dvouprůchodová komprese. Provádí se dvěma průchody komprimovaného videa. Při prvním průchodu se analyzuje komprimované video a zapisují se získané informace do logovacího souboru. Při druhém průchodu se využívá informace z prvního průchodu a efektivněji se využívá datový tok. Pro scény s vyšší Komprese DivX 4 používá I a P snímky. Podporuje také proměnlivou vzdálenost I-snímků (VKI).

Od verze DivX 5 je již kodek uzavřený, bez zdrojových kódů. Kodek je kompatibilní s MPEG-4, komprimuje do formátu MPEG-4 Simple Profile a zvládá přehrávání předchozích verzí kodeku DivX, MPEG-4 Simple Profile, MPEG-4 Advanced Simple Profile a H.263 (videokonference). DivX 5 používá pokročilejší techniky při kompresi a oproti DivX verze 4 dosahuje zlepšení kvality až o 25% při zachování velikosti souboru.

DivX 5 má integrované některé nástroje/filtry v sobě a umožňuje tak přímo při kompresi změnit rozměry obrazu, aplikovat filtr rozprokládání, ořezat obraz a jiné. Dále implementuje algoritmy pro zvýšení komprese využitím tzv. psychovizuálního modelu. Při něm se dosahuje lepší komprese bez znatelné ztráty kvality a to díky znalostem o lidském vizuálním systému. Implementuje obousměrnou kompresi, tedy B-snímky. Dále tzv. globální kompenzaci pohybu, což je algoritmus, který optimalizuje kompresi pro panorámování, roztmívání obrazu, přibližování, náhlé změny jasu (exploze), stagnující plochy (voda) a další. Kodek také umí export čistě do MPEG-4 formátu a konverzi mezi ním a AVI formátem. Jak je vidět kodek DivX 5 toho přinesl poměrně dost, ale jeho nevýhodou je placená/reklamová plná verze.

V momentě, kdy se OpenDivX stal uzavřeným, se toto nelíbilo některým programátorům pracujícím na OpenDivXu, vzali si zdrojové kódy, ještě otevřeného OpenDivXu, a začali vyvíjet vlastní verzi kodeku nazvanou XviD. XviD je opět MPEG-4 kompatibilní kodek a implementuje mnoho vlastností MPEGu 4, bohužel zatím nepodporuje obousměrné kódování (B-snímky). Kodek XviD obsahuje mnoho nastavení a k dosažení kvalitního výstupu je potřeba vědět o tomto kodeku opravdu hodně a správné nastavení kodeku je poměrně obtížné. Také umí produkovat MPEG-4 kompatibilní datové proudy.

Dlouho jsem váhal, kam zařadit tento kodek. V mnoha pramenech se píše, že je to kodek bezeztrátový, realita je ovšem jiná. Aby dosáhl v minulé kapitole zmíněného konstantního poměru 5:1, tak dochází ke ztrátě informace. Přesto je kompresní algoritmus velmi dokonalý a obraz lze srovnávat s kompresemi bezeztrátovými.

PCM, jak jsme si již řekli, ukládá zvuk nekomprimovaně. Toto lze použít pouze pro nahrávání, kvůli svému velkému objemu se nehodí na archivaci.

Tento kodek se přestal používat, pro nízkou kvalitu zvuku a vysoký datový tok.

MP2 nahradilo MP1. Kodek se používá ke kompresi zvuku ve formátech MPEG1, MPEG2, VCD, SVCD, DVD. Pro uložení stereo zvuku se používá konstantní datový tok 224kbit/s a vzorkovací frekvence 32-48kHz. Kódování do tohoto formátu zvládají všechny programy implementující export do MPEG1 nebo MPEG2 formátu. Samostatnou aplikaci pro kódování do MP2 lze nalézt velmi kvalitní program tooLame.

MP3 je náhradou pro MP1 a MP2. Při nižších datových tocích dosahuje vyšší kvality. Nevýhodou je, že není podporován ani v MPEG1 ani v MPEG2 kompresi a je určen výhradně na kompresi zvuku. V dnešní době se tento kodek používá nejvíce k ukládání písniček. Při nízkém datové toku dosahuje kvality zvuku kompaktního disku. Kodek lze různě nastavovat, především datový tok, čímž je dána také výsledná kvalita zvuku. Některé komprimační programy umožňují také, kromě konstantního datového toku nastavit také datový tok proměnlivý, což má za následek opět zvýšení výsledné kvality. Například pro datový tok 192kbitů/s, 44100Hz, stereo je datový tok jen 24KB/s. Kromě použití pro ukládání písniček se také používá pro kompresi zvukové stopy videa v AVI formátu. Jako kvalitní programy pro kódování zvuku do MP3 lze považovat programy LAME a kodek institutu Frauenhofer.

Firma Microsoft pro své formáty WMV a ASF vyvinula tento zvukový kodek. Udává, že při 64kbit je kvalita zvuku srovnatelná s kompaktním diskem, ale rozhodně to tak není. Kvalitu lze spíše srovnávat s kvalitami kodeku MP3. Zvuk lze enkódovat pouze s Windows Media Tools.

Existuje mnohem více zvukových formátů, které dosahují vyšších kvalit. Nabízejí vyšší datové toky, podporu více reproduktorových systémů. V amatérských podmínkách ale neexistují volně dostupné nástroje k jejich výrobě.

RAW není vlastně žádný kodek, ale již zmíněný nekomprimovaný formát. Pro plný PAL (720x576) má datový tok 31,1 MB/s, pro poloviční PAL (352X288) má datový tok 7,6 MB/s

Tento kodek komprimuje video s použítím Huffmanova kódování. V nejlepším případě komprimuje až na 40% původní velikosti. Zvládá kompresi obrazu v barevném formátu RGB i YUV, je velmi rychlý a je zdarma.

Tento kodek byl vyvinut společností Intel. Má poměrně dobrou kvalitu obrazu. Lze nastavit, aby každý snímek byl klíčový. Při nastavení kvality na 100% je výsledný obraz téměř k nerozeznání od nekomprimovaného.

H.261 je standard pro videokonference a videotelefonii přes ISDN. Umožňuje regulovat tok dat v závislosti na propustnosti sítě. Přenos dat je 64kbit/s nebo 128kbit/s (dva kanály ISDN). Kodek H.263 implementuje vyšší přesnost při pohybu než H.261. Jeho použití je pro monitorovací systémy a pro videokonference s velkou obrazovkou.

Tento kodek je standardní součástí všech operačních systémů firmy Microsoft od verze Windows 95. Kvalitou výsledného obrazu je ovšem velice špatný. I při nastavené 100% kvalitě je pozorovatelné čtverečkování a jiné nepříjemné vady v obraze. Kodek je navíc poměrně pomalý a takto zakódované video je dokonce větší než stejné video zakomprimované bezeztrátovým kodekem HuffYUV!

Kompresní kodek MJPEG (Motion JPEG) je založen na kompresi jednotlivých snímků použitím komprese JPEG. Tento kodek má většinou volitelný kompresní poměr v rozmezí 6:1 do 16:1. Při kompresním poměru 1:8 je kvalita obrazu stále ještě velmi dobrá a datový tok se pohybuje kolem 4 MB/s a dosahuje tak dobrého poměru kvalita/velikost. Velikou předností tohoto kodeku je, že každý snímek je komprimován samostatně a je tedy vždy klíčový. Proto je tento kodek velmi vhodný pro střih videa na počítači. Zároveň je implementován hardwarově v mnoha polo-profesionálních zachytávacích kartách a zachytávání pak funguje bezproblémově i na velmi pomalých počítačích ( stačí CPU 300MHz). Častou nevýhodou takto hardwarově implementovaného kodeku je nemožnost přehrát zachycené video na jiném počítači bez tohoto hardware. Softwarový kodek komprimující video kodekem MJPEG je například PICVideo MJPEG Codec.

MPEG je zkratkou pro Motion Pictures Experts Group. Cílem práce této skupiny bylo standardizovat metody komprese videosignálu a vytvořit oteveřenou a efektivní kompresi. Formát MPEG-1 byl dokončen v roce 1991 a jako norma přijat roku 1992 - ISO/IEC-11172. Byl navržen pro práci s videem o rozlišení 352x288 bodů a 25 snímků/s při datovém toku 1500kbit/s. Parametry komprese MPEG-1 jsou srovnávány s analogovým formátem VHS. Formát MPEG-1 se stal součástí tzv. „White Book“ , což je definováno jako norma pro záznam pohyblivého obrazu na CD (74 minut videa).

MPEG komprese používá ke kompresi videa I, P a B snímky. I snímky (Intra Pictures) jsou snímky klíčové, jsou komprimovány obdobně jako MJPEG, ale navíc s možností komprimovat různé části obrazu různým stupněm komprese. P-snímky (Predicted Pictures) jsou kódovány s ohledem na nejbližší předchozí I nebo P-snímek. B-snímky (Bidirectional Pictures) jsou pak dopočítávané jako rozdílové snímky mezi nejbližším předchozím I nebo P-snímekm a nebližším následujícím I nebo P-snímkem. Celá sekvence snímků (od jednoho I po další I snímek) se pak nazývá GOP (Group of Pictures) a standardní MPEG stream pro VCD, SVCD a DVD používá pořadí IBBPBBPBBPBBPBBPBB. Přesto MPEG standard neurčuje žádná pravidla a omezení pro vzdálenost I a P snímků. Komprese navíc umožňuje kdykoliv ukončit GOP a předčasně tak použít další sekvenci GOP začínající snímkem I. Toto vede především ke zlepšení kvality videa. Komprimované video obsahující proměnlivé vzdálenosti mezi klíčovými snímky se pak nazývá VKI (Variable Keyframe Interval). Počet I, P a B snímků lze většinou nastavit, záleží na implementaci kompresoru. Z pohledu zabíraného místa pak I snímky zabírají nejvíce místa, po nich jsou P snímky a úplně nejméně místa zabírají snímky B. Komprese MPEG-1 se nehodí pro střih videa z důvodu vzdálených klíčových snímků. Většina střihových programů však umožňuje export do formátu MPEG-1. Tento kodek je totiž jeden z nejrozšířenějších formátů a lze jej softwarově přehrát téměř na každém počítači a stejně tak na 95% všech stolních DVD přehrávačích. Tento formát lze také streamovat. Bohužel v dnešní době je již tento kodek zastaralý, přesto je to nejkompatibilnější formát. Co se týče kvality je v porovnání s jinými kodeky na tom poněkud hůře, protože abysme dosáhly dobré kvality obrazu, potřebuje mnohem více bitů na kompresi než u jiných kodeků (DivX, XviD)

Po dokončení MPEG1 standardu jej začali lidé používat, a snažili se jej používat i na vyšší rozlišení. Narazili ale na několik problémů, kvůli kterému byl MPEG1 nepoužitelný. Komprese MPEG1 zvládá komprimovat pouze celé snímky. Nepodporuje však kompresi snímků prokládaných. Formát MPEG-2 byl dokončen v roce 1994 a stal se standardem pro kompresi digitálního videa. Byl navržen tak, aby dosahoval vysílací kvality videa. Oproti MPEG-1 přináší komprese MPEG-2 podporu pro prokládané snímky, tedy půlsnímky. Dále proměnlivý datový tok, což umožňuje v náročnějších scénách videa použít více bitů pro kompresi a naopak v klidnějších scénách se použije méně bitů. Samozřejmě dále podporuje i konstantní datový tok.

Při stejném datovém toku a plném rozlišení (720x576) dosahuje MPEG2 mnohem vyšší kvality obrazu než MPEG1 komprese. Nevýhodou komprese MPEG2, je na druhou stranu velmi vysoké zatížení procesoru při přehrávání, a prakticky žádný rozdíl v kvalitě oproti MPEG1 kompresi při nízkých rozlišeních. Pro streamování v nízké kvalitě je tedy vhodnější komprese MPEG1, zatímco pro plné rozlišení a vysoké datové toky zase MPEG2.

Pro HDTV (High Definition TV) měl být určen MPEG-3. Jeho vývoj byl ale zastaven, protože pro požadavky HDTV plně postačuje formát MPEG-2.

MPEG-4 byl vyvinut opět společností Motion Picture Experts Group. Není to již přesná definice komprese a komprimačních algoritmů, nýbrž je to množina parametrů a vlastností, které musí kompresor splňovat, aby byl MPEG-4 kompatibilní. Známe tedy různé implementace MPEG-4, které vybírají z definice MPEG-4 vždy to, co je pro daný formát vhodnější. Kodeky využívající způsoby komprese MPEG-4 jsou např. Microsoft MPEG-4 v1, v2 a v3, DivX 4, DivX 5, XviD a další

Firma Microsoft si všimla úspěchů na poli streamovaného videa, kterých dosahovali společnosti Apple a RealNetworks svými formáty Quicktime, MOV a RM, a vyvinula vlastní formát ASF (Advanced Streaming Format), určený především pro stream videa. ASF je formát i komprese, vychází z formátu AVI a dovoluje použít pouze kompresi Microsoft MPEG4. Firma Microsoft uvedla i formát WMV, který je novější verzí ASF. Komprese ASF částečně implementuje MPEG4, nepodporuje totiž B-snímky.

Quicktime je formát vyvinutý firmou Apple, který byl v dřívější době, kdy mu nekonkuroval MPEG velmi zajímavý a používaný. Je přenositelný mezi PC a Macintosh platformami, používá kompresi 5:1 až 25:1. Dnes se používá například na prezentačních CD a pro video streaming. Přesto v dnešní době již tento formát netrhá žádné rekordy a nelze jej příliš doporučit pro použití v praxi. Nutný je také přehrávač, který ale není součástí operačních systémů, a je tedy nutné si jej z webových stránek firmy Apple stáhnout. Také firma Apple tvrdí, že Quicktime je plně kompatibilní MPEG4 kodek, ale v přehrávači Quicktime verze 6.0 nebylo možné přehrát opravdový MPEG4 stream.

Real Video a Real System G2 jsou formáty komprese vyvinuté firmou Real Networks. Má podobné vlastnosti jako Quicktime, ale je více zaměřen na kompresi streamovaného videa.

DivX 3.11a Aplha je nelegální a upravená verze kodeku ASF MS-MPEG4v3. Microsoft v beta verzi tohoto kodeku umožňoval ukládání videa do formátu AVI, ale ve finální verzi toto zakázal. Přesto se jednomu počítačovému pirátovi podařilo upravit finální kodek tak, aby umožňoval dále kompresi do formátu AVI. Vznikem tohoto nelegálně upraveného kodeku byly také odstraněné některé špatné vlastnosti kodeku ASF. Již nebylo omezeno maximální rozlišení na 352x288.

Tento kodek, přestože je nelegální, zahýbal světem digitálního videa na počítačích. Na 1CD se jeho pomocí podaří uložit až 1 hodina filmu ve velmi uspokojivé kvalitě. Snížením datového toku lze samozřejmě nahrát více, ale na úkor kvality. V dnešní době je ale tento nelegální kodek již překonán a není tedy důvod jej nelegálně používat.

Skupina lidí majících prsty v upraveném kodeku DivX 3.11 Alpha se rozhodla vytvořit vlastní kodek. Z výchozího projektu nazvaný OpenDivX vyšla první verze nazvaná DivX 4, která byla sice dostupná i se zdrojovými kódy, ale kvalita kodeku nedosahovala kvalit kodeku DivX 3.11a. Kodek DivX 4 podporuje několik variant komprese. Jednoprůchodová s daným datovým tokem, jednoprůchodová s danou kvalitou a dvouprůchodová. První zmíněná varianta komprese se snaží při kompresi videa dodržet daný datový tok. Mnohdy jej ale nedodrží a vytvoří kódované video mnohem větší než předpokládané. Varianta komprese s danou kvalitou pak komprimuje tak, aby kodek dosáhl dané konstantní kvality. Nevýhodou je nepředvídatelná velikost souboru. Poslední varianta je dvouprůchodová komprese. Provádí se dvěma průchody komprimovaného videa. Při prvním průchodu se analyzuje komprimované video a zapisují se získané informace do logovacího souboru. Při druhém průchodu se využívá informace z prvního průchodu a efektivněji se využívá datový tok. Pro scény s vyšší Komprese DivX 4 používá I a P snímky. Podporuje také proměnlivou vzdálenost I-snímků (VKI).

Od verze DivX 5 je již kodek uzavřený, bez zdrojových kódů. Kodek je kompatibilní s MPEG-4, komprimuje do formátu MPEG-4 Simple Profile a zvládá přehrávání předchozích verzí kodeku DivX, MPEG-4 Simple Profile, MPEG-4 Advanced Simple Profile a H.263 (videokonference). DivX 5 používá pokročilejší techniky při kompresi a oproti DivX verze 4 dosahuje zlepšení kvality až o 25% při zachování velikosti souboru. DivX 5 má integrované některé nástroje/filtry v sobě a umožňuje tak přímo při kompresi změnit rozměry obrazu, aplikovat filtr rozprokládání, ořezat obraz a jiné. Dále implementuje algoritmy pro zvýšení komprese využitím tzv. psychovizuálního modelu. Při něm se dosahuje lepší komprese bez znatelné ztráty kvality a to díky znalostem o lidském vizuálním systému. Implementuje obousměrnou kompresi, tedy B-snímky. Dále tzv. globální kompenzaci pohybu, což je algoritmus, který optimalizuje kompresi pro panorámování, roztmívání obrazu, přibližování, náhlé změny jasu (exploze), stagnující plochy (voda) a další. Kodek také umí export čistě do MPEG-4 formátu a konverzi mezi ním a AVI formátem. Jak je vidět kodek DivX 5 toho přinesl poměrně dost, ale jeho nevýhodou je placená/reklamová plná verze.

V momentě, kdy se OpenDivX stal uzavřeným, se toto nelíbilo některým programátorům pracujícím na OpenDivXu, vzali si zdrojové kódy, ještě otevřeného OpenDivXu, a začali vyvíjet vlastní verzi kodeku nazvanou XviD. XviD je opět MPEG-4 kompatibilní kodek a implementuje mnoho vlastností MPEGu 4, bohužel zatím nepodporuje obousměrné kódování (B-snímky). Kodek XviD obsahuje mnoho nastavení a k dosažení kvalitního výstupu je potřeba vědět o tomto kodeku opravdu hodně a správné nastavení kodeku je poměrně obtížné. Také umí produkovat MPEG-4 kompatibilní datové proudy.

Dlouho jsem váhal, kam zařadit tento kodek. V mnoha pramenech se píše, že je to kodek bezeztrátový, realita je ovšem jiná. Aby dosáhl v minulé kapitole zmíněného konstantního poměru 5:1, tak dochází ke ztrátě informace. Přesto je kompresní algoritmus velmi dokonalý a obraz lze srovnávat s kompresemi bezeztrátovými.