3. Видео | 3.1. Оцифровка

Как известно, видеоряд состоит из набора кадров, каждый из которых является отдельным изображением (рис. 3.3). Размер изображения будет зависеть от используемого видеостандарта, например, для видеостандарта NTSC для каждого кадра требуется порядка 900 Кбайт, следовательно, для одной секунды несжатого видео требуется 27 Мбайт (т. к. видео NTSC содержит 30 кадров), а для минуты − порядка 1,6 Гбайт. При таких размерах запись видео на обычный DVD-диск или передача видео по Интернету нереальна. Хотя при использовании последних стандартов SCSI и Firewire передача такого видео возможна. Таким образом, при использовании DVD или сети Интернет необходимо уменьшать объём данных, например, путём значительного сжатия, или уменьшения, размера кадра.

Для сжатия оцифрованного видео существуют различные технологии, для осуществления которых необходимо использовать видеокамеры или компьютер. Если оцифровка и сжатие выполняются внутри камеры, то чисто цифровой поток данных передаётся компьютеру с помощью высокоскоростного интерфейса (например, DV-формат). При использовании цифровой видеокамеры сжатые данные записываются на карту памяти, а затем при желании копируются на компьютер, где подвергаются дальнейшей обработке (редактирование, дополнительное сжатие и т. д.).

Формат DV (Digital Video) − один из форматов цифровой видеозаписи (разработка 1995 г., корпорация Sony), предназначенный для непрофессиональных видеокамер. Оцифрованное изображение записывается на ленту сжатым в соотношении 5:1 по стандарту M-JPEG. Предусматривает также использование двух 12-битовых стереоканалов либо одного 16-битного. Видеокамера соединяется с компьютером посредством интерфейса FireWire, по которому передаётся уже оцифрованный и сжатый поток данных.

Рассмотрим характеристики современной цифровой видеокамеры на примере Sony HDR-SR12E.

Цифровая видеокамера Sony HDR-SR12E

Камера Sony HDR-SR12E обеспечивает видеосъёмку идеального качества в формате Full HD и фото с разрешением 10 мегапикселей, работает в формате AVCHD (см. ниже), который позволяет записывать видео в самом высоком качестве.

Общие характеристики

• Тип видеокамеры − HDD AVCHD, цифровая

• Тип носителя − жёсткий диск

• Ёмкость жёсткого диска − 120 Гб

• Поддержка видео высокого разрешения (Full HD) − есть

• Максимальное разрешение видеосъёмки − 1920x1080

• Режим ночной съёмки − есть

• Широкоформатный режим видео − есть

Объектив

• Фокусное расстояние объектива − 4,9-58,8 мм

• Zoom оптический / цифровой − 12x / 150x

• Выдержка − 1/800-1/2 сек

• Диафрагма − F1.8-F3.1

• Диаметр фильтра − 37 мм

• Ручная фокусировка − есть

Фоторежим

• Фоторежим − есть

• Число мегапикселов при фотосъёмке − 10,2 Мпикс

• Максимальное разрешение фотосъёмки − 3680x2760 пикс

• Фотосъёмка в режиме видеосъёмки − есть

• Широкоформатный режим фото − есть

Матрица

• Тип матрицы − CMOS

• Количество матриц − 1CMOS

• Матрица − 5,66 Мпикс

• Физический размер матрицы − 1/3.1"

Функциональные возможности

• Стабилизатор изображения − оптический

• ЖК-экран − есть (3.2", 921 600 пикс.)

• Сенсорный дисплей − есть

• Видоискатель − цветной, 123 200 пикс.

• Баланс белого − авто, предустановки, ручная установка

• Форматы записи − 480i, 480p, 576i, 576p, 720p, 1080i

• Автоэкспозиция − есть

• Режимы съёмки − портретная, восход и закат, пейзаж, пляж, при свечах, прожектор, снег, сумерки, фейрверк

• Дополнительные возможности − поддержка PictBridge, возможность записи 5.1-канального звука, две скорости записи/воспроизведения

Эффекты

• Фейдеры - черный, белый

• Спецэффекты − монохром, сепия, пастель, старое кино

• Интерфейсы и носители

• Интерфейсы − AV-выход, S-Video-выход, компонентный выход, HDMI-выход, USB-интерфейс

• Запись на карту памяти − есть

• Поддержка карт памяти − MS, MS Duo

Дополнительная информация

• Максимальное время работы от аккумулятора − 5 ч

• Конструкция − дистанционное управление, наличие вспышки

• Размеры − 138x83x76 мм

• Вес − 560 г

• Особенности − функция распознавания лиц, оптимизатор динамического диапазона, воспроизведение с помощью совместимого пульта ДУ BRAVIA TV

Считается, что качество цифрового видео очень высоко, но, тем не менее, это сжатый формат. На рис. 3.4.1 показан кадр несжатого видео и тот же кадр, сжатый для цифрового видео. При таком масштабе заметить различия очень сложно. Однако из увеличенного фрагмента на рис. 3.4.2 видно, что в цифровом видео присутствуют артефакты сжатия.

Если оцифровка выполняется на компьютере, аналоговый видеосигнал подаётся на вход платы оцифровки видеоизображений, подключённой к компьютеру. В этой плате аналоговый сигнал преобразуется в цифровую форму. Обычно получающиеся цифровые данные сжимаются в карте до передачи на диск для хранения или передачи по сети, хотя иногда удаётся выполнить сжатие с использованием программного обеспечения, запущенного на центральном процессоре компьютера. Эту схему можно видоизменить, подав аналоговый сигнал на внешнее устройство, переводящее сигнал в цифровой, который, в свою очередь, пересылается на компьютер посредством FireWire. Данный вариант кажется привлекательным, если не требуется максимальное качество, поскольку он позволяет программному обеспечению трактовать выход любого источника видео как поток цифрового видео.

Оцифровка в камере обладает одним существенным преимуществом перед оцифровкой в компьютере. Когда аналоговый сигнал передаётся по кабелю даже на небольшое расстояние, он неизбежно искажается из-за шума. Шум также накапливается, когда аналоговые данные записываются па магнитную ленту. Таким образом, сигнал будет сжат уже не так хорошо, как при отсутствии искажений. Некоторые схемы сжатия видео основаны на сходстве соседних кадров, и случайная природа искажения сигнала может нарушить эту схожесть, снизив эффективность сжатия и качество получающегося изображения. Если оцифровка выполняется внутри камеры, передаются по кабелям и записываются на ленту только цифровые сигналы, которые сопротивляются искажению вследствие шума и помех. Сжатие применяется к чистому сигналу возле его источника, поэтому оно может оказаться гораздо более эффективным.

Устройства цифрового видео и платы оцифровки видеоизображений обычно выполняют не только оцифровку и сжатие, но также обратные операции − восстановление и цифроаналоговое преобразование. Устройства, которые сжимают и восстанавливают сигналы, называются компрессорами / декомпрессорами, или кодеками. Используя аппаратный кодек (кодек цифровой видеокамеры или плату оцифровки), можно оцифровать видеосигналы, записать их на компьютере, а затем воспроизвести на внешнем мониторе (т. е. телевизоре), подключённом к аналоговому выходу видеокамеры или видеокарты. Впрочем, при распространении мультимедийной продукции неизвестно, будут ли у зрителей аппаратные кодеки, а если и будут, то какие именно. Также обычно требуется воспроизводить видео на компьютерном мониторе. Таким образом, нужен программный кодек − программа, обеспечивающая возможность воспроизведения видео на обычных компьютерных мониторах. Многие устаревшие компьютеры не могут обеспечить гладкое изображение при максимальных размерах и скорости воспроизведения, поэтому видео в Web обычно транслируется с меньшей частотой кадров и меньшими размерами изображений за счёт многих аспектов, связанных с качеством.

Как правило, алгоритмы сжатия, подходящие для программных кодеков, отличаются от алгоритмов, подходящих для аппаратной реализации, поэтому часто приходится восстанавливать сжатый видеоматериал (с ухудшенным качеством) для его подготовки к внедрению в мультимедийную продукцию.


Кадр несжатого видео	Кадр сжатого видео
Рис. 3.4.1.

Увеличенный фрагмент несжатого видео	Увеличенный фрагмент сжатого видео
Рис. 3.4.2.