Составляющие мультимедиа. Видео

Сжатие движения

Комбинирование преобразований

Анимация матрицы

В данном случае для матрицы задается комбинация из следующих преобразований:

Перемещение матрицы.

Вращение матрицы.

Изменение размера матрицы.

Сжатие является общим способом решения проблем, связанных с прокачкой и хранением данных при воспроизведении анимации.

В большинстве анимационных пакетов используется метод сжатия движения (motion compression), когда запоминается первый кадр, а затем вычисляются только разницы между каждым последующим и предыдущим кадрами. Этот процесс принято называть нахождением покадровой разницы. Результирующий поток данных впоследствии сжимается с использованием принципа кодирования переменной длины (3RLE - run-length encoding). При воспроизведении на экране монитора процессор вычисляет и показывает только текущие различия. Это существенно сокращает компьютерное время по сравнению с записью без сжатия, когда обрабатывается объем данных, соответствующий последовательности полных кадров.

Сжатие движения наиболее эффективно, когда изменения между кадрами малы, как, например, в случае, представленном на рисунке. Чем больше изменений, тем больше информации приходится хранить и обрабатывать.

В современном мире пока существует два типа видео: аналоговое и цифровое. Аналоговое видео является самым ранним методом передачи видеосигнала. Одним из первых видеоформатов стал композитный видеосигнал, при котором все видеокомпоненты (яркость, цвет, синхронизация и т.д.) комбинируются в один сигнал. Из-за этого объединения возникали неточная передача цветы, недостаточно «чистая» картинка, другие факторы потери качества. В пришедшем на смену компонентном видео различные видеокомпоненты представлены как независимые сигналы, развитие этого формата привело к появлению форматов S-Video и др.

В мире существуют три основных видеостандарта: NTSC, PAL, SECAM. В стандартах PAL и SECAM 625 строк развертываются с частотой 25 кадров в секунду. Согласно стандарту NTSC каждый видеокадр состоит из 525 горизонтальных строк экрана, по которым каждую 1/30 долю секунды проходит электронный луч. Существенным недостатком всех вышеперечисленных аналоговых форматов является то, что при копировании дубль всегда уступает по качеству оригиналу.

Недостатки, присущие аналоговому видео, привели к появлению цифрового видеоформата. Хотя современный видеоряд базируется на цифровой основе, практически все цифровые видеоформаты до сих пор в качестве носителя исходного сигнала используют пленку с последовательным доступом. Поэтому большинству профессионалов в области видео привычней работать с пленкой, чем с компьютером. Но использование компьютера даёт ряд существенных преимуществ, оно не только обеспечивает прямой доступ к любому видеофрагменту, но и предполагает широкие возможности обработки изображения (редактирование, сжатие).

В последнее время наметилась тенденция слияния телевизионного и компьютерного видео. Этот процесс начался, когда компьютеры применялись только для контроля вывода видеоизображений на экран с видеомагнитофонов. При этом преобразование аналогового сигнала в цифровую форму происходит с помощью специальных плат. Дальнейшее сближение цифрового и аналогового видео привело к вытеснению аналогового сигнала с мультимедиа-компьютера. Видео сначала преобразуется из аналогового в цифровой формат и записывается на одном из запоминающих устройств (жесткий диск, CD-ROM или любое другое устройство). При этом видео уже можно воспроизвести на компьютере программным способом. Последний шаг к цифровому видео будет сделан тогда, когда создание и запись видео будет выполняться в цифровой форме, а аналоговое видео будет полностью вытеснено из этого процесса. Это произойдет после повсеместного введения стандартов DVD-Video и HDTV (телевидение высокой четкости – 1200 строк разрешения и коэффициент относительного изменения по вертикали и горизонтали 16:9).

В 1995 г. произошла настоящая революция в мире видео - консорциум ведущих производителей электроники принял новый цифровой формат записи на магнитную ленту DVC (Digital Video Cassette) или DV (Digital Video). Этот компонентный формат представления сигнала обеспечивает разрешение по горизонтали 500 линий. DV – это цифровой формат записи, что само по себе гарантирует идентичность каждой копии оригиналу и возможность цифрового редактирования (вплоть до отдельного кадра) без потери качества. Фактически единственным параметров, по которому DV уступает формату Betacam SP – это разрешение. Формат профессиональной студийной аппаратуры Betacam SP поддерживает разрешение до 650 телевизионных линий. Другие соответствующие параметры (отношение сигнал/шум, полоса частот сигнала цветности) у них сравнимы. Благодаря раздельной записи видео и звука формат DV позволяет добавлять звуковое сопровождение после завершения записи/редактирования видео, а также перезаписывать звук. Предусматривается специальная схема маскирования ошибок, позволяющая воспроизводить чистую картинку даже в случае полной потери 2 из 12 дорожек кадра. Формат DV обеспечивает высокое выходное качество изображения при небольших размерах и значительно меньше по стоимости, чем Betacam SP. В соответствии со стандартом IEEE1394 (FireWire) цифровое видео может переноситься с видеокамеры на жесткий диск компьютера и обратно без оцифровки и других преобразований Благодаря этому не происходит потери качества изображения при использовании компьютерного видеомонтажа.

Цифровое видео с профессиональным качеством постепенно становится реальностью для широкого круга потребителей.

Форматы сохранения видеоинформации:

· AVI (Audio Video Interleaved) – формат, разработанный Microsoft для записи и воспроизведения видео в ОС Windows. При записи в этом формате используется несколько форматов компрессии (сжатия) видеоизображения.

· Quick Time Movie (.qt,.mov) – наиболее распространенный формат записи и воспроизведения видео, разработанный фирмой Apple для компьютеров Мас. Поддерживает несколько различных форматов сжатия видео, в том числе MPEG и Indeo, а также свой собственный метод компрессии. До недавнего времени фильмы в формате MOV можно было записывать только на платформе Мас, а воспроизводить – на платформах Мас и Wintel. Сейчас такого ограничения нет.

· MPEG (.mpg,.mpeg) – формат для записи и воспроизведения видео, разработанный группой экспертов по движущимся изображениям (MPEG). Имеет собственный алгоритм компрессии. В настоящее время активно используется для записи цифрового видео.

· Digital Video (.dv) – формат, разработанный для цифровых видеокамер и видеомагнитофонов. Кодер-декодер (кодек) определен - консорциумом ведущих производителей электроники и выпущен в различных вариантах, чтобы его могли поддерживать независимые производители в своих платах с интерфейсом FireWire и комплексных решениях для редактирования цифрового видео. Для его воспроизведения можно использовать программное обеспечение Quick Time или DirectX выше версии 5.1.

· Compression Engine Movie (.cem) – формат для сжатия цифрового видео, основанный на технологии волнового преобразования (как и формат для сжатия статических изображений WIF). Обеспечивает высокую степень сжатия, но не является общепризнанным.

Сжатие нужно для уменьшения объема цифровых видеофайлов, предназначенных для хранения, максимально сохраняя при этом качество оригинала. Различают сжатие:

- обычное (в режиме реального времени). Многие системы оцифровывают видео и одновременно сжимают его, иногда параллельно совершая обратный процесс декомпрессии и воспроизведения. Для качественного выполнения этих операций требуются очень мощные специальные процессоры, поэтому большинство видеоплат не способны оперировать с полнометражным видео и часто пропускают кадры. Пропущенные кадры нарушают плавность видеоизображения. Пропуск кадров приводит также к рассинхронизации звука и изображения. Поэтому видеоплата для оцифровки должна обеспечивать производительность не ниже 24 кадров/с без пропуска кадров, что не позволит нарушить плавность видеоизображения;

- симметричное и асимметричное. Отличия связаны с соотношением способов сжатия и декомпрессии видео. Симметричное сжатие предполагает возможность проиграть видеофрагмент с разрешением 640х480 при скорости в 30 кадров/с, если оцифровка и запись его выполнялись с теми же параметрами. Асимметричное сжатие (АС) – это процесс обработки видео за значительно большее время. Степень асимметричности сжатия задаётся в виде соотношения. Например, цифры 150:1 означают, что одна минута сжатого видео соответствует примерно 150 минутам реального времени. АС более удобно и эффективно для достижения качественного видео и оптимизации скорости его воспроизведения. Но при этом кодирование полнометражного ролика может занять слишком много времени, поэтому подобный процесс выполняют специализированные компании, куда отсылают для кодирования исходный материал (что соответственно увеличивает временные и материальные затраты на проект);

- с потерей качества и без потери. Чем выше коэффициент сжатия, тем больше страдает качество видео. Все методы сжатия приводят к некоторой потери качества, даже если это незаметно для глаза. Только один алгоритм выполняет сжатия без потерь - разновидность Motion-JPEG Kodak Photo CD, ориентированный только для фотоизображений (коэффициент сжатия 2:1).

При работе с цифровым видео обращают особое внимание на коэффициент сжатия, который нельзя путать с коэффициентом асимметричности сжатия. Коэффициент сжатия – это цифровое выражение между объёмами сжатого и исходного материала. Например, коэффициент 181:1 означает, что оригинал по сравнению со сжатым видеоизображением занимал объём, в 181 раз больший.

При сжатии качество видео зависит от:

Ø используемого алгоритма - для MPEG стандартом считается 200:1 с сохранением неплохого качества. Различные варианты Motion-JPEG работают с коэффициентами от 5:1 до 100:1, хотя даже при уровне 20:1 трудно добиться хорошего качества;

Ø параметров видеоплаты;

Ø конфигурации компьютера;

Ø программного обеспечения.

Все методы сжатия используют математические алгоритмы для устранения, группировки, усреднения схожих данных, присутствующих в видеосигнале. Существует большое разнообразие алгоритмов сжатия, включая Compact Video, Indeo и целый ряд других, но только Motion-JPEG, MPEG-1, MPEG-2 признаны международными стандартами для сжатия видео. Широкое же распространение получило цифровое видео, сжатое по стандарту MPEG.

Технология MPEG использует поточное сжатие видео, при котором обрабатывается не каждый кадр по отдельности (как это происходит с помощью алгоритмов Motion-JPEG), а анализируется динамика изменения видеофрагментов и происходит устранение избыточных данных. В большинстве фрагментов фон изображения остаётся достаточно стабильным, а действие происходит на переднем плане. Поэтому алгоритм MPEG начинает сжатие с создание исходного (ключевого) кадра. Играя роль опорных при восстановлении остальных изображений, они размещаются через каждые 10-15 кадров. Только некоторые фрагменты изображений, находящиеся между ними, претерпевают изменения, именно эта разница и сохраняется при сжатии. В результате использования MPEG-технологии можно добиться коэффициента сжатия 200:1.

Наибольшее распространение получили два формата MPEG-1 и MPEG-2. Они различаются по объёму и качеству видеоинформации. Обычно по формату MPEG-1 изображение кодируется с разрешением 320х200. При воспроизведении такой ролик «растягивается» до полного экрана аппаратными и программными средствами. При этом теряется качество, зато остаётся возможность проигрывания полноэкранного видео даже на 2-х скоростных дисководах CD-ROM.

Формат Video-CD был разработан для записи MPEG-видео на компакт-диск и воспроизведения его в дальнейшем на любом оборудовании, поддерживающим данный формат. При программном воспроизведении MPEG и Video-CD на компьютере с процессором Pentium можно добиться неплохого качества, учитывая при этом основные факторы, влияющие на качество воспроизведения:

- производительность процессора;

- производительность графической платы;

- скорость дисковода CD-ROM.

Сейчас на смену Video-CD приходит формат DVD-Video, обеспечивающий поддержку формата MPEG-2 и более высокое качество видео и звука. Формат MPEG-2 поддерживает более высокие разрешения (в том числе 720х480). Это позволяет записывать с помощью формата MPEG-2 полноэкранные фильмы «вещательного» (Betacam) качества. Данный формат выбран для использования в новом поколении видеодисков на основе технологии DVD, и через некоторое время станет ведущим и для ПК. Спецификация MPEG-2 позволяет достичь очень высокого качества изображения, поэтому она нашла своё применение, в основном, в профессиональных сферах: кабельное телевидение, направленное спутниковое вещание, телевидение высокой четкости.

История программного обеспечения воспроизведения видео на ПК начинается с 1991 года, когда фирмой Apple была представлена технология Quick Time для воспроизведения видео на компьютерной платформе Мас. При этом был предложен способ воспроизведения видео без всякой дополнительной аппаратуры. Впоследствии было разработано программное обеспечение Quick Time for Windows, позволившее воспроизводить видео, оцифрованное на компьютерах Мас в режиме эмуляции Windows.

Корпорация Microsoft в ответ выпустила пакет Video for Windows, который также позволял управлять воспроизведением видео без дорогостоящих добавок на компьютерах, соответствующих спецификации МРС. Благодаря стараниям Microsoft в Windows 95 появилась новая архитектура под названием Active Movie. Спустя некоторое время появилась DirectX Media 5.1, в которой были собраны несколько мультимедийных технологий, ранее существовавших изолированно, в том числе и Active Movie, получившая название здесь DirectShow. DirectShow поддерживает разнообразные аудио- и видеоформаты, среди которых DV, MPEG-1, AVI, AIFF. Microsoft также готовит AVI замену новыми форматами ASF (для воспроизведения видео через Internet) и AAF (для использования в разнообразных мультимедийных приложениях).

Для получения оцифрованного видео в формате MPEG имеются две возможности:

Ø воспользоваться недорогим АЦП, поддерживающим формат MPEG, обычно кодирующим видеоряд в режиме реального времени (например, Aver MPEGWizard), либо с определенным коэффициентом временных затрат на каждую минуту получаемой MPEG-последовательности (например, система Data Translation Broadway работает с коэффициентом 3:1). Подобный метод очень удобен, однако очень дорог.

Ø с помощью имеющейся платы оцифровать AVI-файл, а затем использовать специальную программу для преобразования AVI-видео в MPEG. Однако недостатком этого способа являются большие временные затраты и значительный объем требуемого дискового пространства (для записи предварительного AVI-файла), а также низкое качество преобразования.

Чтобы превратить оцифрованную информацию в готовый продукт, её необходимо обработать: разместить монтажные эпизоды, задать переходы между ними, собрать готовый фильм. Эта роль отводится так называемым программам редактирования видео. Наиболее известная такая программа – Adobe Premiere, имеющая версии как для Мас-платформы, так и для Wintel. Наиболее сильная сторона Premiere – его действительно интуитивный и дружественный интерфейс, возможность использовать дополнительные модули (plug-ins), поставляемые независимыми разработчиками, наиболее слабая – большое количество ошибок. Профессионалы в области видео считают Premier эталоном, с которым сравниваются все остальные продукты, это не значит, что он - лучший, он – наиболее распространенный.

Дата добавления: 2014-01-11