Видео файлы

Для записи видеоинформации наиболее широко распространенными видами файлов являются файлы с AVI и MPEG. Формат файлов AVI создан для видеоприложений фирмой Microsoft (расширение.avi), формат MPEG1-2-3-4 разработан международной группой экспертов при поддержке ISO. Файлы содержат запись реальных видеоизображений (видеофильмов) со звуковым стереофоническим сопровождением. Разумеется, такие файлы наиболее объемные - запись минутного видеоролика занимает несколько Мбайт,

В последнее время все чаще применяется стандарт MPEG как более эффективный. Он позволяет достичь скорости передачи данных до 1,5 мб./сек (MPEG 1) или до 10 мб./сек. (MPEG 2). Суть этого метода сжатия в том, что весь экран разбивается на большое количество прямоугольников и от кадра к кадру передается и кодируется только та информация, которая изменялась, а тот элемент, который не менялся передается в новый кадр неизменным. Например, если сцена видеофильма содержит диалог двух людей на фоне комнаты, передается только информация о положении головы собеседников, рук и т.д., а обстановка комнаты передается из предыдущего кадра. Таким образом достигается сжатие информации в несколько десятков раз.

Для записи видеофайлов (создания AVI и MPEG-файлов) необходимо оснащение ПК еще одной дорогостоящей платой - видеоадаптером класса VideoBlaster для ввода в ПК и обработки стандартных видеосигналов от телевизора, видеомагнитофона или видеокамеры. Для работы такой платы нужно и специальное программное обеспечение (кодек - от КОдирование - ДЕКкодирование), оно, как правило, поставляется вместе с видеоадаптером или входит в состав операционной системы.. Выпускаются и видеоадаптеры типа телевизионных тюнеров. Они принимают сигналы телевизионных станций и позволяют выводить их на экран дисплея (а иногда и записывать в виде файлов).

Для воспроизведения уже готовых AVI и MPEG-файлов вполне достаточно иметь обычную видеосистему ПК - желательно на базе видеоадаптера SVGA. Такой видеоадаптер часто оснащается графическим ускорителем и быстрым буфером - устройствами, ускоряющими вывод информации на экран дисплея.

· Глава 4. Технические средства мультимедиа.

К техническим средствам, входящим в состав компьютера для обеспечения мультимедийных функций относятся:

· Звуковые платы

· Акустические системы

· Платы ввода – вывода видеосигналов

· CD – ROM приводы (только для чтения CD дисков) и CD RW приводы – чтение и запись

· DVD приводы (только чтение)

· Сканнеры – устройства считывания информации с бумажных листов, фотографий и т.д.

· Цифровые фотоаппараты

· WEB – камеры – устройства ввода видеоизображений в компьютер или трансляции в Интернет

· Мониторы и устройства вывода информации на большой экран или рекламное табло

· Устройства ввода - вывода звука

Считается, что эпоха мультимедиа началась с того, что компьютер стал членораздельно воспроизводить звуки человеческого голоса и проигрывать стереофонические записи электромузыкальных инструментов с помощью встроенного синтезатора. Для этого потребовалось оснастить ПК целым рядом "чуждых" для него устройств: аудиоадаптером, микрофоном и стереофоническими акустическими системами. В итоге некоторые мультимедиа-ПК стали походить больше на аудиостереокомплекс, чем на компьютер.

Главное из этих устройств - аудиоадаптер. С легкой руки ныне хорошо известной Сингапурской фирмы Creative Labs, первой создавшей аудиоадаптер для массовых ПК и назвавшей его "Sound Blaster", аудиоадаптер (или звуковая карта) так и стал именоваться SoundBlaster (в переводе Орудие Звука).

Современный аудиоадаптер - довольно сложное устройство.

Он содержит:

· Входы: линейный вход, микрофонный вход, вход для CD ROM, независимый вход для микширования сигналов

· Вход и выход для МИДИ - сигналов.

· Нормирующие входные усилители

· Входной смеситель сигналов - микшер

· аналого-цифровой преобразователь (АЦП) для преобразования аналоговых входных звуковых сигналов в цифровые коды,

· сигнальный процессор DSP (или более современный расширенный ASP) для воспроизведения ряда специальных звуковых эффектов (объемный звук, эхо и т.д.) и реализации сложных методов обработки звуковых сигналов (подавление шумов, система DOLBY и т.д.), а также для аппаратной реализации систем компрессии/декомпрессии оцифрованных звуковых сигналов,

· цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) для превращения цифровых кодов (хранящихся в файлах) вновь в аналоговые сигналы,

· синтезатор музыкальных звуков, удовлетворяющий стандарту MIDI на электромузыкальные инструменты и их интерфейс, это может быть FM - синтезатор или волновой синтезатор музыкальных звуков с выбором их из таблицы (иначе -табличный синтезатор).

· стереофонический выходной усилитель и микшер

Работу аудиоадаптера можно представить следующим образом. При записи звука сигналы от разных источников (микрофона, линии, проигрывателя звуковых компакт-дисков и музыкального синтезатора) усиливаются и нормируются по уровню сигналов. Затем эти сигналы подаются на устройство смешения сигналов - микшер. С выхода микшера сигналы поступают на АЦП и превращаются в обычные цифровые коды, с которыми может работать ПК и которые можно записывать на магнитные диски. Правда, предварительно эти сигналы подвергаются сжатию (компрессии) как на аппаратном, так и на программном уровне. Таким образом формируются файлы WAV.

Записанные на диск звуковые файлы в дальнейшем могут считываться с дисков и содержащиеся в них коды подаются на ЦАП. Затем после фильтрации (подчас достаточно сложной) полученные аналоговые сигналы через электронный регулятор громкости подаются на входы стереофонического усилителя мощности. Наконец с него они подаются на звуковые колонки, преобразующие электрические сигналы в акустические, которые мы и слышим.

Конструктивно аудиоадаптер выглядит как обычная печатная плата с набором радиокомпонентов. Она вставляется в разъем расширения (слот) материнской платы ПК и соединяется с приводом CD-ROM двумя кабелями -широким ленточным кабелем интерфейса и тонким звуковым кабелем для выходных сигналов CD-ROM.

На плате аудиоадаптера обычно имеется множество переключателей для установки следующих параметров:

· базовых адресов ввода/вывода узлов аудиоадаптера,

· номера канала прямого доступа к памяти DMA,

· номеров используемых прерываний IRQ.

Важно отметить, что любое устройство ПК должно иметь свои значения этих параметров (разные для разных устройств). Именно поэтому установка переключателей - дело не простое и не под силу начинающему пользователю. С большими трудностями, особенно если ПК оснащен рядом дополнительных периферийных устройств (например сканером, стримером, видеобластером и т.д.), могут столкнуться и опытные пользователи.

Кроме того, на плате аудиоадаптера обычно установлены перекидные переключатели (в виде штырьков с перемычками) включения/выключения игрового порта (для джойстиков), переключения выхода с громкоговорителей на линию, разъемы для подключения CD-ROM и MIDI- интерфейса электромузыкальных инструментов, панели для установки цифрового сигнального процессора и дополнительных микросхем памяти для волновых синтезаторов музыкальных звуков. На сторону платы, выходящую на заднюю стенку системного блока ПК, выводятся следующие органы:

· разъем для подключения микрофона,

· разъем для подключения стерео наушников,

· регулятор уровня выходного сигнала,

· выход стереосигналов для акустической аппаратуры.

Из описанного вытекает, что подключение аудиоадаптера (и иных аппаратных средств) требует определенных навыков. Самая большая трудность - правильная установка переключателей. Именно она стала побудительным мотивом к разработке спецификации Plug and Play (Включи и Работай), которую поддерживает Windows 98. Подавляющее большинство выпускаемых в настоящее время аудиоадаптеров спецификацию Plug and Play поддерживают. Уже стали появляться программноуправляемые аудиоадаптеры, удовлетворяющие этой спецификации и имеющие минимум перекидных переключателей (или даже не имеющих их вообще).

Кроме того, довольно большая часть компьютеров выпускается в соответствии со стандартом на мультимедийные компьютеры, там этих проблем вообще нет - все мультимедийное оборудование уже установлено в компьютере.

Кроме платы аудиоадаптера в аудиовооружение ПК должен входить динамический микрофон и звуковые колонки (аудиосистемы). Колонки могут быть пассивными (без встроенных усилителей) и активными (с встроенными усилителями). Усилители аудиоадаптера имеют малую мощность - чаще всего 4-6 Вт, да и то при малых искажениях звука и эта мощность не достигается. Поэтому пассивные звуковые колонки обеспечивают небольшую громкость звучания, поскольку работают от встроенного в аудиоадаптер усилителя мощности. Зато активные колонки могут быть любой мощности и габаритов. Они могут обеспечивать оглушающую громкость звуков и высокое качество звучания.

· Платы для работы с видео

Устройства ввода видеокадров в компьютер должны обеспечивать следующие потребительские свойства:

· прием низкочастотного видеосигнала (от видеокамеры, магнитофона или телевизионного тюнера);

· отображение принимаемого видео в реальном времени в масштабируемом окне среды Windows (SVGA–монитор можно использовать вместо ТВ для просмотра и контроля);

· замораживание кадра оцифрованного видео;

· сохранение захваченного кадра на винчестере или другом доступном устройстве хранения информации в виде файла в одном из принятых графических стандартов (*.TIF, *.TGA, *.PCX,.GIF и др.).

Эти видеоплаты называются захватчиками изображений, устройствами видеоввода, ТВ–грабберами (от английского grab — «захватывать»), имиджкепчерами (image capture — «захват изображения»), просто видеобластерами. Их принципиальная схема с определенными оговорками сводится к следующим базовым элементам, реализованным соответствующими наборами микросхем.

Первым и самым важным из них является видеодекодер, обеспечивающий прием сигнала с одного из видеовходов, его оцифровку, цифровое кодирование согласно телевизионному стандарту и передачу полученных данных следующему элементу — видеоконтроллеру.

Наиболее важными характеристиками видеодекодера являются:

· виды принимаемых низкочастотных видеосигналов;

· поддерживаемые телевизионные стандарты;

· частота и глубина оцифровки;

· возможность регулировки оцифрованного сигнала.

Низкочастотный телевизионный видеосигнал является композитным, то есть представляет собой результат сложения яркостного сигнала Y, двух цветовых поднесущих, модулированных сигналами цветности U и V, а также синхроимпульсов. Видеомагнитофоны и камеры классов VHS (Video Home System) и Video–8 работают только с композитными видеосигналами, при этом разрешение ограничено 240 телевизионными линиями. Кроме того, даже полный учет всех различий сигналов все равно не позволяет идеально разделить их. Поэтому более эффективным оказывается использование не единого композитного сигнала, а двух композитных сигналов Y/C: Y, как и ранее, несет яркостный сигнал и синхроимпульсы, а C (Chrominance) — модулированные цветовые сигналы. Такой сигнал называют S–Video (или S–VHS), он применяется при записи/воспроизведении в аппаратуре классов S–VHS и Hi–8. Считается, что при этом обеспечивается разрешение в 400 линий.

Следующим шагом к повышению качества является переход к компонентному сигналу YUV. Он используется в профессиональной аппаратуре класса Betacam и связан с поддержкой разрешения до 500 линий.

Полезной особенностью декодера является возможность регулировки принимаемого видеосигнала по яркости, насыщенности, контрастности и другим телевизионным параметрам. Это позволяет учитывать конкретные условия съемки и в определенных рамках компенсировать недостатки изображения до его сохранения. При этом визуальный контроль процесса настройки можно осуществлять по формируемому изображению в ТВ–окне SVGA–монитора.

Еще одной важной характеристикой декодера является глубина оцифровки, задаваемая числом бит на отсчет. Для получения полноценного изображения считается необходимым 16 млн цветовых оттенков (так называемый режим TrueColor — «реальные цвета»), что требует 8 бит на пиксель.

Таким образом, качественный декодер должен принимать с возможностью регулировки как композитный, так и S–Video–сигналы стандартов PAL/SECAM/NTSC и осуществлять их 8–битную оцифровку (обозначается YUV 4:2:2).

Видеоконтроллер выполняет ключевую роль в организации потоков оцифрованных данных между элементами видеоплаты. Он осуществляет необходимые цифровые преобразования данных (например, YUV в RGB, масштабирование) и организует их хранение в буфере памяти видеоокна — третьем элементе.

Необходимо отметить, что существует два варианта: буфер памяти под видеоокно может быть выделенным и располагаться на плате видеоввода или для буфера видеоокна может использоваться основная память видеоадаптера.

В завершение отметим, что различные режимы функционирования элементов видеоплат являются принципиально возможными, но их практическая реализация во многом зависит от эффективности и корректности управляющего программного обеспечения. ПО, например, определяет точность цветовой калибровки оцифрованных данных для различных ТВ–стандартов, поддерживаемые VGA–режимы и т. д.

Как организовано устройство захвата отдельных видеопоследовательностей. До сих пор мы рассматривали только задачу захвата и сохранения отдельных ТВ–кадров. Но нередко возникает необходимость оцифровки видеофрагмента продолжительностью от нескольких секунд до минут. Прямое решение поставленной задачи ввода видеопоследовательности пока не представляется возможным.

Дело в том, что кадр 768х576 в представлении YUV 4:2:2 требует 864 Кбайт, соответственно за 1 секунду (25 кадров) оцифровывается 21 Мбайт. К сожалению, реально достижимая скорость обработки данных на обычных PC значительно меньше. Снижения потока до достижимых величин можно достичь за счет следующих приемов: уменьшения размера кадров и числа цветов;уменьшения частоты кадров; использования компрессии видео.

Первые два являются наиболее очевидными, но приводят к резкому ухудшению визуального качества видео — действительно, трудно примириться с «дергающейся» картинкой этикеточного размера. Поэтому последний метод представляется наиболее эффективным. Существует множество различных алгоритмов видеокомпрессии: от сравнительно простых — как RLE, Cinepak до сложных — как Intel Indeo, M–JPEG и весьма изощренных — как фрактальный метод фирмы Integrated Systems.

Компрессия отдельных кадров без потери информации на реальных сюжетах, содержащих много мелких деталей и цветовых неоднородностей, обеспечивает коэффициент сжатия не более двух. Дальнейшее повышение компрессии неизбежно связано с потерей информации и определенным понижением качества: размыванием границ, искажением цветов, возникновением различного рода артефактов.

Общепризнанным стандартом сжатия отдельных кадров стал JPEG–алгоритм, основанный на разбиении изображения на блоки 8х8, их дискретном косинусном преобразовании и высокочастотной фильтрации полученного спектра. В результате на границах отдельных блоков нарушается гладкость представления, поэтому характерным признаком JPEG–изображения является его видимая блочная структура. Однако при коэффициенте сжатия не более 1:15 данные погрешности почти незаметны. Более того, считается, что сжатие до 1:5 (видеопоток 4—6 Мбайт/с) соответствует профессиональному качеству, обеспечиваемому видеоаппаратурой класса Betacam, а до 1:10 (видеопоток 2—3 Мбайт/с) — качеству, характерному для S–Video. Существенным достоинством данного алгоритма является его симметричность — восстановление производится обратным косинусным преобразованием и требует тех же ресурсов и временных затрат, что и компрессия.

Важной ступенью в развитии рассматриваемых устройств стала разработка и использование микросхем аппаратной компрессии, позволяющих в реальном времени захватывать и сжимать видео. Первым появился Intel Smart Video Recorder. Он построен на базе DVI–процессора Intel 82750PE, реализует алгоритм компрессии Intel Indeo и обеспечивает до 25 кадр/с при максимальном разрешении 320х240. Необходимо подчеркнуть, что декомпрессия Indeo–файлов выполняется программным способом. Иначе говоря, сжатое видео может быть проиграно на любом достаточно быстром компьютере.

Но к поистине революционному изменению мира цифрового видео привело появление недорогих микросхем M–JPEG–компрессии (фирм LSI Logic и Zoran), аппаратно реализующих JPEG–компрессию отдельных телевизионных полей 768х576 с частотой до 50 Гц в реальном масштабе времени. На их базе было создано множество доступных по цене видеоплат, позволяющих как записывать на винчестер, так и воспроизводить с него реальное видео с коэффициентами компрессии от 120 до 5. Это вызвало настоящий бум систем нелинейного монтажа, позволяющих захватывать отдельные видеофрагменты в PC, осуществлять их цифровое редактирование (а возможности современных программ Adobe Premiere 4.0 или Ulead MediaStudio 2.5 почти безграничны) и последующую склейку/вставку в исходный фильм.

Итак, при выборе устройства ТВ–ввода в первую очередь следует обращать внимание на следующие параметры: число поддерживаемых ТВ–систем рекомендуется PAL/SECAM, 1 вход композитный, 1 S–Video); точность оцифровки входного сигнала (рекомендуется YUV 4:2:2); физическое разрешение изображения (рекомендуется 768х576х16 млн цветов — TrueColor); размер внутреннего буфера памяти (если он есть) и ее организация (не менее 1 Мбайт при YUV 4:2:2); наличие аппаратных схем M–JPEG компрессии/ декомпрессии; возможность подстройки входного сигнала; наличие ограничений на размер ОЗУ компьютера, способ связи с SVGA (требование feature–коннектора); наличие ограничений на степень компрессии и на скорость передачи данных; поддерживаемые режимы просмотра видео в среде Windows (рекомендуется не меньше 800х600х64 тыс. цветов); визуальное качество оцифрованного изображения (точность цветопередачи, разрешение мелких деталей; лучше оценивать по тестам).

По каким критериям следует оценивать платы видеозахвата.

Дата добавления: 2014-12-27