Сучасні формати відео

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

МІНІСТЕРСТВО АГЕНСТВО ОСВІТИ І НАУКИ
ФЕДЕРАЦІЇ
Державна освітня установа вищої професійної освіти
Іванівський державний
хіміко-технологічний університет
Факультет неорганічної хімії і технології.
Кафедра ТП і МЕТ.
Реферат
Сучасні формати відео
Виконав:
студент 5 курсу 14 групи
денного відділення:
Поздєєв М.Є.
Іваново - 2007

Зміст
Введення
Глава 1. Основні характеристики відео
1.1. Якість зображення
1.2. Експлуатаційні можливості
1.3. Щільність запису, вартість 1 хвилини запису і масогабаритні параметри носія (для відеострічок)
1.4. Витрати на придбання та експлуатацію техніки
1.5. Кількість кадрів в секунду
1.6. Розгортка
1.7. Дозвіл
1.8. Співвідношення сторін екрану
1.9. Кількість кольорів і кольорова розрядність
1.10. Ширина відеопотоку (для цифрового відео)
Глава 2. Відеостандарти
2.1. Цифрові
2.1.1. ATSC
2.1.2. DVB
2.1.3. ISDB
2.2. Аналогові
2.2.1. MAC
2.2.2. PAL
2.2.3. NTSC
2.2.4. SECAM
2.2.5. MUSE
Глава 3. Формати запису
3.1. Формати аналогового запису
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. Формати цифрового запису
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. Порівняння форматів запису
Глава 4. Методи стиснення
4.1. Технології стиснення цифрового відео
4.2. Технології та алгоритми стиснення відео
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. Сучасні мобільні відеоформати
5.1. 3GPP
5.2. Real Video
5.3. VICS Video
5.4. MobiClip Video
Глава 6. Програми, необхідні для відтворення відео
Глава 7. Сучасні відеокамери
Глава 8. Носії цифрового відео
Глава 9. Системи супутникового телебачення
Глава 10. Телебачення високої чіткості (HDTV: High-Definition Television)
Глава 11. Довідкова інформація та терміни
Список літератури

Введення
Відео (від лат. Video - дослівно «бачу») - під цим терміном розуміють широкий спектр технологій запису, обробки, передачі, зберігання й відтворення візуального і аудіовізуального матеріалу. У побутовому значенні «відео» - то зазвичай мають на увазі відеоматеріал, телесигнал або кінофільм, записаний на фізичному носії (відеокасеті, відеодиску і т. п.).
Звичайні телевізійні відеодані представляють собою потік аналогових сигналів. Комп'ютерна обробка відеоінформації полягає в перетворенні їх у цифровий формат з подальшим зберіганням цих даних на жорсткому чи компакт-диску або іншому пристрої зберігання інформації. Оцифровка відеосигналу, як і оцифровування звуку, включає дві стадії: дискретизація даних аналогового відеопотоку, тобто зняття відліків з певною частотою, і перетворення кожного такого відліку в цифровий еквівалент або квантування.
При зберіганні оцифрованих даних в стислому форматі зображення розміром 400x300 пікселів з глибиною кольору 24 біта на піксель, оновлюється з частотою 25 Гц, зажадає швидкості передачі інформації понад 5,5 Мб / с. А зберігання даних для показу 5-хвилинного ролика в зазначеному форматі зажадає інформаційний простір, що перевищує 1,6 Гб. Природно, що при роботі з такими даними неможливо обійтися без стиснення, однак і в цьому випадку буде потрібно час, певні обчислювальні потужності на розпакування даних. Досягти оптимального стиснення можна шляхом вдосконалення апаратних чи програмних засобів, а може бути, спільно тих і інших.
В якості апаратних засобів використовуються спеціальні відеопроцесори, які підтримують високошвидкісну компресію і декомпресію даних, не завантажуючи центральний процесор комп'ютера. Другий підхід полягає у використанні спеціалізованих методів програмного стиснення та розпакування попередньо стиснутих відеоданих.
Аналоговий відеосигнал включає в себе кілька різних компонентів, об'єднаних в єдине ціле. Такий складовою відеосигнал малопридатний для оцифрування. Попередньо його слід розділити на так звані базові компоненти. Зазвичай компоненти являють собою три різні сигналу, відповідні певної моделі подання колірного простору. Якщо в статичній графіці використовується RGB-колірне представлення, то в цифровому відео частіше використовується модель YUV. Відеопослідовності відображаються у вигляді серії кадрів або фреймів, кожен з яких, no-суті, є графічним зображенням і включає в себе певну кількість пікселів. Такий відеофрейм може бути стиснутий за допомогою одного з алгоритмів стиснення зображень, з втратами або без втрат.

Глава 1. Основні характеристики відео

1.1. Якість зображення

Під якістю зображення зазвичай розуміється дозвіл, тобто кількість відтворених вертикальних ліній. Це оцінка, по суті, поверхнева, так як існує багато інших, не менш важливих, параметрів, настільки ж помітних людському оку, як і чіткість по рядку.
Якість відео виміряється за допомогою формальних метрик, таких, як, наприклад, PSNR, або з використанням суб'єктивного порівняння із залученням експертів.
Метрика PSNR
У рамках тестування критерієм оцінки якості може служить метрика PSNR (peak signal to noise ratio / пікове відношення сигналу до шуму, вимірюється в дБ). Дана метрика, по суті, аналогічна середньоквадратичному відхиленню, проте користуватися нею кілька зручніше за рахунок логарифмічного масштабу шкали. Їй притаманні ті ж недоліки, що й середньоквадратичному відхиленням. Ця метрика дуже популярна, її використовують у багатьох наукових статтях і порівняннях як запобіжний втрати якості. Як і всі існуючі метрики, вона не ідеальна і має свої переваги і недоліки. Значення метрики тим більше, чим більша різниця між порівнюваними зображеннями.

Сенс графіків PSNR / Frame size

На графіку зображена залежність показника метрики від середнього розміру кадру. Кожна гілка відповідає певному кодеку. Гілки побудовані на опорних точках, кожна з яких відповідає конкретному бітрейту. Очевидно, на кожній гілці знаходиться за десять точок (кожна послідовність стискається на 10 налаштуваннях бітрейта). Буває, що кодек не утримує бітрейт і з різними настройками бітрейта стискає однаково. У таких випадках на гілки кодека розташований менш десяти опорних точок. При порівнянні кодеків на цих графіках слід звертати увагу на те, як високо розташовані гілки кодеків. Чим вище знаходиться гілка - тим вище якість послідовності, стиснутої даними кодеком.
Існують і інші метрики:
1. MSAD - Значенням даної метрики є усереднена абсолютна різниця значень колірних компонент у відповідних точках порівнюваних зображень. Використовується, наприклад, для налагодження кодеків або фільтрів.
2. Delta - Значенням даної метрики є усереднена різниця значень колірних компонент у відповідних точках порівнюваних зображень.
3. Bluring measure - Дана метрика дозволяє порівняти ступінь розмиття двох зображень, відносно один одного. Чим ближче його значення до 0, тим більше розмито зображення.
4. Blocking measure - Метрика будувалася так, щоб її значення було пропорційно візуальної ступеня "блочности". Наприклад, у контрастних областях кадру кордону блоків майже непомітні, а в однорідних та ж межа буде добре видно.
5. SSIM Index - Грунтується на вимірі трьох компонент (схожості по яскравості, за контрастом і структурної схожості) і об'єднання їх значень в підсумковий результат.
Суб'єктивна якість відео виміряється за наступною методикою:
1. Вибираються відеопослідовності для використання в тесті;
2. Вибираються параметри системи вимірювання;
3. Вибирається метод показу відео й підрахунку результатів виміру;
4. Запрошується необхідне число експертів (звичайно не менше 15);
5. Проводиться сам тест;
6. Підраховується середня оцінка на основі оцінок експертів.
Кілька методів суб'єктивної оцінки описані в рекомендаціях ITU-T BT.500. Один із широко використовуваних методів оцінки - це DSIS (англ. Double Stimulus Impairment Scale), при якому експертам спочатку показують вихідний відеоматеріал, а потім оброблений. Потім експерти оцінюють якість обробки, варіюючи свої оцінки від «обробка непомітна» і «обробка поліпшує відеозображення» до «оброблений відеоматеріал сильно дратує».

1.2. Експлуатаційні можливості

У це поняття входить все, що стосується роботи пристрою в системі, робочі функції, зручність в експлуатації, можливості інтеграції, наявність інтерфейсів і входів і виходів, ті чи інші особливості налаштувань і т.п.

1.3. Щільність запису, вартість 1 хвилини запису і масогабаритні параметри носія (для відеострічок)

Це важливі параметри для формату відеозапису. Вони враховують три фактори: розмір і маса відеокасети, тривалості запису, питому вартість однієї хвилини запису. Чим більше місткість касети, та / або менше її розмір, і / або нижче питома вартість - тим вище оцінка.

1.4. Витрати на придбання та експлуатацію техніки

Даний параметр враховує вартість устаткування, технічного обслуговування і запасних частин. Висока оцінка відповідає меншим сумарних витрат на володіння та обслуговування техніки того чи іншого формату.
У кожному новому форматі відеозапису розробники прагнуть поліпшити ці показники, але поліпшення одного показника досить часто відбувається за рахунок погіршення інших. Проте слід визнати, що сумарний рівень показників усіх категорій від формату до формату зростає.

1.5. Кількість кадрів в секунду

Кількість (частота) кадрів в секунду - це число нерухомих зображень, що змінюють одне одне впродовж 1 секунди відеоматеріалу, створюючи ефект руху об'єктів на екрані. Чим більша частота кадрів на секунду, тим плавнішим і природнішим буде здаватися рух. Мінімальний показник, при якому рух буде сприйматися однорідним - приблизно 10 кадрів на секунду (це значення індивідуально для кожної людини). У традиційному плівковому кінематографі використовується частота 24 кадру в секунду. Системи телебачення PAL й SЙCAM використовують 25 кадрів у секунду (англ. 25 fps або 25 Герц), а система NTSC використовує 29,97 кадри на секунду. Комп'ютерні оцифровані відеоматеріали гарної якості, як правило, використовують частоту 30 кадрів в секунду. Верхня гранична частота мерехтіння, що сприймається людським мозком, в середньому становить 39 - 42 Герца й індивідуальна для кожної людини. Деякі сучасні професійні камери можуть знімати з частотою до 120 кадрів в секунду. А спеціальні камери для надшвидкої зйомки з частотою до 1000 кадрів в секунду, що необхідно, наприклад, для детального вивчення траєкторії польоту кулі або структури вибуху.

1.6. Розгортка

Розгортка відеоматеріалу може бути прогресивною або чересстрочной. При прогресивній розгортці всі горизонтальні лінії зображення (рядки) відображаються одночасно. А от при чересстрочной розгортці показуються почергово парні й непарні рядки (називані також полями кадру). Чересстрочную розгортку часто називають на англійський манер інтерлейсом (англ. interlace) або інтерлейсінг. Розгортка було винайдено для показу зображення на кінескопах з електронно-променевою трубкою і використовується зараз для передачі відео по «вузьким» каналах, що не дозволяє передавати зображення у всій якості. Системи PAL, SECAM і NTSC - це всі системи із чересстрочной розгорткою. Нові цифрові стандарти телебачення, наприклад, HDTV передбачають прогресивну розгортку. Хоча з'явилися технології, що дозволяють імітувати прогресивне розгорнення при показі матеріалу з інтерлейсом. Чересстрочную розгортку звичайно позначають символом «i» після вказівки вертикального дозволу, наприклад 720Ч576 i Ч50 для відео у форматі PAL.

1.7. Дозвіл

За аналогією з роздільною здатністю комп'ютерних моніторів, будь-який відеосигнал також має дозвіл (англ. resolution), горизонтальне і вертикальне, що вимірюється у пікселях. Звичайний аналоговий телевізійне розділення складає 720Ч576 пікселів для стандартів PAL і SECAM, при частоті кадрів 50 Герц (одне поле, 2Ч25); і 640Ч480 пікселів для NTSC, при частоті 60 Герц (одне поле, 2Ч29, 97). У виразі 640Ч480 першим числом позначається кількість крапок у горизонтальній лінії (горизонтальне розділення), а другим числом кількість самих ліній (вертикальне розділення). Новий стандарт високочіткі (англ. high-definition) цифрового телебачення HDTV передбачає роздільну здатність до 1920Ч1080 при частоті мелькання 60 Герц з прогресивною розгорткою. Тобто 1920 пікселів на лінію, 1080 ліній.
Роздільна здатність у випадку трьохмірного відео вимірюється у вокселях - елементах зображення, що являють собою крапки (кубики) у тривимірному просторі. Наприклад, для простого трьохмірного відео зараз використається в основному роздільність 512Ч512Ч512.

1.8. Співвідношення сторін екрану

Співвідношення ширини і висоти кадру (англ. aspect ratio) - найважливіший параметр у будь-якому відеоматеріалі. Ще з 1910 року кінофільми мали співвідношення сторін екрана 4:3 (4 одиниці завширшки до 3 одиницям у висоту; іноді ще записується як 1,33:1 або просто 1,33). Вважалося, що глядачеві зручніше дивитися фільм на екрані такої форми. Коли з'явилося телебачення, воно успадкувало це співвідношення і майже всі аналогові телесистеми (і, отже, телевізори) мали співвідношення сторін екрана 4:3. Комп'ютерні монітори також успадкували телевізійний стандарт сторін. Хоча ще в 1950-х роках уява про 4:3 суттєво змінилося. Справа в тому, що поле зору людини має співвідношення аж ніяк не 4:3. Адже у людини 2 ока, розташовані на одній горизонтальній лінії - отже, поле зору людини наближається до співвідношення 2:1. Щоб наблизити форму кадру до природного поля зору людини (і, отже, підсилити сприйняття фільму), був уведений стандарт 16:9 (1,78), що майже відповідає так званому «Золотому перетину». Цифрове телебачення в основному теж орієнтується на співвідношення 16:9. До кінця XX століття, після ряду додаткових досліджень у цій області, почали з'являтися навіть і більше радикальні співвідношення сторін кадру: 1,85, 2,20 й аж до 2,35 (майже 21:9). Все це, безумовно, покликане глибше занурити глядача в атмосферу відеоматеріалу.

1.9. Кількість кольорів і кольорова розрядність

Кількість кольорів і кольорова розрядність описується кольоровими моделями. Для стандарту PAL застосовується колірна модель YUV, для SECAM модель YDbDr, для NTSC модель YIQ, в комп'ютерній техніці застосовується в основному RGB (і αRGB), рідше HSV, а в друкарській техніці CMYK. Кількість кольорів, що може відобразити монітор або проектор залежить від якості монітора або проектора. Людське око може сприйняти, по різних підрахунках, від 5 до 10 мільйонів відтінків кольорів. Кількість кольорів у відеоматеріалі визначається числом біт, відведеним для кодування кольору кожного пікселя (англ. bits per pixel, bpp). 1 біт дозволяє закодувати 2 кольори (звичайно чорний і білий), 2 біти - 4 кольори, 3 біти - 8 кольорів, ..., 8 біт -256 квітів (2 8 = 256), 16 біт - 65 536 квітів (2 16), 24 біта - 16 777 216 кольорів (2 24). У комп'ютерній техніці є також стандарт 32 біта на піксель (αRGB), але цей додатковий α-байт (8 біт) використовується для кодування коефіцієнта прозорості пікселя (α), а не для передачі кольору (RGB). При обробці пікселя відеоадаптером, RGB-значення буде змінено залежно від значення α-байта і кольору належного пікселя (який стане «видний» через «прозорий» піксель), а потім α-байт буде відкинутий, і на монітор піде тільки колірний сигнал RGB .

1.10. Ширина відеопотоку (для цифрового відео)

Ширина (або швидкість) відеопотоку бітрейт (англ. bit rate) - це кількість оброблюваних біт відеоінформації за секунду часу (позначається «біт / с» - біт в секунду, або частіше «Мбіт / с» - мегабіт в секунду; в англійському позначенні «bit / s» і «Mbit / s» відповідно). Чим вище ширина відеопотоку, тим, загалом, краща якість відео. Наприклад, для формату VideoCD ширина відеопотоку складає приблизно 1 Мбіт / с, а для DVD складає приблизно 5 мбіт / с. Хоча суб'єктивно різницю в якості не можна оцінити як п'ятикратну, але об'єктивно це так. Формат же цифрового телебачення HDTV використовує ширину відеопотоку біля 10 Мбіт / с. За допомогою швидкості відеопотоку також дуже зручно оцінювати якість відео при його передачі через Інтернет.
Розрізняють два види керування шириною потоку в відеокодеку - постійний бітрейт (англ. constant bit rate, CBR) і змінний бітрейт (англ. variable bit rate, VBR). Концепція VBR, нині дуже популярна, покликана максимально зберегти якість відео, зменшуючи при цьому сумарний обсяг переданого відеопотоку. При цьому на швидких сценах руху, ширина відеопотоку зростає, а на повільних сценах, де картинка змінюється повільно, ширина потоку падає. Це дуже зручно для буферизованих відеотрансляцій і передачі збереженого відеоматеріалу по комп'ютерних мережах. Але для безбуферний систем реального часу й для прямого ефіру (наприклад, для телеконференцій) не підходить - в цих випадках необхідно використовувати постійну швидкість відеопотоку.

Глава 2. Відеостандарти

Коли говорять про формат файлу, мається на увазі те, яким чином інформація, яка міститься у файлі, кодується в цифровому вигляді. Для зберігання відеоінформації в ПК розроблено досить багато форматів, які відрізняються способом представлення даних, ступенем їх стиснення і т. п. Читання і запис аудіо-та відеоінформації на комп'ютері здійснюється за допомогою спеціальних допоміжних програм - «кодеків» (скорочення від слів «кодування / декодування »). Такі програми зазвичай входять до складу операційної системи або поставляються з програвачах.

2.1. Цифрові

2.1.1. ATSC
ATSC (Advanced Television Systems Committee) - організація, яка розробляє і затверджує стандарти для передових телевізійних систем, в тому числі і HDTV. Найбільш широко стандарти ATSC поширені в США і Канаді.
Міжнародна некомерційна організація Advanced Television Systems Committee (ATSC) була утворена в 1982р. з метою розробки нових стандартів телебачення. Саме ця група фахівців розробила стандарт цифрового мовлення ATSC, який тепер є основним на території США, Канади, Мексики, Аргентини, Тайваню і Південної Кореї.
ATSC-специфікації включають в себе опис HDTV (High Definition TeleVision), SDTV (Standard Definition TeleVision), EDTV (Enhanced Definition TeleVision), багатоканальний звук, інтерактивне телебачення - загалом все ті формати, в яких можливо цифрове мовлення. Набір стандартів ATSC був створений з метою заміни NTSC-системи, що використовується, головним чином, у Північній Америці. Максимальна якість зображення, яке може запропонувати ATSC, відповідає вирішенню 1920x1080 при форматі екрану 16:9 та стисненні за допомогою MPEG2. Мало того, якість трансляції наближається до рівня кінотеатрального завдяки тому, що багатоканальний 5.1 звук кодується за допомогою формату Dolby Digital AC-3. У цілому ж специфікація ATSC несе в собі опис вісімнадцяти форматів мовлення ТБ, причому шість з цих режимів відносяться до HDTV.
2.1.2. DVB
DVB (англ. Digital Video Broadcasting) - родина європейських стандартів цифрового телебачення.
Принцип дії
Даний стандарт визначає фізичний рівень і канальний рівень у системі телемовлення. Пристрої взаємодіють з фізичним рівнем через синхронний паралельний інтерфейс (SPI), синхронний послідовний інтерфейс (SSI), або асинхронний послідовний інтерфейс (ASI). Всі дані передаються в транспортному потоці MPEG-2 з деякими додатковими обмеженнями (DVB-MPEG).
Способи модуляції в різних версіях DVB:
в DVB-S (SHF) використовується QPSK, 8PSK або 16-QAM,
в DVB-S2 використовується QPSK, 8PSK, 16APSK або 32APSK,
в DVB-C (VHF / UHF) використовується QAM: 16-QAM, 32-QAM, 64-QAM, 128-QAM або 256-QAM,
в DVB-T (VHF / UHF) використовується 16-QAM або 64-QAM (або QPSK) спільно з COFDM і іерахіческой модуляцією.
Способи доставки цифрового сигналу
Існує 4 середовища доставки сигналу:
· Наземне мовлення (DVB-T),
· Мовлення для портативних пристроїв (DVB-H),
· Супутникове мовлення (DVB-S),
· Кабельне мовлення (DVB-C).
Через різницю в частотних каналах і способи модуляції декодери для різних середовищ виявляються несумісними.
Поширеність в Росії
Різні супутникові DVB-передачі приймаються у Росії давно. DVB-C зустрічається лише в найбільших містах. Впровадження інших форм DVB-мовлення обговорюється.
2.1.3. ISDB
ISDB (Integrated Services Digital Broadcasting) - стандарт цифрового телебачення, розроблений в Японії. Він інтегрує в собі різні види цифрового контента. Це може бути HDTV, SDTV, звук, графіка, текст і т.д.
Японська організація по стандартизації та розподілу радіочастот Association of Radio Industries and Businesses (ARIB) розробила стандарти для передачі цифрового телебачення і радіо під єдиною назвою Integrated Services Digital Broadcasting (ISDB).
Основних ISDB-стандартів в даний час чотири:
· Наземне (ISDB-T);
· Супутникове (ISDB-S);
· Кабельне (ISDB-C);
· Мобільне (немає абревіатури).
Також як і в специфікаціях ATSC і DVB, для стиску відеопотоку при ISDB-мовленні використовується система кодування MPEG-2.
Крім іншого в стандарті ISDB визначена підтримка функції захисту цифрового контента - RMP (Rights management & protection). Справа в тому, що будь-який цифровий контент можна легко записати на DVD або HD-рекордера, а далі - використовувати при тиражуванні піратських дисків. Голлівуд наполіг на внесення поправок в цифровий формат мовлення ISDB, що і стало причиною появи системи RMP. Будь-який цифровий контент при використанні даної системи має три можливих маркування - "copy once", "copy free" і "copy never". Пояснити роботу системи просто. Якщо програма йде в режимі "copy once", то вона може бути один раз збережена на жорсткому диску рекордера, однак її не можливо буде записати на який-небудь ще носій і т.д.
У ISDB використовується транспортний потік MPEG-2 для передачі стислих відео і звуку, а також додаткових даних. Для інтерактивних додатків застосовується BML (Broadcast Mark-up Language - мова розмітки мовлення). Визначено кілька стандартних дозволів телевізійної трансляції.
У ISDB-T підтримуються електронні програми передач EPG (Electronic Program Guides) разом з передачею даних при зворотному каналі звичайного доступу в Інтернет (включаючи доступ через мобільний телефон, дротову локальну мережу 10/100Base-T, модем телефонної лінії фіксованого зв'язку, бездротову локальну мережу IEEE 802.11).
Ще одна особливість ISDB - обов'язкове шифрування інформації, навіть при передачі безкоштовних загальнонаціональних телепрограм. Для цього потрібні картки доступу абонента B-CAS однойменної японської компанії, що надаються з кожним проданим апаратом. Більш того, ретельно опрацьовані питання захисту контенту та управління правом доступу RMP (Rights management and protection).
Не менша увага приділяється впевненому прийому на внутрішні антени, захист від зовнішніх імпульсних перешкод і передачу на рухомі приймачі. Наприклад, ISDB-T дозволяє приймати сигнал HDTV в автомобілі на швидкості 100 км / год, тоді як DVB-T допускає «автомобільний» прийом тільки програм SDTV, а формат ATSC взагалі не призначений для прийому на рухому антену.
Зазвичай ISDB прийнято вважати чисто японським стандартом, що діє в цій країні з кінця 2003 року. Але потрібно відзначити цікаву особливість - у всіх специфікаціях ISDB в якості мовних параметрів офіційно затверджений китайську мову, на додаток до всіх мислимих алфавіту японської мови. Давно йдуть розмови про прийняття ISDB-T в Бразилії.
Стандарти цифрового мовлення

2.2. Аналогові

Системи телебачення країн світу:

█ █ SЙCAM
█ █ PAL, або PAL / SЙCAM (переходять з SЙCAM на PAL)
█ █ NTSC
█ █ немає даних

2.2.1. MAC
Multiplexed Analogue Components (MA C) - система ущільнення аналогових компонент (назву стандарту супутникового кольорового телебачення).
Розробка і впровадження стандарту МАС було частиною глобального європейського проекту EUREKA-95, який ставив собі за мету формування концепції єдиного стандарту для телебачення високої чіткості (ТБВЧ) і розробку повного комплекту обладнання для виробництва, обробки, передачі, прийому і відтворення відеопрограм як для професійних, так і для побутових цілей. Було запропоновано кілька модифікацій цього стандарту, включаючи версії для телебачення підвищеної якості (ТВПК) і ТБВЧ.
2.2.2. PAL
PAL (від англ. Phase-alternating line) - система аналогового кольорового телебачення, розповсюдженням у світі на ряду з SECAM і NTSC. Розроблена інженером німецької компанії Telefunken Вальтером Брухом і представлена ​​як стандарт телевізійного мовлення в 1967 році.
PAL (Phase Alternation Line - порядкове зміна фази). Система передбачає одночасну передачу сигналів яскравості і кольоровості з використанням квадратурної модуляції колірної піднесе. Її основна відмінність від системи NTSC - зміна від рядка до рядка на 180 градусів фази цветоразностних сигналів. Ця система володіє наступними перевагами:
1. Відсутність перешкоди від піднесе на чорно-білих ділянках зображення.
2. Відсутність фазових спотворень, що порушують колірний тон.
3. Зменшені перехресні спотворення між сигналами яскравості і кольоровості.
4. Внаслідок поділу сигналів кольоровості досягається подвоєння амплітуди кожного з них, що підвищує відношення сигнал / шум.
Недоліком системи є зниження колірної чіткості зображення через усереднення сигналу кольоровості в двох сусідніх рядках.
2.2.3. NTSC
NTSC (від англ. National Television Standards Committee - Національний комітет з телевізійних стандартів) - система аналогового кольорового телебачення, розроблена в США (30 кадрів / сек. 525 ліній в кадрі). 18 грудня 1953 вперше у світі було розпочато кольорове телевізійне мовлення з застосуванням саме цієї системи.
NTSC прийнята в якості стандартної системи кольорового телебачення також у Канаді, Японії та ряді країн американського континенту.
Передача колірних сигналів у системі NTSC здійснюється в спектрі сигналу яскравості на одній піднесе. Два цветоразностних сигналу E RY і E BY передаються за допомогою квадратурної модуляції.
Стандарт NTSC несумісний з більшістю комп'ютерних відео стандартів, які використовують відео сигнал RGB (червоний, зелений, блакитний). Можна, проте, встановити в комп'ютер спеціальний відео адаптер, який перетворює сигнал NTSC у відеосигнал комп'ютера і навпаки.
2.2.4. SECAM
SECAM (Sequential Couleur avec Memoire, Sequential Color Memory) - система послідовної передачі кольорів з пам'яттю (розроблена в СРСР).
З 1 жовтня 1967 р . в СРСР почалися регулярні передачі кольорового телебачення у стандарті SECAM. Згодом систему взяли 25 країн, включаючи країни Східної Європи (колишній соціалістичний табір, крім Югославії), франкомовні країни Африки та Азії, частину Греції і Іран.
До достоїнств SECAM слід віднести велику стійкість системи, що було особливо актуально при передачі відеосигналу на величезних просторах Радянського Союзу. Сигнали кольоровості передавалися в різні рядки, тому перехресні спотворення між ними були виключені. У телевізорі інформація про кожному рядку запам'ятовувалася до приходу наступного рядка. Телевізійний приймач в даній системі більш складний, отже, дорожче у виготовленні, ніж приймач системи NTSC. Кольорова інформація, записана в SECAM, може втратити колір у системі PAL. Однак запис PAL не втрачає колір у системі SECAM.
До недоліків системи слід віднести те, що колірна чіткість у ній знижена вдвічі, тому що сигнали кольоровості передаються через рядок, а в телевізійному приймачі відсутній сигнал береться з попередньої рядка.
Технічні характеристики SECAM:
Дозвіл 625 рядків;
Кількість кадрів в секунду - 25;
Кількість полів - 50;
Розгортка променя чересстрочная (інтерлейсінг).
2.2.5. MUSE
MUSE (Multiple Sub-Nyquist Sampling Encoding - кодування з багаторазовою Децимація) - японська система, призначена для передачі сигналів ТВЧ по супутниковому каналу з смугою 27 (24) МГц, одна з систем з тимчасовим поділом, найбільш відома і у свій час навіть претендувала на роль світового стандарту. Передача сигналів зображення в супутниковому каналі здійснюється за допомогою ЧМ сигналу звукового супроводу - методом чотирипозиційної ФМ.
Основні характеристики сигналу MUSE:
Розгортка - чересстрочная з перемежением 2:1;
Число рядків вихідного зображення - 1125;
Частота полів - 60 Гц;
Формат зображення - 16:9;
Роздільна здатність, піксель
в каналі яскравості - 1496;
в каналі кольоровості - 374;
Частота дискретизації - 48,6 МГц;
Смуга частот відеосигналу за рівнем -3 дБ, 8,1 МГц;
Метод модуляції несучої - ЧС;
Девіація частоти - 10,2 МГц;
Смуга частот радіоканалу - 24 МГц;
Ставлення несе - шум на прийомі - 17 дБ;
Кількість звукових каналів - 2 / 4.
Японія досить далеко просунулася у справі впровадження ТВЧ. Розроблено необхідне студійне устаткування, надійшли в продаж ТБ приймачі, ведуться регулярні передачі у стандарті MUSE через мовний супутник BS-3.

Глава 3. Формати запису

3.1. Формати аналогового запису

Перша відеозаписувальна апаратура була аналогових форматів. Першим форматом був формат Q (початкова буква слова Quadruplex (чотирикратна)), у якому використовувалася поперечно-рядкова запис 4-ма обертовими магнітними голівками. Запис проводився на магнітну стрічку шириною 2 дюйми ( 50.8 мм ). У робочому шарі магнітної стрічки використовувався магнітний порошок з оксиду заліза. Швидкість стрічка-головка становила 41.27 м / с, поздовжня швидкість руху стрічки - 39.7 см / с.
Наступний формат відеозапису B вже використовував похило-рядкову запис. Він був розроблений фірмою Bosch. Як і попередній Q він належить до типу "сегментних", тобто таких, в яких за кожен прохід відеоголоівки по стрічці передається тільки частину поля телевізійного зображення. Запис проводився на магнітну стрічку шириною 1 дюйм ( 25.4 мм ). У робочому шарі магнітної стрічки використовувався магнітний порошок з кобальтірованного оксиду заліза або діоксиду хрому. Швидкість стрічка-головка становила 24.0 м / с, поздовжня швидкість руху стрічки 24.3 см / с. Саме з формату B розпочався випуск відеокасетним апаратури. Відеомагнітофони формату B випускалися двох типів - котушкові і касетні.
Наступний формат С, на відміну від попередніх, несегментні. Важливою перевагою цього формату є легкість виконання таких операцій як стоп-кадр, уповільнене і прискорене зображення. Доріжки утворюють з віссю стрічки кут в 2,56 градусів. Ширина стрічки становить 1 дюйм ( 25,4 мм ), Поздовжня швидкість руху стрічки - 23,98 см / с, швидкість стрічка-головка - 21, 39 м / с. У форматі З використовується система спостереження за доріжкою запису.
Всі ці три перших формату записували композитні (повні колірні) сигнали.
3.1.1. VHS
VHS (англ. Video Home System) - найпоширеніший формат запису відеокасет. Розроблено японською компанією JVC (Victor Company of Japan, Ltd.), Представлений в 1976 році.
З розробки VHS почалася ера домашнього відео. На 2002 рік, за оцінками JVC, в світі було продано понад 900 млн відеопристроїв цього формату і ще більше відеокасет.
Однією з перших причин, затруднившие поширення U-matic формату, був формат VHS (Video Home System), розроблений фірмою JVC у 1976 році. А в 1984 році цей формат був затверджений в якості стандарту побутового відеозапису. Для VHS характерна напівдюймова ( 12,65 мм ) Стрічка, запис на яку проводиться за допомогою двох обертових голівок, розташованих на барабані під кутом 180 градусів. Кожен кадр телевізійного зображення записується за один оборот барабана з відеоголовками на 2-х сусідніх доріжках відеозапису. Кут нахилу доріжок - 5,96 градусів, ширина доріжок відеозапису - 58 мкм. Уздовж стрічки розташовуються дві звукові доріжки і одна керуюча. Дозвіл по горизонталі складає 240 твл.
Відеомагнітофони VHS мають одну особливість: моделі, обладнані додатково до двох основних однією або двома відеоголовками, можуть забезпечувати три режими роботи: SP (стандартна), LP (підвищена), EP (висока тривалість), які характеризуються різними швидкостями руху стрічки при запису і відтворення , відповідно, 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. У робочому шарі магнітної стрічки використовується кобальтірованний оксид заліза або діоксид хрому.
3.1.2. Betacam SP
Якість кінцевого матеріалу повністю залежить від рівня використовуваного обладнання, від тієї якості зображення, яке можна отримати, застосовуючи відеообладнання того чи іншого формату. Кращими параметрами володіє апаратура аналогових форматів Betacam (Betacam, Betacam SP, Betacam SP 2000PRO, Betacam SP 1000PRO).
Формат Betacam заснований на побутовому форматі Betamax. Запис у форматі Betacam проводиться похило-рядковим способом на напівдюймова стрічки, в робочому шарі магнітної стрічки використовується кобальтірованний оксид заліза. Швидкість руху стрічки - 101,5 мм / с. Запис сигналу компонентна: сигнали яскравості (Y) і кольоровості (Сr, СB) записуються на окремі відеодоріжки різними відеоголовками. У верхній частині відеострічки розташовані дві поздовжні для запису звукових сигналів, а в нижній частині стрічки розміщуються доріжки управління і доріжки адресно-часового коду. Особливістю Betacam є поєднання високої якості передачі зображення, техніко-економічних показників та експлуатаційної гнучкості.
Можливість спільної роботи з обладнанням інших форматів відеозапису, висока ступінь автоматизації істотно полегшують роботу з обслуговування та регулювання устаткування.
Подальшим розвитком цього формату, завдяки новим схемотехническим рішенням і високоякісної елементної бази, є Betacam SP. Тут використовується металлопорошковая стрічка, більш розширений частотний діапазон сигналу яскравості, отриманий за рахунок зсуву в високочастотну область спектра цветоразностних сигналів. Обладнання форматів Betacam і Betacam SP сумісні. Апарати Betacam SP відтворюють записи Betacam. Наявність компонентних входів-виходів спрощує сполучення апаратури Betacam SP з компонентним цифровим обладнанням і цифровими системами відеоефектів.
3.1.3. Video-8
Формат Video-8 був розроблений фірмою Sony в 1984 році, а на його основі портативні відеомагнітофони та автономні моноблочні камери - Handycam. І завдяки головним чином малим розмірам і масі апаратури при досить високій якості зображення і звуку і зручності її експлуатації цей формат отримав широке розповсюдження і подальшу зацікавленість фірм у його розвитку. Цей формат орієнтований тільки на побутову техніку, тому що його роздільна здатність по горизонталі складає 250 твл. Для запису використовуються 8 мм металлопорошковая стрічка і стрічка з напиленням металу.
У 1989 році представники ряду фірм-виробників апаратури 8мм формату спільно розробили і затвердили перелік технічних та експлуатаційних умов для широкосмугового формату відеозапису Hi8. Цей формат призначений для побутової й напівпрофесійної апаратури із записом на 8мм металлопорошковую стрічку, з поліпшеними технічними характеристиками, з роздільною здатністю по горизонталі до 400 твл, при хорошому відношенні сигнал / шум в каналі яскравості (девіація становить 2 МГц). Звуковий канал відповідає вимогам Hi-Fi. За рахунок можливості роботи з окремими сигналами підвищена сумісність з іншими форматами.
3.1.4. MII
В кінці 1990 року компанія Matsushita Electronic Industrial (торгова марка "Panasoniс") випустила на ринок сімейство нових моделей професійних відеомагнітофонів, об'єднаних назвою MII Pro. Ця подія відкрила нову сторінку в розвитку і широкому поширенні аналогової компонентної відеозапису у всіх сферах людської діяльності. Розроблений ще в 1986 році формат MII призначений для професійної відеожурналістики і студійного виробництва. Для запису компонентного сигналу використовується S-VHS-касета з високоякісної півдюймової металлопорошковой стрічкою. У форматі MII сигнал яскравості по черзі записується на одній доріжці, а на іншій два скомпрессировать за часом цветоразностних сигналу. Швидкість стрічка-головка становить 5.9 м / с.
3.1.5. U-matic
У 1971 році фірма Sony запропонувала 3/4-дюймовий ( 19.01 мм ) Формат U-matic. Завдяки цьому вперше вдалося створити репортажний відеокомплект. Відомі 3 версії формату - U-matic-L (вузький діапазон), U-matic-H (широкий діапазон), U-matic-SP (найширший діапазон). У цьому форматі записується композитний відеосигнал, а сигнал кольоровості переноситься нижче сигналу яскравості за шкалою частот. Зображення записується 2-ма головками, що обертаються: на одній магнітної доріжці записується одне поле. У верхній частині стрічки розташована поздовжня доріжка для запису керуючого сигналу, а в нижньої - 2 доріжки для запису звукового сигналу і доріжка тимчасового коду, яку перекривають доріжки з зображенням. Ширина відеострічки становить 19,01 мм , Ширина похилих доріжок 85 мкм, кут нахилу 4,97 градусів. У робочому шарі магнітної стрічки використовується кобальтірованний оксид заліза. Відеоустаткування цього формату випускався довгий час.
3.1.6. Betamax
Betamax - формат напівдюймова відеокасет ( 12,7 мм ) Для професійного використання, розроблений корпорацією «Sony» у 1975 році на основі колишнього професійного формату U-matic ( 19,1 мм ).
Відеомагнітофон формату «Betamax» був розроблений «Sony» для запису і відтворення касет з 12,7-міліметрової металлопорошковой стрічкою максимальної товщини 25 мкм, і забезпечував роздільну здатність по горизонталі 500 рядків. Касета «Betamax» мала приблизно на 20% менші розміри в порівнянні з касетою формату VHS: 156Ч96Ч25 мм. Формат «Betamax» був широкосмуговим. У магнітофоні застосовувалися ферритові головки з сендастовим напиленням. Формат забезпечував три режими запису і відтворення: Beta, Beta II і Beta III (нормальна, уповільнена в два і в чотири рази швидкість; аналогічно SP, LP і EP у форматі VHS).
Відеомагнітофон формату «Betamax» найчастіше оснащений такими ж виходами і входами, як і відеомагнітофони формату S-VHS: з поділом сигналів яскравості і кольоровості. Відеомагнітофони «Betamax» використовують похило-рядкову запис, яку забезпечують дві обертові відеоголоівки. Максимальна тривалість відтворення коливається від 30 до 220 хвилин і залежить від довжини стрічки в касеті. Відсутність захисних проміжків між доріжками вимагає високої рівномірності ходу стрічки. Стрічкопротяжний механізм (ЛПМ) включає в себе спеціальні стабілізатори, що гасять ударні спотворення, що виникають при зіткненні стрічки з голівкою.
3.1.7. 2 "Quadruplex
Ширина стрічки видно з назви; швидкість руху - 15 дюймів в секунду, запис - сегментована; сигнал - повний.
Quadruplex означає счетверенний. Це говорить про наявність чотирьох головок (heads) на обертовому блоці, розташованих зі зрушенням в 90 градусів. Площина обертання блоку головок розташована перпендикулярно руху магнітної стрічки, яка в місці контакту згинається, охоплюючи блок. Така конструктивна особливість приводить до швидкого зносу стрічки. Доріжки (tracks) розташовані майже перпендикулярно до напрямку руху стрічки. За час одного проходу головки записується 19,5 рядків розгортки, а повне телевізійне поле записується за чотири оберти барабана. Тому формат називають сегментованим, тобто відеосигнал записується сегментами. Це властивість формату не дозволяє реалізувати режими стоп-кадру (still frame) та уповільненого / прискореному відтворення (slow motion) без застосування зовнішніх електронних пристроїв, так як за один оборот блоку головок (head assembly) не можна вважати телевізійне полі.
3.1.8. 1 "Type C
Найбільш поширений "добетакамовскій" формат. Сам же формат є результатом компромісу між Sony і Ampex, що розробили свої формати. Швидкість руху стрічки - 9,606 дюйм / с (244 мм / с); ширина стрічки - 1 дюйм ; Запис - несегментірованное, похило-рядкова; сигнал - повний.
Для цього формату характерний практично повне охоплення стрічкою блоку відеоголівок. Дві універсальні головки записують повне телевізійне полі. Причому основна головка записує власне телевізійні лінії, а інша - сигнали кадрової синхронізації і супутні їм імпульси, в тому числі вертикальний код. Відповідно є і дві стирающие голівки. І ті й інші розташовані на блоці головок несиметрично. Для забезпечення роботи в режимах стіл-кадр і сповільнене прискорене відтворення застосовуються додаткові головки AST (automatic scan tracking - автоматичний пошук доріжки), що дозволяють зчитувати одночасно два сусідніх поля. Формат С, як і В, має три звукові доріжки (по третій записується адресно-код часу) і доріжку керуючого сигналу, яка розташована уздовж стрічки між основною частиною відеодоріжки і, як би відсіченим від неї, ділянкою з синхросигналами.
Формат З був першим несегментірованное форматом запису. Зокрема тому, точність монтажу була покращувана до одного кадру. Крім того, часто відеомагнітофони цього формату комплектувалися не звичайними ЦКВІ (ТВЗ), а спеціальними відеопроцесора (наприклад, Zeus фірми Ampex), що дозволяють запам'ятовувати цілий телевізійний кадр і мають окремий відеовихід. Таке рішення дозволяє робити мікшування або інші спецефекти при наявності всього двох магнітофонів. Проте, план, з якого відбувається перехід на інший, в момент переходу буде стоп-кадром, так як сигнал для такого переходу береться з виходу кадрової пам'яті ЦКВІ.
3.1.9. S-VHS
Поява нових форматів запису завжди має на меті усунення будь-яких недоліків попередніх, так, подальшим розвитком формату VHS з'явився формат S-VHS, який дозволяє отримати кольорове зображення більш високої якості. Швидкість стрічка-головка - 4.85 м / с, ширина похилих доріжок - 49 мкм, кут нахилу доріжок - 5.96 градусів. Швидкість руху стрічки - 23.39 мм / с. Кожен кадр записується на 2 доріжки. У порівнянні з VHS цей формат має великим значенням відношення сигнал / шум (45дБ), поліпшеної контрастністю зображення і меншими перехресними спотвореннями. Завдяки істотному розширенню смуги частот сигналу яскравості, вдалося збільшити роздільну здатність по горизонталі на 160 твл. У робочому шарі магнітної стрічки використовується кобальтірованний оксид заліза або діоксид хрому.
Апаратура формату S-VHS добре стикується з обладнанням інших форматів, тому, наприклад, в монтажних системах можна використовувати в якості майстра апарат іншого формату. До переваг також можна віднести досить високу роздільну здатність, можливість розділення сигналів, порівняно низьку вартість апаратури.
3.1.10. VHS-C
Формат VHS-C був одним з найбільш поширених серед любительських камер.
Основними виробниками, що підтримують формат VHS-C є Panasonic і JVC.
Головною перевагою формату VHS-C є можливість програвання записаних касет на відеомагнітофоні стандарту VHS з використанням спеціального адаптера (який зазвичай є в комплекті з відеокамерою).
Основним недоліком порівняно з Video8 є менший час запису на касету. Основна маса касет VHS-С має тривалість запису в 30 і 45 хвилин на стандартній швидкості проти 90 і 120 хвилин на касетах Video8.
3.1.11. Hi8
Формат розроблений фірмою Sony є удосконаленням формату Video 8. За рахунок застосування більш досконалих технологій обробки сигналів зображення, і використання нових, з поліпшеними характеристиками, стрічок, у камерах цього формату вдалося подолати основний недолік формату Video 8 - погану чіткість зображення, при збереженні всіх його достоїнств. Відеокамери Hi8 забезпечують чіткість зображення на рівні 424 ліній по горизонталі. У 1998 році Sony випустила вдосконалені відеокамери Hi8 XR, теоретично забезпечують дозвіл до 440 ліній, з меншим рівнем перешкод кольоровості і яскравості. Звук Hi-Fi в камерах Hi 8 частіше стерео.

3.2. Формати цифрового запису

Обладнання цифрових форматів відеозапису дозволяє отримувати матеріали високої якості і має стабільність функціонування, великою надійністю та ефективністю. Ще одна важлива перевага цифрового відеозапису - це можливість багатократного перезапису без втрати якості зображення.
3.2.1. Video CD
Стандарт запису відео у форматі MPEG-1 на звичайний Compact Disk (діаметр 120 мм , Товщина 1.2 мм , Одна інформаційна сторона).
Один диск звичайно дозволяє зберігати до 74 хвилин відео, якість порівнянно з VHS стандартом. Для відтворення досить односкоростного CD-ROM.
3.2.2. DVD
Формат DVD-диска прийнятий 8 грудня 1995 року. Спочатку абревіатура DVD розшифровувалася, як Digital Video Disc (цифровий відеодиск), дещо пізніше з'явилася розшифровка абревіатури DVD, як Digital Versatile Disc (універсальний цифровий диск).
Особливості dvd-відео
- Близько 2 годин високоякісного цифрового відео (більше 8 на двосторонньому, двошаровому диску).
- Підтримка для широкоекранних фільмів та телефільмів на стандартних чи широкоекранних телевізорах (4:3 і 16:9 коефіцієнти стиснення).
- До 8 звукових доріжок на різних мовах, до 8 каналів кожна.
- До 32 доріжок субтитрів / караоке.
- "Безшовне відео"
- До 9 кутів камери (різні точки зору можуть бути обрані протягом відтворення).
- Меню і прості інтерактивні можливості (для ігор, quizzes, і т.д.).
- Багатомовний текст ідентифікації для імені заголовка, імені альбому, імені пісні, і т.д.
- "Миттєва" перемотування і швидке перемотування вперед, включаючи пошук по заголовку, главі, доріжці, і коду часу.
- Довговічність (ніякого зносу від використання, тільки від фізичного пошкодження).
- Не сприйнятливий до магнітних полів. Стійкий до нагрівання.
- Невеликий розмір.
- Noncomedogenic.
Якість dvd-відео
Якість DVD значно краще відеозапису і навіть краще, ніж laserdisc. Проте якість залежить від багатьох промислових факторів. Так як великі кількості відео вже були закодовані для Відео CD, з використанням MPEG-1, деякі низькобюджетні DVD використовує цей формат (який - не краще, ніж VHS), замість більш високоякісного MPEG-2.
DVD-Video упаковується з цифровою майстер-стрічки на студії у формат MPEG-2. Це стиснення з втратами видаляє надлишкову інформацію (наприклад, області зображення, які не змінюються) так, що це важко помітно для людського ока. Що виникає в результаті відео, особливо, коли воно складно або швидко змінюється, може містити "артефакти" (місцеві спотворення) типу blockiness, fuzziness, і відеошумів, залежно від якості обробки і ступеня стиснення. При середній пропускної здатності 3.5 Mbps, спотворення стиснення можуть бути іноді помітні. Більш високі пропускні здатності даних можуть майже виключити появу спотворень, при первісній пропускної здатності майстер-стрічки в 6 Mbps. Так як MPEG технологія стиснення поліпшується, більш висока якість досягається при більш низьких пропускних здібностях.
Термін "артефакт" ставиться до того, що спочатку не було представлено в зображенні. Артефакти іноді викликаються недостатнім кодуванням MPEG, але частіше артефакти викликаються погано налаштованими телеприймачами, поганими кабелями, електричними перешкодами, недостатньою передачею film-to-video, зерном плівки, несправністю відтворюючого пристрою, помилками читання диска, і т.д.
3.2.3. DivX
Формат Divx (Di gital v ideo e x divss) був розроблений компанією Circuit City як альтернатива DVD. У результаті вийшла своєрідна система, в чомусь нагадує прокат. В основі концепції лежала ідея про те, що кодований відеоформат може запобігти нелегальне копіювання оригіналу. Купуючи фільм в форматі DivX за 4,5 дол, можна було дивитися його протягом двох діб, продовжити ліцензію для повторного перегляду за 2,5 дол або придбати річну ліцензію додатково за 15-25 дол
Ідея прокату фільмів на дисках у форматі DivX була підтримана деякими великими голлівудськими компаніями. У список компаній, входять такі, як Disney, Dreamworks SKG, Paramount і Universal. Для перегляду фільмів у форматі DivX був потрібен спеціальний програвач, який також може відтворювати і звичайні DVD-диски. У програвачі DivX також був присутній модем, який грає важливу роль у всій цій системі. З його допомогою відбувалося з'єднання зі спеціальною системою для складання рахунків, а також оновлення інформації в модулі пам'яті програвача. Після оплати подальшого використання диска, сигнал про це надходив з сервера на програвач і диск можна було переглядати після дводенного терміну. Необхідно було хоча б раз на місяць робити запит на сервер, у противному випадку система блокувалася.
Система не прижилася, фірма-розробник зазнала збитків, а назва перекочувала у нову технологію. Пізніше форматом DivX стали називати кілька вдосконалений формат MPEG4 (яким він по суті і є).
3.2.4. DV (miniDV)
DV - це побутовий формат цифрового компонентної відеозаписи з обробкою за стандартом 4:2:0 (PAL) і 4:1:1 (NTSC) на 1/4-дюймовую (6.35 мм) стрічку з напиленням металу. Цей формат був розроблений консорціумом DV, що об'єднав основних виробників побутової апаратури. Кожен кадр розташовується на 12-ти похилих доріжках шириною 10 мкм. На похилі доріжки записується відео / аудіо, субкод, службові дані (ITI - Insert and Track Information). Поздовжніх доріжок немає. Застосовується алгоритм внутрикадрового стиснення, що використовує метод DCT. Коефіцієнт компресії - 5:1. Забезпечується дозвіл по горизонталі - 500 твл. У DV передбачена спеціальна схема виправлення і маскування помилок. Касети, записані у форматі DV, можуть відтворюватися на деяких моделях апаратів форматів DVCPRO і DVCAM. Для передачі даних в обладнанні цього формату передбачено універсальний послідовний інтерфейс IEEE-1394, що дозволяє переносити цифрові пакети прямо на жорсткий диск комп'ютера.
3.2.5. SVCD, ASF, RM
Стандарт Super VideoCD (SVCD) встановлений Китайським Національним Комітетом Стандартизації спільно з Philis, Sony, Matsushita і JVC. Він базований на технології стиснення MPEG-2 зі змінним потоком (VBR). SVCD може забезпечити в два рази більш чітке відео, ніж попередній формат VideoCD, дозвіл 480x576 більш ніж в чотири рази перевищує обмеження MPEG-1.
SVCD назад сумісний з VCD 1.1, 2.0 та Interactive VCD 3.0. Більш того, тоді як VCD вимагає вбудовування тексту у відео, SVCD використовує окремий потік даних для інтеграції субтитрів (вірніше до 4-х таких потоків). Так як це не текст, а графічні зображення, в субтитрах можуть використовуватися символи будь-яких мов і шрифтів, а також графічні зображення. При цьому субтитри не мають артефактів стиснення алгоритмом MPEG.
ASF - формат Windows Media. Заснований на MPEG-4, оптимізований для передачі відео з низьким і середнім бітрейтом в інтернет. Відтворюється тільки на комп'ютері з Windows Media Player.
RM - RealVideo. Призначений для низкоскоростной передачі відео в інтернет в реальному часі. Невелике дозвіл, низька якість. Відтворюється тільки на комп'ютері. Вимагає спеціального програмного декодера.
3.2.6. Digital Betacam
Digital Betacam - цей цифровий формат відеозапису був розроблений компанією Sony. Для запису використовується та ж напівдюймова стрічка, що і в апаратах Betacam SP. Є поздовжні доріжки управління, режисерська та коду. Всі відео-і аудіосигнали записуються сегментним похило-рядковим способом. Кожне телевізійне поле записується на 6-ти похилих доріжках. Сусідні доріжки записуються з азимутальних розворотом робочих зазорів відеоголівок на + / - 15 градусів. Записуваний цифровий потік складає 125.58 Мбіт / с. Digital Betacam забезпечує запис 10-бітного компонентного цифрового сигналу з співвідношенням частот дискретизації 4:2:2 для сигналів яскравості і кольоровості. Підтримуються 4 каналу звукового супроводу, частота дискретизації аудіосигналу 48 кГц при 20-бітному квантуванні. Мінікассети Digital Betacam забезпечують 40 хвилин цифрового запису, а великі - більше 2-х годин.

У системі Digital Betacam використовується дуже ефективний спосіб обробки інформації - BRR (зменшення швидкості потоку даних). Завдяки цьому один і теж кількість відеоінформації може бути представлено меншим обсягом даних, ніж раніше. Спосіб компресії сигналу внутріполевой (intraframe) з використанням дискретного косинусного перетворення (DCT), коефіцієнт компресії сигналу - 2:1. Є потужна система корекції і маскування помилок.
3.2.7. Betacam SX
Betacam SX - відеоформат фірми Sony, який забезпечує запис 8-бітних компонентних цифрових відеосигналів зі співвідношенням частот дискретизації 4:2:2 для сигналів яскравості і кольоровості. Підтримує 4 канали цифрового звуку (16 біт/48 кГц). Схема стиснення для використання в Betacam SX, заснована на алгоритмі 4:2:2 P @ ML стандарту MPEG2 з коефіцієнтом компресії 10:1. Потік відеоданих складає 18 Мбіт / с. Запис проводиться на напівдюймова ( 12.65 мм ) Металлопорошковую стрічку. Максимальний час запису - 184 хвилини на касету типу L і 60 хвилин на касету типу S.

Формат Betacam SX забезпечує мовної якості зображення від зйомки до перегляду програм. Устаткування цього формату дозволяє монтувати матеріал прямо на місці і передавати його з високою швидкістю без втрати якості. При перенесенні відеоматеріалів між апаратами формату Betacam SX використовується послідовний цифровий інтерфейс SDDI (послідовний цифровий інтерфейс передачі даних), що забезпечує чотирикратну швидкість передачі, з апаратурою цифрових форматів використовується інтерфейс SDI (послідовний цифровий інтерфейс). Обладнання Betacam SX сумісно з аналоговою апаратурою форматів Betacam, Betacam SP.
3.2.8. HDV
Стандарт HD (High Definition - Високий дозвіл) - це новий покращений стандарт відео. Існує багато форматів, але основних стандартів встановлено два: 1080i і 720p. Обидва ці стандарту значно перевершують стандарт SD в кольорі і роздільної здатності (різкість зображення і деталі). Майже всі HD обладнання спочатку розраховане на 'широкоформатне' зображення 16:9.
Стандарт HD в будь-якому прояві набагато краще 'традиційних' систем. З'явився стандарт HDV (High Definition Video - Відео високої роздільної здатності) - це спроба дати можливість запису відео високої роздільної здатності, при швидкості передачі 25 Мбіт / с на існуючі пристрої MiniDV, використовуючи стиснення MPEG2. Багато виробників вже є прихильниками стандартів HDV. Варто відзначити, що будь-яка домашня запис, зроблений в HDV, буде перевершувати загальноприйняті на сьогоднішній день SD DV запису, що володіють, на жаль, обмеженими здібностями.
3.2.9. ProHD
DVCProHD - формат запису на магнітну стрічку фірми Panasonic, є подальшим розвитком DVCPro. У зв'язку з необхідністю записи більш високого цифрового потоку, швидкість стрічки збільшена в чотири рази. Як і для всіх версій формату DVCpro, компресія DVCproHD заснована на алгоритмі DV. Нестиснуті HD-сигнали розподіляються по чотирьох пристроїв стиснення DV, працюючих паралельно, які всі разом стискають сигнал з коефіцієнтом 1:6.7. Результуючий потік даних складає 100 Мбіт / с.
3.2.10. D-VHS
Повністю цифровий формат D-VHS (Digital VHS) дозволяє вести запис цифрового відео максимально можливої ​​якості (потік відеоданих до 14,1 Мбіт / с), тривалістю до 8 годин в режимі STD (Standard), або 21 годину, на швидкості в три рази меншою (LS3) - з якістю DVD-відео (4,7 Мбіт / с). Дані записуються в тому вигляді, в якому вони надходять на вхід відеомагнітофона, без відновлення стиснених даних.
Привабливість формату полягає в його затребуваності, адже до цих пір не існувало перезаписуваного побутового цифрового відеоносія достатньої ємності з якістю не лише рівним, але навіть перевершує DVD.
Для оцінки потенційних можливостей D-VHS досить сказати, що якщо швидкість цифрового потоку (бітрейт) в DVD-форматі досягає лише 10 мегабіт / сек. (Зазвичай вона не перевищує 4-6 мегабіт / сек.), І ємність диска становить максимум 18 гігабайт (2 сторони / 2 шари), то в D-VHS її максимальне значення складає 28,2 мегабіт / сек. при ємності касети до 44 гігабайт. Формат D-VHS дає можливість записувати навіть HDTV-програми (тобто ТБ підвищеної чіткості). Зрозуміло, DVD зі своїм максимально досяжним дозволом в 540 ТБ-ліній значно поступається 1080 лініях в HDTV.
Тому якщо HD-телебачення стане широко розповсюдженим, то запис такої програми на D-VHS-магнітофон забезпечить незрівнянно кращу якість, ніж DVD-плейєр. Більш того, такий бітрейт і ємність відеокасети дозволяє в LS-режимі зберігати до 14 годин відео з якістю, не поступливим звичайному DVD, а з якістю, порівнянною з VHS - до 21 години.
3.2.11. MicroMV
MicroMV - перший, розроблений фірмою Sony, формат запису для аматорських відеокамер, що використовує стандарт стиснення MPEG2. MPEG є відкритим промисловим стандартом відео-і комп'ютерної індустрії і використовується як новий формат, природний наступник DV, оскільки забезпечує високу якість зображення і звуку, а також відкриває нові можливості дизайну відеокамер, завдяки компактному розміру носія. Розмір нової касети складає 30 відсотків від розміру касети miniDV. Касета оснащена модулем пам'яті. Швидкість передачі даних нового формату складає 12 Мбіт / с, що в два рази нижче, ніж у форматі miniDV.
3.2.12. Digital8
З появою цифрових відеокамер формату miniDV виявилось, що Відеолюбителя, які прагнуть до підвищення якості зображення, повинні відмовитися від старих, накопичених роками архівів, записаних на касетах Hi8. Компанія Sony пішла назустріч вимогам ринку і випустила проміжний варіант цифрового відеозапису на касетах формату Hi8 (можливо, хоч і не рекомендується використовувати касети Video8). Правда довелося поступитися часом запису (на касеті Hi8 можна записати відео в стандарті D8 на третину менше за часом). Виправдовується це значним поліпшенням якості зображення (воно наближається до мовного) і різними перевагами, такими як цифрові ефекти, цифровий порт за стандартом IEEE 1394 і ін Режим LP в цих камерах не передбачений. Природно, що камера D8 може використовуватися для перегляду старих касет Hi8 і Video8. При цьому, вартість такої камери трохи дешевше ніж камер miniDV.
3.2.13. D1, D2, D3, D5, D6
D1 - цифровий формат, розроблений компанією Sony. Запис здійснюється на магнітну стрічку шириною 19,01 мм відповідно до стандарту CCIR601 у варіанті 4:2:2. Запис відео-і аудиосигналов сегментна, чотирьохканальна; швидкість руху стрічки - 286,9 мм / с. Одне телевізійне поле записується на 12 похилих доріжках шириною 30 мкм. Крім похилих доріжок є 3 поздовжні - монтажна звукова доріжка, доріжка управління і доріжка тимчасового коду. У центрі похилих доріжок для запису відеоданих розміщені 4 сектори з сигналами звуку. Запис проводиться на касети трьох розмірів, які забезпечують 11, 34, 76 хвилин безперервного запису при товщині стрічки 16 мкм. При меншій товщині стрічки тривалість запису, відповідно, збільшується.
Цей формат один з найкращих для студійної роботи, так як використовується компонентний сигнал, зберігається повна смуга частот сигналів, яка дозволяє робити високоякісні плавні переходи в рір-проекції, забезпечується висока якість при копіюванні і монтажі. Обладнання формату D1 можна приєднувати без додаткового транскодування майже до всіх систем цифрових відеоефектів, кінотелепреобразователям, дисковим запам'ятовуючим пристроям і т.п.
Формат D2 був запропонований фірмами Ampex і Sony для обробки, запису та відтворення композитного сигналу стандартів PAL і NTSC. Запис сигналу проводиться на 19,01 мм металлопорошковую стрічку, упаковану в касети трьох видів: малі, середні та великі. Спосіб запису похило-рядковий сегментований. Одне телевізійне поле записується на 8-ми доріжках шириною 35 мкм. Уровневое квантування - 8 біт. Частота дискретизації аудіосигналу - 48 кГц, квантування - 20 біт. Записуваний цифровий потік досягає 154 Мбіт / с. Крім похилих доріжок є 3 поздовжні - управління, монтажна звукова, доріжка тимчасового коду. Звукові сектора розташовуються на початку і наприкінці програмних рядків. D2 характеризується більш низькою вартістю устаткування в порівнянні з апаратурою формату D1, здатністю відтворення зображення у широкому інтервалі швидкостей і його перегляді в кольорі при 60-кратному перевищенні номінальної швидкості і можливістю багатократного перезапису з мінімальними втратами якості.
Формат D3 цифрового відеозапису на напівдюймова стрічку розроблений потужної мовною корпорацією NHK в 1991 році, і його апаратурна реалізація стали значним досягненням фірми Panasonic. Обладнання D3 працює з композитними 8-бітовими відеосигналами стандартів PAL і NTSC. Відеофонограми приблизно така ж, як і у формату D2, різниця тільки в числових характеристиках. Так ширина похилих доріжок становить 18 мкм, загальна довжина програмної доріжки - 117.71 мм , А відеосектора - 108.9 мм , Кут нахилу доріжок - 4.9 градуса. Доріжка тимчасового коду примикає до нижнього краю похилих доріжок. Тривалість запису на одну касету D3 - від 50 до 245 хвилин. Характеристики обладнання в цілому такі ж, як в D2. Завдяки використанню півдюймової стрічки створена повна лінійка устаткування формату D3, забезпечує студійне і позастудійної виробництво, репортажні зйомки, запис, монтаж та видачу програм в ефір, всі етапи яких виконуються в єдиному стандарті. При цьому витрата стрічки виявився в два рази менше, ніж у 19 мм композитних форматів. Щільність запису - 13.7 Мбіт на квадратний сантиметр. При помітно більш низької вартості і масі апаратура формату D3 не поступається за функціональним можливостям, якості сигналу та захист від помилок апаратів форматів D1 і D2. Вперше став можливий режим попереднього читання (Pre-read), при якому один і той же апарат використовується і як джерело сигналу, і як майстер, тобто можна проводити на 2-х апаратах монтаж, розрахований на 3 апарати.
Обладнання компонентного формату D5 використовує ті ж касети, що і D3, але складові колірного сигналу знімаються з зображення відповідно до рекомендацій для 10-бітової запису, викладеними у документі CCIR601, який поширюється на цветоразностниє цифрові і RGB-сигнали, визначає рівні і частоти квантування , матрицирования RGB / Y, RY, BY і характеристики фільтрів. Відеофонограми така ж, як і у D3, тільки відеодоріжки здвоєні, тому що сигнал у D5 компонентний. Записуваний цифровий потік становить 270 Мбіт / с. Використовується металлопорошковая стрічка шириною 12.65 мм в такій же касеті, як і в D3. Тривалість запису в залежності від величини касети складає - 32, 62, 132 хвилини.
Відеомагнітофони D5 мають вбудовані декодери і можуть відтворювати запис з касети формату D3, а також видавати на лінійний вихід складові кольору. Вони мають можливість формувати зображення як у форматі растра 4:3, так і в широкому форматі 16:9. Оскільки цифровий запис ведеться без компресії сигналу, формат D5 володіє всіма перевагами D1 і дає абсолютну якість зображення. Така техніка придатна і для високоякісного компоновочного монтажу, і для більш простих операцій. На додаток до вимог телевізійних систем на 625 і 525 рядків даний формат придатний і для ТВЧ (телебачення високої чіткості) з компресією сигналу 4:1. Формат D5 забезпечує "прозору запис" (відсутність спотворень від входу до виходу) сигналу в цифровому стандарті 4:2:2 при 8 і 10-бітовому квантуванні при його багатоступінчастої обробці, особливо щодо активної частини зображення, що робить устаткування формату D5 дуже привабливим для споживача, особливо в професійному видеопроизводстве. І не випадково відеомагнітофони D5 фірми Panasonic встановлені в багатьох відомих телестудіях по всьому світу.
Цифровий широкосмуговий формат D6 розроблений фірмами Toshiba і BTS в 1993 році спеціально для запису цифрових сигналів ТВЧ із співвідношенням сторін зображення 16:9. Він розрахований на винятково високу пропускну здатність до 1,2 Гбіт / с. Перший відеомагнітофон формату D6 - DCR 6000 фірма BTS випустила в 1994 році. Він дозволяє записувати цифрові сигнали ТВЧ обох стандартів 1250/50/2: 1 і 1125/60/2: 1 на касету з 19,01 мм стрічкою похило-рядковим способом у вигляді блоків цифрових даних. У кожному блоці знаходяться дані про відеосигналі і звуці, допоміжного та службової інформації, а також міститься запис параметрів та місця розташування спеціальних зазорів, що полегшують монтажні операції. Запис проводиться на металлопорошковую стрічку поліпшеної якості товщиною 11мкм. Крок доріжки запису - 21 мкм, кут нахилу доріжок - + / -15 градусів. Тривалість запису в залежності від величини касети складає 8, 28, 64 хвилини. Відмінною рисою апаратури D6 є неймовірно ефективна вбудована система корекції помилок. При ймовірності появи збоїв на стрічці (обумовлених системою стрічка-головка) не більше 4х10-4, вихідний сигнал з апаратури D6 може містити бітові помилки, але їх ймовірність появи не перевищує 10-11.
3.2.14. S (X) VCD
Формат SVCD розшифровується як Super Video CD. На такому компакт-диску можна розмістити вдвічі більше інформації ніж на звичайному Video CD. До цих пір ці диски найбільш широко поширені в Китаї.
Стандарт SVCD був розроблений в Китаї в кінці 1998 року і в даний час проходить процедуру реєстрації як міжнародний. Програвачі та диски SVCD зараз досить активно продаються в Китаї, Гонк-Конгу, Тайвані, Малайзії, Сінгапурі та Індії. Для відтворення таких дисків використовуються спеціальні SVCD програвачі, які підтримують також VCD 3.0, VCD 2.0, CD-DA й іноді MP3 формати. Деякі програвачі DVD також можуть відтворювати SuperVCD, навіть якщо про це не сказано в інструкції, інші вимагають лише модифікації внутрішньої програми (заміни чи пере-програмування однієї мікросхеми - деякі моделі JVC, Philips, Pioneer, Samsung). І звичайно такі диски можуть відтворюватися на комп'ютері з 2х швидкісним або швидшим дисководом CD-ROM і апаратним або програмним (Pentium-II 350 МГц або краще) декодером MPEG2.
Формат XVCD поступається SVCD за такими показниками, як потік даних і дозвіл.

3.3. Порівняння форматів запису


Глава 4. Методи стиснення

Цифрові технології забезпечують незаперечні переваги в порівнянні з аналоговими. Перетворений в цифрову форму сигнал може зберігати всю інформацію, закладену в аналоговій формі. Сучасні технології передачі, запису і зберігання цифрових даних практично не піддають сигнал спотворень.
Одне з безперечних переваг цифрових технологій - можливість застосування до оцифрованого сигналу потужного математичного апарату стиснення відео та аудіо інформації. На відміну від "аналога", "цифра" у будь-який момент може бути відтворена з 100%-ної повторюваністю. Відповідно, для оцифрованого сигналу відкриваються зручні можливості подальшої обробки, аналізу і моделювання.
Основні методи стиску відео зводяться до компресії даних всередині окремого кадру і оптимізації в передачі змін між кадрами. Навіть при розгляді статичного зображення видно, що в ньому багато однотипної і дублюючий інформації. Наприклад, інтенсивність фону частіше за все має постійне значення; багато окремі ділянки зображення, що займають значні розміри кадру, теж мають однаковий рівень цифрового сигналу. Природно, передавати всю цю інформацію без компресії не має сенсу. Із застосуванням спеціалізованих методів стиснення відео, плавно мінливого по кадрам, можливо ще більше знизити результуючу щільність передачі інформації по мережі.
На відміну від універсальних архіваторів (на кшталт WinRar або WinZip), стиснення відео може відбуватися з деякими втратами, величина яких залежить від обраного кодека. Сучасні алгоритми стиснення вдаються до всебічного логічному аналізу відеоролика з метою мати повторювані шматки між кадрами і зменшити розмір кінцевого файлу. При відтворенні стисла інформація «розкривається», і вже після цього демонструється користувачеві. Розкриття зображень, стиснутих деякими кодеками, може зажадати великої часу від малопотужного комп'ютера.

4.1. Технології стиснення цифрового відео

Існує безліч технологій стиснення цифрового відео. Деякі з розглянутих компресорів використовують не одну технологію стиснення, а деяку їх сукупність. Наприклад, і Indeo 3.2, і Cinepak використовують векторну квантування. Міжнародні стандарти MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4, H.261 і H.263 використовують комбіновану технологію БДКП і компенсацію руху. Деякі сучасні алгоритми використовують технологію ДВП (Discrete Wavelet Transform, або DWT). Інші технології включають Фрактальное стиск зображень (Fractal Image Comdivssion).
Стиснення без втрат якості
Стиснення зображень може здійснюватися без втрат якості лише в тому випадку, якщо в процесі стиснення не було втрат даних. У результаті отримане після декомпресії зображення буде в точності (побітно) збігатися з оригіналом. Прикладом такого стискання може служити формат GIF для статичної графіки і GIF89a для відео.
Стиснення з втратами якості
Стиснення може відбуватися з втратами якості, якщо в процесі стиснення інформація була втрачена. Однак з точки зору людського сприйняття стиснення із втратами слід вважати лише таке стиснення, при якому можливе на-віч відрізнити результат стиску від оригіналу. Таким чином, незважаючи на те що два зображення - оригінал і результат стиснення з використанням того чи іншого компресора - побітно можуть не збігатися, тим не менше різниця між ними може бути зовсім непомітною. Прикладом може служити алгоритм JPEG для стиснення статичної графіки та алгоритм M-JPEG для стиснення відео.
Стиснення без втрат з точки зору сприйняття
Формально будучи стиснення із втратами якості, схема стиснення може в той же час здаватися стисненням без втрат з точки зору сприйняття її людиною. Більшість технологій стиснення з формальної втратою якості мають так званий Фактор Якості Стиснення (ФКС), що характеризує саме сприйняту бік якості і варіюється в межах від 0 до 100. При факторі якості стискування рівному 100 сприймаються характеристики якості стислого відео не відрізнити від оригіналу.
Стиснення з природною втратою якості
JPEG і MPEG і інші технології стиснення з втратою якості іноді стискають, без втрат переступаючи за межу стиснення з точки зору сприйняття відеоінформації. Тим не менш стислі відео та статичні зображення цілком прийнятні для адекватного сприйняття їх людиною. Іншими словами, в даному випадку спостерігається так звана природна деградація зображення, при якій втрачаються деякі дрібні деталі сцени. Схоже може відбуватися й у природних умовах, наприклад при дощі або тумані. Зображення в таких умовах, як правило, помітно, проте деталізація його зменшується.
Стиснення з неприродними втратами якості
Низька якість стиснення, в значній мірі спотворює зображення і вносить у нього штучні (не існуючі в оригіналі) деталі сцени, називається неприродним стиснення із втратою якості. Прикладом тому може служити деяка «блочность» в сильно стислому MPEG-ті та на інших компресорах, що використовують технологію БДКП. Неприродність полягає в першу чергу в порушенні найважливіших з точки зору сприйняття людиною характеристик зображення - контурів. Досвід показує, що саме контури дозволяють сприймаючому апарату людини правильно ідентифікувати той чи інший візуальний об'єкт.
Всі широко використовувані Видеокомпрессор використовують технології стиснення з втратами якості. При досить високих коефіцієнтах стиснення всі вони будуть стискати з неприродною втратою якості.
Таким чином, вибираючи той чи інший компресор для стиснення цифрового відео, необхідно досягти стиснення, принаймні з природними втратами якості.
Для стиснення відео використовують різні кодеки

4.2. Технології та алгоритми стиснення відео

Run Length Encoding
Компресорами, які використовують технологію RLE, є:
Microsoft RLE (MRLE) RLE використовується також для кодування коефіцієнтів у БДКП, що застосовується в MPEG-1234, H.261, H.263 і JPEG.
Переваги і недоліки
1. Працює виключно з 8-бітовими зображеннями.
2. Не підходить для стиснення повнокольорового відео.
Огляд
RLE кодує послідовність повторюваних елементів зображення або одноколірних елементів одним кодовим словом. Наприклад, послідовність елементів зображення 77 77 77 77 77 77 77 може бути закодована як 7 77 (для семи 77-рок). RLE добре стискає зображення, в яких спостерігається повторення контурів або квітів окремих елементів. У повнокольорових зображеннях повторень кольору значно менше, тому стиснення повнокольорового відео з використанням технології RLE позбавлене всякого сенсу.
Векторна квантування (Vector Quantization, VQ)
Компресорами, які використовують технологію VQ, є Indeo 3.2 і Cinepak. Обидва вони застосовують колірну схему YUV (а не RGB).
Переваги і недоліки
1. Процес кодування дуже трудомісткий і практично неможливий без спеціального додаткового обладнання.
2. Процес декодування дуже швидкий.
3. Блокові спотворення при високих коефіцієнтах стиснення.
4. Технології, що використовують алгоритми БДКП, ДВП можуть досягати більш високих рівнів стиснення.
Огляд
Основна ідея векторної квантизації полягає в розбитті зображення на блоки (розміром 4x4 піксела в колірній схемі YUV для компресорів Indeo і Cinepak). Як правило, деякі блоки виявляються схожими один на одного. У цьому випадку компресор ідентифікує клас схожих блоків і замінює їх одним спільним блоком. Крім того, генерується двійкова таблиця (карта) таких загальних блоків з найкоротших кодових слів. VQ-декодер потім, використовуючи таблицю, збирає зображення поблочно із загальних блоків. Ясно, що даний спосіб кодування з втратами якості, так як, строго кажучи, схожість блоків дуже відносна. Тут допускається апроксимація реальних блоків зображення до загального, їх об'єднує. Процес кодування тривалий і трудомісткий, так як кодеру необхідно виявляти належність кожного блоку зображення до якого-небудь загальним блоку. Проте завдання декодування в цьому випадку зводиться до задачі побудови зображення по заданій карті із загальних блоків і не займає багато апаратних та часових ресурсів. Таблицю або карту також називають ще й кодовою книгою, а двійкові коди, що входять до неї, - кодовими словами, відповідно. Найбільше стиснення з використанням алгоритму VQ досягається шляхом зменшення числа класів загальних блоків, тобто припущенням про схожість щодо більшого числа блоків зображення, і, як наслідок, зменшенням кодової книги. У міру зменшення розмірів кодової книги якість відтворення має погіршується. У результаті на зображенні з'являється штучна «блочность».
Простий приклад: порівняємо три наступні блоку 4 x 4.
(Блок 1)
128 128 128 128
128 128 128 128
128 128 128 128
128 128 128 128
(Блок 2)
128 127 128 128
128 128 128 128
128 128 127 128
128 128 128 128
(Блок 3)
128 127 126 128
128 128 128 128
127 128 128 128
128 128 128 128
Ці три блоки для людського ока не відрізняються. Таким чином, 2-ий і 3-ий блоки можна спокійно замінити першим. Тоді кодова книга буде мати наступний вигляд:
Кодова Книга [1] = 128 128 128 128
128 128 128 128
128 128 128 128
128 128 128 128
Важливою особливістю технології VQ є те, що при стиску відео одна і та ж кодова книга може використовуватися для декількох кадрів зображення.
Дискретне косинусне Перетворення (ДКП)
Компресори, використовують ДКП: Motion JPEG; Editable MPEG; MPEG-1; MPEG-2; MPEG-4.
Переваги і недоліки
1. «Блочность» при високій компресії.
2. Заокруглення гострих кутів зображення. Випадкове «розмивання» гострих країв зображень.
3. Кодування дуже трудомістко. Тільки останнім часом вдалося здійснити процес кодування програмно, а не апаратно.
Огляд
ДКП є широко використовується при стисненні зображень перетворенням. Стандарт стиснення статичної графіки JPEG, використовуваний у відеоконференціях стандарт H.263, цифрові відеостандарти MPEG (MPEG-1, MPEG-2 та MPEG-4) - всі вони використовують ДКП. У цих стандартах використовується, зокрема, 2-мірне ДКП, що застосовується послідовно до блоків зображення розмірністю 8 x 8 пікселів. ДКП обчислює 64 (8x8 = 64) коефіцієнта, які потім квантизується, забезпечуючи тим самим реально стиснення. У більшості зображень більшість ДКП-коефіцієнтів у силу своєї малості після квантизації обнуляється. Це властивість ДКП і лежить в основі безлічі алгоритмів стиснення, що використовують ДКП.
До того ж відомо, що людське око набагато менш чутливий до високочастотним компонентів зображення, що подаються великими коефіцієнтами ДКП. До цих більших значень коефіцієнтів може бути застосований (і, як правило, застосовується) більший фактор квантизації. Зокрема, матриця 64 чинників квантизації для кожного з 64 коефіцієнтів ДКП, застосовувана в алгоритмі JPEG, має великі фактори квантизації для коефіцієнтів ДКП, відповідно, більшої частоти. Після квантизації коефіцієнти піддаються алгоритмом RLE. Далі для частих комбінацій використовуються короткі кодові слова, для більш рідкісних - відносно довгі. Здійснюється розподіл усіх кодування.
ДКП, у свою чергу, найкраще пояснювати на прикладі одновимірного ДКП. Двомірне ДКП представляє собою одномірне ДКП, що застосовується послідовно для кожного ряду (рядки) блоку пікселів і кожної колонки блоку пікселів, отриманого від одновимірного ДКП рядків. Одномірне ДКП, що застосовується до N вибірках (пікселам у зображенні або вибірках у звуковому файлі). ДКП є матриця розмірності NxN, рядки якої є косинусні функції:
ДКП (m, n) = sqrt ((1 - delta (m, 1)) / N) * cos ((pi / N) * (n - 1 / 2) * (m-1))
, Де
ДКП (m, n) є одновимірна матриця ДКП
m, n = 1 ,..., N
pi = 3.14159267 ...
N = кількість вибірок в блоці
delta (m, 1) = 1 якщо m = 1 і 0 в іншому випадку
cos (x) = косинус x, вимірюваний в радіанах.
Природно, застосування ДКП на блоці з N вибірок зажадає N * N операцій множення і підсумовування. Однак завдяки рекурсивної структурі матриці ДКП реально потрібно значно меншу кількість математичних операцій, а саме N log (N). Ця властивість робить ДКП реально застосовним на сучасних математичних процесорах персональних ЕОМ.
Дискретне Wavelet-перетворення (DWT)
Компресори, використовують DWT (Discrete Wavelet Transform): Intel Indeo 5.x; Intel Indeo 4.x

Переваги і недоліки
1. Більшість як статичних, так і динамічних зображень, стиснутих за допомогою алгоритму DWT, не має характерної для алгоритму ДКП блокової структури.
2. Відносна якість зображень, стиснутих за використанням DWT, перевершує якість зображень, стиснутих за допомогою ДКП, при тих же коефіцієнти стиснення.
3. DWT кілька розмазує, заокруглення гострі контури зображення. Так званий контурний шум або ефект Гіббса.
Огляд
DWT-алгоритм заснований на передачі сигналу, наприклад, зображення, через пару фільтрів: низькочастотний і високочастотний. Низькочастотний фільтр видає грубу форму вихідного сигналу. Високочастотний фільтр видає сигнал різниці або додаткової деталізації.
У свою чергу, результат на виході високочастотного фільтра (додатковий сигнал деталізації) може бути підвернутий тією ж процедурою і так далі.
Простим прикладом DWT є DWT Хара:
Вхідний сигнал x [n] є безліч вибірок з індексом n. Низькочастотний фільтр Хара (Haar Low Pass Filter) є арифметичне середнє двох вдалих вибірок:
g [n] = 1 / 2 * (x [n] + x [n +1])
Високочастотний фільтр Хара (Haar High Pass Filter) є середня різниця двох вдалих вибірок:
h [n] = 1 / 2 * (x [n +1] - x [n])
Зауважте, що:
x [n] = g [n] - h [n] x [n +1] = g [n] + h [n]
Вихідні послідовності g [n] і h [n] містять надлишкову інформацію. Таким чином, ясно, що для відтворення вихідного сигналу x [n] достатньо взяти лише парні чи непарні тільки його вибірки. Як правило, беруться парні вибірки. Таким чином, вихідний сигнал x [n] виходить тільки з: g [0], g [2], g [4], .... h [0], h [2], h [4], .....
x [0] = g [0] - h [0]
x [1] = g [0] + h [0] x [2] = g [2] - h [2] x [3] = g [2] + h [2] і так далі ...
Вихід низькочастотного фільтру являє собою грубу аналогію вихідного сигналу. Якщо вихідним сигналом є зображення, то на виході низькочастотного фільтра вийде розпливчасте, розмите зображення з низьким дозволом. Вихід високочастотного сигналу додає деталі до зображення. У поєднанні з виходом низькочастотного фільтра може бути відтворений, таким чином, вихідне зображення. Груба форма вихідного сигналу (сигнал на виході низькочастотного фільтра) іноді називають основним рівнем (base layer), а додатковий сигнал деталізації - рівнем поліпшення (enhancement layer). Сигнал на виході високочастотного фільтра h [n] може бути пропущений знову через пару фільтрів, і процес, таким чином, може бути повторений, поки не буде досягнута достатня ступінь деталізації вихідного сигналу x [n]. Однак ясно, що ніякого стиснення тут не досягається. Перетворення просто відтворює те ж кількість бітів, яке було у вихідному сигналі. Вихідні значення називаються коефіцієнтами перетворення, або коефіцієнтами wavelet-перетворення.
Перетворення Хара використовується в основному в області стиснення зображень. Для інших цілей використовуються більш складні фільтри перетворень. Стискання досягається в основному за рахунок застосування деякої форми квантизації (скалярної або векторної) до добавочному сигналом деталізації. Далі до отриманого коефіцієнтами перетворення застосовується техніка імовірнісного (ентропійного) кодування.
Припустимо, що в наведеному вище прикладі вхідний сигнал x [n] представляє собою послідовність 8-бітних вибірок растра напівтонового зображення. Для виходу низькочастотного фільтра g [n] тепер можна використовувати ті ж 8 біт, а для високочастотного h [n] - вже менше, наприклад 4. Це, по суті, скалярна квантування. Далі вихід високочастотного фільтра буде прагнути до нуля, тому що коефіцієнти перетворення будуть зменшуватися в міру застосування алгоритму. Таким чином, можна, використовуючи розподіл усіх кодування до сигналу деталізації h [n].
Насправді для більшості реальних зображень сигнал g [n] на виході низькочастотного фільтра буде схожий на попередні g [n-1] вибірок за винятком граней контурів. g [n] буде прагнути, таким чином, до g [n-1], внаслідок того, що реальні об'єкти мають відносно постійний коефіцієнт відбиття поверхонь.
Різниця кадрів
Компресорами, які використовують технологію різниці кадрів, є: Cinepak
Переваги і недоліки
1. У цілому може забезпечувати стиск, краще, ніж незалежне стиск окремих кадрів.
2. Виникаючі в ході кодування помилки накопичуючись, потребуватимуть додаткового ключового кадру.
Огляд
Алгоритм різниці кадрів використовує ту обставину, що в багатьох відео зображення від кадру до кадру мало чим відрізняється. У міру застосування алгоритму векторної квантизації для кодування кожного наступного кадру і отримання при цьому малих коефіцієнтів, які важко кодуються, в кадри поступово вкрадається помилка. Це вимагає включення до відеоряд так званих ключових кадрів, які кодуються без врахування попередніх і є так званими «опорними точками» у відео.
Компенсація руху
Компресорами, які використовують технологію компенсації руху, є: MPEG-1, 2 і 4.
Переваги і недоліки
1. У порівнянні з механізмом різниці кадрів механізм компенсації руху дозволяє досягати більшому ступені стиснення.
2. Кодування вельми трудомістка й вимагає спеціальної апаратури.
3. Технологія компенсації руху використовується в таких міжнародних стандартах стиснення цифрового відео, як: MPEG, H.261 і H.263.
4. Найбільше стиснення досягається у сценах із зниженим рухом.
Огляд
Компенсація руху заснована на використанні ряду складних алгоритмів. Сфера, де дана технологія стиснення ефективна, як правило, зводиться до відеоряду, в якому об'єкт змінює своє місце розташування відносно нерухомого фону. Об'єкти, що змінюються за формою, що наближаються або віддаляються (рухома камера), не підлягають ефективному стисненню за допомогою алгоритму компенсації руху. Стиснення можливо завданням вектора змішання елементів зображення замість зберігання великих значень нових координат даних елементів зображення. Основним блоком (щодо якого задається вектор зсуву інших блоків) може бути будь-який блок зображення розміром 16x16 пікселів, максимально схожий на кодується (пророкувати) блок. Ясно, що кадр, на який посилаються таким чином інші кадри, повинен бути декодований раніше. Проте зовсім не обов'язково, щоб опорний кадр передував передбачена кадру. MPEG дозволяє виробляти передбачення в обох напрямках шляхом запровадження так званих B-(bi-directionally divdicted) кадрів.

4.3. MPEG (MPEG-1, MPEG-2, MPEG-3, MPEG-4)

MPEG - це абревіатура від Moving Picture Experts Group. Ця експертна група працює під спільним керівництвом двох організацій - ISO (Організація за міжнародними стандартами) і IEC (Міжнародна електротехнічна комісія). Офіційна назва групи - ISO / IEC JTC1 SC29 WG11. Її завдання - розробка єдиних норм кодування аудіо-і відеосигналів. Стандарти MPEG використовуються в технологіях CD-i і CD-Video, є частиною стандарту DVD, активно застосовуються в цифровому радіомовлення, в кабельному і супутниковому ТБ, Інтернет-радіо, мультимедійних комп'ютерних продуктах, в комунікаціях по каналах ISDN і багатьох інших електронних інформаційних системах.
MPEG-1
Дуже популярний формат у всьому світі, з основою, взятої від кодека JPG. Стиснення в ньому виробляється серіями по три кадри. Це один з найстаріших кодеків, так що, практично на будь-яких, навіть самих «слабких» машинах можна переглянути відео зі стереозвуком у цьому форматі. Однак і якість зображення невисока: воно порівняне зі звичним аналоговим форматом VHS. Картинка має дозвіл 352х288 пікселів, та і якість її залишає бажати кращого. І хоча MPEG-1 не вимогливий до ресурсів, його доля вирішена: з розвитком ємності та швидкості передачі даних у комп'ютерах та Інтернеті формат буде поступово забуватися.
Як відбувається стиснення інформації в цьому форматі? Припустимо, що у нас є наступна сцена: автомобіль рухається з пункту "А" у пункт "Б". Переміщення машини можна описати двома параметрами: вектором переміщення з точки "А" в точку "Б" і кутом повороту навколо своєї осі. Задній план при цьому залишається незмінним або майже незмінним - глядач навряд чи зверне увагу на коливання дрібних гілок у далеких дерев. Отже, можна розбити кадр на дві складові частини - задній план, який зберігається один раз, а потім підставляється під час відтворення всіх кадрів, і область, де рухається машина, - її доведеться записувати окремо для кожного кадру.
У форматі MPEG-1 всі кадри відеоролика поділяються на три типи: I-, P-і B-кадри. До першого типу (I-кадри, Intra Frames) відносяться опорні кадри. Їх зображення зберігаються у повному обсязі в форматі JPEG. Для P-кадрів (Predicted Frames) записуються лише відзнаки від попереднього i-кадру, що вимагає набагато менше дискового простору. Для B-кадрів (Bi-DirectiOnally Interpolated Frames) зберігаються відмінності від попереднього і наступного I-або P-кадру.

У підсумку розмір стисненого файлу складає приблизно 1 / 35 від початкового. Це означає, що півторагодинний фільм з якістю, еквівалентним аналогового запису на касеті VHS, у форматі MPEG-1 поміститься на два компакт-диска. Для передачі через Internet або в мережах супутникового мовлення цей стандарт, звичайно ж, не підходить.
MPEG-2
MPEG-2 є подальше розширення MPEG-1. У ньому збільшено рекомендований розмір кадру - тепер він складає 1920 x 1080 пікселів, додана підтримка шестиканального звуку. Однак для відтворення відео в цьому форматі потрібна вища обчислювальна потужність комп'ютера.
Слід зазначити, що велася робота над створенням стандарту MPEG-3 (не потрібно плутати з популярним форматом стиснення звуку - MPEG-1 Audio Layer 3). Він повинен був стати базовим для систем цифрового телебачення високої чіткості HDTV. Але робота над ним була перервана, оскільки потрібні для HDTV вимоги вдалося реалізувати у вигляді невеликих розширень до MPEG-2.
Домінуючий формат на сьогодні це MPEG-2 з роздільною здатністю 720х576 пікселів. Всі DVD-video диски працюють у форматі MPEG-2. Трансляції з супутників в кілька каналів на одній частоті, ефірна трансляція, в тому числі ТБ високої чіткості, різноманітні плеєри DVD, microMV-відеокамери використовують цей формат стиснення. І це не дивно. Після тріумфального успіху MPEG-1, новий формат, який би практично професійну якість картинки, затверджувався досить довго, і вийшов дуже вдалим. MPEG-2 підходить для запису півторагодинного фільму відмінної якості на стандартний диск DVD (4,7 Гб). Крім того, в цьому форматі можна записувати на подвійні DVD (9 Гб) фільми підвищеної якості з використанням декількох різних доріжок звуку (дубляж), різних форматів багатоканального звучання, субтитрів, різних кутів огляду відеоматеріалу (кілька синхронних доріжок відео) і інших цифрових нововведень. Серед них, наприклад, присутній довільний миттєвий доступ до будь-якої частини відеоматеріалу на диску і відсутність перемотування при досягненні кінця відеоматеріалу, що раніше було досить великою проблемою.
MPEG-2 дозволяє використовувати дозволу аж до 1920х1080 пікселів (25 кадрів в секунду, з полями і без полів, з прогресивною розгорткою) і підтримує 6-канальний звук.
Особливості цього формату широко використовує компанія Sony у своєму розширеному стандарті microMV, хоча потік інформації там підвищений до 12 Мбіт / с (в порівнянні з максимальним стандартом DVD 9,8 Мбіт / с), а розмір касети зменшено (в порівнянні з DV). І все ж стандарт DV відрізняється більшою стійкістю і великим поширенням по всьому світу.
Нещодавно з'явилися камери, які пишуть відразу на miniDVD диски у форматі MPEG-2. Вони мають кілька важливих переваг - перезапис дисків до 1000 разів без втрати якості, доступність матеріалу і деякі інші переваги. Але очевидний і недолік - обмежений обсяг записаного матеріалу (до 30 хвилин на 1 miniDVD диск). Хоча для любительських зйомок це дуже підходящий варіант: мініDVD диски прекрасно відтворюються на побутових плеєрах і ПК, а програми йдуть з такими камерами дозволяють проводити монтаж на будь-якому комп'ютері, оснащеному DVD-приводом.
MPEG-3
Призначався для використання в системах телебачення високої чіткості (high-defenition television, HDTV) зі швидкістю потоку даних 20-40 Мбіт / с, але пізніше став частиною стандарту MPEG-2 і окремо тепер не згадується. До речі, формат MP3, який іноді плутають з MPEG-3, призначений тільки для стиснення аудіо і повна назва MP3 звучить як MPEG Audio Layer III.
MPEG-4
Формати MPEG-1 і MPEG-2 не забезпечували реальної можливості трансляції відео по мережі Internet і створення інтерактивного телебачення на їх основі - дуже вже великим був розмір файлів. Для його радикального зменшення, а також реалізації інших функцій, необхідних для передачі потокового відео, було розпочато роботу над специфікаціями нового формату - MPEG-4. По суті, він орієнтований не стільки на стиск відео, скільки на створення так званого "мультимедійного контенту" - злиття інтерактивного телебачення, 3D-графіки, тексту і т. д.
Формат MPEG-4 поєднує відмінний звук і максимальне ущільнення відеосигналу (до 30-40% краще ніж у попередника). Різниця полягає в тому, що кодується послідовність більш ніж з трьох кадрів (зазвичай до 250 кадрів). Тим самим досягається більше стиснення і можливість дивитися в режимі реального часу якісне потокове відео в інтернет. Динамічне стиск також ефективно використовує ресурси, і на звичайний компакт-диск міститься 1,5 години відео в досить хорошій якості. Проте, в більшості випадків, уважний глядач зможе побачити на хорошому екрані різницю між зображенням, закодованому в MPEG2 і MPEG4.
Цікавою особливістю формату є те, що для типових об'єктів навіть розроблені окремі алгоритми передбачення і опису їх рухів - це стосується, зокрема, ходи людей, найбільш поширених жестів, міміки. Тепер такі зміни в кадрах немає потреби записувати взагалі - їх можна розрахувати програмно.
У MPEG-4 підтримується відображення тексту різними шрифтами поверх відеозображення. Більше того, цей текст може бути озвучений з допомогою синтезатора мови з можливістю імітації чоловічих і жіночих голосів. При необхідності голос синхронізується з рухами обличчя диктора відповідно до вимовними фонемами. Також може синтезуватися звучання деяких музичних інструментів. Стиснення оцифрованих звукозаписів здійснюється більш ефективно за допомогою спеціально розробленого кодека AAC (Advanced Audio Codec).
Деякі відеокамери дозволяють записувати у форматі MPEG-4 відео на власну карту пам'яті або працювати як web-камера, передаючи по USB кабелю відео зі звуком у форматі MPEG-4.
Крім того, сучасні технології дозволяють навіть відтворювати цифрове телебачення (стисле в форматі MPEG-4 або MPEG-2) за допомогою мобільних телефонів, використовуючи GPRS.
На сьогодні, MPEG-4 - це найбільш популярний формат розповсюдження відео в інтернеті і на персональних комп'ютерах. Раціональне використання пам'яті при хорошій якості відео дають про себе знати. Кожна наступна версія кодека MPEG-4 (на сьогодні використовуються 3.хх, 4.хх і 5.хх версії) привносить все нові і нові прогресивні поліпшення. Велика кількість побутових плеєрів, КПК і інших пристроїв без проблем працюють з цим форматом. MPEG-4 буде актуальний ще, як мінімум, років десять, поки їй на зміну не прийде щось принципово нове.

4.4. MJPEG

MPEG-компресія використовує такі основні ідеї:
1. Усунення тимчасової надмірності відео, що враховує той факт, що в межах коротких інтервалів часу більшість фрагментів сцени виявляються нерухомими або незначно зміщуються по полю.
2. Усунення просторової надмірності зображень придушенням дрібних деталей сцени, несуттєвих для візуального сприйняття людиною;
3. Використання більш низького колірного дозволу при yuv-виставі зображень (y - яскравість, u і v - кольорорізнісні сигнали) - встановлено, що око менш чутливий до просторових змін відтінків кольору в порівнянні зі змінами яскравості.
4. Підвищення інформаційної щільності результуючого цифрового потоку шляхом вибору оптимального математичного коду для його опису (наприклад, використання більш коротких кодових слів для найбільш часто повторюваних значень).
5. Зображення в Mpeg-послідовності поділяються на такі типи:
· I (intra), що грають роль опорних при відновленні інших зображень за їх разностям;
· P (divdicted), що містять різниця поточного зображення з попереднім I або P з урахуванням зсувів окремих фрагментів;
· B (bidirectionally divdicted), що містять різниця поточного зображення з попереднім і наступним зображеннями типів I або P з урахуванням зсувів окремих фрагментів.
Зображення об'єднуються в групи (GOP - Group Of Pictures), що представляють собою мінімальний повторюваний набір послідовних зображень, які можуть бути декодовані незалежно від інших зображень у послідовності. Типовою є група виду (I0 B1 B2 P3 B4 B5 P6 B7 B8 P9 B10 B11) (I12 B13 B14 P15 B16 B17 P18 ...), в якій I тип повторюється кожні півсекунди. Звернемо увагу, що в зображенні P3 основна частина фрагментів сцени передбачається на підставі відповідних зміщених фрагментів зображення I0. Власне кодуванню піддаються тільки різниці цих пар фрагментів. Аналогічно P6 «будується» на базі P3, P9 - на базі P6 і т.д. У той же час більшість фрагментів B1 і B2 передвіщаються як полусумма зміщених фрагментів з I0 і P3, B4 і B5 - з P3 і P6, B7 і B8 - з P6 і P9 і т.д. Поряд з цим B-зображення не використовуються для передбачення ніяких інших зображень. У силу залежності зображень у процесі їх кодування змінюється порядок проходження. Для вищенаведеної послідовності він буде наступним: I0 P3 B1 B2 P6 B4 B5 P9 B7 B8 I12 B10 B11 P15 B13 B14 P18 B16 B17 ...
Ясно, що точність кодування має бути максимальною для I, нижче - для P, мінімальної - для B. Встановлено, що для типових сцен хороші результати досягаються при відведенні числа біт для I в 3 рази більше, ніж для P, і для P в 2-5 разів більше, ніж для B. Ці відносини зменшуються для динамічних сцен і збільшуються для статичних.
Окремі зображення складаються з макроблоків. Макроблок - це основна структурна одиниця фрагментації зображення. Він відповідає ділянці зображення розміром 16 * 16 пікселів. Саме для них визначаються вектора зміщення відносно I-або P-зображень. Загальне число макроблоків в зображенні - 396. Для підвищення стійкості процесу відновлення зображень до можливих помилок передачі даних послідовні макроблоки об'єднують в незалежні друг від друга розділи (slices), максимальним числом 396. У граничному випадку «чистої» передачі на зображення доводиться всього один розділ із 396 макроблоків. У свою чергу кожен макроблок складається з шести блоків, чотири з яких несуть інформацію про яскравість Y, а по одному визначають колірні U-і V-компоненти. Кожен блок представляє собою матрицю 8 * 8 елементів. Блоки є базовими структурними одиницями, над якими здійснюються основні операції кодування, в тому числі виконується дискретне косинусне перетворення (DCT - Discrete Cosine Transform) і квантування отриманих коефіцієнтів.
Таким чином, компресія MJPEG [Motion JPEG] грунтується на незалежному кодуванні кожного кадру та об'єднанні отриманої послідовності у файл. Стиснення відео здійснюється по JPEG-алгоритмом: кожне зображення розбивається на квадрати 8x8 точок і представляється у векторній формі шляхом дискретного перетворення і високочастотної фільтрації отриманого спектра. По суті, стисле відео є послідовність незалежних JPEG-зображень.
Оскільки кожен кадр кодується окремо від інших, можливе подальше покадрове редагування зображення. Істотною перевагою цього алгоритму стиснення відео є його симетричність, тобто для кодування і декодування необхідні одні й ті ж обчислювальні витрати.
Стосовно до MJPEG ступінь стиснення відео до 1:15 дозволяє зберігати відеоінформацію практично без втрати якості, від 1:15 до 1:25 призводить до невеликої втрати дозволу. При великому коефіцієнті компресії [1:30 і вище] стиснення відео за алгоритмом MJPEG супроводжується характерними для формату JPEG спотвореннями: на кордонах сітки розбиття [квадрати 8x8 точок] порушується гладкість зображення, що призводить до вже відомого "мозаїчній" ефекту.
З інших недоліків формату стиснення MJPEG можна відзначити не дуже велику ефективність стиснення, а також неможливість створення відеофрагментів розміром більше 2 Гб, - структура файлу не дозволяє збільшити його розмір. В даний час застосовуються програмні методи "склеювання" MJPEG-файлів, що дозволяють перемикатися між ними практично непомітно.
Кілька років тому компресія MJPEG стала стандартом в області мультимедіа, що спонукало розробників апаратного і програмного забезпечення до створення власних MJPEG-кодеків.
Формат використовує просту обробку кодованого аналогового відеосигналу по стандарту JPG (з роздільною здатністю 768х576 пікселів). Розшифровується як Motion-JPEG (рухомий JPEG). На сьогоднішній день цей формат практично не використовується, тому що якісно стислі ролики займають досить багато місця. У деяких моделях пристроїв (наприклад, фотокамерах з функцією відео) зустрічається спрощений варіант M-JPEG з роздільною здатністю 320х240 пікселів.

4.5. Wavelet

Відносно новий алгоритм стиснення відео при якому, на відміну від JPEG, зображення обробляється без розбивки на квадрати. Після того, як фірма Analogue Devices випустила спеціалізовану мікросхему апаратного wavelet-стиснення відео, даний формат став базисом багатоканальних цифрових систем відеоспостереження і цифрових відеореєстраторів.
Як і у випадку формату JPEG, в Wavelet стиснення здійснюється з незворотними втратами інформації, але зображення не має "мозаїчних" дефектів навіть при дуже великих ступенях компресії. Гідність - відсутність видимих ​​дефектів навіть при великому коефіцієнті стиснення відео, - знижується різкість, і зображення просто стає менш чітким.
З математичної точки зору основною особливістю wavelet-перетворення є можливість розкласти зображення на два компоненти - низькочастотну частину, яка містить основну інформацію, і високочастотну частину, яка містить лише малу частку інформації. Низькочастотну частину можна знову розкласти на дві частини, і т.д. Частина, що залишилася зображення містить лише малі високочастотні компоненти. У результаті послідовного застосування wavelet-перетворень виходить зображення, що займає невеликий обсяг місця на диску.

4.6. JPEG

JPEG [Joint Photographic Experts Group] - алгоритм стиснення нерухомого зображення. Формат JPEG з самого початку передбачає контрольоване, але необоротне погіршення якості. Основна ідея цього алгоритму стиснення полягає в тому, що вся "картинка" розбивається на квадрати 8x8 точок, а зображення в кожному квадраті розкладається на гармоніки [перетворення Фур'є]. Зберігаються тільки основні гармоніки, а значення інших грубо округлюються. Особливістю формату стиснення JPEG є справді швидка [повний кадр за 1 / 50 секунди] і висока компресія [в 10 ... 100 разів].
Традиційно формат JPEG застосовується для компресії повнокольорових зображень та зображень у градаціях сірого без різких переходів яскравості, забезпечуючи, мабуть, найкраще цифрове стиснення. Перехід від монохромного зображення до кольорового RGB збільшує обсяг картинки лише у півтора рази, а не в три.
Формат JPEG використовують web-камери і web-відеосервери, - відеоспостереження в цьому випадку можливо вести у вікні стандартного браузера. Необхідно мати на увазі, що "жива" повноформатна картинка в форматі JPEG може передаватися по каналах зв'язку не менше 64К.
При стисненні відео за алгоритмом JPEG втрачається частина інформації, але досягаються великі коефіцієнти компресії. У деяких випадках виявляється ефект Гіббса - "ореол" навколо різких горизонтальних і вертикальних кордонів зображення. Програмне забезпечення вирішує, чи є конкретний квадрат 8х8 істотним у цьому зображенні або ж його можна інтерполювати. У міру підвищення ступеня компресії число викинутих блоків зростає, і на зображенні починають проступати артефакти - характерні прямокутні дефекти.

4.7. Apple QuickTime

Формат файлів з розширенням MOV був розроблений Apple для комп'ютерів Macintosh і пізніше перенесений на платформу PC. З 1993 по 1995 р . цей формат був домінуючим. Остання його версія за номером 4.1 дозволяє передавати дані в потоковому режимі. Це означає, що немає необхідності повністю завантажувати файл, щоб почати перегляд відеоролика. Однак з появою специфікацій MPEG даний формат поступово втрачає популярність. Основна його проблема полягає в тому, що стандарт QuickTime - закритий. Способи, за допомогою яких кодується відео, Apple тримає в секреті. Отже, сторонні програмісти не можуть написати програм, що стискають відео в цей формат.

4.8. Intel Indeo

Даний формат був розроблений корпорацією Intel для стиснення відеоданих з використанням нових можливостей процесорів Intel Pentium MMX. Крім підтримки потокової передачі даних і функцій захисту авторських прав, цей стандарт реалізує кілька новаторських на момент його появи функцій. Він дозволяє застосовувати до відеопослідовності різні ефекти (наприклад, змінювати яскравість або контрастність) в реальному часі, декодувати не весь кадр, а, наприклад, центральний фрагмент, робити частину кадру одного відеоролика прозорою і накладати два відеозаписи один на одного. Останній ефект часто використовують у програмах телевізійних новин, коли коментатор зображується на тлі відеорепортажу з місця подій.
Однак формат Indeo не набув великого поширення. А з виходом MPEG-4, в якому також присутні всі ці можливості, даний стандарт взагалі виявився не при справах.

4.9. CCIR 601

CCIR-601 - стандарт, що описує формат цифрового відео з роздільною здатністю 720x576 (PAL) і 720x480 (NTSC).
Стандарт цифрового телебачення, опублікований ITU-R (CCIR) у 1990 р . Визначає пропорції кадру (наприклад CIF, QCIF), правила перетворення стандартного аналогового відеосигналу (NTSC, PAL, SECAM) у цифрові компонентні сигнали і методи кодування цифрового відеосигналу.

4.10. H.261

Рекомендація ITU-T H.261 - Video codec for audiovisual services at p x 64 kbit / s. Дана рекомендація описує метод кодування / декодування відеозображення для використання в системах відеоконференцій при швидкостях передачі даних p x 64 Кбіт / с, де p може приймати значення від 1 до 30. H.261 визначає використання форматів кадру CIF і QCIF (при p <3).

4.11. H.263

H.263 - це відеокодек, ITU-T, призначений для передачі відео по каналах з досить низькою пропускною здатністю (зазвичай нижче 128 кбіт / с). Застосовується в програмному забезпеченні для відеоконференцій.
Стандарт H.263 був спочатку розроблений для використання в системах, що базуються на H.324 (PSTN і інші системи відеоконференцій і голосового зв'язку), але згодом знайшов застосування в H.323 (відеоконференції, засновані на RTP / IP), H.320 ( відеоконференції, засновані на ISDN), RTSP (потокове аудіо та відео) і SIP (Інтернет-конференції).
H.263 являє собою розвиток стандарту H.261, попередньої розробки ITU-T - стандарту відеостиснення, і алгоритмів MPEG-1 і MPEG-2. Перша версія була завершена в 1995 році і являла собою гарну заміну для застарілого H.261 на каналах з будь-якою пропускною здатністю. Подальшим розвитком проекту є H.263v2 (також відомий як H.263 + або H.263 1998) та H.263v3 (відомий як H.263 + + або H.263 2000).
Новий розширений кодек від ITU-T (у партнерстві MPEG) після H.263 - це стандарт H.264, також відомий як AVC та MPEG-4, частина 10. Оскільки H.264 має суттєво розширені можливості у порівнянні з H.263, він став основним при розробці програмного забезпечення для відеоконференцій. Більшість сучасного програмного забезпечення цього напрямку підтримує H.264, також як і H.263 або H.261.

4.12. Ogg-Theora

Ogg - це контейнер метаданих, що забезпечує зберігання в одному файлі декількох доріжок даних, що дозволяє виявляти помилки потоку і шукати неушкоджені місця.
Кодек Theora розроблений Фондом Xiph.org .. Його алгоритм заснований на коді вільного кодека VP3, створеного компанією On2 Technologies і розповсюджується під ліцензією, що дозволяє користуватися ним на безповоротній основі (тобто безкоштовно) і не вимагає яких-небудь патентних відрахувань за використання як самого VP3, так і похідних від нього кодеків. Theora - це високоефективний відеокодек, що становить реальну конкуренцію формату MPEG-4 та іншим технологіям відеостиснення, що використовують вузьку смугу каналу передачі даних.

4.13. AVI

AVI-файли - особливий випадок файлів RIFF. (Скорочено від Resource Interchange File Format). Цей формат, спочатку призначався для обміну мультимедійними даними, був Microsoft спільно з IBM. Даний формат є найбільш поширеною формою представлення відео на персональних комп'ютерах. У залежності від форми представлення відеоданих файли AVI бувають різних стандартів.

4.14. Editable MPEG

Editable MPEG, так само як і M-JPEG, використовується для редагування цифрового відео є AVI-файл, що складається тільки з кадрів MPEG типу i. Проте всі інші механізми стиснення MPEG тут задіяні. Входить в стандартну поставку Microsoft Video for Windows 1.1. і використовується такий настільною системою редагування цифрового відео, як, наприклад, Adobe Premiere.
Хоча перераховані вище компресори досить популярні, проте це далеко не всі стандарти стиснення AVI-файлів. Характеризуючи цю групу компресорів, можна відзначити, що вони проектувалися і створювалися в першу чергу як засоби стиснення відео-та аудіоданих, що зберігаються на жорстких дисках і компакт-дисках, а це, у свою чергу, свідчить про їх невеликих можливостях при стисненні і відносно високому як при відтворенні.
З приходом Інтернету все більшу популярність отримують методи і засоби стиску відео-та аудіоданих, що дозволяють, застосовуючи передові технології (sophisticated motion estimation and compensation, wavelets, fractals та інші), досягти найменших співвідношень «кілобіт / секунда", дозволили проводити, наприклад, сеанси відеоконференцій засобами Інтернету. Ясно, що такі методи стиснення забезпечують суттєво більший ступінь стиснення, при відносно низькій якості.

4.15. VDOWave

VDONet випускає wavelet-заснований Видеокомпрессор, що входить у комплект реалізації 32-бітної версії Video for Windows. Microsoft використовує VDOWave як частина NetShow. В даний час існують дві версії компресора VDOWave:
VDOWave 2.0 is a fixed rate video codec.
VDOWave 3.0 is a "scalable" video codec.
Стандартний набір NetShow 2.0 встановлює тільки декодер VDOWave. Засіб розробки NetShow 2.0 встановлює як кодер, так і декодер VDONet VDOWave. За деякими тестами, VDOWave істотно перевершує по стисненню MPEG-1 та інші компресори, що базуються на алгоритмі блокового ДКП (block Discrete Cosine Transform), але лише при низьких відносинах «кілобіт / секунда".

4.16. Cinepak

Один з найбільш поширених і використовуваних компресорів Video for Windows. Забезпечує найбільш швидке відтворення відео. На відміну від Indeo 32, яка забезпечує трохи кращу якість, проте помітно обтяжує процесор при декомпресії, Cinepak максимально розвантажує процесорний ресурс.
На сьогоднішній день існує принаймні три стандарти для Cinepak.
· Cinepak SuperMac (початковий, 16-бітний компресор);
· Cinepak Radius (новий, поліпшений 16-бітний компресор);
· Cinepak Radius [32] (32-бітна версія Radius Cinepak, що поставляється разом з Windows 95).
Особливістю методу є використання алгоритму векторної квантизації зображень спільно з алгоритмом різниці кадрів (див. нижче).

4.17. Microsoft Video (MSVC)

Microsoft Video 1 підтримує тільки 8 - або 16-бітову колірну палітру.

Глава 5. Сучасні мобільні відеоформати

Природним і логічним етапом розвитку мобільного зв'язку є можливість передачі і перегляду відео на мобільних телефонах. У мережах GSM в даний час можливий досить комфортний перегляд відеоінформації, попередньо завантаженої з мережі, або приготованою власноручно.
В даний час практично всі вендори мобільного ринку оснащують свої апарати вбудованими камерами з можливістю запису і відтворення відеофайлів. Використовуваний при цьому відео-формат заснований на протоколі MP4/3gp, однак це зовсім не означає, що сучасні телефони не вміють розуміти й інші формати представлення відеоданих.

5.1. 3GPP

3GPP є окремим випадком MP4 Video. Цей стандарт почали вживати порівняно недавно, завдяки компанії Philips, яка доклала чимало зусиль для адаптації стандарту MPEG-4 для потокового мовлення.
Сандарт 3GPP став основним у камерофонах з можливістю запису відео. Спочатку він був базовим у смартфонах SonyEricsson, для них був навіть розроблений спеціальний софт для перегляду компанією PacketVideo - PVPlayer, що дозволяє програвати відео на повний екран. В даний час цей програвач доступний практично для всіх смартфонів на базі операційних систем Symbian, Windows Mobile, а також для КПК класу PocketPC.
До переваг формату можна віднести те, що при розбіжності розмірів початкової картинки, вона автоматично перетвориться в розмір, підтримуваний телефоном. Проте якість відеороликів дуже низька, тому що спочатку цей формат призначався для оперативного запису відеоматеріалу за допомогою вбудованої камери, подальшого перегляду і відправки в якості вкладення в MMS (обмеження в 100 Кб).
Низька якість відео зумовлено низьким дозволом картинки, яке може бути або QCIF (176x144), або sub-QCIF (128x96), низькою частотою кадрів - не більше 15 в секунду, і особливостями запису звуку. Звук, який супроводжує відеофрагмент, може бути записаний у форматі AMR (максимальний потік 12.2 кбіт / c), або WB AMR (потік 23.05 кбіт / с).

5.2. Real Video

Real Video - найпоширеніший мережевий потоковий аудіо / відео стандарт, запропонований фірмою RealOne, широко використовуваний для представлення в Інтернеті і кабельних мережах музики та відео. Стандарт завоював величезну популярність у всьому світі як засіб розміщення в Інтернеті аудіо / відео контенту з малим розміром файлів і цілком пристойною якістю. Невеликий розмір вихідного файлу дозволяє істотно заощаджувати трафік при трансляції по каналах зв'язку, в тому числі і в GSM-мережах. Файли RealVideo зазвичай мають розширення ". Rm", ". Ram" або ". Rmvb".
Для відтворення на телефоні файл повинен мати геометрію зображення не більше 208x176 пікселів і містити загальний потік даних не вище 340 кБіт / с.

5.3. VICS Video

VICS Video - формат, успішно застосовується в європейських бездротових мережах TV-мовлення.
Формат є потоковим і призначений для перегляду он-лайн відео. Файли цього стандарту мають розширення. Vic. Плеєр для перегляду такого відео (під назвою VICS NanoPlayer) існує для різних платформ, у тому числі і для Symbian S60. Особливого інтересу формат не представляє.

5.4. MobiClip Video

MobiClip Video - класичний MPEG-1. У жовтні 2003 компанія MobiClip представила дуже цікавий формат. Формат є по суті універсальним. Файли, сконвертовані в цьому форматі, мають розширення *. mo і можуть нести в собі звук, відео і flash-анімацію.
На сайті виробника цей формат рекламується як мобільне повноекранне відео без гальм. Істотним його обмеженням є його непотоковий характер, тобто для перегляду необхідно завантажити весь файл цілком. Іншим, не принциповим, але істотним обмеженням формату є великий обсяг отриманих файлів. Таким чином, на телефонах з'явився формат відео, здатний забезпечити високу якість зображення при практично кінематографічної кількістю кадрів. Якість відтворення залежить лише від обсягу пам'яті. Відеоролик програється на повний екран.
У сучасних пристроях можливий також перегляд відео у форматах DivX і AVI.

Глава 6. Програми, необхідні для відтворення відео

Програвачі мультимедіа
Для відтворення відео-та аудіофайлів можна користуватися стандартним засобом Microsoft - програмою Програвач Widows Media, що входить до складу операційної системи Windows. Основна перевага цієї програми - наявність великої кількості кодеків. Проте їй притаманний і ряд недоліків: вона вимагає значних системних ресурсів і довго завантажується. Опис інших найбільш популярних програвачів наводиться далі.
Можна виділити кілька загальних особливостей цих програм.
1. Основне вікно подібно панелі керування звичайного програвача (наприклад, відеомагнітофона) і містить кнопки для управління процесом відтворення. Назва кожної з них відображається у вигляді підказки, що виникає при наведенні на кнопку вказівника миші.
2. Крім основного вікна, є вікно списку відтворення. У ньому можна встановлювати черговість відтворення файлів (послідовно або в довільному порядку).
3. При перегляді відеофайлів зображення виводиться в окремому вікні.
4. Відсутня стандартне для Windows-програм меню. Функції, недоступні з основного вікна програми, можна викликати за допомогою команд контекстного меню, яке відкривається клацанням правою кнопкою миші в основному вікні.
Winamp
Однією з найпопулярніших програм відтворення файлів у аудіоформатах є Winamp. В останніх версіях цього програвача з'явилася також можливість відтворювати відеофайли. Модульна архітектура Winamp дозволяє легко перетворити комп'ютер на пристрій, нічим не поступається за ергономіці управління стаціонарного музичному центру.
Цей універсальний програвач розпізнає практично всі аудіо-і відеоформати, підтримує списки відтворення, має вбудований еквалайзер, за допомогою якого можна точно відрегулювати якість звучання, і навіть мінібраузер. Для Winamp розроблено безліч обкладинок (причому не тільки компанією-виробником), що дозволяють змінити його інтерфейс до невпізнання, а також велику кількість додаткових модулів, як візуальних (зорових образів), так і аудіо (припускають різні маніпуляції зі звуком).
Програвач Winamp має зрозумілий інтерфейс, елементи управління якого нагадують кнопки звичайного магнітофона. Крім цих стандартних кнопок тут передбачений також повзунок відтворення (замість кнопок прискореної перемотування). Все це робить роботу з Winamp простою і зручною.
Крім того, в програмі передбачена можливість без переривання процесу програвання поповнювати список відтворення новими файлами, видаляти і міняти їх місцями.
QCD Player
Програвач QCD Player орієнтований в основному на відтворення музики, хоча і дозволяє відкривати відеофайли. Він має зручний інтерфейс, забезпечує всі можливості, які можуть знадобитися при відтворенні аудіофайлів, і дозволяє виробляти велику кількість різних настроювань. Крім того, можна використовувати додаткові модулі, що розширюють можливості програми.
LightAlloy
Програма LightAlloy використовується відносно невеликою кількістю користувачів, оскільки її інтерфейс не дуже зручний. Основна перевага програми полягає у функціональності. Програвач LightAlloy дозволяє працювати із зовнішньою аудіодоріжкою (у форматах WAV або MP3), може автоматично відтворювати який перебуває в одній папці з фільмом однойменний аудіофайл. Крім того, цей програвач сумісний з програмою WinLIRC, підтримує зовнішні субтитри (SSA, SUB, SRT, форматований текст), дозволяє робити скріншоти (фотографії екрану), створювати списки файлів, і налаштовувати фільтри.
У програмі передбачена цікава функція тестування відеокодека - LightAlloy відтворює фільм з максимально можливою швидкістю і паралельно вибудовує графік продуктивності (кількість кадрів в секунду). Програма підтримує багато формати файлів, а також дозволяє використовувати велику кількість «гарячих» клавіш. Однак слід зазначити, що далеко не всі вони звичні для тих, хто використовує інші програвачі.
Крім незвичного інтерфейсу незручність викликає те, що програма вимагає набору компонентів DirectX 8.0 і вище, так що деякі користувачі змушені будуть оновити DirectX.
PowerDVD
Одним з найпопулярніших програмних DVD-програвачів є PowerDVD. До його основних достоїнств відносяться висока якість зображення, зручний інтерфейс з обкладинками і гнучкі засоби налаштування. Окрім перегляду фільмів з компакт-дисків та DVD-дисків PowerDVD дозволяє відтворювати файли форматів, підтримуваних Windows MediaPlayer.
Програма володіє всіма притаманними апаратному DVD-програвачу цифровими функціями, такими як масштабування зображення, безперервне програвання вибраного епізоду, установка маркерів для швидкого знаходження потрібної сцени, прискорений перегляд і т. п. Передбачена навіть така можливість, як одночасний показ субтитрів на двох мовах. У тому випадку, якщо зображення виводиться не на широкоекранний, а на простий телевізор або монітор комп'ютера, дуже зручно користуватися функцією перетворення широкоекранного формату кінофільму в повноекранний із співвідношенням ширини до висоти 4:3 (при цьому зникають чорні смуги внизу і вгорі екрана).
WinDVD
Дана програма призначена для відтворення файлів у форматі DVD. Вона є комерційним продуктом. Її особливості-відсутність підтримки зміни інтерфейсу і виклик основного меню з вікна з відтворюваним відео. Програвач надає всі функції, необхідні для повноцінної роботи з DVD-дисками.
BSplayer
Програвач BSPlayer здатний працювати з програмою WinLIRC для дистанційного керування ПК, що дозволяє за наявності інфрачервоного пульта дистанційного керування перетворити комп'ютер на повноцінний телевізор. У програмі також передбачена велика кількість «гарячих клавіш» і підтримка зовнішніх субтитрів трьох форматів: SUB, SRT і STF.
Програма дозволяє настроювати всі використовувані фільтри, оскільки для програвача такого рівня це умова є обов'язковою. А от відтворення відеофайлів з кількома звуковими доріжками (з вибором будь-який з них) і система закладок (з можливістю їх перетворення в розділи фільму), отримання копії зображення на екрані - це прекрасні додаткові можливості програми.

Глава 7. Сучасні відеокамери

Століття аналогових відеокамер вже закінчується. Тому зараз це найдешевші відеокамери. Недоліки таких камер наступні: невисока чіткість зображення, зниження якості зображення при створенні вже першої копії, запис монозвук, великі розміри і вага, високе енергоспоживання. Для підключення аналогових відеокамер до комп'ютера потрібен спеціальний TV-тюнер або карта відеозахоплення. Додатково буде потрібна спеціальна програма, яка перетворює сигнал в цифровий режим. Формати, які використовуються в аналогових відеокамерах: VHS, VHS-C, S-VHS, S-VHS-C.
Але якщо ви хочете отримати кращу з можливого в домашніх умовах, то ваш вибір - сучасна цифрова відеокамера.
Існує помилкова думка про те, що вибрати цифрову відеокамеру можна за тими ж критеріями, що й цифровий фотоапарат. Але це далеко не так. При виборі цифрового фотоапарата одним з основних критеріїв є кількість пікселів в матриці (чим більше, тим краще і дорожче), а у цифрової відеокамери «більше» часто не означає «краще». Це пов'язано з тим, що дозвіл відеокамери обмежено стандартом телебачення (для PAL - 720x576), а цифрова фотокамера обмежень по дозволу не має. Тому, які ж головні критерії вибору цифрової відеокамери.
Для аматорського класу зараз існує три формати цифрових відеокамер - Digital 8, microMV, miniDV.
Формат Digital 8 пропонується тільки фірмою Sony. Плюсами є: велика тривалість запису на одну касету (до 120 хвилин SP і 240 хвилин LP), доступна ціна, можливість тривалого зберігання знятого матеріалу без перезапису на спеціальну дорогу касету. Недоліки: відтворення записів можливо тільки з самої відеокамери або дорогого відеоплеєра / відеомагнітофона Video 8 (звичайний VHS плеєр для цього не підходить), мала чіткість зображення, якість якого при створенні першої копії сильно погіршується.
MicroMV пропонується знову ж таки тільки фірмою Sony і є повною протилежністю камерам Digital 8. MicroMV-камери дуже малі, навіть, мініатюрні, але цю особливість насилу можна віднести до переваг, оскільки знімати в звичайних умовах такими камерами дуже незручно, тому що рука практично не відчуває ваги камери, тримати і управляти microMV-камерою не дуже зручно. Крім того, найбільший недолік microMV-камер полягає в нестандартному форматі запису відео на стрічку. Записане на такий відеокамері відео розуміє тільки спеціальна програма від Sony. До того ж касети microMV коштують у два рази дорожче інших касет для цифрових камер.
Формат miniDV зараз став найпоширенішим для побутових цифрових відеокамер. Абсолютно всі виробники випускають камери в цьому форматі. Камери з таким форматом легкі, компактні, з гарною якістю картинки. Цифрове відео записується на касету з хорошою вмещаемость - 60 хвилин SP (90 хвилин LP). Дозвіл зображення наближене до професійного - до 540 ліній по горизонталі; стереозвук якості CD. Ціновий діапазон дуже широкий, тому ви легко зможете вибрати відповідну відеокамеру.
На сьогоднішній день найбільш популярними є два види - це касета з магнітною стрічкою (MiniDV) і диск DVD (MiniDVD діаметром 8 см ).
Формат miniDV забезпечує високу якість відео і зручність для редагування на комп'ютері. Запис ведеться на 6-мм стрічку. На стандартній касеті вміщується 60 хвилин запису з нормальною швидкістю. MiniDV-камери забезпечуються інфрачервоним освітленням, що дозволяє вести відеозйомку в темряві. Крім відеозйомки формат miniDV-камер дозволяє робити фотографії. Але основний недолік - це величезний розмір нестисненого відео, який на жорсткому диску займає близько 12 ГБ для годинного фільму.
Відеокамери формату DVD дозволяють записувати відео відразу на DVD-Video-диск (він же miniDVD: DVD-R, DVD-RAM і DVD-RW), який можна просто вийняти з камери, вставити в DVD-плеєр і відразу ж подивитися результат зйомки. Що стосується звуку, то тут передбачений формат, що створює ефект домашнього кінотеатру. При покупці вибирайте відеокамеру, яка записує відео на диски того формату, який підтримує ваш DVD-плеєр: DVD-RAM або DVD-RW. До особливостей DVD-відеокамер слід також віднести те, що ці камери більш чутливі до тряски і вібрації, ніж відеокамери, що знімають на плівку.
Не так давно з'явилися відеокамери, які використовують в якості носія флеш-пам'ять і HDD. Камери, що використовують як носія флеш-пам'ять за якістю зйомки поки поступаються miniDV, зате вони компактні, володіють незначним енергоспоживанням і підвищеною надійністю. Запис ведеться у форматі MPEG4. У такому форматі відео займає мало місця. Зняті кліпи легко копіюються з флеш-карти на комп'ютер за допомогою порту USB 2.0. HDD - мабуть, найбільш перспективний напрямок. Поки таких камер небагато і стоять вони дорого. За допомогою такої відеокамери є можливість записувати відео 21 годині без перерви, прикладом може служити Sony DCR-SR100.

Глава 8. Носії цифрового відео

Об'єднання касети з камерою було першим кроком по заміні аматорських кінокамер. Проте їх розміри через використовуваної касети VHS були дуже великими. Першим суттєвим кроком на шляху мініатюризації відеоапаратури було створення касети формату VHS-C, а потім і Video8 (1985). Касета Video8, наприклад, має габарити 95х62, 5х15 мм, більш ніж у п'ять разів менше за обсягом стандартної касети VHS. Але це були ще аналогові формати.
Перший побутовий цифровий формат DV з'явився в 1995 році. Оскільки касета DV зі стрічкою менше, ніж касети формату VHS-C або Video8, цифрові камкордери менше і легше, ніж їх аналогові двійники.
У 1999 році корпорація Sony модернізувала свій аналоговий формат Video8 в цифровий Digital8. При використанні магнітної стрічки категорії Hi8 якість запису зображення та звуку можна порівняти з якістю формату DV. Фахівці Sony на цьому не зупинилися і в 2001 році розробили новий формат MICROMV. Касета має габарити всього 46х30, 2х8, 5 мм, тобто її обсяг на 30% менше, ніж у DV-касети. У режимі SP на касету можна записати до 60 хвилин високоякісного відео.
Ще один варіант цифрового відеозапису Digital HD на DV-касеті представила в березні минулого року компанія JVC. Камкордер GR-DH1 може записувати відео у форматі MPEG з ефективним числом рядків до 720.
Популярність цифрових камкордерів в світі дуже велика, хоча й істотно різниться по регіонах. Так, в Японії до 95% всіх відеокамер цифрові, в той час як у Європі вони становлять 60%, а в США - взагалі тільки 30%.
Сьогодні магнітний носій (стрічка в касеті) вже не є єдиним для запису цифрового відео. Все більше фірм пропонують моделі, в яких відеозапис здійснюється на оптичний носій. Записувані DVD як носій в камкордерах стали використовуватися в 2001 році. Першу камеру з використанням диска DVD-RAM діаметром 8 см розробила фірма Hitachi. Ця камера також дозволяє робити записи на одноразові DVD-R. Камкордери з аналогічними носіями сьогодні виробляє і Panasonic. Sony у своїх останніх дискових відеокамерах використовує як носія диски DVD-R/RW такого ж діаметру. Оскільки запис на DVD ведеться у форматі MPEG-2, то своє відео можна відразу відтворити на DVD-програвачі. І тут можна тільки вітати вибір Sony, оскільки число побутових програвачів, які розуміють DVD-RAM, обмежена, а DVD-R/RW - рідні майже для всіх.
Удосконалення цифрових методів обробки зображень (поява алгоритмів стиснення MPEG-4 і WMV) призвело до істотного зниження обсягу даних, які потрібно записати без помітної втрати якості. Тому природним було поява моделей камкордерів з використанням жорсткого диска як носія відеоінформації. Корпорація Toshiba вже розробила прототип цифрового камкордера з мікровінчестером розміром з PC-карту. Samsung Electronics планує випускати цифровий камкордер з записом на вбудований жорсткий диск у форматі MPEG-4 і дозволяє переносити зображення на комп'ютер. Ми вже писали про розробку фірмою Philips приводу для малогабаритних (діаметром 30 мм ) Дисків Blu-ray, які фірма розглядає як носій для майбутніх моделей цифрових камкордерів.
Використання напівпровідникової пам'яті почалося з фотокамер: оскільки ємність флеш-карт була мала, її вистачало тільки на нерухомі зображення. Зручність змінного носія швидко оцінили не тільки фотоаматори, а й виробники відео. І практично відразу в цифрових камкордерах формату DV з'явилися слоти для флеш-карт, на які можна було записувати фотозображення. Проте зі збільшенням ємності становище змінилося. І ось вже Panasonic пропонує моделі, які дозволяють записувати відео в форматі MPEG-4 на картки пам'яті Security Digital (SD). Зараз відбувається зближення і взаємне проникнення фотокамер і камкордерів. Не тільки останні цифрові фотокамери, але й мобільні телефони і кишенькові персональні комп'ютери (КПК або «надолонники») мають функцію запису цифрового відео. КПК компанії Sony можуть записати до 120 хвилин відео на Memory Stick ємністю 128 МБ. Звичайно, для запису цифрового відео хорошої якості і достатньої тривалості при сучасних методах стиску потрібно ємність не менше 1 ГБ.
Характерний останній приклад: кишенькова комбінована фотовідеокамера Sanyo FVD-C1 - найлегший у світі камкордер з записом MPEG-4 високої роздільної здатності на флеш-карту SD. Фото записуються з максимальним дозволом 3,2 мегапікселя, а інформація зберігається на SD-карті 512 Мб (входить в комплект). Якщо вибрано максимальну якість, що відповідає, на думку фірми, DVD (дозвіл VGA 640х480, частота 30 кадрів секунду), то на карту поміщається до півгодини відео. Якщо влаштовує VHS-якість, то на карті вміщується вже 80 хвилин відеозапису. У режимі фотозйомки можна зробити 491 знімок в режимі 3,2 мегапікселя (2048х1536) або до 3931 знімка в режимі 0,3 мегапікселя (640х480).
Змінні флеш-карти зручні і ще з однієї причини. Вже сьогодні багато виробників пропонують телевізори та DVD-програвачі зі слотами для флеш-карт, що дозволяє здійснити перегляд слайдів або відео без копіювання на інший носій.
Разом з тим необхідно відзначити, що саме цифровий характер запису дозволяє копіювати її і редагувати, використовуючи комп'ютер і зберігаючи при цьому початкову якість. Практично всі сучасні камкордери із записом на DV обладнані портами i.Link для передачі інформації в комп'ютер або на DVD-рекордер. У разі використання в якості носія відео записуваних DVD або змінною флеш-карти здійснити його перенесення в комп'ютер ще простіше.
Запис на флеш-карту фото або відео у форматі MPEG-4 або WMV вже практично реалізована в багатьох моделях, основною перешкодою їх поширення залишається обмежена ємність пам'яті і висока ціна. Сьогодні за сотню-другу доларів можна купити карту ємністю 512 МБ. Технологічно вже можливе створення флеш-карти ємністю 4 Гб і навіть удвічі більшою шляхом об'єднання чіпів в одному корпусі, питання тільки в прийнятній для ринку ціною.
Тим не менш створюється враження, що виробники штучно стримують зниження цін на флешки. Адже поява малогабаритного дешевого твердотільного носія ставить під сумнів подальше існування і DV, і записуваних DVD. Значить - прощай, прибутку. І гіганти світової індустрії заздалегідь готують плацдарм для відступу - HD-DVD. Причому поки навіть не важливо, чи буде це диск Blu-ray або якийсь інший. Важливо, що це дасть нову якість зображення, недоступне іншим носіям.

Глава 9. Системи супутникового телебачення

Категорії систем СТВ
Системи супутникового телебачення (СТВ) можуть розглядатися з двох точок зору: використовуваної технології і устаткування, а також організаційної структури.
З технічної точки зору зручно розділити системи супутникового телебачення за типом користувачів. Більша частина телевізійних програм розподіляється по супутникових каналах наступним категоріям користувачів:
Мовні компанії, які приймають передачі великих телекомпаній і формують на їх основі пакети програм для розподілу по наземним ефірним мереж. Електронний збір новин та передача готових пакетів програм для ефірної ретрансляції також потрапляють в цю категорію.
- Головні станції систем кабельного телебачення, що розподіляють прийняті з супутника пакети програм по кабельних мережах.
- Приймальні станції колективного користування TV Receive Only або TVRO, обслуговуючі невеликі групи глядачів.
- Індивідуальні (домашні) приймальні системи Direct To Home (DTH), розраховані на використання однією особою або родиною.
Три останні групи користувачів зацікавлені у використанні мінімальної кількості антен для прийому максимальної кількості телевізійних каналів. Тому вони завжди віддають перевагу багатопрограмних систем СТВ, що дозволяє приймати на одну антену, тобто з одного супутника, не менше 10-15 програм.
З організаційної точки зору системи СТВ зручно поділяти в залежності від участі оператора супутникової системи у формуванні пакету трансльованих програм. У цьому випадку основними категоріями систем будуть наступні:
- Оператор здає в оренду або продає ресурси супутникової системи і не бере жодної участі у формуванні програм. Тобто він просто транслює чиїсь інші програми. Як приклад можна навести системи "Астра", "Хьюз Галаксі", "Евтелсат Хот Бьорд".
- Оператор також формує програмні пакети і отримує дохід від розміщення в них реклами та платежів від операторів кабельних мереж за використання цих програм. Безпосередньо з глядачів плата не стягується. Прикладом такої системи СТВ є "СтарТВ" на супутнику "АзіяСат".
- Оператор супутникової системи повністю формує програмний пакет і транслює його в закодованому вигляді. Плата за користування каналами стягується з глядачів прямо з використанням обладнання авторизації доступу до мережі. Часто також стягується плата з рекламодавців за розміщення реклами в каналах мережі. Як приклад можна назвати системи "ДірекТВ", "Бі-Скай-Бі" і НТВ +.
Методи формування сигналів
Якість телевізійного зображення багато в чому визначається методами його формування та передачі. У середині сімдесятих, коли супутникові системи передачі телевізійних програм тільки створювалися, в них використовувався аналоговий телевізійний сигнал, як і в наземному мовленні. До теперішнього часу велика кількість супутникових систем, як і раніше продовжують використовувати цей метод при передачі телевізійних сигналів. Однак, такий тип сигналу не дуже хороший для супутникових систем, і активізувалися пошуки нових, більш досконалих методів трансляції. Вельми привабливим було б використання цифрових методів передачі, але через технічні труднощі, в першу чергу через величезну смуги частот, необхідної для передачі стандартного телевізійного сигналу в цифровому вигляді, у той час це було неможливо.
У зв'язку з цим на початку вісімдесятих років у Європі був розроблений і прийнятий комбінований цифро-аналоговий стандарт, що отримав назву МАС (Multiplexing Analogue Components, тобто мультиплексування аналогових компонент). Стандарт МАС знайшов достатньо широке поширення в європейських системах супутникового телевізійного мовлення, але так і не зміг завоювати серйозну нішу на ринку. Нарешті, наприкінці вісімдесятих були розроблені алгоритми стиснення цифрового відеосигналу, т.зв. видеокомпрессии, на основі якого був прийнятий широко використовується в даний час в супутниковому мовленні стандарт MPEG-2 (Motion Picture Expert Group). Саме цей стандарт цифрового видеокомпрессии став в останні кілька років головною рушійною силою бурхливого розвитку безпосереднього супутникового мовлення. На цифрове телевізійне мовлення з використанням цього стандарту планується поступово перевести не тільки супутникові, а й наземні ефірні та кабельні системи.
Таким чином, в даний час використовуються три види передачі телевізійного сигналу: аналоговий, цифро-аналоговий і цифровий зі стисненням.
Аналоговий метод
Стандартний телевізійний сигнал являє собою електричний струм, що змінюється в часі. Форма цих змін повторює розподіл яскравості і кольору на шляху розгорнення зображення по рядках. Він також включає в себе різні синхронізуючі і керуючі сигнали, а також сигнал звукового супроводу. Такий сигнал є аналогом зображення і називається комплексним телевізійним сигналом. Поступаючи на вхід телевізійного приймача цей сигнал з допомогою кінескопа і гучномовця, а також електронних систем, які ними керують, перетворюється в зображення і звук.
Телевізійний сигнал характеризує сукупність його параметрів: число кадрів в секунду, кількість рядків у кадрі, тривалість і форма синхронизирующих і гасять імпульсів, полярність сигналу, частота піднесе звуку, метод кодування сигналу кольоровості спільно з сигналом яскравості. Сукупність значень цих параметрів складає стандарт телевізійного сигналу.
Найбільш широко поширені стандарти з числом рядків у кадрі 625, частотою зміни кадрів 25 (50 напівкадрів) в секунду і частотою рядкової розгортки 15625 Гц. Однак у декількох системах число кадрів в рядку становить 525, а число кадрів - 30 (60 напівкадрів) за секунду. Звуковий супровід зазвичай передається на частоті 5,5 - 6,5 МГц.
З появою кольорового телебачення виникла необхідність створення стандартів на передачу на додаток до сигналів яскравості і звуку сигналів кольоровості. В даний час використовуються три системи кольорового телебачення, що розрізняються способом кодування сигналів кольоровості: PAL, SECAM і NTSC. Всі вони сумісні з раніше діючими стандартами чорно-білого телебачення і сигнал кольоровості доданий до основного сигналу яскравості. При цьому чорно-білий телевізор просто не сприймає сигналу кольоровості.
Стандарт SECAM використовується в країнах Східної Європи, Росії і у Франції. Система PAL - в країнах Західної Європи та Близького Сходу. Система NTSC поширена головним чином на американському континенті.
Цифро-аналоговий метод
Компромісом між аналоговими і цифровими методами передачі телевізійного сигналу по супутниковим каналам стала цифро-аналогова система МАС (Multiplexed Analogue Components - мультиплексування аналогових компонент).
Розробка і впровадження стандарту МАС було частиною глобального європейського проекту EUREKA-95, який ставив собі за мету формування концепції єдиного стандарту для телебачення високої чіткості (ТБВЧ) і розробку повного комплекту обладнання для виробництва, обробки, передачі, прийому і відтворення відеопрограм як для професійних, так і для побутових цілей. Було запропоновано кілька модифікацій цього стандарту, включаючи версії для телебачення підвищеної якості (ТВПК) і ТБВЧ.
У всіх нині використовуваних варіантах системи МАС застосовується тимчасовий поділ аналогових складових сигналів яскравості і кольоровості. Це дозволяє не тільки звести практично до нуля фазові і перехресні спотворення відеосигналу, але й домогтися скорочення спектру сигналу за рахунок застосування систем його часткового стиснення.
Ці системи забезпечують наступні, поліпшені в порівнянні з традиційними аналоговими системами, характеристики телевізійного мовлення:
- Відсутність перехресних спотворень сигналів яскравості і кольоровості.
- Значне зниження шумів в каналі кольоровості.
- Передачу сигналів звукового супроводу, синхронізації, телетексту та іншої службової і додаткової інформації у цифровій формі.
- Підвищення дозволу (чіткості зображення) за рахунок більшої смуги частот сигналів яскравості і кольоровості.
На підставі базового стандарту МАС в різних країнах було розроблено декілька його версій для систем супутникового телевізійного мовлення. Вони розрізняються головним чином способами передачі цифрових і аналогових сигналів.
Незважаючи на помітну перевагу перед аналоговими методами передачі телевізійної інформації, стандарт МАС так і не зміг завоювати значної частки на ринку супутникового телебачення.
По-перше, він по суті своїй є компромісним і не в змозі повністю усунути всі недоліки аналогових систем. Якість зображення виявилося не набагато краще, ніж в добре налагоджених аналогових системах. А впровадження систем ТВПК і ТБВЧ, де стандарт МАС помітно вигравав, сильно затягнувся.
По-друге, установка декодерів МАС в приймачі СТВ і звичайні телевізійні приймачі призводило до помітного підвищення їх вартості, що негативно позначилося на попиті на них.
По-третє, поява в кожній з країн своєї версії стандарту МАС призвело до появи проблем несумісності обладнання різних фірм. У результаті, спроба створення єдиного стандарту призвела до протилежного - появи декількох нових. По-четверте, серйозний удар по стандарту МАС було завдано дуже успішним виходом на європейський ринок системи багатоканального СТВ "Астра", що відмовилася від використання технології МАС. У результаті, більш дешеві приймачі для цієї системи стали досить популярними і дуже швидко система "Астра" змогла завоювати до 90% глядацької аудиторії супутникового телебачення в Європі.
Суттєвий перелом на ринку супутникового телебачення відбувся лише після розробки чисто цифрової системи мовлення, що використовує технологію видеокомпрессии.
Цифровий метод
Зростаючі вимоги до якості телевізійного мовлення, підготовки програм і їх збереження, а також необхідність зниження витрат на всіх етапах виробництва і трансляції, вимагають розробки нових ефективних методів обробки і передачі телевізійних сигналів. Всім цим вимогам відповідає використання цифрових методів у телебаченні.
Цифрове телебачення - область телебачення, в якій операції обробки, запису й передачі телевізійного сигналу пов'язані з його перетворенням в цифрову форму. Системи цифрового телебачення можна умовно розділити на два основних типи:
1. Аналоговий телевізійний сигнал перетворюється в цифрову форму тільки для його цифрової обробки, збереження телевізійної програми (відеозапис) або передачі їх по каналах зв'язку, а потім трансформується тому в аналогову форму. При цьому використовуються існуючі телевізійні передавальні і ретрансляційні станції, і приймальне обладнання.
2. Перетворення переданого зображення в цифровий сигнал виробляється безпосередньо в перетворювачі світло-сигнал (зазвичай відеокамера), а зворотне перетворення - в перетворювачі сигнал-колір (телевізійному приймачі). У всіх інших ланках тракту телевізійна інформація обробляється і передається в цифровій формі.
В даний час в основному застосовуються системи цифрового телебачення першого типу. Цифрові методи вже досить давно використовуються в професійному телебаченні. Це, в першу чергу, цифрова обробка зображень, створення спеціальних ефектів, цифровий відеозапис і так далі. Цифрові методи почали також застосовуватися в побутовій відеоапаратурі.
А кілька років тому, нарешті, з'явилася цифрова система супутникового телебачення. Єдиним аналоговим приладом в тракті залишився телевізійний приймач. Проте впровадження цифрових методів в телебаченні йде настільки швидко, що недалеко той час, коли весь телевізійний тракт стане цифровим. Головними факторами, що впливають на темпи переходу від аналогового телебачення до цифрового, є час і кошти, необхідні на модернізацію розподільчих та радіомовних мереж та заміну величезного парку аналогових телевізійних приймачів цифровими.

Глава 10. Телебачення високої чіткості (HDTV: High-Definition Television)

Під телебаченням високої чіткості (ТВЧ) розуміють передача зображення з числом рядків, приблизно вдвічі перевищує показник в існуючих стандартів, та форматом кадру (відношення ширини кадру до його висоти) 16:9. Обсяг інформації міститься в кожному кадрі ТВЧ зображення, зростає в п'ять-шість разів у порівнянні зі звичайним телебаченням. На ТВЧ зображенні відсутні дефекти, властиві прийнятим сьогодні стандартам ТБ мовлення, - недостатня роздільна здатність, помітність піднесе, перехресні спотворення сигналів яскравості і кольоровості, мерехтіння зображення через недостатньо високої частоти кадрів, тремтіння рядків і т.д. ТВЧ забезпечує суттєве підвищення якості ТБ зображення, наближаючи його сприйняття до зорового сприйняття природних, натуральних сцен і сюжетів. Таке радикальне поліпшення якості зображення не може бути досягнуто ні модифікацією існуючих стандартних систем кольорового ТБ, ні ТБ системами підвищеної якості.
У США, Японії, європейських країнах в останні п'ять-сім років ведуться численні розробки нових ТВ стандартів з поліпшеною якістю зображення. Розроблено сумісні системи телебачення підвищеної якості (ТВПК), у яких усунуті найбільш характерні спотворення ТБ сигналу, дещо збільшена роздільна здатність, введений формат зображення 16:9 (стандарти МАС, PAL-плюс).
HDTV (High Definition Television - телебачення високої чіткості) - сьогодні це найбільш передова і високотехнологічна область цифрового телебачення, порівнянна за своїм значенням з появою кольорового телебачення у 60-х роках 20 століття. У буквальному сенсі англомовних абревіатур - HDTV (High Definition Television) - це частина DTV (Digital Television).
HDTV підтримує стандарти 1080i і 720p, володіє широкоекранним 16:9 зображенням, звуком Dolby Digital 5.1., Відповідно, є найвищою точкою розвитку телевізійних технологій.
За допомогою HDTV забезпечується доставка в кожен будинок надзвичайно чистого, яскравого і чіткого зображення, практично збігається за якістю з 35-мм кіноплівкою, і з багатоканальним звуковим супроводом.
Висока чіткість (HD) означає, що число ліній та число пікселів в кожній лінії телевізійної картинки суттєво збільшені у порівнянні з телебаченням стандартної чіткості (SD). У той час, як телевізійне SD-зображення передається з роздільною здатністю 720х576 пікселів, HD-зображення має роздільну здатність 1920х1080 пікселів. Число елементів зображення, що передаються за одну секунду, збільшено в 5 разів. Це дозволяє істотно збільшити чистоту, чіткість і деталізацію зображення і пояснює те захоплення, яке викликає перегляд HDTV-картинки на високоякісних плоскопанельних дисплеях або на проекторах в домашніх кінотеатрах.
Переваги цифрового кодування в телебаченні очевидні: навіть при прийомі «цифри» на звичайний телевізор якість зображення підвищується через відсутність спотворень на різних етапах телевізійного тракту. При цьому розгортка променя залишається чересстрочной і роздільна здатність екрану не зростає. Для суттєвого підвищення якості телезображення необхідно ввести нові стандарти для формування й приймання відеосигналу, такою системою є телебачення високої чіткості (ТВЧ). Американський стандарт (ATSC) розрахований на перегляд передачі як на телеекрані, так і на моніторі комп'ютера. При цьому високу якість картинки можна отримати лише на екрані спеціального широкоформатного телевізора з 1080 активними рядками, чересстрочной розгорткою.
Для ТВ-приймачів
Кількість активних рядків - 1080;
Польова частота, Гц. - 60;
Перемеженіє в розгортці - (2:1) інтерлейсінг;
Формат кадру - 16:9.
Для моніторів ПК
Кількість активних рядків - 720;
Польова частота, Гц. - 60;
Перемеженіє в розгортці - (1:1) прогресивна розгортка променя;
Формат кадру - 16:9.
Згідно ATSC-стандарту, кожен ТВ-приймач повинен декодувати будь-який з численних (а всього їх 18 різновидів) ATSC-форматів і виводити його точно у відповідності з можливостями конкретного підключеного приймача.
Зовні цифровий приймач ТВЧ відрізняється від аналогового більш широким екраном: якщо співвідношення сторін звичайного телевізора складає 4:3 (ширина до висоти), то в цифровому варіанті - 16:9. Якість телевізійного зображення помітно підвищується за рахунок двократного збільшення рядків розкладання і прогресивної розгортки (втім, розгортка може бути і чересстрочной). При прогресивній розгортці яскравість екрану може бути підвищена на 40%. Кількість відтворених деталей на екрані зростає в кілька разів. У новій системі розширена частота сигналу яскравості і колірних сигналів, тому оптимізована перенесення кольорів. Багатоканальна система передачі звуку дозволяє добитися ефекту присутності, так як аудіоінформація надходить до споживача з різних сторін.
Впровадження ТВЧ вимагає дорогої модернізації апаратно-студійного комплексу, але практика мовлення в США показала, що вже сьогодні число програм ТВЧ в загальному часі цифрового ТБ постійно зростає.
Для перегляду телебачення високої чіткості буде потрібно цифровий супутниковий HDTV ресівер або HD-DVD плеєр, а також телевізор у якого є логотип HD TV або HD Ready. Така техніка з'явилося на російському ринку зовсім недавно.
На російському ринку поки що небагато ТБ пристроїв, що відображають HDTV картинку повністю, без зменшення дозволу. Одним з цікавих варіантів як в плані ціни, так і в плані можливості відображення картинки Full HD є телевізор ACER AT3705-MGW. MGW в назві означає MediaGateway - "ворота в світ медіа". Право так називатися йому дає вбудований мережевий плеєр.

Глава 11. Довідкова інформація та терміни

Aspect Ratio - відношення ширини до висоти екрана. Співвідношення 4:3 означає, що розміри по горизонталі на третину більше розмірів по вертикалі. Стандартний телевізійний розмір 4:3 (або 1.33:1). Широкоформатні (widescreen) DVD і HTDV мають співвідношення 16:9 (або 1.78:1).
Bitrate - кількість біт - характеристика швидкості потоку відео та / або аудіо інформації. Вимірюється в тисячах кілобіт за секунду. Чим більше bitrate, тим більше місця на диску займає дана інформація і, як правило, при цьому поліпшується якість зображення. Bitrate в 8000 kbit / s відповідає 1 мегабайту в секунду. Наприклад, 60 секунд відео, закодованого з bitrate 8000 kbit / s, займе на диску 60 мегабайт.
Capture - Процес захоплення відео або ТБ сигналу на жорсткий диск комп'ютера. Може виглядати як захоплення з DV камери через порт Firewire.
CBR - Constant Bit Rate. Постійна швидкість при кодуванні - термін, застосовуваний для опису параметрів кодування в ряді варіантів MPEG формату і означає, що при кодуванні в MPEG формат швидкість одержуваного на виході кодера MPEG потоку завжди постійна і не залежить від виду кодируемой відеоінформації.
Codec - Скорочення від "comdivssion / deccomdivssion" (компресія / декомпресія). Кодеком називають алгоритм або спеціальну комп'ютерну програму що дозволяє обробити (застосувати компресію) і зменшити розміри великого файлу. Файл закодований (компресія) яким-небудь кодеком, вимагає той же кодек для декопмпрессіі.
Component Video - компонентний відеосигнал. Метод обробки зображення, при якому сигнал кольоровості і сигнал яскравості обробляються окремо, в аналоговій або цифровій формі. Якість такої обробки вище, ніж при композитному сигналі. Betacam - це аналоговий компонентний формат, D1 - це цифровий компонентний формат. Відео стандарт США - NTSC - це аналоговий композитний відео сигнал, D2 - це цифровий композитний формат.
Composite Video - композитний відео сигнал. Метод обробки зображення, при якому сигнал кольоровості і сигнал яскравості обробляються разом, в аналоговій або цифровій формі. Якість такої обробки нижче, ніж при компонентному сигналі. Формати S-VHS та VHS - це аналогові композитні апарати, D2 - це цифровий компрозітний метод. Формат Betacam - це аналоговий компонентний відео сигнал, D1 - це цифровий компонентний метод.
Compositing - композиція. Цей термін позначає процес складання готової графіки або анімації з різних елементів, шляхом монтажу з відео магнітофонів, відео дисків або на цифрових композиційних апаратах.
Comdivssion - Процес видалення надлишкової інформації для зменшення займаного файлами місця. Компресія без втрати якості дозволяє відновити оригінальні (початкові) дані, компресія з втратою якості видаляє частину корисної інформації для найкращого стиснення розмірів файлів і не дозволяє відновити оригінальні дані.
Convert - Перетворення одного формату в іншій. Наприклад DivX в MPEG, QuickTime в AVI, і т.д.
CSS - Content Scrambling System. В DVD-Video система шифрування призначена для захисту інформації від копіювання.
Deinterlace - Процес об'єднання двох "половинчастих" полів кадру в одне поле. Застосовується, наприклад, для прибирання артефактів черестрочного відео ("гребінка") при створенні нерухомих зображень.
Encoding - Процес перекладу (кодування) даних з одного формату в іншій за допомогою спеціальних кодеків. Дані - зазвичай файл містить аудіо, відео або слайди (нерухомі зображення). Найчастіше застосовується для досягнення сумісності з різним обладнанням, наприклад DVD плеєрами, або для зменшення місця займаного файлами.
Field - У черестрочном відео половина повного кадру (Frame) називається полем (field), званим також Field A або Field B. При роботі з черестрочним відео, особливо при кодуванні, дуже важливо знати порядок проходження полів, тобто яке поле йде першим A або B. Якщо вказати неправильний порядок проходження полів, то отримане відео буде мерехтіти. У стандарті NTSC розгортка здійснюється з частотою 60 напівкадрів в секунду, а у форматі PAL - з частотою 50 полів.
fps - (frames per second) - кадри в секунду.
Frame - кадр. Одиниця відео зображення. Якщо відео чересстрочной (Interlace) кадр складається з двох черезрядковий полів (напівкадрів), якщо відео з прогресивною розгорткою, то кадр формується порядкової розгорткою. Кількість ліній в кадрі залежить від TV системи - у системі PAL використовується 625 рядків, а в NTSC 525 рядків.
High Definition Television - High Definition Television, телебачення високої чіткості в поєднанні зі звуком Dolby Digital Surround (AC-3). Для HDTV необхідне нове обладнання як для передачі, так і для прийому користувачами. Більш високий дозвіл є родзинкою HDTV. Зображення в 720 або 1080 ліній не йде ні в яке порівняння із зображенням у 525 (NTSC) або 625 (PAL) ліній!
Формати використовувані в HDTV:
720p - 1280x720 точок. прогресивна розгортка
1080i - 1920x1080 точок. чересстрочная розгортка
1080p - 1920x1080 точок. прогресивна розгортка
Interlace - Черестрочное зображення. Тобто кожен кадр такого зображення формується з двох полів. Спочатку на екран виводяться непарні лінії зображення, потім парні. Кожен набір непарні / парних ліній називається полем.
Lossless Comdivssion - Технологія стиснення дозволяє відновлювати вихідні дані без втрат.
Lossy Comdivssion - Технологія стиснення дозволяє отримати високу компресію за рахунок повного видалення частини інформації, зберігаючи при цьому якомога більше корисної інформації. Використовує особливості людського сприйняття, при якому частина інформації може бути втрачена без помітного на око погіршення якості.
Noise - Шум. Помилкова інформація в сигналі приводить до погіршення зображення. Перевага цифрових форматів перед аналоговими полягає в тому, що такі перешкоди можна повністю видалити, між тим поява шуму можливе при компресії.
Progressive Scan - Система розгортки яка показує всі лінії кадру за один прохід.
Quantisation - Процес видалення надлишкової інформації з відеопотоку і управління компресією.
Resolution - Розмір зображення. Звичайно вказується як розмір ширини і висоти.
RGB - (Red, Green, Blue) - скорочення, що означає колірну схему відеосигналу. Реально видимий відтінок на екрані визначається співвідношенням трьох основних кольорів Червоного, Зеленого та Синього.
Список літератури
Джерела інтернету:
http://ru.wikipedia.org - Вікіпедіа - проект вільної багатомовної енциклопедії;
http://www.ixbt.com/divideo/codex-psnr.shtml - Порівняння відеокодеків за допомогою метрики PSNR;
http://www.comdivssion.ru/video/codec_comparison/ - Проведені в МДУ порівняння відеокодеків;
http://zoom.cnews.ru/ru/publication/index.php?art_id80=343 - Розбираємося з форматами цифрового відео;
http://www.techdeal.ru/ - Системи безпеки;
http://www.stereo.ru/whatiswhat.php?article_id=225-Носії цифрового відео;
http://www.comdivss.ru/Archive/CP/1999/10/16/ # 01 - Методи стиснення цифрового відео;
http://www.bhv.kiev.ua/books/book.php?id=8&book_id=225&content=2 - Короткий самовчитель роботи на персональному комп'ютері (Глава 8: Звук, відео і графіка);
http://broadcasting.ru/wiki/index.php - Енциклопедія @ Broadcasting. ru;
http://www.mteleport.ru/print.aspx?id=19&tb=1 - Системи супутникового телебачення;
http://www.refodrom.ru/satellite_tv_the_author_marchuk_av/s/44439/1.7.html - Супутникове телебачення;
http://www.diapaz.kz/source/tv_format.html - Формати відеозапису;
http://www.svcd.ru/docs/glossary/ - Глосарій;
http://www.ovideo.ru/articles.htm - Статті про відео;
http://itc.ua/article.phtml?ID=6185&IDw=45&pid=20 - Цифрове відео: огляд форматів;
http://rus.625-net.ru/625/1993/03/videom.htm - Відеомонтаж;
http://www.stereo.ru/whatiswhat.php?article_id=342 - Зупинись, мить! Ти чудово! (Частина друга);
http://www.stereo.ru - Stereo & Video.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Комунікації, зв'язок, цифрові прилади і радіоелектроніка | Реферат
299.3кб. | скачати


Схожі роботи:
Графічні формати
CD-ROM Формати і стандарти
Формати кадрів технології PDH
Будуємо мережу для відео
Криміналістична фотографія відео та звукозапис
Програми для обробки відео
Інформаційна система оптимізації роботи співробітників з прокату кіно та відео фільмів
Коротка інформація про конкурентної ситуації у сфері теле-відео кіно-індустрії РФ
Сучасні моделі зачісок і сучасні технології в перукарській справі
© Усі права захищені
написати до нас