Начальные сведения

Перед тем как переходить к техническим подробностям, давайте кратко рассмотрим важнейшие понятия и концепции работы с видеороликами. Если вам уже приходилось заниматься воспроизведением видео, этот раздел кратко напомнит основные положения.

С концептуальной точки зрения видеофайл представляет собой последовательность растровых изображений, каждое из которых содержит очередной кадр. Обычно все растры последовательности обладают одинаковыми размерами и предназначаются для вывода с постоянной скоростью. Нередко растры сопровождаются звуковыми данными — авторским повествованием, диалогом или музыкой.

Графическая и звуковая (необязательная) часть видеоролика часто называются потоками (streams). Этот термин говорит о том, что отдельные компоненты ролика (в случае видеоданных — растры) связаны между собой и следуют в определенном порядке. Термин «поток» часто встречается в последующих объяснениях.

AVI-файлы

Формат AVI (Audio Video Interleave) был разработан Microsoft для хранения и воспроизведения видеороликов. AVI-файл кроме последовательности растров содержит одну или несколько звуковых дорожек, сопровождающих видеоролик. В этой главе нам придется часто пользоваться AVI-файлами.

Почему для хранения видеоинформации нужен специальный файловый формат? Почему нельзя представить видеоролик в виде последовательности растров и звукового файла? Существует несколько причин, но, видимо, самая важная из них — сжатие. Если кадры видеоролика будут храниться без сжатия (например, в BMP-файлах), то даже относительно короткий ролик будет занимать слишком много места. Например, 1-минутный ролик при разрешении 320*200 и частоте вывода 30 кадров в секунду займет на диске свыше 100 Мбайт.

Разумеется, для практического применения видеороликов необходимо сжатие. Возникает вопрос: какое именно? Существует много различных алгоритмов сжатия, каждый из которых обладает своими достоинствами и недостатками. Маловероятно, чтобы один алгоритм подошел сразу по всем критериям.

Поэтому в AVI-файлах была предусмотрена поддержка разнообразных методов сжатия. Конечно, без развитого API чтение AVI-файлов было бы очень сложной задачей. К счастью, в Windows существует специальный API Video For Windows, который мы вскоре рассмотрим.

Представление данных в видеофайлах

Форматы видеофайлов (такие как AVI) фактически поддерживают два уровня сжатия. Различные алгоритмы обеспечивают сжатие отдельных кадров; кроме того, некоторые кадры представляются не в виде самостоятельных изображений, а в виде изменений, внесенных в предыдущие кадры.

Это объясняется тем, что типичный видеоролик состоит из похожих изображений. Например, если в нем показано, как человек идет по комнате, то фигура человека будет изменяться от кадра к кадру, но остальная часть (комната), скорее всего, останется практически неизменной. Следовательно, такой видеоролик можно представить в виде первого кадра и цепочки последующих изменений.

Кадры видеоролика с полным изображением называются ключевыми кадрами (key frames). Видеоролик может содержать любое количество ключевых кадров, в зависимости от того, насколько часто и сильно меняется изображение. Ключевые кадры особенно часто появляются при переходах между сценами, эффектах «растворения» и перемещении съемочной камеры. Ключевые кадры чрезвычайно важны при чтении видеоролика; без них промежуточные кадры теряют смысл. Неключевой кадр тоже можно вывести, но изображение, скорее всего, будет нарушено, потому что такой кадр представляет собой лишь изменение предыдущего изображения, а не самостоятельное изображение.

Открытый видеофайл обычно называется потоком. Как мы увидим в следующем разделе, посвященном Video For Windows API, концепция потока тесно интегрирована с Video For Windows.

Video For Windows

Для создания и чтения AVI-файлов Windows предоставляет разработчикам Video For Windows (VFW) API. Этот API заметно упрощает задачу воспроизведения видео, поскольку в нем имеются удобные средства для поиска и извлечения кадров из ролика.

VFW не пытается поддерживать все возможные алгоритмы сжатия, используемые для хранения AVI-данных. Вместо этого VFW допускает установку и удаление компрессоров и декомпрессоров, обеспечивающих работу одного или нескольких алгоритмов сжатия. Таким образом, VFW позволяет выбрать нужные компрессор и декомпрессор в зависимости от потребностей разработчика. Кроме поддержки сжатия и распаковки VFW API предоставляет средства для поиска и извлечения кадров, а также для решения других задач, связанных с потоками.

VFW API

Имена многих функций VFW API начинаются с букв AVI. Другие функции (например, относящиеся к сжатию) начинаются с IC. Существуют некоторые исключения, но большинство функций VFW снабжается одним из этих префиксов. Алфавитный список всех функций VFW приведен в табл. 8.1.

Конечно, для воспроизведения роликов нужна лишь небольшая часть функций VFW, но чтобы изменить или расширить возможности программы из этой главы, вам, скорее всего, понадобятся и другие функции. Давайте рассмотрим те функции, с которыми нам придется работать.

Для правильной работы функций из табл. 8.1 необходимо инициализировать VFW функцией AVIFileInit(). Эта функция не получает аргументов и не возвращает никакого значения, поэтому работать с ней проще простого.

После инициализации VFW можно создавать поток функцией AVIStreamOpenFromFile(). Эта функция получает в одном из аргументов имя AVI-файла и инициализирует по нему логический номер потока. Полученный логический номер затем используется как аргумент большинства функций VFW и определяет поток, с которым выполняется операция.

В частности, по логическому номеру, возвращаемому AVIStreamOpenFromFile(), можно получить сведения о видеоролике. Функция AVIStreamReadFormat() сообщает такие данные, как количество кадров, размер изображения и глубина пикселей; для этого она заполняет структуру BITMAPINFOHEADER (возможно, структура BITMAPINFOHEADER покажется вам знакомой — мы уже встречались с ней при описании BMP-файлов). Я снова приведу определение этой структуры, взятое из файла Windows wingdi.h:

typedef struct tagBITMAPINFOHEADER {
    DWORD biSize;
    LONG biWidth;
    LONG biHeight;
    WORD biPlanes;
    WORD biBitCount;
    DWORD biCompression;
    DWORD biSizeImage;
    LONG biXPelsPerMeter;
    LONG biYPelsPerMeter;
    DWORD biClrUsed;
    DWORD biClrImportant;
} BITMAPINFOHEADER, FAR *LPBITMAPINFOHEADER, *PBITMAPINFOHEADER;

Некоторые поля структуры (например, biXPelsPerMeter и biYPelsPerMeter) не имеют отношения к AVI-файлам, но таких полей немного. Размеры, глубина пикселей, алгоритм сжатия и количество цветов — все это можно взять из структуры BITMAPINFOHEADER после успешного вызова функции AVIStreamReadFormat().

Более подробные сведения о потоке можно получить с помощью функции AVIStreamInfo(). Функция AVIStreamInfo(), как и функция AVIStreamReadFormat(), получает в качестве аргумента логический номер и заполняет структуру данными о потоке. Для передачи информации AVIStreamInfo() использует структуру AVISTREAMINFO. Ее определение в файле vfw.h выглядит так:

typedef struct _AVISTREAMINFOW {
    DWORD fccType;
    DWORD fccHandler;
    DWORD dwFlags;
    DWORD dwCaps;
    WORD wPriority;
    WORD wLanguage;
    DWORD dwScale;
    DWORD dwRate;
    DWORD dwStart;
    DWORD dwLength;
    DWORD dwInitialFrames;
    DWORD dwSuggestedBufferSize;
    DWORD dwQuality;
    DWORD dwSampleSize;
    RECT rcFrame;
    DWORD dwEditCount;
    DWORD dwFormatChangeCount;
    WCHAR szName[64];
} AVISTREAMINFOW, FAR * LPAVISTREAMINFOW;

Давайте рассмотрим некоторые ключевые поля этой структуры. Первое поле, fccType, определяет тип потока. В файлах формата AVI поддерживаются четыре типа потоковых данных: видео, аудио, MIDI (музыка) и текст. В этой книге будут рассматриваться только видеопотоки.

Второе поле структуры AVISTREAMINFO, fccHandler, определяет алгоритм сжатия, примененный при сохранении видеопотока. Как вы вскоре увидите, в Video For Windows это поле можно использовать для создания «декомпрессоров», которые способны восстановить каждый сжатый кадр из потока.

Поле dwStart определяет индекс первого кадра потока (это важно, потому что первый кадр видеоролика может иметь индекс 0 или 1). Эту же величину можно непосредственно получить функцией AVIStreamStart().В поле dwLength хранится общее количество кадров видеоролика. Его можно либо взять из структуры AVISTREAMINFO, либо получить с помощью функции AVIStreamLength().

Теперь мы знаем, как открыть видеопоток и получить сведения о нем. Можно переходить к процессу чтения и отображения видеокадров. Чтение кадров выполняется функцией AVIStreamRead(). Эта функция, получив логический номер потока и индекс интересующего нас кадра, помещает данные кадра в буфер, который мы также должны ей передать. Данные кадра хранятся в сжатом виде, поэтому перед отображением их необходимо восстановить.

Для восстановления кадров применяется функция ICDecompress(). Она получает два буфера: в одном находятся сжатые данные, а в другой будет помещен восстановленный кадр. Функции ICDecompress() также следует передать логический номер декомпрессора, используемого функцией ICDecompress() для обработки сжатых данных.

Логический номер декомпрессора можно получить функцией ICDecompressOpen(). По описанию видеоданных функция ICDecompressOpen() ищет декомпрессор с поддержкой нужного алгоритма восстановления.

После завершения работы с потоком необходимо закрыть его функцией AVIStreamRelease(). После вызова функции AVIStreamRelease() логический номер потока становится недействительным (до повторного открытия потока). Наконец, перед завершением программы необходимо вызвать функцию AVIFileExit(), которая освобождает программные модули VFW.