Verwerkingsprocedure voor digitale video

Transcriptie

1 Verwerkingsprocedure voor digitale video notitie datum: 21 juni 2005 auteur: Onno Huber, BI, Faculteit der Letteren 1. Inleiding De procedure die nodig is voor het gebruik van video in het onderwijs kan opgedeeld worden in een reeks van stappen of deelprocedures, die voor elke video-opname moeten worden uitgevoerd. Voor elke stap afzonderlijk kunnen een aantal keuzes worden gemaakt t.a.v. de volgende zaken: wie: wie zijn betrokken bij de uitvoering van de taken; wie heeft het beheer over het materiaal tijdens de uitvoering van de deelprocedure; wie krijgt het beheer over het resultaat; wat: welke gegevens (inclusief metagegevens) worden er opgeslagen, in welk formaat, op welk medium; waarmee: welke apparatuur en programmatuur worden gebruikt; waar: in eigen huis uitvoeren of uitbesteden. De procedure als geheel wordt gecoordineerd door de facultaire AV-medewerker. Hij neemt opdrachten van opdrachtgevers binnen de faculteit (meestal docenten, zie de paragraaf over aanlevering / intake) aan -- dwz. neemt video s of aanvragen voor opname van video s in behandeling --, beheert het facultaire digitale video-archief en verzorgt of coordineert de distributie van video s. Uitbesteding van taken aan externe instanties (AVC, commercieel bedrijf) verloopt altijd via de AV-medewerker. Wanneer er verschillende personen bij de uitvoering van opeenvolgende stappen betrokken zijn, moet in afspraken worden vastgelegd hoe zij werkbestanden (videomateriaal en werkdocumenten) aan elkaar overdragen, bijvoorbeeld op cdrom of dvd of via ftp of door plaatsing van bestanden in een gemeenschappelijke map op een harde schijf in het facultaire netwerk. De details zijn afhankelijk van de gemaakte keuzes bij de betreffende stappen. Een essentiele randvoorwaarde is dat alle stappen op elkaar aansluiten, dwz. dat het resultaat van elke stap gebruikt moet kunnen worden in de volgende stap, maw. dat de gebruikte apparatuur en programmatuur telkens compatibel moet zijn met het opslagmedium en het opslagformaat voor het videomateriaal. Dit lijkt een triviale voorwaarde, maar in de praktijk blijkt dit helemaal niet vanzelfsprekend te zijn door het gebrek aan standaardisatie op dit gebied. Er zijn verscheidene proprietary formaten (zoals Windows Media, Real Media en Quicktime) met bijbehorende software in omloop, die onderling niet uitwisselbaar zijn. Daarnaast zijn er drie open standaards MPEG-1, MPEG-2 en MPEG-4, waarvoor zeer veel software van uiteenlopende fabrikanten beschikbaar is. Bovendien zijn de standaards voor Video CD en DVD-Video gebaseerd op de MPEG standaards. Het is derhalve aan te bevelen om intern zo veel mogelijk te standaardiseren op MPEG. Er blijken echter ook compatibiliteitsproblemen te zijn met MPEG, doordat er een wildgroei is van varianten op MPEG en niet al deze varianten door alle software worden ondersteund. Een deel van deze compatibiliteitsproblemen kan worden opgelost met conversies. Het is echter vanwege de vele variatiemogelijkheden niet eenvoudig te bepalen welke conversie er in een bepaalde situatie nodig is. Zie ook de paragraaf over Transcodering. Conversie van een videobestand in een proprietary formaat naar een ander formaat (bijv. MPEG) is meestal niet mogelijk, omdat daarvoor geen software voorhanden is (een gevolg van het feit dat fabrikanten uit concurrentieoverwegingen de precieze specificaties van hun formaat geheim houden).

2 2. Overzicht van stappen Hieronder volgt een algemeen schema van de stappen/deelprocedures in de verwerkingsprocedure voor digitale video en de globale volgorde waarin ze worden uitgevoerd. De exacte volgorde kan enigzins varieren, afhankelijk van welke keuzes er zijn gemaakt. M.n. archiveren en transcoderen van bestanden kunnen op meerdere plaatsen in de procedure plaats vinden. 1. Aanleveren / intake 2. Digitaliseren / encoderen 3. Archiveren 4. Elementaire voorbewerking (kwaliteitsverbetering) 5. Transcoderen naar werken afspeelformaat 6. Fragmenten selecteren 7. Fragmenten uitsnijden 8. Fragmenten bewerken 9. Inbedding in onderwijsapplicaties 10. Distribueren 11. Afspelen 12. Verwijderen van server 3. Beschrijving van de stappen De volgende paragrafen geven een korte beschrijving van de deelprocedures, de te maken keuzes en de belangrijkste overwegingen, die daarbij een rol spelen Aanleveren / intake docenten leveren een (analoge of digitale) video-opname in bij de facultaire AVmedewerker, vergezeld van elementaire metagegevens zoals titel, maker, uitgever, jaar van publicatie, genre, speelduur en naam en vakcode van het studievak, waarin de video gebruikt gaat worden. Eventueel kan ook een bestelling gedaan worden voor een opname van een TV-programma of een download van internet. De faculteit moet tevoren een lijst opstellen van formaten en dragers, die geaccepteerd worden (afhankelijk van verwerkbaarheid en kosten van verwerking). facultaire AV-medewerker, docent. Er dient in facultaire richtlijnen vastgesteld te worden wie er allemaal als opdrachtgever kunnen optreden; wellicht kunnen dat ook anderen dan docenten zijn, zoals onderzoekers, aio s, of studenten die in het kader van een bepaald werkcollege of van een scriptie digitale videofragmenten moeten publiceren. Waar in het vervolg docent vermeld staat, moet eigenlijk ópdrachtgever gelezen worden. metagegevens via formulier op de lijst van geaccepteerde formaten/dragers zouden bijv. kunnen staan: analoog: VHS-cassette, Video-8 cassette digitaal: VCD, DVD-Video, DV-cassette (van DV-camera), mpeg-1 of mpeg-2 bestand op cdrom, dvdrom of per ftp tv-opname: [lijst van beschikbare zenders]

3 metagegevens worden door AV-medewerker ingevoerd in database (zie archivering) of door docent via online-formulier in faculteit deze stap omvat geen digitalisatie of opname, alleen registratie en acceptatie 3.2. Digitaliseren / encoderen digitaliseren: maken van een digitale kopie van analoge opname encoderen: digitaal signaal omzetten in gestructureerd en gecomprimeerd digitaal bestand volgens een bepaald (standaard) formaat alternatieven: AV-medewerker doet dit zelf AV-medewerker geeft opdracht aan externe leverancier (AVC of commercieel bedrijf) resultaat: natuurgetrouwe digitale kopie van het origineel, die als invoer zal dienen voor de verdere verwerking; het formaat van dit bestand duiden we aan als invoerformaat. Het invoerformaat hangt af van wat de leverancier of de gebruikte apparatuur kan leveren; bij voorkeur is dit gelijk aan ons masterformaat (mpeg-2). alternatieven: DVD-recorder (gemakkelijke bediening) computer met videodigitalisatiemodule (met hardware- of software-encoding) (flexibeler, hoogste kwaliteit met hardware-encoding) in eigen huis, AVC of commercieel bedrijf Kleine hoeveelheden kunnen gemakkelijk (en goedkoop) in eigen huis worden verwerkt. De werkzaamheden passen goed in het takenpakket van de facultaire AV-medewerker (apparatuur en software zijn reeds voorhanden). Uitbesteding is eigenlijk alleen aantrekkelijk voor grotere opdrachten (minimale verwerkingstijd: plm. 1 week). Wanneer de originele video al in een geschikt digitaal formaat is aangeleverd (bijv. DVD- Video), hoeft in deze stap niets te gebeuren. Er is nog steeds onduidelijkheid over de tarieven van de digitalisatiediensten van het AVC, over de levertijden en over het type uitvoer dat zij kunnen leveren Archiveren

4 Het archiveren omvat niet alleen het opslaan van bestanden, maar ook het aanleggen en onderhouden van een catalogus of database van metagegevens. Van elke video wordt een kopie in de hoogst mogelijke kwaliteit (masterbestand) gearchiveerd. De database bevat metagegevens m.b.t. de inhoud en technische gegevens, zoals formaten, gebruikte codecs e.d. We kunnen ons afvragen of er twee catalogi moeten worden bijgehouden: voor gearchiveerd materiaal en voor gepubliceerd (online) materiaal. Wellicht kan dit in 1 database. AV-medewerker docent levert inhoudelijke metagegevens Masterbestand wordt gebruikt als bron voor afgeleide bestanden die gemaakt worden t.b.v. bewerken en afspelen. Het formaat moet voldoen aan de volgende eisen: gemakkelijk aan te maken uit invoerformaat, met zo min mogelijk kwaliteitsverlies (dwz. bij voorkeur masterformaat = invoerformaat); hoge kwaliteit opslag (hoge resolutie, hoge kwaliteit compressie); geschikt als uitgangspunt voor transcodering naar werken afspeelformaat Bij de huidige stand van zaken komt MPEG-2 hiervoor het meest in aanmerking. aanmaak bestanden in masterformaat: kan met standaard digitalisatieapparatuur/software; bestandsformaat op DVD-Video is equivalent met mpeg-2 database: kan in een nog te ontwerpen Access database of (online) MySQL database in eigen huis 1. het kan nuttig zijn om bepaalde afgeleide videobestanden (resultaat van bewerking of uitsnijding) apart te archiveren en vervolgens als masterbestand te behandelen 2. het SVP biedt geen mogelijkheid voor opslag van archiefbestanden en heeft ook geen voorzieningen voor de beheer- en administratieve aspecten van de archivering. De SVPcatalogus is alleen bedoeld voor de vermelding van online materiaal en is ook te beperkt om zinvol gebruikt te kunnen worden bij het beheer van gearchiveerd materiaal Elementaire voorbewerking (kwaliteitsverbetering) bijv. bewerkingen als precies afsnijden bij begin/einde van film, normaliseren audiotrack, ruisonderdrukking AV-medewerker video-editing programma in eigen huis 3.5. Transcoderen naar werken afspeelformaat conversie van masterbestand naar een formaat dat geschikt is voor afpelen (met een bepaalde speler) of bewerking met een video-editor.

5 AV-medewerker masterformaat (mpeg-2) naar ander formaat en evt. lagere resolutie. verschillende software kan hiervoor worden gebruikt alternatieven: - videolan (Windows-PC) - ffmpeg (Unix of Linux) - video-editor (sommige ook voor mpeg naar realmedia of windowsmedia formaat, andersom gaat niet) - in eigen huis - uitbesteden zou aantrekkelijk kunnen zijn in combinatie met digitaliseren (bij grote hoeveelheden en mits geen bewerking voorafgaand aan transcodering nodig is) 1. Er bestaan in de praktijk vele varianten op de standaardformaten, doordat bestanden van hetzelfde formaat verschillende encoderingen kunnen hebben, afhankelijk van de. coderingsmodules (de zgn. codecs) waarmee ze zijn gemaakt (voor beeld en geluid ieder afzonderlijk). De meeste afspeel- en bewerkingsprogramma s kunnen slechts met een klein deel van deze varianten overweg. Zo kan het voorkomen dat eenzelfde mpeg-1 bestand met mediaspeler A goed afgespeeld wordt, met speler B wel beeld maar geen geluid, met speler C geen beeld en wel geluid en met speler D noch beeld noch geluid geeft. Dergelijke problemen kunnen vermeden worden door: a. een ander afspeel- of bewerkingsprogramma te kiezen; b. het bestand te transcoderen met een andere video-codec/audio-codec combinatie en/of een andere resolutie, zodanig dat het wel correct door het gewenste programma verwerkt kan worden. Aangezien codecs slecht zijn gedocumenteerd kan de oplossing alleen met proberen gevonden worden (tijdrovend). Overstappen naar andere programmatuur kan (zeker op langere termijn) veel tijd besparen. Wanneer overstap naar andere programmatuur onmogelijk of ongewenst is, zit er niets anders op dan het probleem op te lossen met transcodering. Bij voorkeur standaardiseren we op een set trancoderingsinstellingen die in zoveel mogelijk omstandigheden (bij zoveel mogelijk programma s op zoveel mogelijk PC-configuraties) werkt. Vooralsnog lijkt de volgende combinatie een goede keuze: mpeg-1, video-codec mp1v, audio-codec mp2a, beeldresolutie 352x transcodering gaat meestal gepaard met enig kwaliteitsverlies, met name wanneer de beeldinformatie opnieuw gecomprimeerd moet worden. Daarom kan het afspeelbestand het beste met zo min mogelijk transcoderingsslagen aangemaakt worden. 3. de term hoge kwaliteit video staat in de multimedia- en internetwereld voor een lagere beeldresolutie (en dus lagere kwaliteit) dan in de context van DVDs. Hoge kwaliteit multimedia heeft meestal een resolutie vergelijkbaar met die van VCD, dwz. 352 x 288 pixels, terwijl de resolutie van DVD-Video 720 x 576 pixels is. Wanneer uitgegaan wordt van een masterbestand in DVD-kwaliteit, vallen kwaliteitsverliezen door 1 a 2 transcoderingsslagen in het niet bij het kwaliteitsverlies veroorzaakt door de overgang naar multimediaresoltie. 4. Wanneer een conversie vanaf een proprietary formaat (bijv. realmedia naar mpeg) niet lukt, kan een video eventueel toch omgezet worden via de omweg van een analoog signaal: afspelen op een PC met analoge video-uit aansluiting, via kabeltje opnemen op dvd-recorder of digitaliseren met PC met video-ingang. Dit gaat (uiteraard) niet zonder verlies van beeldkwaliteit, maar het kan in het uiterste geval wel en het kost minder tijd dan eindeloos proberen met transcodingprogramma s. 5. de transcoding service van het SVP zou nog een derde alternatief kunnen zijn, maar de upload-software van het SVP werkt bij ons niet. Wanneer die wel zou werken is de SVP transcoding service alleen een aantrekkelijke optie in combinatie met afspelen via de SVP

6 server; voor gebruik in combinatie met afspelen op een andere manier of met video-editing is deze optie te omslachtig (SVP kent geen download) Fragmenten selecteren Docent; het gaat hier om het nemen van inhoudelijke beslissingen, die alleen door de docent zelf genomen kunnen worden lijstje van begin- en eindpunten (in sec.) van geselecteerde fragmenten altenatieven: - mediaspeler met tijdsaanduiding - mediaspeler met bookmarks in leesbaar ascii-bestand (VideoLan) - video-editor 3.7. Fragmenten uitsnijden op basis van een lijstje van begin- en eindpunten (in sec.) worden de geselecteerde fragmenten naar aparte bestanden gekopieerd of worden er instructies gegenereerd voor een geschikte mediaspeler om alleen de fragmenten af te spelen (virtueel snijden) AV-medewerker of docent (na instructie) alternatieven: - video-editor - videolan in eigen huis de virtuele snijmachine van het SVP werkt bij ons niet. Voor gebruik in combinatie met afspelen op een andere manier is deze optie te omslachtig 3.8. Fragmenten bewerken vooralsnog is er alleen vraag naar relatief eenvoudige bewerkingen, zoals audio onderdrukken, ondertitels afplakken etc. Av-medewerker of docent (na instructie)

7 bewerkingen bij voorkeur op de video in een hoge-kwaliteit-formaat ipv. een afspeelformaat, zodat het resultaat als secundair masterbestand gearchiveerd kan worden - video-editor (een goede homevideo-editor is voldoende; bijv. Nero Video, Pinnacle Studio 9 of Magix Video Deluxe 7 de keuze is afhankelijk van wat er precies gedaan moet worden en door wie) - in eigen huis - alternatief: bij AVC video-editing studio huren of geheel door AVC laten doen, is alleen lonend bij omvangrijk of ingewikkelder editwerk (bijv. monteren van eigen filmproducties) - aangezien video-editors niet (altijd) goed overweg kunnen met MPEG-2 bestanden, is wellicht transcoding nodig - het opnieuw encoderen van bewerkte video in hoge (dvd-) resolutie kan zeer tijdrovend zijn (voor een snelle PC wel 8 uur werk per 1 uur speelduur) 3.9. Inbedding in onderwijsapplicaties pagina's of scripts in onderwijsapplicatie met verwijzingen naar afspeelbestanden van de relevante fragmenten De computerinstructies die nodig zijn om een videofragment in een onderwijsapplicatie af te kunnen spelen zijn afhankelijk van de applicatie, het videoformat en de mediaspeler waarin wordt afgespeeld. In webapplicaties of gewone webpagina s zijn er twee basismethodes om een videofragment af te laten spelen: in een extern mediaspelervenster of in een subvenster dat ingebed is in het browservenster. De eerste methode heeft als belangrijkste voordeel dat de benodigde instructies betrekkelijk eenvoudig zijn, zeer flexibel is en minder hoge systeemeisen stelt: hij werkt bij alle moderne browsers voor alle videoformaten waarvoor een geschikte mediaspeler op de PC beschikbaar is. Een nadeel is dat de browser het bestand waarnaar verwezen wordt meestal niet als videobestand herkent en men moet wachten totdat de gehele video naar de PC is gedownload alvorens de mediaspeler gestart wordt (geen streaming gedrag dus, zoals wel het geval zou zijn wanneer de mediaspeler buiten een omvattende applicatie om gestart zou worden). Dit kan bij een aantal mediaspelers ondervangen worden door indirecte adressering te gebruiken. Hierbij verwijst de webpagina niet naar het videobestand maar naar een adresbestand dat naar het eigenlijke videobestand verwijst. Een dergelijk adresbestand is voldoende klein, zodat de download nauwelijks wachttijd oplevert. Het vereiste adresbestand dat hiervoor moet worden gemaakt, verschilt per mediaspeler (bijv. Real Media Player kent speciale.ram bestanden voor dit doel, bij VideoLan kan gewerkt worden met een playlist bestand). De tweede methode heeft als voordeel dat het videobeeld visueel geintegreerd is in de webpagina en dat de maker van de pagina het gedrag van de mediaspeler beter onder controle kan houden (via parameters in de HTML-code). Nadelen zijn dat de benodigde instructies veel complexer zijn, dat er een plug-in (een speciale programmamodule voor de browser) op de PC geinstalleerd moet zijn, dat het veel minder flexibel is (werkt niet met alle videoformaten, elk type browser een andere plug-in, voor elke mediaspeler een andere plug-in nodig, er zijn voor slechts enkele mediaspelers plug-ins beschikbaar), dat voor elk type browser andere HTML-codes nodig zijn. Het voert te ver om in dit stuk op de technische details in te gaan. Zie voor voorbeelden het materiaal dat tot stand is gebracht in fase 2 van het project.

8 De scripts kunnen meestal met een standaard texteditor als ascii-gegevens worden ingevoerd. Het kan daarbij handig zijn gebruik te maken van sjablonen; soms kunnen de scripts met een speciaal hulpprogramma worden gegenereerd door het invullen van een formulier Distribueren beschikbaarstelling van afspeelbestanden op fysiek medium (CD, DVD) of server alternatieven: http server voordelen: lage kosten, gemakkelijk beheer, flexibel, niet gebonden aan bepaalde mediaformaten nadelen: volledige download video nodig bij sommige mediaspelers DVD-Video voordelen: betrouwbaar, weinig compatibiliteitsproblemen, ook afspeelbaar op gewone dvdspelers, hoge beeldkwaliteit mogelijk, meest geschikte beeldkwaliteit voor projectie nadelen: fysieke verspreiding van kopieen nodig, inbedding in applicaties lastig VCD (Video CD) voordelen: goedkoop, betrouwbaar, ook bruikbaar op PCs met alleen cdrom-drive, CDs kunnen sneller gebrand worden dan DVDs, ook afspeelbaar op gewone dvd-spelers nadelen: fysieke verspreiding van kopieen nodig, inbedding in applicaties lastig cdrom of dvdrom voordelen: fragmenten afzonderlijk te benaderen nadelen: fysieke verspreiding van kopieen nodig, inbedding in applicaties lastig (minder dan bij VCD of DVD-Video) streaming server (in eigen beheer) voordelen: gemakkelijk beheer van videomateriaal, streaming afspeelgedrag bij alle netwerkverbindingen (nooit wachten op volledige download), performance onafhankelijk van filmlengte, ook goede performance bij grotere aantallen gebruikers nadelen: zwaardere systeemeisen dan http-server, meer werk voor systeembeheer, beperkt tot een of twee mediaformaten, werkt niet samen met alle mediaspelers, vereist speciale instellingen op PC eindgebruiker SVP server (streaming server van Surfnet) nadeel: werkt niet. overige nadelen: duur, jaarlijkse kosten voor schijfgebruik We hebben de SVP bij ons niet werkend gekregen, ondanks dat BI- en BS-medewerkers er meermalen naar hebben gekeken. Het is ons niet gelukt om een video op de SVP op een van onze PCs afgespeeld te krijgen. Maar ook andere functies van het SVP werken niet. Het SVP stelt moeilijk vervulbare systeemeisen, die bovendien niet helder zijn gedocumenteerd. Een deel van de problemen lijkt te worden veroorzaakt door het feit dat de faculteit een firewall heeft. Het openstellen van bijna alle UDP-poorten in de firewall is echter geen optie. Een ander probleem is dat SVP geen gebruik maakt van standaard

9 protocollen: voor het afspelen van mpegs is de de Kasenna Player nodig en dat programma geeft installatieproblemen; voor de upload wordt geen FTP of HTTP-put gebruikt, maar een eigen protocol in een javaprogramma dat de installatie van een speciale java-engine vereist (en dan nog niet werkt); de virtuele snijmachine werkt ook niet. Wellicht kan er over een paar jaar, wanneer de standaardisatie hopelijk verder is voortgeschreden, opnieuw naar SVP worden gekeken Afspelen afspelen van digitale video(fragment) in onderwijssituatie. Hierbij kan onderscheid gemaakt worden tussen gewoon bekijken en analyseren. Bij het analyseren is het filmmateriaal zelf onderwerp van bestudering. Daarbij worden hogere eisen gesteld aan de mogelijkheden van de speler docent of student - afspeelbestand op server of schijf of - VCD of DVD-Video afhankelijk van het formaat en de distributiewijze: via http: mpeg-1*: videolan, Quicktime, Real Media Player, Windows Mediaplayer mpeg-2*: videolan mpeg-4*: videolan, Quicktime wmf, asf*: Windows Mediaplayer rm, ram: Real Media Player mov: Quicktime van harde schijf of cdrom of dvdrom: bovenstaande spelers plus: mpeg-1*: InterVideo WinDVD VCD of DVD-Video: videolan, Windows Mediaplayer, InterVideo WinDVD dvd-speler de genoemde spelers kunnen i.h.a. niet alle bestanden van het genoemde type correct afspelen; er bestaan nl. vele varianten op mpeg (honderden) en de meeste mediaspelers zijn slecht berekend op de variatiemogelijkheden. Windows Mediaplayer is het meest kieskeurig, VideoLan het minst (kan alle gangbare en een heleboel minder gangbare soorten mpeg-bestanden verwerken). Zie ook de paragraaf over Transcoding. 1. Bij het analyseren van videomateriaal kunnen de volgende functionaliteiten voor een bepaalde mediaspeler van belang zijn: veelvuldig door de film navigeren zonder noemenswaardig oponthoud, zowel voorwaarts als achterwaarts, in stappen of door scrollen; nauwkeurig navigeren; scrollen met beeld; versnelde en vertraagde weergave; beeld-voor-beeld weergave of het beeld stilzetten op een precieze plaats; inzoomen op een deel van het beeld. Wanneer er geen mediaspeler, die deze functionaliteiten in voldoende mate ondersteunt, beschikbaar is, kan overwogen worden het materiaal in kleinere fragmenten op te spiltsen

10 of te werken met een geschikte video-editor i.p.v. een mediaspeler (bijv. Pinnacle Studio 9 of Magix Video Deluxe 7) Verwijderen van server Aangezien schijfruimte op een server doorgaans duurder is dan opslag op een PC-schijf of op cd(rom) of dvd(rom), verdient het aanbeveling de afspeelbestanden van video s die lange tijd niet worden gebruikt (tijdelijk) van de server te verwijderen. AV-medewerker of systeembeheerder de gebruiksperiode(s) kunnen worden bijgehouden in de database