Министерство образования и науки Российской Федерации
Государственное образовательное учреждение
Институт развития дополнительного профессионального образования
Институт ЮНЕСКО по информационным технологиям в образовании
Раздаточные материалы учебного курса
«Преподаватель (тьютор) ДО»
Тема: Средства дистанционного обучения.
Программные средства создания мультимедийных компонент электронного учебно-методического комплекса.
РАБОТА С ВИДЕО
Лектор: А.С. Сергеев
Начальник отдела разработки мультимедиа продуктов
Республиканского мультимедиа центра
к. т. н., доцент.
E-mail: A_Sergeyev@rnmc.ru
Copyright© 2005
Все права защищены.
Никакая часть данного текста не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме без письменного разрешения автора.
Видеоинформация наиболее реалистично отражает изучаемые объекты и их взаимодействие. В дальнейшем для краткости будем употреблять термин видео.
К преимуществам видео можно отнести:
- высокая достоверность передачи особенностей движущихся объектов;
- создание эффекта присутствия.
Аналоговое видео имеет множество проблем, связанных с носителем аналоговой информации и технологией ее обработки - искажение сигнала при прохождении, потери при перезаписи и влияние носителя как такового. Цифровое видео (digital video) устраняет эти проблемы, объединяя и перенося движущееся изображение и звук в компьютерный мир
Для создания цифрового представления видеоизображения применяется следующая процедура. Аналоговые сигналы от видеоисточников, например с камеры, преобразуется перед оцифровкой в цветовую систему YUV или в аналогичное цветовое представление. Затем полученный видеосигнал преобразуются в цифровую форму при помощи специального устройства, называемого аналого-цифровой преобразователь (АЦП, ADC-Analog-to-Digital Converter). Результат этого преобразования представляет собой последовательность байтов, кодирующих цвет каждого пиксела в кадре изображения. Объединение информации о каждом кадре формирует поток данных, полностью описывающих видеофрагмент. Видео- изображение в таком представлении можно в дальнейшем обрабатывать, хранить или передавать в практически неограниченное число раз. Однако размер такого файла оказывается весьма значительным.
Для Pal/Secam частота смены кадров - 25 раз в секунду, что наш мозг воспринимает как непрерывное движение. Длинные видеопоследовательности без сжатия имеют большие размеры. Так, для видео с размером кадра 352х288, 24 бит на пиксель минута видео потребует примерно 435 Мбайт.
Аналоговое видео
VHS (Video Home System) формат объединяет видеодорожку, предназначенную для записи видеоизображения в форме композитного сигнала, и звуковую дорожку для записи стереозвука стандарта Hi-Fi (High-Fidelity). Разрешение кадра VHS изображения составляет 240 строк, что позволяет записывать видеоматериал с удовлетворительным качеством. В связи с этим VHS стал массовым форматом при распространении видеопродукции для просмотра в домашних условиях на обычных телевизионных приемниках, но не был рекомендован для записи и обработки видеопродукции.
S-VHS (Super Video Home System). Он использовал такие же по размеру кассеты, как и VHS, но с лучшим магнитным слоем пленки. Важным отличием S-VHS является тот факт, что для получения большего разрешения кадра (в S-VHS 400 строк) используется видеосигнал формата Y/C, где яркость и цветность хранятся как отдельные сигналы. В связи с этим S-VHS дает более улучшенные соотношения основного сигнала к помехам в сигнале яркости и цветности. Этот стандарт также предусматривает запись Hi-Fi звука.
В формате Hi8 был применен прием, который достаточно давно применялся в профессиональной видеоаппаратуре. Совместно с видеоизображением и аудиосопровождением на ленту могут записываться синхрoнизирующие импульсы (тайм-код). При монтаже видеофрагментов синхронизация по тайм-коду позволяет осуществлять более качественный монтаж.
Betacam SP (Superior Performance) до распространения цифрового видео, этот формат был достаточно популярным в области промышленного и конечного телевещания, поскольку он использует форму компонентного видеосигнала на 1/2” пленке. Betacam SP может использовать как стандартные металлооксидные пленки, так и пленки с “металлическим” покрытием, что улучшает качество изображения.
Разные форматы видео имеют различное число строк развертки.
| Система | Betacam SP | S-VHS | VHS |
| PAL/SECAM | 720x576 | 400x576 | 360x576 |
| NTSC | 720x480 | 400x480 | 360x480 |
Все вышеперечисленные форматы остаются аналоговыми по своей сути, и, следовательно, обладают одним существенным недостатком: при копировании дубль всегда уступает по качеству оригиналу.
Цифровое видео
В отличие от аналогового видео, качество которого падает при копировании, каждая копия цифрового видео идентична оригиналу.
В настоящее время распространены следующие форматы цифрового видео:
Microsoft AVI (Audio Video Interleaved),
Apple’s QuickTime и
MPEG (Motion Picture Expert Group).
Для цифрового видеомонтажа использование компьютеров дает ряд существенных преимуществ: не только обеспечивает прямой доступ к любому видеофрагменту (что невозможно при работе с пленкой, поскольку к необходимым участкам можно добраться лишь последовательно просматривая видеоматериал), но и предполагает широкие возможности обработки изображения (редактирование, сжатие).
Цифровые видеопоследовательности получают из аналогового видео посредством видеозахвата – процесса аппаратно-программного преобразования аналогового видео в цифровой вид с последующим его сохранением на цифровом носителе информации. Для размещения на жестком диске видеофайла, перехватываемого в режиме реального времени, необходимо выполнять его сжатие уже в процессе перехвата.
Сжатия разделяют на два типа: без потери качества (часто кратко называются "без потерь") и с потерей качества ("с потерями"). Разница между этими типами понятна из их названия. Большинство методов сжатия без потери качества не учитывают визуальную похожесть соседних кадров видеопотока. Методы сжатия с потерей качества, наоборот, в большинстве случаев используют эту похожесть. Из-за этого максимальная степень сжатия среднестатистического видеофрагмента, достигаемая алгоритмами без потерь, не превышает 3 к 1, в то время как алгоритмы, работающие с потерей качества, могут сжимать вплоть до 100 к 1.
При видеозахвате всегда следует учитывать, будут ли производиться последующая обработка захваченного материала фильтрами и нелинейный видеомонтаж. Если будут, то при захвате рекомендуется, либо вообще не использовать сжатие "на лету", либо использовать не очень сильное сжатие, основанное на "раздельном" алгоритме. Наиболее популярным видом такого сжатия является Motion JPEG (MJPEG). При сжатии этим методом каждый кадр компрессируется известным алгоритмом JPEG, позволяющим достигнуть степеней сжатия 7:1 без заметных искажений картинки. Такие рекомендации вызваны тем, что сильное сжатие и "рекурсивные" алгоритмы вносят в видеофрагмент очень большое количество "скрытых" артефактов, которые сразу станут заметными при проведении фильтрации или рекомпрессии, производимой после нелинейного видеомонтажа.
В аналоговом видео принято разделять полный кадр на два полукадра (fields), равных ему по ширине и вдвое меньших по высоте. В одном полукадре содержатся нечетные линии кадра (Field A, odd field), в другом - нечетные (Field B, even field). Такое разделение очень удобно для отображения видео на электронно-лучевых трубках телевизоров, использующих чересстрочную (interlaced) развертку. При чересстрочной развертке на экране сначала прочерчиваются все четные линии, а затем - все нечетные. Такой метод позволяет добиться отсутствия видимого мерцания картинки, несмотря на сравнительно медленную скорость ее изменения.
Негативными последствиями чересстрочного видео является проблема его вывода на экран с прогрессивной разверткой, при которой отображается весь кадр целиком. Из двух полукадров приходится предварительно собирать один полный кадр, и лишь после этого производить отображение. Но, так как четные и нечетные полукадры такого кадра относятся к разным моментам времени, на границах движущихся предметов неизбежно возникнут нестыковки четных и нечетных линий, видимые в виде "зазубренностей". Устранения этого эффекта добиваются применением в ходе монтажа специальных фильтров.
Системы нелинейного монтажа имеют два принципиальных отличия от традиционных монтажных линеек. Во-первых, они используют только цифровое представление видеоинформации. Во-вторых, обеспечивают прямой доступ к любому видеофрагменту, более того, начало и конец фрагмента переназначается практически мгновенно. Понятно, что вторая особенность является следствием первой - прямой доступ к файлам привычен для любого компьютера. Особенность заключается в том, что обеспечивается доступ к любому кадру исходного файла цифрового видео.
В результате исходный файл легко разбивается на множество фрагментов. Каждый фрагмент можно просмотреть, изменить его длину переназначением первого и последнего кадров и объединить фрагменты в нужную режиссеру последовательность. При этом все операции определения и монтажа фрагментов производятся в десятки и сотни раз быстрее, чем в традиционной аналоговой монтажной линейке. Действительно, аналоговые технологии требуют для выделения фрагмента его перезаписи на отдельный носитель. В цифровом же монтаже используются только адреса граничных кадров фрагментов, а затем компьютер автоматически выстраивает нужные видеопоследовательности.