Здесь можно найти учебные материалы, которые помогут вам в написании курсовых работ, дипломов, контрольных работ и рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.
Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение оригинальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения оригинальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, РУКОНТЕКСТ, etxt.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии так, что на внешний вид, файл с повышенной оригинальностью не отличается от исходного.
Результат поиска
Наименование:
Реферат Основные характеристики видео. Видеостандарты. Форматы записи. Методы сжатия. Современные мобильные видеоформаты. Программы, необходимые для воспроизведения видео. Современные видеокамеры. Носители цифрового видео. Спутниковое телевидение.
Информация:
Тип работы: Реферат.
Предмет: Схемотехника.
Добавлен: 25.01.2007.
Год: 2007.
Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%
Описание (план):
107
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ
ФЕДЕРАЦИИ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Ивановский государственный
химико-технологичес ий университет
Факультет неорганической химии и технологии.
Кафедра ТП и МЭТ.
Реферат
Современные форматы видео
Выполнил:
студент 5 курса 14 группы
дневного отделения: Поздеев М.Е.
Иваново - 2007
Содержание
Введение Глава 1. Основные характеристики видео
1.1. Качество изображения 1.2. Эксплуатационные возможности 1.3. Плотность записи, стоимость 1 минуты записи и массогабаритные параметры носителя (для видеолент) 1.4. Затраты на приобретение и эксплуатацию техники 1.5. Количество кадров в секунду 1.6. Чересстрочная развёртка 1.7. Разрешение 1.8. Соотношение сторон экрана 1.9. Количество цветов и цветовое разрешение 1.10. Ширина видеопотока (для цифрового видео)
Глава 2. Видеостандарты
2.1. Цифровые
2.1.1. ATSC 2.1.2. DVB 2.1.3. ISDB
2.2. Аналоговые
2.2.1. MAC 2.2.2. PAL 2.2.3. NTSC 2.2.4. SECAM 2.2.5. MUSE
Глава 3. Форматы записи
3.1. Форматы аналоговой записи
3.1.1. VHS 3.1.2. Betacam SP 3.1.3. Video-8 3.1.4. MII 3.1.5. U-matic 3.1.6. Betamax 3.1.7. 2" Quadruplex 3.1.8. 1" Type C 3.1.9. S-VHS 3.1.10. VHS-C 3.1.11. Hi8
3.2. Форматыцифровойзаписи
3.2.1. Video CD 3.2.2. DVD 3.2.3. DivX 3.2.4. DV (miniDV) 3.2.5. SVCD, ASF, RM 3.2.6. Digital Betacam 3.2.7. Betacam SX 3.2.8. HDV 3.2.9. ProHD 3.2.10. D-VHS 3.2.11. MicroMV 3.2.12. Digital8 3.2.13. D1, D2, D3, D5, D6 3.2.14. S(X)VCD
3.3. Сравнение форматов записи
Глава 4. Методысжатия
4.1. Технологии сжатия цифрового видео 4.2. Технологии и алгоритмы сжатия видео 4.3. MPEG (MPEG-1, MPEG-2, MPEG-3, MPEG-4) 4.4. MJPEG 4.5. Wavelet 4.6. JPEG 4.7. Apple QuickTime 4.8. Intel Indeo 4.9. CCIR 601 4.10. H.261 4.11. H.263 4.12. Ogg-Theora 4.13. AVI 4.14. Editable MPEG 4.15. VDOWave 4.16. Cinepak 4.17. Microsoft Video (MSVC)
Глава 5. Современные мобильные видеоформаты
5.1. 3GPP 5.2. Real Video 5.3. VICS Video 5.4. MobiClip Video
Глава 6. Программы, необходимые для воспроизведения видео Глава 7. Современные видеокамеры Глава 8. Носители цифрового видео Глава 9. Системы спутникового телевидения Глава 10. Телевидение высокой четкости (HDTV: High-Definition Television) Глава 11. Справочная информация и термины Список литературы
Введение
Вимдео (от лат. Video - дословно «вижу») - под этим термином понимают широкий спектр технологий записи, обработки, передачи, хранения и воспроизведения визуального и аудиовизуального материала. Когда в быту говорят «видео» - то обычно имеют в виду видеоматериал, телесигнал или кинофильм, записанный на физическом носителе (видеокассете, видеодиске и т. п.).
Обычные телевизионные видеоданные представляют собой поток аналоговых сигналов. Компьютерная обработка видеоинформации состоит в преобразовании их в цифровой формат с последующим хранением этих данных на жестком или компакт-диске или другом устройстве хранения информации. Оцифровка видеосигнала, как и оцифровка звука, включает две стадии: дискретизация данных аналогового видеопотока, т. е. снятие отсчетов с определенной частотой, и преобразование каждого такого отсчета в цифровой эквивалент или квантование.
При хранении оцифрованных данных в несжатом формате изображение размером 400x300 пикселов с глубиной цвета 24 бита на пиксел, обновляемое с частотой 25 Гц, потребует скорости передачи информации более 5,5 Мб/с. А хранение данных для показа 5-минутного ролика в указанном формате потребует информационное пространство, превышающее 1,6 Гб. Естественно, что при работе с такими данными невозможно обойтись без сжатия, однако и в этом случае потребуется время, определенные вычислительные мощности на распаковку данных. Достичь оптимального сжатия можно путем совершенствования аппаратных или программных средств, а может быть, совместно тех и других.
В качестве аппаратных средств используются специальные видеопроцессоры, которые поддерживают высокоскоростную компрессию и декомпрессию данных, не загружая центральный процессор компьютера. Второй подход состоит в использовании специализированных методов программного сжатия и распаковки предварительно сжатых видеоданных.
Аналоговый видеосигнал включает в себя несколько различных компонентов, объединенных в единое целое. Такой составной видеосигнал малопригоден для оцифровки. Предварительно его следует разделить на так называемые базовые компоненты. Обычно компоненты представляют собой три различных сигнала, соответствующие определенной модели представления цветового пространства. Если в статической графике используется RGB-цветовое представление, то в цифровом видео чаще используется модель YUV. Видеопоследовательно ти отображаются в виде серии кадров или фреймов, каждый из которых, no-существу, является графическим изображением и включает в себя определенное число пикселов. Такой видеофрейм может быть сжат с помощью одного из алгоритмов сжатия изображений, с потерями или без потерь.
Глава 1. Основные характеристики видео
1.1. Качество изображения
Под качеством изображения обычно понимается разрешение, то есть количество воспроизводимых вертикальных линий. Это оценка, по существу, поверхностная, так как существует много других, не менее важных, параметров, столь же заметных человеческому глазу, как и четкость по строке.
Качество видео измеряется с помощью формальных метрик, таких, как, например, PSNR, или с использованием субьективного сравнения с привлечением экспертов. Метрика PSNR
В рамках тестирования критерием оценки качества может служит метрика PSNR (peak signal to noise ratio/пиковое отношение сигнала к шуму, измеряется в дБ). Данная метрика, по сути, аналогична среднеквадратичному отклонению, однако пользоваться ей несколько удобнее за счет логарифмического масштаба шкалы. Ей присущи те же недостатки, что и среднеквадратичному отклонению. Эта метрика очень популярна, ее используют во многих научных статьях и сравнениях в качестве меры потери качества. Как и все существующие метрики, она не идеальна и имеет свои достоинства и недостатки. Значение метрики тем больше, чем больше разница между сравниваемыми изображениями. Смысл графиков PSNR/Frame size На графике изображена зависимость показателя метрики от среднего размера кадра. Каждая ветвь соответствует определенному кодеку. Ветви построены на опорных точках, каждая из которых соответствует конкретному битрейту. Очевидно, на каждой ветви находится по десять точек (каждая последовательность сжимается на 10 настройках битрейта). Бывает, что кодек не удерживает битрейт и с разными настройками битрейта сжимает одинаково. В таких случаях на ветви кодека расположено менее десяти опорных точек. При сравнении кодеков на этих графиках следует обращать внимание на то, как высоко расположены ветви кодеков. Чем выше находится ветвь - тем выше качество последовательности, сжатой данным кодеком.
Существуют и другие метрики:
1. MSAD - Значением данной метрики является усреднённая абсолютная разность значений цветовых компонент в соответствующих точках сравниваемых изображений. Используется, например, для отладки кодеков или фильтров.
2. Delta - Значением данной метрики является усреднённая разность значений цветовых компонент в соответствующих точках сравниваемых изображений.
3. Bluring measure - Данная метрика позволяет сравнить степень размытия двух изображений, относительно друг друга. Чем ближе её значение к 0, тем больше размыто изображение.
4. Blocking measure - Метрика строилась так, чтобы ее значение было пропорционально визуальной степени "блочности". Например, в контрастных областях кадра границы блоков почти незаметны, а в однородных та же граница будет хорошо видна.
5. SSIM Index - Основывается на замере трёх компонент (сходности по яркости, по контрасту и структурного сходства) и объединения их значений в итоговый результат.
Субьективное качество видео измеряется по следующей методике:
1. Выбираются видеопоследовательно ти для использования в тесте;
2. Выбираются параметры системы измерения;
3. Выбирается метод показа видео и подсчета результатов измерения;
4. Приглашается необходимое число экспертов (обычно не меньше 15);
5. Проводится сам тест;
6. Подсчитывается средняя оценка на основе оценок экспертов.
Несколько методов субъективной оценки описаны в рекомендациях ITU-T BT.500. Один из широко используемых методов оценки - это DSIS (англ. DoubleStimulusImpairmentScale), при котором экспертам сначала показывают исходный видеоматериал, а затем обработанный. Затем эксперты оценивают качество обработки, варьируя свои оценки от «обработка незаметна» и «обработка улучшает видеоизображение» до «обработанный видеоматериал сильно раздражает».
1.2. Эксплуатационные возможности
В это понятие входит все, что касается работы устройства в системе, рабочие функции, удобство в эксплуатации, возможности интеграции, наличие интерфейсов и входов и выходов, те или иные особенности настроек и т.п.
1.3. Плотность записи, стоимость 1 минуты записи и массогабаритные параметры носителя (для видеолент)
Это немаловажные параметры для формата видеозаписи. Они учитывают три фактора: размер и масса видеокассеты, длительности записи, удельную стоимость одной минуты записи. Чем больше вместимость кассеты, и/или меньше ее размер, и/или ниже удельная стоимость - тем выше оценка.
1.4. Затраты на приобретение и эксплуатацию техники
Данный параметр учитывает стоимость оборудования, технического обслуживания и запасных частей. Высокая оценка соответствует меньшим суммарным затратам на владение и обслуживания техники того или иного формата.
В каждом новом формате видеозаписи разработчики стремятся улучшить эти показатели, но улучшение одного показателя довольно часто происходит за счет ухудшения других. Однако следует признать, что суммарный уровень показателей всех категорий от формата к формату растет.
1.5. Количество кадров в секунду
Количество (частота) кадров в секунду - это число неподвижных изображений, сменяющих друг друга при показе 1 секунды видеоматериала и создающих эффект движения объектов на экране. Чем больше частота кадров в секунду, тем более плавным и естественным будет казаться движение. Минимальный показатель, при котором движение будет восприниматься однородным - примерно 10 кадров в секунду (это значение индивидуально для каждого человека). В традиционном плёночном кинематографе используется частота 24 кадра в секунду. Системы телевидения PAL и SЙCAM используют 25 кадров в секунду (англ. 25 fps или 25 Герц), а система NTSC использует 29,97 кадров в секунду. Компьютерные оцифрованные видеоматериалы хорошего качества, как правило, используют частоту 30 кадров в секунду. Верхняя пороговая частота мелькания, воспринимаемая человеческим мозгом, в среднем составляет 39 - 42 Герца и индивидуальна для каждого человека. Некоторые современные профессиональные камеры могут снимать с частотой до 120 кадров в секунду. А специальные камеры для сверхбыстрой съёмки снимают с частотой до 1000 кадров в секунду, что необходимо, например, для детального изучения траектории полёта пули или структуры взрыва.
1.6. Чересстрочная развёртка
Развёртка видеоматериала может быть прогрессивной или чересстрочной. При прогрессивной развёртке все горизонтальные линии (строки) изображения отображаются одновременно. А вот при чересстрочной развёртке показываются попеременно чётные и нечётные строки (называемые также полями кадра). Чересстрочную развёртку часто называют на английский манер интерлейс (англ. interlace) или интерлейсинг. Чересстрочная развёртка была изобретена для показа изображения на кинескопах с электронно-лучевой трубкой и используется сейчас для передачи видео по «узким» каналам, не позволяющим передавать изображение во всём качестве. Системы PAL, SECAM и NTSC - это всё системы с чересстрочной развёрткой. Новые цифровые стандарты телевидения, например, HDTV предусматривают прогрессивную развёртку. Хотя появились технологии, позволяющие имитировать прогрессивную развёртку при показе материала с интерлейсом. Чересстрочную развёртку обычно обозначают символом «i» после указания вертикального разрешения, например 720Ч576iЧ50 для видео в формате PAL.
1.7. Разрешение
По аналогии с разрешением компьютерных мониторов, любой видеосигнал также имеет разрешение (англ. resolution), горизонтальное и вертикальное, измеряемое в пикселях. Обычное аналоговое телевизионное разрешение составляет 720Ч576 пикселей для стандартов PAL и SECAM, при частоте кадров 50 Герц (одно поле, 2Ч25); и 640Ч480 пикселей для NTSC, при частоте 60 Герц (одно поле, 2Ч29,97). В выражении 640Ч480 первым числом обозначается количество точек в горизонтальной линии (горизонтальное разрешение), а вторым числом количество самих линий (вертикальное разрешение). Новый стандарт высокочеткого (англ. high-definition) цифрового телевидения HDTV предполагает разрешения до 1920Ч1080 при частоте мелькания 60 Герц с прогрессивной развёрткой. То есть 1920 пикселей на линию, 1080 линий.
Разрешение в случае трёхмерного видео измеряется в вокселях - элементах изображения, представляющих точки (кубики) в трёхмерном пространстве. Например, для простого трёхмерного видео сейчас используется в основном разрешение 512Ч512Ч512.
1.8. Соотношение сторон экрана
Соотношение ширины и высоты кадра (англ. aspectratio) - важнейший параметр в любом видеоматериале. Ещё с 1910 года кинофильмы имели соотношение сторон экрана 4:3 (4 единицы в ширину к 3 единицам в высоту; иногда ещё записывается как 1,33:1 или просто 1,33). Считалось, что зрителю удобнее смотреть фильм на экране такой формы. Когда появилось телевидение, то оно переняло это соотношение и почти все аналоговые телесистемы (и, следовательно, телевизоры) имели соотношение сторон экрана 4:3. Компьютерные мониторы также унаследовали телевизионный стандарт сторон. Хотя ещё в 1950-х годах это представление о 4:3 в корне изменилось. Дело в том, что поле зрения человека имеет соотношение отнюдь не 4:3. Ведь у человека 2 глаза, расположенных на одной горизонтальной линии - следовательно, поле зрения человека приближается к соотношению 2:1. Чтобы приблизить форму кадра к естественному полю зрения человека (и, следовательно, усилить восприятие фильма), был введён стандарт 16:9 (1,78), почти соответствующий так называемому «Золотому сечению». Цифровое телевидение в основном тоже ориентируется на соотношение 16:9. К концу XX века, после ряда дополнительных исследований в этой области, стали появляться даже и более радикальные соотношения сторон кадра: 1,85, 2,20 и вплоть до 2,35 (почти 21:9). Всё это, безусловно, призвано глубже погрузить зрителя в атмосферу просматриваемого видеоматериала.
1.9. Количество цветов и цветовое разрешение
Количество цветов и цветовое разрешение видеосигнала описывается цветовыми моделями. Для стандарта PAL применяется цветовая модель YUV, для SECAM модель YDbDr, для NTSC модель YIQ, в компьютерной технике применяется в основном RGB (и бRGB), реже HSV, а в печатной технике CMYK. Количество цветов, которое может отобразить монитор или проектор зависит от качества монитора или проектора. Человеческий глаз может воспринять, по разным подсчётам, от 5 до 10 миллионов оттенков цветов. Количество цветов в видеоматериале определяется числом бит, отведённым для кодирования цвета каждого пикселя (англ. bitsperpixel, bpp). 1 бит позволяет закодировать 2 цвета (обычно чёрный и белый), 2 бита - 4 цвета, 3 бита - 8 цветов, …, 8 бит -256 цветов (28 = 256), 16 бит - 65 536 цветов (216), 24 бита - 16 777 216 цветов (224). В компьютерной технике имеется стандарт и 32 бита на пиксель (бRGB), но этот дополнительный б-байт (8 бит) используется для кодирования коэффициента прозрачности пикселя (б), а не для передачи цвета (RGB). При обработке пикселя видеоадаптером, RGB-значение будет изменено в зависимости от значения б-байта и цвета подлежащего пикселя (который станет «виден» через «прозрачный» пиксель), а затем б-байт будет отброшен, и на монитор пойдёт только цветовой сигнал RGB.
1.10. Ширина видеопотока (для цифрового видео)
Ширина (иначе говорят скорость) видеопотока или битремйт (англ. bitrate) - это количество обрабатываемых бит видеоинформации за секунду времени (обозначается «бит/с» - бит в секунду, или чаще «Мбит/с» - мегабит в секунду; в английском обозначении «bit/s» и «Mbit/s» соответственно). Чем выше ширина видеопотока, тем в общем лучше качество видео. Например, для формата VideoCD ширина видеопотока составляет всего примерно 1 Мбит/с, а для DVD составляет около 5 Мбит/с. Конечно, субъективно разницу в качестве нельзя оценить как пятикратную, но объективно это так. Формат же цифрового телевидения HDTV использует ширину видеопотока около 10 Мбит/с. При помощи скорости видеопотока также очень удобно оценивать качество видео при его передаче через Интернет.
Различают два вида управления шириной потока в видеокодеке - постоянный битрейт (англ. constantbitrate, CBR) и переменный битрейт (англ. variablebitrate, VBR). Концепция VBR, ныне очень популярная, призвана максимально сохранить качество видео, уменьшая при этом суммарный объём передаваемого видеопотока. При этом на быстрых сценах движения, ширина видеопотока возрастает, а на медленных сценах, где картинка меняется медленно, ширина потока падает. Это очень удобно для буферизованных видеотрансляций и передачи сохранённого видеоматериала по компьютерным сетям. Но для безбуферных систем реального времени и для прямого эфира (например, для телеконференций) это не подходит - в этих случаях необходимо использовать постоянную скорость видеопотока.
Глава 2. Видеостандарты
Когда говорят о формате файла, подразумевается то, каким образом информация, которая содержится в файле, кодируется в цифровом виде. Для хранения видеоинформации в ПК разработано довольно много форматов, отличающихся способом представления данных, степенью их сжатия и т п. Чтение и запись аудио- и видеоинформац и на компьютере осуществляется с помощью специальных вспомогательных программ - «кодеков» (сокращение от слов «кодирование/декодир вание»). Такие программы обычно входят в состав операционной системы либо поставляются с проигрывающим устройствами.
2.1. Цифровые
2.1.1. ATSC ATSC (Advanced Television Systems Committee) - организация, разрабатывающая и утверждающая стандарты для передовых телевизионных систем, в том числе и HDTV. Наиболее широко стандарты ATSC распространены в США и Канаде.
Международная некоммерческая организация Advanced Television Systems Committee (ATSC) была образована в 1982г. с целью разработки новых стандартов телевидения. Именно эта группа специалистов разработала стандарт цифрового вещания ATSC, который теперь является основным на территории США, Канады, Мексики, Аргентины, Тайваня и Южной Кореи. ATSC-спецификации включают в себя описание HDTV (High Definition TeleVision), SDTV (Standard Definition TeleVision), EDTV (Enhanced Definition TeleVision), многоканальный звук, интерактивное телевидение - в общем все те форматы, в которых возможно цифровое вещание. Набор стандартов ATSC был создан с целью замены NTSC-системы, используемой, главным образом, в Северной Америке. Максимальное качество изображения, которое может предложить ATSC, соответствует разрешению 1920x1080 при формате экрана 16:9 и сжатии с помощью MPEG2. Мало того, качество трансляции приближается к уровню кинотеатрального благодаря тому, что многоканальный 5.1 звук кодируется с помощью формата Dolby Digital AC-3. В целом же спецификация ATSC несёт в себе описание восемнадцати форматов вещания ТВ, причём шесть из этих режимов относятся к HDTV. 2.1.2. DVB DVB (англ. DigitalVideoBroadcasting) -- семейство европейских стандартов цифрового телевидения. Принцип действия
Данный стандарт определяет физический уровень и канальный уровень в системе телевещания. Устройства взаимодействуют с физическим уровнем через синхронный параллельный интерфейс (SPI), синхронный последовательный интерфейс (SSI), или асинхронный последовательный интерфейс (ASI). Все данные передаются в транспортном потоке MPEG-2 с некоторыми дополнительными ограничениями (DVB-MPEG).
Способы модуляции в различных версиях DVB:
в DVB-S (SHF) используется QPSK, 8PSK или 16-QAM,
в DVB-S2 используется QPSK, 8PSK, 16APSK или 32APSK,
в DVB-C (VHF/UHF) используется QAM: 16-QAM, 32-QAM, 64-QAM, 128-QAM или 256-QAM,
в DVB-T (VHF/UHF) используется 16-QAM или 64-QAM (или QPSK) совместно с COFDM и иерахической модуляцией. Способы доставки цифрового сигнала
Существует 4 среды доставки сигнала:
· наземное вещание (DVB-T),
· вещание для портативных устройств (DVB-H),
· спутниковое вещание (DVB-S),
· кабельное вещание (DVB-C).
Из-за разницы в частотных каналах и способах модуляции декодеры для различных сред оказываются несовместимыми. Распространённость в России
Различные спутниковые DVB-передачи принимаются в России давно. DVB-C встречается лишь в крупнейших городах. Внедрение остальных форм DVB-вещания обсуждается. 2.1.3. ISDB ISDB (Integrated Services Digital Broadcasting) - стандарт цифрового телевидения, разработанный в Японии. Он интегрирует в себя различные виды цифрового контента. Это может быть HDTV, SDTV, звук, графика, текст и т.д.
Японская организация по стандартизации и распределению радиочастот Association of Radio Industries and Businesses (ARIB) разработала стандарты для передачи цифрового телевидения и радио под единым названием Integrated Services Digital Broadcasting (ISDB).
Основных ISDB-стандартов в настоящее время четыре:
· наземное (ISDB-T);
· спутниковое (ISDB-S);
· кабельное (ISDB-C);
· мобильное (нет аббревиатуры).
Также как и в спецификациях ATSC и DVB, для сжатия видеопотока при ISDB-вещании используется система кодирования MPEG-2.
Помимо прочего в стандарте ISDB определена поддержка функции защиты цифрового контента - RMP (Rights management & protection). Дело в том, что любой цифровой контент можно легко записать с использованием DVD или HD-рекордера, а далее - использовать при тиражировании пиратских дисков. Голливуд настоял на внесение поправок в цифровой формат вещания ISDB, что и стало причиной появления системы RMP. Любой цифровой контент при использовании данной системы имеет три возможных маркировки - "copy once", "copy free" и "copy never". Пояснить работу системы просто. Если программа идёт в режиме "copy once", то она может быть единожды сохранена на жестком диске рекордера, однако её не возможно будет записать на какой-либо ещё носитель и т.д.
В ISDB используется транспортный поток MPEG-2 для передачи сжатых видео и звука, а также дополнительных данных. Для интерактивных приложений применяется BML (Broadcast Mark-up Language - язык разметки вещания). Определены несколько стандартных разрешений телевизионной трансляции.
В ISDB-T поддерживаются электронные программы передач EPG (Electronic Program Guides) вместе с передачей данных при обратном канале обычного доступа в Интернет (включая доступ через мобильный телефон, проводную локальную сеть 10/100Base-T, модем телефонной линии фиксированной связи, беспроводную локальную сеть IEEE 802.11).
Еще одна особенность ISDB - обязательное шифрование информации, даже при передаче бесплатных общенациональных телепрограмм. Для этого нужны карточки доступа абонента B-CAS одноименной японской компании, предоставляемые с каждым проданным аппаратом. Более того, тщательно проработаны вопросы защиты контента и управления правом доступа RMP (Rights management and protection).
Не меньшее внимание уделяется уверенному приему на внутренние антенны, защите от внешних импульсных помех и передаче на движущиеся приемники. Например, ISDB-T позволяет принимать сигнал HDTV в автомобиле на скорости 100 км/час, тогда как DVB-T допускает «автомобильный» прием только программ SDTV, а формат ATSC вообще не предназначен для приема на подвижную антенну.
Обычно ISDB принято считать чисто японским стандартом, действующим в этой стране с конца 2003 года. Но нужно отметить интересную особенность - во всех спецификациях ISDB в качестве языковых параметров официально утвержден китайский язык, в дополнение ко всем мыслимым алфавитам японского языка. Давно идут разговоры о принятии ISDB-T в Бразилии. Стандарты цифрового вещания
2.2. Аналоговые
Системы телевидения стран мира:
-- SЙCAM
-- PAL, или PAL/SЙCAM (переходят с SЙCAM на PAL)
-- NTSC
-- нет данных
2.2.1. MAC Multiplexed Analogue Components (MAC) - система уплотнения аналоговых компонент (название стандарта спутникового цветного телевидения).
Разработка и внедрение стандарта МАС явилось частью глобального европейского проекта EUREKA-95, который ставил своей целью формирование концепции единого стандарта для телевидения высокой четкости (ТВВЧ) и разработку полного комплекта оборудования для производства, обработки, передачи, приема и воспроизведения видеопрограмм как для профессиональных, так и для бытовых целей. Было предложено несколько модификаций этого стандарта, включая версии для телевидения повышенного качества (ТВПК) и ТВВЧ. 2.2.2. PAL
PAL (от англ.phase-alternatingline) - система аналогового цветноготелевидения, рапространённая в мире на ряду с SECAM и NTSC. Разработана инженером немецкой компании Telefunken Вальтером Брухом и представленная как стандарт телевизионного вещания в 1967 году. PAL (Phase Alternation Line - построчное изменение фазы). Система предусматривает одновременную передачу сигналов яркости и цветности с использованием квадратурной модуляции цветовой поднесущей. Ее основное отличие от системы NTSC - изменение от строки к строке на 180 градусов фазы цветоразностных сигналов. Эта система обладает следующими достоинствами:
1. Отсутствие помехи от поднесущей на черно-белых участках изображения.
2. Отсутствие фазовых искажений, нарушающих цветовой тон.
3. Уменьшены перекрестные искажения между сигналами яркости и цветности.
4. Вследствие разделения сигналов цветности достигается удвоение амплитуды каждого из них, что повышает отношение сигнал/шум.
Недостатком системы является снижение цветовой четкости изображения из-за усреднения сигнала цветности в двух соседних строках. 2.2.3. NTSC NTSC (от англ. NationalTelevisionStandardsCommittee - Национальный комитет по телевизионным стандартам) - система аналогового цветного телевидения, разработанная в США (30 кадров/сек. 525 линий в кадре). 18 декабря 1953 года впервые в мире было начато цветное телевизионное вещание с применением именно этой системы.
NTSC принята в качестве стандартной системы цветного телевидения также в Канаде, Японии и ряде стран американского континента.
Передача цветоразностных сигналов в системе NTSC осуществляется в спектре яркостного сигнала на одной поднесущей. Два цветоразностных сигнала ER-Y и EB-Y передаются с помощью квадратурной модуляции.
Стандарт NTSC несовместим с большинством компьютерных видео стандартов, которые используют видео сигнал RGB (красный, зеленый, голубой). Можно, однако, установить в компьютер специальный видео адаптер, который преобразует сигнал NTSC в видеосигнал компьютера и наоборот. 2.2.4. SECAM
SECAM (Sequential Couleur avec Memoire, Sequential Color Memory) - система последовательной передачи цветов с памятью (разработана в СССР).
С 1 октября 1967 г. в СССР начались регулярные передачи цветного телевидения в стандарте SECAM. Со временем систему приняли 25 стран, включая страны Восточной Европы (бывший социалистический лагерь, кроме Югославии), франкоговорящие страны Африки и Азии, часть Греции и Иран.
К достоинствам SECAM следует отнести большую помехоустойчивость системы, что было особенно актуально при передаче видеосигнала на огромных просторах Советского Союза. Сигналы цветности передавались в разные строки, поэтому перекрестные искажения между ними были исключены. В телевизоре информация о каждой строке запоминалась до прихода следующей строки. Телевизионный приемник в данной системе более сложен, следовательно, дороже в изготовлении, чем приемник системы NTSC. Цветная информация, записанная в SECAM, может потерять цвет в системе PAL. Однако запись PAL не теряет цвет в системе SECAM.
К недостаткам системы следует отнести то, что цветовая четкость в ней снижена вдвое, так как сигналы цветности передаются через строку, а в телевизионном приемнике недостающий сигнал берется из предыдущей строки. Технические характеристики SECAM:
Разрешение 625 строк;
Количество кадров в секунду - 25;
Количество полей - 50;
Развертка луча чересстрочная (интерлейсинг). 2.2.5. MUSE
MUSE (Multiple Sub-Nyquist Sampling Encoding - кодирование с многократной субдискретизацией) - японская система, предназначенная для передачи сигналов ТВЧ по спутниковому каналу с полосой 27 (24) МГц, одна из систем с временным разделением, наиболее известна и одно время даже претендовавшая на роль мирового стандарта. Передача сигналов изображения в спутниковом канале осуществляется с помощью ЧМ сигнала звукового сопровождения - методом четырехпозиционной ФМ. Основные характеристики сигнала MUSE:
Развертка - чересстрочная с перемежением 2:1;
Число строк исходного изображения - 1125;
Частота полей - 60 Гц;
Формат изображения - 16:9;
Разрешающая способность, пиксель
в канале яркости - 1496;
в канале цветности - 374;
Частота дискретизации - 48,6 МГц;
Полоса частот видеосигнала по уровню -3 дБ, 8,1 МГц;
Метод модуляции несущей - ЧМ;
Девиация частоты - 10,2 МГц;
Полоса частот радиоканала - 24 МГц;
Отношение несущая - шум на приеме - 17 дБ;
Число звуковых каналов - 2/4.
Япония достаточно далеко продвинулась в деле внедрения ТВЧ. Разработано необходимое студийное оборудование, поступили в продажу ТВ приемники, ведутся регулярные передачи в стандарте MUSE через вещательный спутник BS-3.
Глава 3. Форматы записи
3.1. Форматы аналоговой записи
Первая видеозаписывающая аппаратура была аналоговых форматов. Первым форматом был формат Q (начальная буква слова Quadruplex (четырехкратная)), в котором использовалась поперечно-строчная запись 4-мя вращающимися магнитными головками. Запись производилась на магнитную ленту шириной 2 дюйма (50.8 мм). В рабочем слое магнитной ленты использовался магнитный порошок из оксида железа. Скорость лента-головка составляла 41.27 м/с, продольная скорость движения ленты - 39.7 см/с.
Следующий формат видеозаписи B уже использовал наклонно-строчную запись. Он был разработан фирмой Bosch. Как и предыдущий Q он относится к типу "сегментных", т.е. таких, в которых за каждый проход видеоголовки по ленте передается только часть поля телевизионного изображения. Запись производилась на магнитную ленту шириной 1 дюйм (25.4 мм). В рабочем слое магнитной ленты использовался магнитный порошок из кобальтированного оксида железа или диоксида хрома. Скорость лента-головка составляла 24.0 м/с, продольная скорость движения ленты 24.3 см/с. Именно с формата B начался выпуск видеокассетной аппаратуры. Видеомагнитофоны формата B выпускались двух типов - катушечные и кассетные.
Следующий формат С, в отличие от предыдущих, несегментный. Важным преимуществом этого формата является легкость выполнения таких операций как стоп-кадр, замедленное и ускоренное изображение. Дорожки образовывают с осью ленты угол в 2,56 градусов. Ширина ленты составляет 1 дюйм (25,4 мм), продольная скорость движения ленты - 23,98 см/с, скорость лента-головка - 21, 39 м/с. В формате С используется система слежения за дорожкой записи.
Все эти три первых формата записывали композитные (полные цветовые) сигналы. 3.1.1. VHS VHS (англ. VideoHomeSystem) - самый распространённый формат записи видеокассет. Разработан японской компанией JVC (Victor Company of Japan, Ltd.), представлен в 1976 году.
С разработки VHS началась эра домашнего видео. На 2002 год, по оценкам JVC, в мире было продано свыше 900 млн видеоустройств этого формата и ещё больше видеокассет.
Одной из первых причин, затруднивших распространение U-matic формата, был формат VHS (Video Home System), разработанный фирмой JVC в 1976 году. А в 1984 году этот формат был утвержден в качестве стандарта бытовой видеозаписи. Для VHS характерна полудюймовая (12,65 мм) лента, запись на которую производится с помощью двух вращающихся видеоголовок, расположенных на барабане под углом 180 градусов. Каждый кадр телевизионного изображения записывается за один оборот барабана с видеоголовками на 2-х соседних дорожках видеозаписи. Угол наклона дорожек - 5,96 градусов, ширина дорожек видеозаписи - 58 мкм. Вдоль ленты располагаются две звуковые дорожки и одна управляющая. Разрешение по горизонтали составляет 240 твл.
Видеомагнитофоны VHS имеют одну особенность: модели, оборудованные дополнительно к двум основным одной или двумя видеоголовками, могут обеспечивать три режима работы: SP (стандартная), LP (повышенная), EP (высокая продолжительность), которые характеризуются разными скоростями движения ленты при записи/воспроизведен и, соответственно, SP: для PAL - 23,39 мм/с, для NTSC - 33,5 мм/с; LP: для PAL - 11,7 мм/с, для NTSC - 16,67 мм/с; EP: для NTSC - 11,12 мм/с. В рабочем слое магнитной ленты используется кобальтированный оксид железа или диоксид хрома. 3.1.2. Betacam SP
Качество конечного материала полностью зависит от уровня используемого оборудования, от того качества изображения, которое можно получить, применяя видеооборудование того или иного формата. Лучшими параметрами обладает аппаратура аналоговых форматов Betacam (Betacam, Betacam SP, Betacam SP 2000PRO, Betacam SP 1000PRO). Формат Betacam основан на бытовом формате Betamax. Запись в формате Betacam производится наклонно-строчным способом на полудюймовые ленты, в рабочем слое магнитной ленты используется кобальтированный оксид железа. Скорость движения ленты - 101,5мм/с. Запись сигнала компонентная: сигналы яркости (Y) и цветности (Сr, Сb) записываются на отдельные видеодорожки разными видеоголовками. В верхней части видеоленты расположены две продольные для записи звуковых сигналов, а в нижней части ленты размещаются дорожки управления и дорожки адресно-временного кода. Особенностью Betacam является сочетание высокого качества передачи изображения, технико-экономически показателей и эксплуатационной гибкости.
Возможность совместной работы с оборудованием других форматов видеозаписи, высокая степень автоматизации существенно облегчают работу по обслуживанию и регулированию оборудования. Дальнейшим развитием этого формата, благодаря новым схемотехническим решениям и высококачественной элементной базе, является Betacam SP. Здесь используется металлопорошковая лента, более расширенный частотный диапазон яркостного сигнала, полученный за счет сдвига в высокочастотную область спектра цветоразностных сигналов. Оборудование форматов Betacam и Betacam SP совместимы. Аппараты Betacam SP воспроизводят записи Betacam. Наличие компонентных входов-выходов упрощает сопряжение аппаратуры Betacam SP с компонентным цифровым оборудованием и цифровыми системами видеоэффектов. 3.1.3. Video-8
Формат Video-8 был разработан фирмой Sony в 1984 году, а на его основе портативные видеомагнитофоны и автономные моноблочные камеры - Handycam. И благодаря главным образом малым размерам и массе аппаратуры при достаточно хорошем качестве изображения и звука и удобству ее эксплуатации этот формат получил широкое распространение и дальнейшую заинтересованность фирм в его развитии. Этот формат ориентирован только на бытовую технику, т.к. его разрешающая способность по горизонтали составляет 250 твл. Для записи используются 8 мм металлопорошковая лента и лента с напылением металла.
В 1989 году представители ряда фирм-изготовителей аппаратуры 8мм формата совместно разработали и утвердили перечень технических и эксплуатационных условий для широкополосного формата видеозаписи Hi8. Этот формат предназначен для бытовой и полупрофессиональной аппаратуры с записью на 8мм металлопорошковую ленту, с улучшенными техническими характеристиками, с разрешающей способностью по горизонтали до 400 твл, при хорошем отношении сигнал/шум в канале яркости (девиация составляет 2 МГц). Звуковой канал отвечает требованиям Hi-Fi. За счет возможности работы с раздельными сигналами повышена совместимость с другими форматами. 3.1.4. MII
В конце 1990 года компания Matsushita Electronic Industrial (торговая марка "Panasoniс") выпустила на рынок семейство новых моделей профессиональных видеомагнитофонов, объединенных названием MII Pro. Это событие открыло новую страницу в развитии и широком распространении аналоговой компонентной видеозаписи во всех сферах человеческой деятельности. Разработанный еще в 1986 году формат MII предназначен для профессиональной видеожурналистики и студийного производства. Для записи компонентного сигнала используется S-VHS-кассета с высококачественной полудюймовой металлопорошковой лентой. В формате MII сигнал яркости поочередно записывается на одной дорожке, а на другой два скомпрессированных по времени цветоразностных сигнала. Скорость лента-головка составляет 5.9 м/с. 3.1.5. U-matic
В 1971 году фирма Sony предложила 3/4-дюймовый (19.01 мм) формат U-matic. Благодаря этому впервые удалось создать репортажный видеокомплект. Известны 3 версии формата - U-matic-L (узкий диапазон), U-matic -H (широкий диапазон), U-matic -SP (самый широкий диапазон). В этом формате записывается композитный видеосигнал; сигнал цветности переносится ниже сигнала яркости по шкале частот. Изображение записывается 2-мя вращающимися головками: на одной магнитной дорожке записывается одно поле. В верхней части ленты расположена продольная дорожка для записи управляющего сигнала, а в нижней - 2 дорожки для записи звукового сигнала и дорожка временного кода, которую перекрывают дорожки с изображением. Ширина видеоленты составляет 19,01 мм, ширина наклонных дорожек 85 мкм, угол наклона 4,97 градусов. В рабочем слое магнитной ленты используется кобальтированный оксид железа. Видеооборудование этого формата выпускался долгое время. 3.1.6. Betamax Betamax - формат полудюймовых видеокассет (12,7 мм) для профессионального использования, разработанный корпорацией «Sony» в 1975 году на основе прежнего профессионального формата U-matic (19,1 мм).
Видеомагнитофон формата «Betamax» был разработан «Sony» для записи и воспроизведения кассет с 12,7-миллиметровой металлопорошковой лентой максимальной толщины 25 мкм, и обеспечивал разрешающую способность по горизонтали 500 строк. Кассета формата «Betamax» имела примерно на 20 % меньшие размеры по сравнению с кассетой формата VHS: 156Ч96Ч25 мм. Формат «Betamax» являлся широкополосным. В магнитофоне применялись ферритовые головки с сендастовым напылением. Формат обеспечивал три режима записи и воспроизведения: Beta, Beta II и Beta III (нормальная, замедленная в два и в четыре раза скорость; аналогично SP, LP и EP в формате VHS).
Видеомагнитофон формата «Betamax» зачастую оснащён такими же выходами и входами, как и видеомагнитофоны формата S-VHS: с разделением сигналов яркости и цветности. Видеомагнитофоны «Betamax» используют наклонно-строчную запись, которую обеспечивают две вращающиеся видеоголовки. Максимальная продолжительность воспроизведения колеблется от 30 до 220 минут и зависит от длины ленты в кассете. Отсутствие защитных промежутков между дорожками требует высокой равномерности хода ленты. Лентопротяжный механизм (ЛПМ) включает в себя специальные стабилизаторы, гасящие ударные искажения, возникающие при соприкосновении ленты с головкой. 3.1.7. 2" Quadruplex
Ширина ленты видна из названия; скорость движения - 15 дюймов в секунду; запись - сегментированная; сигнал - полный.
Quadruplex означает счетверенный. Это говорит о наличии четырех головок (heads) на вращающемся блоке, расположенных со сдвигом в 90 градусов. Плоскость вращения блока головок расположена перпендикулярно движению магнитной ленты, которая в месте контакта изгибается, охватывая блок. Такая конструктивная особенность приводит к быстрому износу ленты. Дорожки (tracks) расположены почти перпендикулярно направлению движения ленты. За время одного прохода головки записывается 19,5 строк развертки, а полное телевизионное поле записывается за четыре оборота барабана. Поэтому формат называют сегментированным, то есть видеосигнал записывается сегментами. Это свойство формата не позволяет реализовать режимы стоп-кадра (still frame) и замедленного/убыстрен ого воспроизведения (slow motion) без применения внешних электронных устройств, так как за один оборот блока головок (head assembly) нельзя считать телевизионное поле. 3.1.8. 1" Type C
Наиболее распространенный "добетакамовский" формат. Сам же формат является результатом компромисса между Sony и Ampex, разработавшими свои форматы. Скорость движения ленты - 9,606 дюйм/с (244 мм/с); ширина ленты - 1 дюйм; запись - несегментированная, наклонно-строчная; сигнал - полный.
Для этого формата характерен практически полный охват лентой блока видеоголовок. Две универсальные головки записывают полное телевизионное поле. Причем основная головка записывает собственно телевизионные линии, а другая - сигналы кадровой синхронизации и сопутствующие им импульсы, в том числе вертикальный код. Соответственно имеется и две стирающие головки. И те и другие расположены на блоке головок несимметрично. Для обеспечения работы в режимах стол-кадр и замедленное ускоренное воспроизведение применяются дополнительные головки AST (automatic scan tracking - автоматический поиск дорожки), позволяющие считывать одновременно два соседних поля. Формат С, как и В, имеет три звуковые дорожки (по третьей записывается адресно-временной код) и дорожку управляющего сигнала, которая расположена вдоль ленты между основной частью видеодорожки и, как бы отсеченным от нее, участком с синхросигналами.
Формат С был первым несегментированным форматом записи. В частности поэтому, точность монтажа была улучшена до одного кадра. Кроме того, часто видеомагнитофоны этого формата комплектовались не обычными ЦКВИ (ТВС), а специальными видеопроцессорами (например, Zeus фирмы Ampex), позволяющими запоминать целый телевизионный кадр и имеющими отдельный видеовыход. Такое решение позволяет делать микширование или другие спецэффекты при наличии всего двух магнитофонов. Однако, план, с которого происходит переход на другой, в момент перехода будет стоп-кадром, так как сигнал для такого перехода берется с выхода кадровой памяти ЦКВИ. 3.1.9. S-VHS
Появление новых форматов записи всегда имеет целью устранение каких-либо недостатков предыдущих, так, дальнейшим развитием формата VHS явился формат S-VHS, который позволяет получить цветное изображение более высокого качества. Скорость лента-головка - 4.85 м/с, ширина наклонных дорожек - 49 мкм, угол наклона дорожек - 5.96 градусов. Скорость движения ленты - 23.39 мм/с. Каждый кадр записывается на 2 дорожки. По сравнению с VHS этот формат обладает большим значением отношения сигнал/шум (45дБ), улучшенной контрастностью изображения и меньшими перекрестными искажениями. Благодаря существенному расширению полосы частот сигнала яркости, удалось увеличить разрешающую способность по горизонтали на 160 твл. В рабочем слое магнитной ленты используется кобальтированный оксид железа или диоксид хрома.
Аппаратура формата S-VHS хорошо стыкуется с оборудованием других форматов, поэтому, например, в монтажных системах можно использовать в качестве мастера аппарат другого формата. К достоинствам также можно отнести весьма высокую разрешающую способность, возможность разделения сигналов, сравнительно низкую стоимость аппаратуры. 3.1.10. VHS-C
Формат VHS-C был одним из наиболее распространенных среди любительских камер.
Основными производителями, поддерживающими формат VHS-C являются Panasonic и JVC.
Главным преимуществом формата VHS-C является возможность проигрывания записанных кассет на видеомагнитофоне стандарта VHS с использованием специального адаптера (который обычно имеется в комплекте с видеокамерой).
Основным недостатком в сравнении с Video8 является меньшее время записи на кассету. Основная масса кассет VHS-С имеет продолжительность записи в 30 и 45 минут на стандартной скорости против 90 и 120 минут на кассетах Video8. 3.1.11. Hi8
Формат разработанный фирмой Sony является усовершенствованием формата Video 8. За счет применения более совершенных технологий обработки сигналов изображения, и использования новых, с улучшенными характеристиками, лент, в камерах этого формата удалось преодолеть основной недостаток формата Video 8 - плохую четкость изображения, при сохранении всех его достоинств. Видеокамеры Hi8 обеспечивают четкость изображения на уровне 424 линий по горизонтали. В 1998 году Sony выпустила усовершенствованные видеокамеры Hi8 XR, теоретически обеспечивающие разрешение до 440 линий, с меньшим уровнем помех цветности и яркости. Звук Hi-Fi в камерах Hi 8 чаще стерео.
3.2. Форматы цифровой записи
Оборудование цифровых форматов видеозаписи позволяет получать материалы высокого качества и обладает стабильностью функционирования, большой надежностью и эффективностью. Еще одно немаловажное преимущество цифровой видеозаписи - это возможность многократной перезаписи без потери качества изображения. 3.2.1. Video CD
Стандарт записи видео в формате MPEG-1 на обычный Compact Disk (диаметр 120 мм, толщина 1.2 мм, одна информационная сторона).
Один диск обычно позволяет хранить до 74 минут видео, качество соизмеримо с VHS стандартом. Для воспроизведения достаточно односкоростного CD-ROM. 3.2.2. DVD
Формат DVD-диска принят 8 декабря 1995 года. Первоначально аббревиатура DVD расшифровывалась, как Digital Video Disc (цифровой видеодиск), несколько позже появилась расшифровка аббревиатуры DVD, как Digital Versatile Disc (универсальный цифровой диск). Особенности dvd-видео
- Около 2 часов высококачественного цифрового видео (более 8 на двухстороннем, двухслойном диске).
- Поддержка для широкоэкранных фильмов и телефильмов на стандартных или широкоэкранных телевизорах (4:3 и 16:9 коэффициенты сжатия).
- До 8 звуковых дорожек на разных языках, до 8 каналов каждая.
- До 32 дорожек субтитров/караоке.
- "Бесшовное видео"
- До 9 углов камеры (различные точки зрения могут быть выбраны в течение воспроизведения).
- Меню и простые интерактивные возможности (для игр, quizzes, и т.д.).
- Многоязычный текст идентификации для имени заголовка, имени альбома, имени песни, и т.д.
- "Мгновенная" перемотка и быстрая перемотка вперед, включая поиск по заголовку, главе, дорожке, и коду времени.
- Долговечность (никакого износа от использования, только от физического повреждения).
- Не восприимчив к магнитным полям. Устойчив к нагреву.
- Небольшой размер.
- Noncomedogenic. Качество dvd-видео
Качество DVD значительно лучше видеозаписи и даже лучше, чем laserdisc. Однако качество зависит от многих промышленных факторов. Так как большие количества видео уже были закодированы для Видео CD, с использованием MPEG-1, некоторые низкобюджетные DVD использует этот формат (который - не лучше, чем VHS), вместо более высококачественного MPEG-2.
DVD-Video упаковывается с цифровой мастер-ленты на студии в формат MPEG-2. Это сжатие с потерями удаляет избыточную информацию (например, области изображения, которые не изменяются) так, что это трудно заметно для человеческого глаза. Возникающее в результате видео, особенно, когда оно сложно или быстро изменяется, может содержать "артефакты" (местные искажения) типа blockiness, fuzziness, и видеошума, в зависимости от качества обработки и степени сжатия. При средней пропускной способности 3.5 Mbps, искажения сжатия могут быть иногда заметны. Более высокие пропускные способности данных могут почти исключить появление искажений, при первоначальной пропускной способности мастер-ленты в 6 Mbps. Так как MPEG технология сжатия улучшается, более высокое качество достигается при более низких пропускных способностях.
Термин "артефакт" относится к тому, что первоначально не было представлено в изображении. Артефакты иногда вызываются недостаточным кодированием MPEG, но чаще артефакты вызываются плохо настроенными телеприемниками, плохими кабелями, электрическими помехами, недостаточной передачей film-to-video, зерном пленки, неисправностью воспроизводящего устройства, ошибками чтения диска, и т.д.
3.2.3. DivX
Формат Divx (Digital video express) был разработан компанией Circuit City как альтернатива DVD. В результате получилась своеобразная система, в чем-то напоминающая прокат. В основе концепции лежала идея о том, что кодированный видеоформат может предотвратить нелегальное копирование оригинала. Покупая фильм в формате DivX за 4,5 долл., можно было смотреть его в течение двух суток, продлить лицензию для повторного просмотра за 2,5 долл. или приобрести годичную лицензию дополнительно за 15-25 долл.
Идея проката фильмов на дисках в формате DivX была поддержана некоторыми большими голливудскими компаниями. В список компаний, входят такие, как Disney, Dreamworks SKG, Paramount и Universal. Для просмотра фильмов в формате DivX был нужен специальный проигрыватель, который также может воспроизводить и обычные DVD-диски. В проигрывателе DivX также присутствовал модем, играющий важную роль во всей этой системе. С его помощью происходило соединение со специальной системой для составления счетов, а также обновления информации в модуле памяти проигрывателя. После оплаты дальнейшего использования диска, сигнал об этом поступал с сервера на проигрыватель и диск можно было просматривать после двухдневного срока. Необходимо было хотя бы раз в месяц делать запрос на сервер, в противном случае система блокировалась.
Система не прижилась, фирма-разработчик понесла убытки, а название перекочевало в новую технологию. Позднее форматом DivX стали называть несколько усовершенствованный формат MPEG4 (которым он по существу и является). 3.2.4. DV (miniDV)
DV - это бытовой формат цифровой компонентной видеозаписи с обработкой по стандарту 4:2:0 (PAL) и 4:1:1 (NTSC) на 1/4-дюймовую (6.35 мм) ленту с напылением металла. Этот формат разработан консорциумом DV, объединившим основных производителей бытовой аппаратуры. Каждый кадр располагается на 12-ти наклонных дорожках шириной 10 мкм. На наклонные дорожки записывается видео / аудиоданные, субкод, служебные данные (ITI - Insert and Track Information). Продольных дорожек нет. Применяется алгоритм внутрикадрового сжатия, использующий метод DCT. Коэффициент компрессии - 5:1. Обеспечивается разрешение по горизонтали - 500 твл. В DV предусмотрена специальная схема исправления и маскирования ошибок. Кассеты, записанные в формате DV, могут воспроизводиться на некоторых моделях аппаратов форматов DVCPRO и DVCAM. Для передачи данных в оборудовании этого формата предусмотрен универсальный последовательный интерфейс IEEE-1394, позволяющий переносить цифровые файлы напрямую на жесткий диск компьютера. 3.2.5. SVCD, ASF, RM
Стандарт Super VideoCD (SVCD) установлен Китайским Национальным Комитетом Стандартизации совместно с Philis, Sony, Matsushita и JVC. Он базирован на технологии сжатия MPEG-2 с переменным потоком (VBR). SVCD может обеспечить в два раза более четкое видео, чем предыдущий формат VideoCD, разрешение 480x576 более чем в четыре раза превышает ограничения MPEG-1.
SVCD обратно совместим с VCD 1.1, 2.0 и Interactive VCD 3.0. Более того, тогда как VCD требует встраивания текста в видео, SVCD использует отдельный поток данных для интеграции субтитров (вернее до 4-х таких потоков). Так как это не текст, а графические изображения, в субтитрах могут использоваться символы любых языков и шрифтов, а также графические изображения. При этом субтитры не имеют артефактов сжатия алгоритмом MPEG.
ASF - формат Windows Media. Основан на MPEG-4, оптимизирован для передачи видео с низким и средним битрейтом в интернет. Воспроизводится только на компьютере с Windows Media Player.
RM - RealVideo. Предназначен для низкоскоростной передачи видео в интернет в реальном времени. Небольшое разрешение, низкое качество. Воспроизводится только на компьютере. Требует специального программного декодера. 3.2.6. Digital Betacam
Digital Betacam - этот цифровой формат видеозаписи был разработан фирмой Sony. Для записи используется та же полудюймовая лента, что и в аппаратах Betacam SP. Имеются продольные дорожки управления, режиссерская и временного кода. Все видео- и аудиосигналы записываются сегментным наклонно-строчным способом. Каждое телевизионное поле записывается на 6-ти наклонных дорожках. Соседние дорожки записываются с азимутальным разворотом рабочих зазоров видеоголовок на +/- 15 градусов. Записываемый цифровой поток составляет 125.58 Мбит/с. Digital Betacam обеспечивает запись 10-битного компонентного цифрового сигнала с соотношением частот дискретизации 4:2:2 для сигналов яркости и цветности. Поддерживаются 4 канала звукового сопровождения, частота дискретизации аудиосигнала 48 кГц при 20-битном квантовании. Миникассеты Digital Betacam обеспечивают 40 минут цифровой записи, а большие - более 2-х часов.
В системе Digital Betacam используется очень эффективный способ обработки информации - BRR (уменьшение скорости потока данных). Благодаря этому одно и тоже количество видеоинформации может быть представлено меньшим объемом данных, чем раньше. Способ компрессии сигнала внутриполевой (intraframe) с использованием дискретного косинусного преобразования (DCT), коэффициент компрессии сигнала - 2:1. Имеется мощная система коррекции и маскирования ошибок. 3.2.7. Betacam SX
Betacam SX - видеоформат фирмы Sony, который обеспечивает запись 8-битных компонентных цифровых видеосигналов с соотношением частот дискретизации 4:2:2 для сигналов яркости и цветности. Поддерживает 4 канала цифрового звука (16 бит/48 кГц). Схема сжатия, используемая в Betacam SX, основана на алгоритме 4:2:2 P@ML стандарта MPEG2 с коэффициентом компрессии 10:1. Поток видеоданных составляет 18 Мбит/с. Запись производится на полудюймовую (12.65 мм) металлопорошковую ленту. Максимальное время записи - 184 минуты на кассету типа L и 60 минут на кассету типа S.
Формат Betacam SX обеспечивает вещательное качество изображения от съемки до компоновки программ. Оборудование этого формата позволяет монтировать материал прямо на месте и передавать его с высокой скоростью без потери качества. При переносе видеоматериалов между аппаратами формата Betacam SX используется последовательный цифровой интерфейс SDDI (последовательный цифровой интерфейс передачи данных), обеспечивающий четырехкратную скорость передачи, с аппаратурой цифровых форматов используется интерфейс SDI (последовательный цифровой интерфейс). Оборудование Betacam SX совместимо с аналоговой аппаратурой форматов Betacam, Betacam SP. 3.2.8. HDV
Стандарт HD ( High Definition - Высокое разрешение ) - это новый улучшенный стандарт видео. Существует много форматов, но основных стандартов установлено два: 1080i и 720p . Оба эти стандарта значительно превосходят стандарт SD в цвете и разрешающей способности (резкость изображения и детали). Почти всё HD оборудование изначально рассчитано на 'широкоформатное' изображение 16:9.
Стандарт HD в любом проявлении намного лучше 'традиционных' систем. Появившийся стандарт HDV (High Definition Video - Видео высокого разрешения) - это попытка дать возможность записи видео высокого разрешения, при скорости передачи 25 Мбит/с на существующие устройства MiniDV , используя сжатие MPEG2. Многие производители уже являются приверженцами стандартов HDV . Стоит отметить, что любая домашняя запись, сделанная в HDV, будет превосходить общепринятые на сегодняшний день SD DV записи, обладающие, к сожалению, ограниченными способностями. 3.2.9. ProHD
DVCProHD - формат записи на магнитную ленту фирмы Panasonic, являющийся дальнейшим развитием DVCPro. В связи с необходимостью записи более высокого цифрового потока, скорость ленты увеличена в четыре раза. Как и для всех версий формата DVCpro, компрессия DVCproHD основана на алгоритме DV. Несжатые HD-сигналы распределяются по четырем устройствам сжатия DV, работающим параллельно, которые все вместе сжимают сигнал с коэффициентом 1:6.7. Результирующий поток данных составляет 100 Мбит/с. 3.2.10. D-VHS
Полностью цифровой формат D-VHS (Digital VHS) позволяет вести запись цифрового видео максимально возможного качества (поток видеоданных до 14,1 Мбит/с), длительностью до 8 часов в режиме STD (Standard), или 21 час, на скорости в три раза меньшей (LS3) - с качеством DVD-видео ( 4,7 Мбит/с). Данные записываются в том виде, в котором они поступают на вход видеомагнитофона, без восстановления сжатых данных.
Привлекательность формата заключается в его востребованности, ведь до сих пор не существовало перезаписываемого бытового цифрового видеоносителя достаточной емкости с качеством не только равным, но даже превосходящем DVD.
Для оценки потенциальных возможностей D-VHS достаточно сказать, что если скорость цифрового потока (битрейт) в DVD-формате достигает только 10 мегабит/сек. (обычно она не превышает 4-6 мегабит/сек.), и емкость диска составляет максимум 18 гигабайт (2 стороны/2 слоя), то в D-VHS ее максимальное значение составляет 28,2 мегабит/сек. при емкости кассеты до 44 гигабайт. Формат D-VHS дает возможность записывать даже HDTV-программы (т.е. ТВ повышенной четкости). Понятно, DVD со своим максимально достижимым разрешением в 540 ТВ-линий значительно уступает 1080 линиям в HDTV.
Поэтому если HD-телевидение станет широко распространенным, то запись такой программы на D-VHS-магнитофон обеспечит несравненно лучшее качество, чем DVD-плейер. Более того, такой битрейт и емкость видеокассеты позволяет в LS-режиме хранить до 14 часов видео с качеством, не уступающим обычному DVD, а с качеством, сравнимым с VHS - до 21 часа. 3.2.11. MicroMV
MicroMV - первый, разработанный фирмой Sony, формат записи для любительских видеокамер, использующий стандарт сжатия MPEG2. MPEG является открытым промышленным стандартом видео- и компьютерной индустрии и используется как новый формат, естественный преемник DV, поскольку обеспечивает высокое качество изображения и звука, а также открывает новые возможности дизайна видеокамер, благодаря компактному размеру носителя. Размер новой кассеты составляет 30 процентов от размера кассеты miniDV. Кассета оснащена модулем памяти. Скорость передачи данных нового формата составляет 12 Мбит/с, что в два раза ниже, чем в формате miniDV. 3.2.12. Digital8
С появлением цифровых видеокамер формата miniDV оказалось, что видеолюбители, стремящиеся к повышению качества изображения, должны отказаться от старых, накопленных годами архивов, записанных на кассетах Hi8. Компания Sony пошла навстречу требованиям рынка и выпустила промежуточный вариант цифровой видеозаписи на кассетах формата Hi8 (возможно, хотя и не рекомендуется использовать кассеты Video8). Правда пришлось поступиться временем записи (на кассете Hi8 можно записать видео в стандарте D8 на треть меньше по времени). Оправдывается это значительным улучшением качества изображения (оно приближается к вещательному) и различными преимуществами, такими как цифровые эффекты, цифровой порт по стандарту IEEE 1394 и др. Режим LP в этих камерах не предусмотрен. Естественно, что камера D8 может использоваться для просмотра старых кассет Hi8 и Video8. При этом, стоимость такой камеры несколько дешевле чем камер miniDV. 3.2.13. D1, D2, D3, D5, D6
D1 - цифровой формат, разработанный фирмой Sony. Запись осуществляется на магнитную ленту шириной 19,01 мм в соответствии со стандартом CCIR601 в варианте 4:2:2. Запись видео- и аудиосигналов сегментная, четырехканальная; скорость движения ленты - 286,9 мм/с. Одно телевизионное поле записывается на 12 наклонных дорожках шириной 30 мкм. Кроме наклонных дорожек имеются 3 продольные - монтажная звуковая дорожка, дорожка управления и дорожка временного кода. В центре наклонных дорожек для записи видеоданных размещены 4 сектора с сигналами звука. Запись производится на кассеты трех размеров, которые обеспечивают 11, 34, 76 минут непрерывной записи при толщине ленты 16 мкм. При меньшей толщине ленты длительность записи, соответственно, увеличивается.
Этот формат один из наилучших для студийной работы, так как используется компонентный сигнал, сохраняется полная полоса частот сигналов, которая позволяет делать высококачественные плавные переходы в рир-проекции, обеспечивается высокое качество при копировании и монтаже. Оборудование формата D1 можно подсоединять без дополнительного транскодирования почти ко всем системам цифровых видеоэффектов, кинотелепреобразоват лям, дисковым запоминающим устройствам и т.п.
Формат D2 был предложен фирмами Ampex и Sony для обработки, записи и воспроизведения композитного сигнала стандартов PAL и NTSC. Запись сигнала производится на 19,01 мм металлопорошковую ленту, упакованную в кассеты трех видов: малые, средние и большие. Способ записи наклонно-строчный сегментированный. Одно телевизионное поле записывается на 8-ми дорожках шириной 35 мкм. Уровневое квантование - 8 бит. Частота дискретизации аудиосигнала - 48 кГц, квантование - 20 бит. Записываемый цифровой поток достигает 154 Мбит/с. Кроме наклонных дорожек имеются 3 продольные - управления, монтажная звуковая, дорожка временного кода. Звуковые сектора располагаются в начале и конце программных строчек. D2 характеризуется более низкой стоимостью оборудования по сравнению с аппаратурой формата D1, способностью воспроизведения изображения в широком интервале скоростей и его просмотре в цвете при 60-кратном превышении номинальной скорости и возможностью многократной перезаписи с минимальными потерями качества.
Формат D3 цифровой видеозаписи на полудюймовую ленту разработан мощной вещательной корпорацией NHK в 1991 году, и его аппаратурная реализация стали значительным достижением фирмы Panasonic. Оборудование D3 работает с композитными 8-битовыми видеосигналами стандартов PAL и NTSC. Видеофонограмма примерно такая же, как и у формата D2, разница только в числовых характеристиках. Так ширина наклонных дорожек составляет 18 мкм, общая длина программной дорожки - 117.71 мм, а видеосектора - 108.9 мм, угол наклона дорожек - 4.9 градуса. Дорожка временного кода примыкает к нижнему краю наклонных дорожек. Длительность записи на одну кассету D3 - от 50 до 245 минут. Характеристики оборудования в целом такие же, как в D2. Благодаря использованию полудюймовой ленты создана полная линейка оборудования формата D3, обеспечивающая студийное и внестудийное производство, репортажные съемки, запись, монтаж и выдачу программ в эфир, все этапы которых выполняются в едином стандарте. При этом расход ленты оказался в два раза меньше, чем у 19 мм композитных форматов. Плотность записи - 13.7 Мбит на квадратный сантиметр. При заметно более низкой стоимости и массе аппаратура формата D3 не уступает по функциональным возможностям, качеству сигнала и защите от ошибок аппаратам форматов D1 и D2. Впервые стал возможен режим предварительного чтения (Pre-read), при котором один и тот же аппарат используется и как источник сигнала, и как мастер, т.е. можно проводить на 2-х аппаратах монтаж, рассчитанный на 3 аппарата.
Оборудование компонентного формата D5 использует те же кассеты, что и D3, но составляющие цветового сигнала снимаются с изображения в соответствии с рекомендациями для 10-битовой записи, изложенными в документе CCIR601, который распространяется на цветоразностные цифровые и RGB-сигналы, определяет уровни и частоты квантования, матрицирование RGB/Y, R-Y, B-Y и характеристики фильтров. Видеофонограмма такая же, как и у D3, только видеодорожки сдвоенные, т.к. сигнал в D5 компонентный. Записываемый цифровой поток составляет 270 Мбит/с. Используется металлопорошковая лента шириной 12.65 мм в такой же кассете, как и у D3. Продолжительность записи в зависимости от величины кассеты составляет - 32, 62, 132 минуты.
Видеомагнитофоны D5 имеют встроенные декодеры и могут воспроизводить запись с ленты формата D3, а также выдавать на линейный выход составляющие цвета. Они обладают возможностью формировать изображение как в формате растра 4:3, так и в широкоэкранном формате 16:9. Поскольку цифровая запись ведется без компрессии сигнала, формат D5 обладает всеми преимуществами D1 и дает абсолютное качество изображения. Такая техника пригодна и для высококачественного компоновочного монтажа, и для более простых операций. В дополнение к требованиям телевизионных систем на 625 и 525 строк данный формат пригоден и для ТВЧ (телевидение высокой четкости) с компрессией сигнала 4:1. Формат D5 обеспечивает "прозрачную запись" (отсутствие искажений от входа до выхода) сигнала в цифровом стандарте 4:2:2 при 8 и 10-битовом квантовании при его многоступенчатой обработке, особенно в отношении активной части изображения, что делает оборудование формата D5 очень привлекательным для потребителя, особенно в профессиональном видеопроизводстве. И не случайно видеомагнитофоны D5 фирмы Panasonic установлены во многих известных телестудиях по всему миру.
Цифровой широкополосный формат D6 разработан фирмами Toshiba и BTS в 1993 году специально для записи цифровых сигналов ТВЧ с соотношением сторон изображения 16:9. Он рассчитан на исключительно высокую пропускную способность до 1,2 Гбит/с. Первый видеомагнитофон формата D6 - DCR 6000 фирма BTS выпустила в 1994 году. Он позволяет записывать цифровые сигналы ТВЧ обоих стандартов 1250/50/2:1 и 1125/60/2:1 на кассету с 19,01мм лентой наклонно-строчным способом в виде блоков цифровых данных. В каждом блоке находятся данные о видеосигнале и звуке, вспомогательной и служебной информации, а также содержится запись параметров и местоположения специальных зазоров, облегчающих монтажные операции. Запись производится на металлопорошковую ленту улучшенного качества толщиной 11мкм. Шаг дорожки записи - 21 мкм, угол наклона дорожек - +/-15 градусов. Продолжительность записи в зависимости от величины кассеты составляет 8, 28, 64 минуты. Отличительной чертой аппаратуры D6 является невероятно эффективная встроенная система коррекции ошибок. При вероятности появления сбоев на ленте (обусловленных системой лента-головка) не более 4х10-4, выходной сигнал с аппаратуры D6 может содержать битовые ошибки, но их вероятность появления не превышает 10-11. 3.2.14. S(X)VCD
Формат SVCD расшифровывается как Super Video CD. На таком компакт-диске можно разместить вдвое больше информации чем на обычном Video CD. До сих пор эти диски наиболее широко распространены в Китае.
Стандарт SVCD был разработан в Китае в конце 1998 года и в настоящее время проходит процедуру регистрации как международный. Проигрыватели и диски SVCD сейчас довольно активно продаются в Китае, Гонк-Конге, Тайване, Малайзии, Сингапуре и Индии. Для воспроизведения таких дисков используются специальные SVCD проигрыватели, поддерживающие также VCD 3.0, VCD 2.0, CD-DA и иногда MP3 форматы. Некоторые проигрыватели DVD также могут воспроизводить SuperVCD, даже если об этом не сказано в инструкции, другие требуют лишь модификации внутренней программы (замены или пере-программирования одной микросхемы - некоторые модели JVC, Philips, Pioneer, Samsung). И конечно такие диски могут воспроизводиться на компьютере с 2х скоростным или более быстрым дисководом CD-ROM и аппаратным или программным (Pentium-II 350 МГц или лучше) декодером MPEG2.
Формат XVCD уступает SVCD по таким показателям, как поток данных и разрешение.
3.3. Сравнение форматов записи
Глава 4. Методы сжатия
Цифровые технологии обеспечивают неоспоримые преимущества по сравнению с аналоговыми. Преобразованный в цифровую форму сигнал может сохранять всю информацию, заложенную в аналоговой форме. Современные технологии передачи, записи и хранения цифровых данных практически не подвергают сигнал искажениям.
Одно из неоспоримых преимуществ цифровых технологий - возможность применения к оцифрованному сигналу мощного математического аппарата сжатия видео и аудио информации. В отличие от "аналога", "цифра" в любой момент может быть воспроизведена со 100%-ной повторяемостью. Соответственно, для оцифрованного сигнала открываются удобные возможности последующей обработки, анализа и моделирования.
Основные методы сжатия видео сводятся к компрессии данных внутри отдельного кадра и оптимизации в передаче изменений между кадрами. Даже при рассмотрении статичного изображения видно, что в нем много однотипной и дублирующейся информации. Например, интенсивность фона чаще всего имеет постоянное значение; многие отдельные участки изображения, занимающие значительные размеры кадра, тоже имеют одинаковый уровень цифрового сигнала. Естественно, передавать всю эту информацию без компрессии не имеет смысла. С применением специализированных методов сжатия видео, плавно меняющегося по кадрам, возможно еще больше снизить результирующую плотность передачи информации по сети.
В отличие от универсальных архиваторов (вроде WinRar или WinZip), сжатие видео может происходить с некоторыми потерями, величина которых зависит от выбранного кодека. Современные алгоритмы сжатия прибегают к всестороннему логическому анализу видеоролика с целью извлечь повторяющиеся куски между кадрами и уменьшить размер конечного файла. При воспроизведении сжатая информация «раскрывается», и уже после этого демонстрируется пользователю. Раскрытие изображений, сжатых некоторыми кодеками, может потребовать большого времени от маломощного компьютера.
4.1. Технологии сжатия цифрового видео
Существует множество технологий сжатия цифрового видео. Некоторые из рассматриваемых компрессоров используют не одну технологию сжатия, а некоторую их совокупность. Например, и Indeo 3.2, и Cinepak используют векторную квантизацию. Международные стандарты MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4, H.261 и H.263 используют комбинированную технологию БДКП и компенсацию движения. Некоторые современные алгоритмы используют технологию ДВП (Discrete Wavelet Transform, или DWT). Другие технологии включают Фрактальное сжатие изображений (Fractal Image Compression). Сжатие без потерь качества
Сжатие изображений может осуществляться без потерь качества лишь в том случае, если в процессе сжатия не было потерь данных. В результате полученное после декомпрессии изображение будет в точности (побитно) совпадать с оригиналом. Примером такого сжатия может служить формат GIF для статической графики и GIF89a для видео. Сжатие с потерями качества
Сжатие может происходить с потерями качества, если в процессе сжатия информация была потеряна. Однако с точки зрения человеческого восприятия сжатием с потерями следует считать лишь такое сжатие, при котором возможно на глаз отличить результат сжатия от оригинала. Таким образом, несмотря на то что два изображения - оригинал и результат сжатия с использованием того или иного компрессора - побитно могут не совпадать, тем не менее разница между ними может быть совсем незаметной. Примером может служить алгоритм JPEG для сжатия статической графики и алгоритм M-JPEG для сжатия видео. Сжатие без потерь с точки зрения восприятия
Формально являясь сжатием с потерями качества, схема сжатия может в то же время казаться сжатием без потерь с точки зрения восприятия ее человеком. Большинство технологий сжатия с формальной потерей качества имеют так называемый Фактор Качества Сжатия (ФКС), характеризующий именно воспринимаемую сторону качества и варьирующийся в пределах от 0 до 100. При факторе качества сжатия равном 100 воспринимаемые характеристики качества сжатого видео неотличимы от оригинала. Сжатие с естественной потерей качества
JPEG и MPEG и другие технологии сжатия с потерей качества иногда сжимают, без потерь переступая за грань сжатия с точки зрения восприятия видеоинформации. Тем не менее сжатые видео и статические изображения вполне приемлемы для адекватного восприятия их человеком. Иными словами, в данном случае наблюдается так называемая естественная деградация изображения, при которой теряются некоторые мелкие детали сцены. Похожее может происходить и в естественных условиях, например при дожде или тумане. Изображение в таких условиях, как правило, различимо, однако детализация его уменьшается. Сжатие с неестественными потерями качества
Низкое качество сжатия, в значительной степени искажающее изображение и вносящее в него искусственные (не существующие в оригинале) детали сцены, называется неестественным сжатием с потерей качества. Примером тому может служить некоторая «блочность» в сильно сжатом MPEG-е и в других компрессорах, использующих технологию БДКП. Неестественность заключается в первую очередь в нарушении самых важных с точки зрения восприятия человеком характеристик изображения - контуров. Опыт показывает, что именно контуры позволяют воспринимающему аппарату человека правильно идентифицировать тот или иной визуальный объект.
Все широко используемые видеокомпрессоры используют технологии сжатия с потерями качества. При достаточно высоких коэффициентах сжатия все они будут сжимать с неестественной потерей качества.
Таким образом, выбирая тот или иной компрессор для сжатия цифрового видео, необходимо достичь сжатия, по крайней мере с естественными потерями качества. Для сжатия видео используют различные кодеки
4.2. Технологии и алгоритмы сжатия видео
Run Length Encoding
Компрессорами, использующими технологию RLE, являются:
Microsoft RLE (MRLE) RLE используется также для кодирования коэффициентов в БДКП, применяющемся в MPEG-1234, H.261, H.263 и JPEG.
Достоинства и недостатки
1. Работает исключительно с 8-битовыми изображениями.
2. Не подходит для сжатия полноцветного видео. Обзор
RLE кодирует последовательность повторяющихся элементов изображения или одноцветных элементов одним кодовым словом. Например, последовательность элементов изображения 77 77 77 77 77 77 77 может быть закодирована как 7 77 (для семи 77-рок). RLE хорошо сжимает изображения, в которых наблюдается повторение контуров или цветов отдельных элементов. В полноцветных изображениях повторений цвета значительно меньше, поэтому сжатие полноцветного видео с использованием технологии RLE лишено всякого смысла. Векторная квантизация (Vector Quantization,VQ)
Компрессорами, использующими технологию VQ, являются Indeo 3.2 и Cinepak. Оба они применяют цветовую схему YUV (а не RGB). Достоинства и недостатки
1. Процесс кодирования очень трудоемок и практически неосуществим без специального дополнительного оборудования.
2. Процесс декодирования очень быстр.
3. Блоковые искажения при высоких коэффициентах сжатия.
4. Технологии, использующие алгоритмы БДКП, ДВП могут достигать более высоких уровней сжатия. Обзор
Основная идея векторной квантизации заключается в разбиении изображения на блоки (размером 4x4 пиксела в цветовой схеме YUV для компрессоров Indeo и Cinepak). Как правило, некоторые блоки оказываются похожими друг на друга. В этом случае компрессор идентифицирует класс похожих блоков и заменяет их одним общим блоком. Кроме того, генерируется двоичная таблица (карта) таких общих блоков из самых коротких кодовых слов. VQ-декодер затем, используя таблицу, собирает изображение поблочно из общих блоков. Ясно, что данный способ кодирования с потерями качества, так как, строго говоря, схожесть блоков весьма относительна. Здесь допускается аппроксимация реальных блоков изображения к общему, их объединяющему. Процесс кодирования длителен и трудоемок, так как кодеру необходимо выявлять принадлежность каждого блока изображения к какому-нибудь общему блоку. Однако задача декодирования в этом случае сводится к задаче построения изображения по заданной карте из общих блоков и не занимает много аппаратных и временных ресурсов. Таблицу или карту также называют еще и кодовой книгой, а двоичные коды, входящие в нее, - кодовыми словами, соответственно. Наибольшее сжатие с использованием алгоритма VQ достигается путем уменьшения числа классов общих блоков, то есть предположением о схожести относительно большего числа блоков изображения, и, как следствие, уменьшением кодовой книги. По мере уменьшения размеров кодовой книги качество воспроизводимого видео ухудшается. В результате на изображении появляется искусственная «блочность».
Простой пример: сравним три следующих блока 4 x 4.
Эти три блока для человеческого глаза неотличимы. Таким образом, 2-ой и 3-ий блоки можно спокойно заменить первым. Тогда кодовая книга будет иметь следующий вид:
Кодовая Книга[1] = 128 128 128 128
128 128 128 128
128 128 128 128
128 128 128 128
Важной особенностью технологии VQ является то, что при сжатии видео одна и та же кодовая книга может использоваться для нескольких кадров изображения. Дискретное Косинусное Преобразование (ДКП)
Компрессоры, использующие ДКП: Motion JPEG; Editable MPEG; MPEG-1; MPEG-2; MPEG-4.
Достоинства и недостатки
1. «Блочность» при высокой компрессии.
2. Закругление острых углов изображения. Случайное «размывание» острых краев изображений.
3. Кодирование очень трудоемко. Только в последнее время удалось осуществить процесс кодирования программно, а не аппаратно. Обзор
ДКП является широко используемым при сжатии изображений преобразованием. Стандарт сжатия статической графики JPEG, используемый в видеоконференциях стандарт H.263, цифровые видеостандарты MPEG (MPEG-1, MPEG-2 и MPEG-4) -- все они используют ДКП. В этих стандартах используется, в частности, 2-мерное ДКП, применяемое последовательно к блокам изображения размерностью 8 x 8 пикселов. ДКП вычисляет 64 (8x8 = 64) коэффициента, которые затем квантизуются, обеспечивая тем самым реально сжатие. В большинстве изображений большинство ДКП-коэффициентов в силу своей малости после квантизации обнуляется. Это свойство ДКП и лежит в основе множества алгоритмов сжатия, использующих ДКП.
Вдобавок известно, что человеческий глаз гораздо менее чувствителен к высокочастотным компонентам изображения, представляемым большими коэффициентами ДКП. К этим большим значениям коэффициентов может быть применен (и, как правило, применяется) больший фактор квантизации. В частности, матрица 64 факторов квантизации для каждого из 64 коэффициентов ДКП, применяемая в алгоритме JPEG, имеет большие факторы квантизации для коэффициентов ДКП, соответственно, большей частоты. После квантизации коэффициенты подвергаются алгоритму RLE. Далее для частых комбинаций используются короткие кодовые слова, для более редких - относительно длинные. Осуществляется вероятностное кодирование.
ДКП, в свою очередь, лучше всего объяснять на примере одномерного и т.д.................
