ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 4
1 КАЧЕСТВО ИЗОБРАЖЕНИЯ 5
2 ЧАСТОТА КАДРОВ 7
3 РАЗВЕРТКА ВИДЕОМАТЕРИАЛА 10
4 РАЗРЕШЕНИЕ ВИДЕОМАТЕРИАЛА 11
5 КОЛИЧЕСТВО ЦВЕТОВ И ЦВЕТОВОЕ РАЗРЕШЕНИЕ 12
6 ШИРИНА ВИДЕОПОТОКА 15
7 МЕТОДЫ СЖАТИЯ ВИДЕОДАННЫХ 17
8 ФОРМАТЫ ВИДЕОФАЙЛОВ 19
9 ФОРМАТ HIGH DEFINITION VIDEO 21
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 23
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 24
ВВЕДЕНИЕ
Мультимедиа представляет собой систему аппаратных и программных средств, позволяющих пользователю работать в диалоговом режиме с разными данными (изображение, текст, аудио, видео), структурированными в виде единой информационной области.
Совсем недавно еще мало кто мог себе представить, что с помощью обычного стационарного домашнего компьютера можно будет не только просматривать любимые фильмы, но и создавать собственную видеотеку, оцифровывать содержимое старых видеокассет, редактировать семейные видеозаписи и даже создавать самостоятельно собственные кинофильмы.
Видео – это совокупность электронных технологий, которые позволяют записывать, передавать, обрабатывать, хранить и воспроизводить визуальный и аудиовизуальный материал на различных устройствах вывода. Употребляя данное понятие, подразумевают видеоматериал, телевизионный сигнал или фильм. Телевизионные видеоданные представляют собой поток аналоговых сигналов. После появления компьютерных технологий и их развития, сигналы стали преобразовывать в цифровые сигналы, которые могут храниться на физических устройствах. Процесс преобразования сигнала происходит в два этапа: дискретизация данных аналогового сигнала, и преобразование его в цифровой сигнал, по-другому этот процесс называется квантованием.
Чтобы хранить данные широкого формата и высокого качества необходимо много свободного места, поэтому при работе с такими данными используют возможность сжимать информацию. Для процесса сжатия данных используются специальные программы или аппаратные средства.
Видеозапись — это технология записи зрительной информации, представленной в форме видеосигнала или цифрового потока видеоданных, на физическое устройство для хранения данной информации и возможности последующего её воспроизведения и демонстрации на мониторе, экране, дисплее или другом устройстве вывода.
КАЧЕСТВО ИЗОБРАЖЕНИЯ
Качество изображения видео – это одна из характеристик видео, подверженного обработке в сравнении с оригиналом.[1] При употреблении термина «качество изображения» имеется в виду разрешение или количество линий, которые воспроизводятся по вертикали.
В основном, оценить качество какого-либо видео позволяют формальные метрики, например, PSNR, либо используется субъективное сравнение, для которого привлекаются эксперты.
Рассмотрим подробнее, как применяется и работает метрика PSNR («peak signal to noise ratio» что переводится с английского языка, как «пиковое отношение сигнала к шуму»). Эта метрика пользуется известностью, её используют в различных исследованиях, научных статьях и экспериментах при оценке меры потери качества. Значение метрики напрямую зависит от различия между сравниваемыми видеоматериалами.[10]
Рисунок 1 – График метрики PSNR
На рисунке отображено качество видеоматериалов в метрике: где линия выше, там качество видео лучше. Отдельная линия соответствует определенному кодеку. Линии проходят через фиксированные точки, каждая из которых соотнесена с конкретным битрейтом, то есть определенным объемом информации в единицу времени. Существует множество других метрик для измерения качества видео с подобным принципом работы, самые известные среди них: Delta, VQM, SSIM, MSAD, Bluring measure, Blocking measure и другие.
Субъективное качество видео оценивается по ряду правил[1]:
1. Выбираются видеоматериалы для тестирования
2. Указываются ключевые моменты системы оценивания
3. Подбирается способ демонстрации видео и подсчета отметок
4. Приглашаются эксперты (стандартно 15 человек)
5. Проводится тестирование видеоматериала
6. Вычисляется средняя отметка на основе отметок экспертов.
Один из самых известных методов оценки — это DSIS (англ. Double Stimulus Impairment Scale). Такой метод предполагает тест, в ходе которого сначала демонстрируется исходное видео, а далее – обработанное, затем происходит оценивание качества обработки. Отметки выбираются от «обработка незаметна» и «обработка улучшает видео» до «обработанный видеоматериал очень раздражает».
ЧАСТОТА КАДРОВ
Количество или частота кадров (fps-frames per second) — это число стационарных изображений, которые сменяют друг друга при демонстрации одной секунды видеоматериала и создают процесс перемещения предметов в кинематографе и телевидении.[1] Данный термин впервые использовал Эдвард Майбридж, который ставил эксперименты по съемке передвигающихся объектов несколькими фотокамерами по очереди. Частота кадров измеряется в кадрах в секунду. Исходя из опытов и исследований, 15 кадров в секунду вполне хватает для создания имитации движения, но для создания «эффекта погружения» необходимо гораздо большее количество кадров. Благодаря зрительным исследованиям, удалось сделать вывод, что даже если нельзя различить отдельных изображений, частота кадров порядка 60-80 делает видео более реалистичным и естественным, усиливается чёткость и заметно повышается плавность движений. Наименьший показатель, соответствующий однородному движению, составляет 10 кадров в секунду, но данное значение индивидуально за счет физических особенностей каждого человека. Кадровые частоты телевидения различаются в разных странах, в звуковом кинематографе частота 24 кадра в секунду является общемировым стандартом. Цифровые компьютерные видеоданные высокого качества обычно используют частоту 30 кадров в секунду. Значения граничной частоты мелькания, воспринимаемой человеком, находятся в диапазоне от 39 до 42 Герц. Многие видеокамеры нового поколения способны снимать с частотой до 120 кадров в секунду. Особые профессиональные аппараты, предназначенные для сверхбыстрой съёмки, способны снимать с частотой до тысячи кадров в секунду. Такие съемки применяются в процессе научных экспериментов или детальных опытов.
Все частоты киносъёмки, отличные от двадцати четырёх кадров в секунду, являются нестандартными и используются в особых случаях. В истории было множество попыток увеличить частоту съёмки и частоту показа фильмов с целью усиления эффекта присутствия, начавшихся сразу после рождения кинематографа и не прекращающихся в наши дни.
Любой видеоматериал можно сжимать цифровым способом. В данном случае, если повысить кадровую частоту такого видео, то произойдет значительное увеличение размера исходного файла. Чтобы уменьшить размер видеоматериала, необходимо уменьшить частоту кадров или битрейт. В случае, при уменьшении битрейта и неизменной частоте кадров качество видео заметно упадет. Нарушение плавности движения видео и естественности наблюдаемой картинки может быть вызвано также уменьшением частоты кадров и неизменным битрейтом. При случае, когда кадровая частота в фильме слишком низкая, то будет казаться, что фильм дергается – будет наблюдаться так называемый стробоскопический эффект. Благодаря исследованиям можно утверждать, что глаз человека не может различить большой разницы между 30 и 60 кадрами за секунду. Это опять же зависит от физиологических особенностей конкретного человека. Для кого-то анимация при 15 кадрах в секунду прерывистая, при 30 выглядит довольно не плохо, а при 60 вообще великолепна, а для кого-то особой разницы нет.
Во времена немого кино кинопроекторы содержали в своем устройстве примитивные стабилизаторы скорости, и демонстрация фильма зачастую происходила с частотой, которая превышала частоту съёмки. Такая частота выбиралась киномехаником самостоятельно, исходя из характера зрителей. Для более спокойных зрителей выбиралась скорость от 18 до 24 кадров в секунду, а для оживленной публики видеоматериалу придавали ускорение от 20 до 30 кадров. Когда закончилась Первая мировая война во многих кинотеатрах Европы зародилась традиция показа фильмов с убыстренной частотой. Такое явление было вызвано коммерческими взглядами кинопрокатчиков: весьма выгодно было укоротить сеанс кинофильмов и увеличить их количество. Иногда кино-показ происходил с частотой более пятидесяти кадров в секунду, абсолютно искажая действия на экране.[2]
В мире существует вымышленная система влияния на подсознание людей с помощью добавления в видеопоследовательность дополнительных кадров. Она называется «двадцать пятый кадр». Создателем данной методики был Джеймс Вайкери, который впоследствии признал, что результаты опытов и исследований условно подтверждавшие существование воздействия на людей были им выдуманы. Принцип действия этой идеи заключен в том, что человек способен различать не более 24 кадров в секунду из-за физиологических особенностей строения органов зрения. Поэтому инородный 25-ый кадр, который показывается очень быстро, минует сознание и попадает прямиком в подсознание и оказывает непосредственное влияние на человека. В реальности же, что было научно доказано впоследствии через подсознание проходит абсолютно вся информация, поступающая в мозг, а затем подключается сознание. Ученые доказали, что на самом деле 25-ый кадр скрытым не является, но в связи со свойством инертности зрения может сливаться с ему подобным и не выделяется человеком, так как на нем не фокусируется внимание. Наличие психологического эффекта, связанного с этой методикой, также было опровергнуто. Этот эксперимент вызвал множество возмущений и волнений в обществе, возникали темы обсуждения о запятнанном подсознании и зомбировании человечества, вследствие этого в ряде стран были приняты законы о запрете использовании 25-ого кадра, как и другого рода скрытой рекламы.
РАЗВЕРТКА ВИДЕОМАТЕРИАЛА
Параметры телевизионной развёртки, применяемой для преобразования двумерного изображения в одномерный видеосигнал или поток данных, определяются стандартом разложения. В итоге, от стандарта разложения зависит число составляющих данного изображения и кадровая частота.
Развёртка — это процесс переноса видеоданных с физического носителя на экран. Развёртка видеоматериала существует двух видов: прогрессивная (построчная) и чересстрочная.[1] Для первого вида развёртки характерно то, что горизонтальные линии изображения показываются по очереди одна за другой. Чересстрочная развёртка предполагает отображение чётных и нечётных линий по очереди. Совместно они формируют поле кадра или так называемый полукадр. Чересстрочную развёртку зачастую называют интэрлейсом от английского слова «interlace». Такая развёртка изначально было создана для показа изображений на кинескопах. Главной целью её создания было повысить частоты мельканий кинескопа до определенного уровня, который не мог бы заметить глаз человека. Чересстрочную развёртку используют для передачи видео по «узким» каналам, через которые невозможна передача изображений в высоком качестве.
Современные известные и широко используемые телевизионные системы PAL, NTSC (60 полей/с) и SECAM (50 полей/с) — это системы, имеющие чересстрочную развёртку. Новые цифровые стандарты телевидения используют прогрессивную развертку, хотя уже созданы технологии, которые позволяют копировать и производить подобие прогрессивной развёртки при демонстрации материалов с интерлэйсом. Для обозначения чересстрочной развёртки используется символ «i». Он ставится после указания вертикального разрешения, к примеру, 720x576i. Кинескопные, жидкокристаллические и плазменные телевизоры 100Гц не мерцают, для них чересстрочная развёртка не имеет особого смысла. Поэтому в современных телевизорах нового поколения в основном используется прогрессивная развёртка. Такая развёртка обозначается буквой «p», например, 1080p и при этом на экран выводится целый кадр изображения.
РАЗРЕШЕНИЕ ВИДЕОМАТЕРИАЛА
Пока не существовало цифрового видео, разрешающая способность аналоговой системы видеозаписи измерялась в вертикальных телевизионных линиях (твл) с помощью специальных телевизионных испытательных таблиц и значила число составляющих в строке видео изображения, зависящее от частотных характеристик аппарата записи. Разрешающая способность по вертикали в изображении заложена в стандарте разложения и зависит от числа строк.
Аналогично разрешение любого цифрового видеосигнала определяется горизонтальными и вертикальными линиями, такое разрешение измеряется в пикселях. Когда происходит оцифровывание аналогового сигнала со стандартной четкостью, то разрешение составляет 720×576 пикселей для стандарта разложения в Европе 625/50 (PAL и SЕCAM), при частоте кадров 50 Герц (два поля, 2×25); и 720×480 пикселей для стандарта разложения в Америке 525/60 (NTSC), при частоте 59,94 Герц (два поля, 2×29,97).В любом выражении, которое обозначает разрешение первое число означает число точек в строке (по горизонтали), а второе число показывает сколько существует активных строк, которые участвуют в построении изображения. Современный стандарт цифрового телевидения HDTV высокого разрешения предлагает разрешения до 1920×1080 с частотой обновления 50 Герц (60 Гц для США) с прогрессивной развёрткой. То есть 1920 пикселей на строку, 1080 строк.
Помимо двумерного формата видео существует трёхмерное, измерять которое принято в вокселях. Воксель — это составляющее изображения, представляющее собой кубики в трёхмерном пространстве. Для простого трёхмерного видео в наше время используют разрешение 512×512×512.
Существует специальная таблица Resolution Chart, которая на протяжении длительного срока является общемировым стандартом и служит для определения разрешающей способности телевизионного тракта.
Рисунок 2 – Таблица
КОЛИЧЕСТВО ЦВЕТОВ И ЦВЕТОВОЕ РАЗРЕШЕНИЕ
Изначально мониторы использовали всего два значения яркости точки на экране: дано изображение точки – точка погашена. В современных технологиях самые популярные режимы изображения – VGA с разрешением 640х480 точек и SVGА с разрешением 800х600 точек. Таким образом можно определить, что если используется разрешение 640х480, то изображение на мониторе включает в себя 307 200 точек, а при 800х600 – 480 000.
Цветовым разрешением называется параметр, который определяет максимально возможное число разных цветовых тонов, отображающихся на мониторе одновременно. Возможности каждого компьютерного устройства зависят от того, какая используется карта видеоадаптера и экрана. Минимальное требование Windows 95 составляет 16 цветов, Windows 98 — 256 цветов. Число разных оттенков одной конкретной точки монитора определяется глубиной цвета или цветовым разрешением. Данное определение очень тесно связано с понятием цветового охвата. Состав цветовых палитр RGB (данное сокращение расшифровывается как «Red Green Blue» — названия трёх основных цветов, из которых получают другие цвета и оттенки) зависит от выбранного цветового разрешения, а именно 24, 16 или 8 бит. Восьмибитную палитру принято называть индексной, так как конкретный оттенок закодирован одним числом, определяющим номер или индекс цвета. Следовательно, для файла цветного изображения необходимо прилагать саму палитру, потому что программа обработки не распознает самостоятельно, какая именно палитра использовалась.[4]
Глубина цвета или цветовое разрешение обозначает число одновременно воспроизводимых цветов. Для того чтобы не сталкиваться с управлением такими большими объемами памяти, в большом количестве систем существует функция использования меньшего цветового разрешения. В простейшей схеме каждый конкретный пиксель представлен 8-разрядным числом. Как правило, это число не включает в себя сам цвет пикселя, а является индексом в таблице цветов, состоящей из 256 24-разрядных элементов формата RGB. Эта таблица или цветовой палитрой позволяет монитору содержать 256 произвольных цветов. При использовании 8-разрядной цветовой палитры, объем, необходимый для сохранения данных уменьшается в три раза, в связи с тем, что используется более грубое цветовое разрешение.
Количество цветов, которое способен отобразить монитор или проектор зависит от их качества. Глаз человека, по научным исследованиям, способен воспринимать от 5 до 10 различных оттенков цветов. Количество цветов в видеоматериале определяется числом бит, отведённым для кодирования цвета каждого пикселя (англ. bits per pixel, bpp).С помощью одного бита можно закодировать 2 цвета (стандартно чёрный и белый), 2 бита — 4 цвета, 3 бита — 8 цветов и так далее. В компьютерной графике существует особый стандарт 32 бита на пиксель (αRGB), но этот дополнительный α-байт, который представляет собой 8 бит, используется для того, чтобы закодировать коэффициент прозрачности отдельного пикселя, а не для того, чтобы передавать цвет. При технической обработке пикселя специальными программами, RGB-значение изменится в зависимости от значения α-байта и цвета соответствующего пикселя, который будет видно через так называемый «прозрачный» пиксель, далее дополнительный альфа-байт отбрасывается, а на экран поступит только цветовой сигнал RGB.
Для того чтобы определить объем памяти, необходимый для хранения видеоданных, нужно знать как он зависит от разрешения и глубины цвета. Существует специальная формула, которая связывает объем видеопамяти с количеством цветом и разрешением[6]:
В данной формуле I обозначает глубину цвета, a и b – количество точек в изображении, то есть число точек в строке и общее количество строк. Зачастую происходит так, что для нужного режима немного не хватает памяти. В таком случае, необходимо использовать меньшее разрешение или меньшее число цветов.[3]
Далее в таблицах представлены соотношение между числом битов на 1 пиксель и глубиной цвета (табл. 1) и минимально требуемый объем памяти для конкретного разрешения (табл. 2).
Таблица 1 – Соотношение между числом битов на 1 пиксель и глубиной цвета
Таблица 2 – Минимально требуемый объем памяти
ШИРИНА ВИДЕОПОТОКА
Ширину видеопотока называют на современный лад битрейтом (с англ. bitrate). Этот термин обозначает количество бит видеоматериала, которые подлежат обработке за одну секунду времени. Проще говоря, это информационная скорость видеопотока, которая измеряется в мегабитах в секунду (Мбит/с). От этой величины зависит качество видеоинформации: чем больше скорость, тем выше качество. Для стандарта DVD-видео ширина видеопотока равна около 5 Мбит/c, для формата телевидения высокой четкости HDTV – примерно 10 Мбит/с. Значение битрейта чаще всего используют для оценки качества передаваемого видео через Интернет.
Существует два вида управления битрейтом в видеозаписи: постоянный битрейт (англ. constant bit rate, CBR) и переменный битрейт (англ. variable bit rate, VBR). В современном мире стандарт переменного битрейта очень популярен, с его помощью удается максимально сохранить качество видоматериала, при этом уменьшая суммарный объем передаваемого видеопотока. При этом на быстрых сценах движения, ширина видеопотока возрастает, а на медленных сценах, где картинка меняется медленно, ширина потока падает. Данное свойство подходит для буферизованных видеотрансляций и активно используется для передачи сохранённого видеоматериала по компьютерным сетям. Но в случае для безбуферных систем реального времени и для прямого эфира (например, для телеконференций) это не подходит — в этих случаях необходимо использовать постоянную скорость видеопотока.
Далее рассмотрим ещё два существующих понятия битрейта: оптимальный и усредненный. Более оптимально использовать переменный битрейт, при котором происходит увеличение или уменьшение потока данных, в зависимости от динамичности видеоизображения. При процессе установления значения битрейта, необходимо брать за основу одну из самых динамичных сцен в видеоматериале и обработать ее фрагмент. После просмотра полученного объекта, нужно зрительно оценить качество полученного видео. Если качество удовлетворяет пользователя, то в остальных сценах оно не станет хуже, иначе нужно прибегнуть к повышению битрейта. Еще одной разновидностью переменного битрейта является усредненный битрейт, который позволяет настроить среднее значение битрейта, которого придерживается видеокодек. При использовании усредненного битрейта, пользователь позволяет программе изменять значение битрейта по усмотрению, притом его среднее значение должно удовлетворять установленным настройкам. Чаще всего используется именно усредненный битрейт, потому что с его помощью можно получить оптимальное качество видео, при этом рассчитав итоговый размер видеоматериала.
Далее рассмотрим способ самостоятельного расчета битрейта. К этой возможности прибегают в таком случае, если пользователь точно знает каков должен быть размер итогового видео, например, для того чтобы записать материал на диск. При необходимости записи на DVD-диск, чтобы узнать битрейт с которым нужно кодировать видео число 4450 делится на продолжительность видео в секундах, в итоге получится значение битрейта в Мб/с. Предположим, нужно запсать 2 часа видео, то есть 7200 секунд[4]:
4450/7200=0.618 Мб/с=0.618*8=4.94444 Мбит/с=4.944*1024=5062.6 Кбит/с
После вычисления необходимо задать в программе – перекодировщике полученное значение и перекодировать видео. Важно отметить, что полученный битрейт был без учета звука, поэтому в данном случае следует оставить на звук 300-400 Мб памяти, либо можно сократить полученный битрейт на 7-10%. Помимо расчета битрейта вручную, существует разнообразие программ – калькуляторов, которые созданы для расчета значения битрейта.
На рисунке 3 представлен образец простейшего калькулятора для вычисления битрейта, где для определения его значения необходимо указать продолжительность видеоматериала, размер видеоматериала, затраты на аудиоматериал.
Рисунок 3 – Калькулятор
МЕТОДЫ СЖАТИЯ ВИДЕОДАННЫХ
Цифровое сжатие, известное также как сжатие данных или сокращение цифрового потока, является, более высокотехнологичным способом получения максимальных аудиовизуальных результатов при минимуме затрат. И потому при цифровом кодировании звук и видео можно довести до зрителя, значительно уменьшив поток или ширину полосы частот, причем с развитием компьютерных технологий известные методы сжатия дешевеют, а новые постепенно становятся все более жизнеспособными. К тому же такие направления, как цифровое вещание и видео по требованию, вообще не могли бы существовать без применения сжатия, а системы нелинейного (произвольного) монтажа оказались бы без него абсолютно нерентабельными.
Цифровое сжатие представляет собой гибкую технологию, так как используемые уровни сложности кодирования и степень компрессии могут изменяться. Основным принципом цифрового сжатия является использование избыточности звукового или видеосигнала. Избыточность объясняется тем, что звук и видео содержат области, обладающие сходными характеристиками. Таким образом, весь поток информации можно условно разделить на предсказуемую часть (избыточность) и новую, непредсказуемую часть (энтропия). В теории можно полностью устранить избыточность, но для этого необходим идеальный алгоритм сжатия, который был бы чрезвычайно сложным и долго бы работал. Если же степень сжатия настолько велика, что результирующая скорость потока данных становится меньше энтропии, то информация теряется.[5]
На практике коэффициент сжатия выбирается меньше идеального, чтобы обеспечить некоторый запас надежности. Это дает возможность пользоваться более простыми алгоритмами и производить повторное восстановление/сжатие без ощутимых потерь качества. В бытовой аппаратуре коэффициент сжатия может быть больше, чем в студийной, и если не требуется многократная перезапись, то в процессе сжатия некоторая доля энтропии отбрасывается.
Существует множество технологий сжатия цифрового видео. Некоторые из рассматриваемых компрессоров используют не одну технологию сжатия, а некоторую их совокупность.
Первая технология цифрового сжатия — сжатие без потерь качества. Сжатие изображений может осуществляться без потерь качества лишь в том случае, если в процессе сжатия не произошло существенной потери данных. В итоге полученное после декомпрессии изображение будет в точности или побитно совпадать с оригиналом. Примером такого сжатия может служить формат GIF для статической графики и GIF89a для видео.
Следующая технология – сжатие с потерями качества. Сжатие происходит с потерями качества, если в процессе сжатия произошла утеря информации. Если рассматривать этот процесс с точки зрения человеческого восприятия, то к сжатию с потерями относится только то, при котором на глаз заметны различия между сжатым видеоматериалом и оригинальным. Следовательно, даже если сжатое и оригинальное видеоизображение побитно не совпадают, разница на глаз между ними может быть абсолютно не заметна. Примером такого сжатия служит алгоритм JPEG для сжатия статической графики и алгоритм M-JPEG для сжатия видео.
Далее рассмотрим технологию сжатия без потерь с точки зрения восприятия человеком. Условно являясь сжатием с потерями качества, алгоритм сжатия может одновременно казаться сжатием без потерь с точки зрения восприятия её человеком. Многие технологии с формальной потерей качества имеет фактор качества сжатия (ФКС). Этот фактор характеризует воспринимаемую часть качества видеоматериала и изменяется от 0 до 100. Если фактор качества оказывается равный 100, то качество сжатого материала не отличается от оригинала.
Следующая технология сжатия — сжатие с естественной потерей качества. JPEG, MPEG и многие другие алгоритмы сжатия с потерей качества иногда сжимают без потерь, переступая за грань сжатия с точки зрения восприятия видеоинформации. Однако, сжатые видео и статические изображения вполне приемлемы для нормального восприятия их человеком. Можно наблюдать естественную деградацию изображения при данной технологии, это значит, что в процессе сжатия происходит потеря некоторых мелких деталей сцен.
Рассмотрим последнюю основную технологию сжатия с неестественными потерями качества. Эта технология подразумевает значительное искажение видеоматериала и внесение в него не существующих деталей. Примером тому служит «блочность» в сильно сжатом формате MPEG-е. Неестественность проявляется в нарушении основных с точки зрения восприятия человеком характеристик изображения – контуров и очертаний. Исследования и опыты утверждают, что именно контуры позволяют человеку правильно воспринимать и определять зрительный объект. Все популярные ныне видеокомпрессоры используют технологии сжатия с потерями качества. Если коэффициенты сжатия будут слишком высокими, то сжатие будет с неестественной потерей качества.[8]
ФОРМАТЫ ВИДЕОФАЙЛОВ
Форматы видеофайлов призваны отображать структуру видео, а именно определять, как именно хранится файл на определенном носителе информации. В современном мире компьютерных технологий существует большое разнообразие форматов видеоданных. Определим основные понятия, относящиеся к данному разделу:
Видеофайл – это набор стационарных картинок, которые сменяют друг друга с определенной частотой. (При отсутствии сжатия данных занимает очень много места).
Кодек – вспомогательная компьютерная программа для сжатия и последующего раскодирования видеофайла, представляет собой архиватор.
Контейнер – это специальный файл (видеофайл), предназначенный для хранения различных мультимедийных данных (видео, аудио, субтитры и пр.)
Рассмотрим самые популярные форматы видеофайлов. Около пяти лет назад существовали три основных формата, которыми кодировали большинство видеороликов: AVI, MOV, MPG.
Формат AVI был разработан компанией Microsoft в 1992 году, до сих пор является актуальным и широко используемым форматом. Контейнер данного формата может содержать видео, которое закодировано любым кодеком. Аудиодорожек может быть несколько, но некоторые плееры способны воспроизводить только дорожку по умолчанию. Одним из важных преимуществ данного формата является то, что практически любое устройство может проигрывать файлы с расширением .avi. Данный формат может содержать в себе видео, аудио, текстовую и midi информацию. На рисунке 4 представлена иконка avi-файла.[7]
Рисунок 4 – Аvi-файл
Формат MPG осуществляет хранение видеофайлов, для которых не применялась компрессия в процессе кодирования. Существует несколько стандартов, которые поддерживает данный формат[7]:
MPEG1 – ныне почти утративший свою популярность стандарт, который был создан с учетом оптимизации под 2-скоростные CD-приводы.
MPEG2 – стандарт, созданный и используемый для телевещания. Фильмы на DVD носители записываются именно в данном стандарте.
MPEG3 – стандарт, изначально разработанный для телевидения высокого качества, а именно HDTV, со временем был объединен с MPEG2.
MPEG4 – стандарт, применяемый в тех случаях, когда нет необходимости в высоком качестве видеоматериала (т.е. в мобильных устройствах, Интернете и т.д.)
В данном формате используется поточное сжатие видео, когда обработке подлежит не отдельный кадр, а происходит анализ изменения видеофрагментов и удаление излишней информации.
Рисунок 5 – Формат MPG Рисунок 6 – Формат MOV
Следующий формат – MOV, который является основным конкурентом AVI формату. Был разработан корпорацией Apple для медиа плеера QuickTime. Данный формат поддерживает очень высокое разрешение и любые видео и аудиокодеки, способен содержать видеоинформацию, анимацию, графику и 3D.[11] Чтобы воспроизводить форматы данного расширения необходимо дополнительное программное обеспечение, а именно плеер QuickTime или плееры, в которых уже установлены кодеки MOV.
ФОРМАТ HIGH DEFINITION VIDEO
Формат High Definition Video или сокращенно HD является новым современным стандартом видео, предлагающий пользователю повышенное качество и четкость изображения, которые достигаются как следствие повышения разрешения, то есть количества пикселей монитора. Самое популярное название данного формата – это формат высокой четкости или высокого разрешения.
Данный формат можно разделить на два направления:
HDV – предназначен для воспроизведения видеоданных с физических носителей, например, дисков, флеш-карт, жестких дисков, кассет и пр.
HDTV – используется в телевизионном вещании по эфирным, кабельным, спутниковым каналам. Также этот формат называют ТВЧ – телевидение высокой четкости.
На сегодняшний день распространены два основных разрешения видео высокой четкости: HD1080 (1920×1080) и HD720 (1280×720). В обоих случаях пропорции экрана составляют 16:9.
Используемые обозначения форматов:
— 720p — 1280×720 пикселей, прогрессивная развёртка
— 1080i — 1920×1080 точек, чересстрочная развёртка
— 1080p — 1920×1080 точек, прогрессивная развёртка
Для кодирования видеосигнала в HD чаще всего используются форматы MPEG-2 и MPEG-4/AVC.
Для распространения видео высокой чёткости на носителях были созданы два новых формата — HD DVD и Blu-ray. HD DVD — новый формат оптических дисков и приводов. Один слой такого диска способен вмещать 15 Гб, а если таких слоев два (редко три), и используется две стороны, получается весьма значительный объем. На однослойный диск помещается около 4 часов видео высокой чёткости. Внешне HD DVD схожи со стандартными дисками DVD, но для их воспроизведения необходимо использовать специальное оборудование. Обычно такие приводы совместимы с DVD. Формат Blu-ray (дословно переводится как «синий луч») называется так, потому что использует для записи и чтения лазерный луч сине-фиолетового цвета с длиной волны 405 нанометров.
Конкуренция между форматами HD DVD и Blu-Ray известна как «война форматов». По последним данным в «войне» победил Blu-ray. Главный сторонник HD DVD компания Toshiba в 2008 году отказалась от его производства, хотя диски до сих пор есть в продаже.
Разработка телевидения высокой четкости ведется еще с тридцатых годов прошлого века. Широкоэкранные фильмы, которые демонстрировались в кинотеатрах, плохо смотрелись на экранах телевизоров, что и послужило толчком для работы в этом направлении. Для того чтобы оценить все преимущества такого видео, необходим монитор с большой диагональю. Электронно-лучевые дисплеи большого размера были слишком дорогими, поэтому достаточно долгое время видео высокого разрешения не использовалось на практике. В современном мире появились жидкокристаллические и плазменные экраны с большой диагональю, следовательно, произошло массовое распространение видео высокой четкости.
В Европе, США и Японии ведется телевизионное вещание стандарта телевидения высокой четкости по спутниковым и кабельным каналам. С 2007 года спутник «НТВ-Плюс» ведёт вещание в формате ТВЧ на территории России, Казахстана и Украины. С 2015 года в России запланирован полный переход на цифровой формат телевизионного вещания, что приведет к доступности телевидения высокой четкости.[9]
Далее в таблице 3 представлены стандарты формата HD Video.
Таблица 4 – Стандарты формата HD Video
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Описание программного обеспечения, необходимого для работы с цифровым видеоматериалом на компьютере:
Медиаплеер – представляет собой программу для декодирования и воспроизведения видео, например, Windows Media Player, Media Player Classic, Quick Time, Winamp, Power DVD, VLC Media Player и пр.
В процессе установки медиаплеера, одновременно с ним в систему устанавливается определенный набор кодеков, от которого будет зависеть, какие медиаконтейнеры сможет открывать пользователь. К примеру, некоторые не умеют воспроизводить по умолчанию DVD или MKV. Во избежание скопления большого количества неиспользуемых приложений и иметь возможность просматривать любые виды видеофайлов, достаточно установить в систему набор отдельных кодеков, например, K-Lite Codec Pack.
Конвертор – представляет собой программу, которая разрешает преобразовывать видеоданные из одного формата в другой. Существуют мультиформатные конверторы, которые могут работать одновременно с любыми видами контейнеров, и узкоспециализированные, которые рассчитаны для конвертации одного формата. (Total Video Converter, Format Factory, Any Video Converter, Xilisoft Video Converter, MediaCoder, Dr.DivX, ImTOO 3GP Video Converter, ConvertXToDVD и пр.)
Рипперы и грабберы – это программные инструменты, которые позволяют копировать фильмы с DVD и Blu-Ray дисков и разрешают дальнейшую конвертацию в различные форматы. (Xilisoft DVD и Blu-ray Ripper, ImTOO DVD и Blu-ray Ripper, Aleesoft DVD и Blu-ray Ripper, Kingdia DVD Ripper, Best HD Blu-ray Ripper и др.)
Видеоредакторы – это компьютерные приложения, которые имеют набор специальных инструментов для редактирования видеоматериалов на компьютере. Благодаря программам такого типа возможно осуществление функции захвата и оцифровки видео. С помощью видеоредакторов происходит преобразование видеосигнала с внешних источников в цифровой видеопоток, его сжатие и сохранение в определенном контейнере, с целью дальнейшей обработки, хранения или воспроизведения. (Adobe Premiere, Pinnacle Studio, VirtualDub, Corel VideoStudio, Sony Vegas Pro, NeroVision, Ulead VideoStudio Plus и др.)
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
https://ru.wikipedia.org/wiki/Видео. – Видео
Васьковский А. М., Программные и аппаратные средства систем мультимедиа/Васьковский А. М., Виноградов В. А., Лукащук П. И., Николаев А. Б., Остроух А. В. – Москва, 2012. – 270 с.
Майстренко Н.В., Мультимедийные технологии в САПР. Часть II: Учебное пособие/Майстренко Н.В., Майстренко А.В., Коробова И.Л. – Тамбов, 2009. – 80 с.
https://sites.google.com/site/vhs2dvd4/cifrovoe-video. – Цифровое видео
http://compress.ru/article.aspx?id=11935. – Методы сжатия видео
Р. Садоян, Серия статей в журнале: КомпьютерПресс/ Р. Садоян (Часть 11: Методы сжатия мультимедиа-данных) – 2000-2001.
http://mediaediting.narod.ru/stand/videoformat_hd.html. – Видеоформаты
http://www.comdivss.ru/Archive/CP/1999/10/16/#01.–Методы сжатия цифрового видео
http://www.ovideo.ru/articles.htm. – Статьи о видео
http://www.ixbt.com/divideo/codex-psnr.shtml.–Сравнение видеокодеков при помощи метрики PSNR
http://itc.ua/article.phtml?ID=6185&IDw=45&pid=20.– Цифровое видео: обзор форматов
