Есть два типа видео: аналоговое и цифровое.
Аналоговый видеосигнал в телевидении содержит 625 строк в кадре при соотношении размера кадра 4×3, что соответствует телевизионному стандарту. В бытовых видеомагнитофонах для простоты декодирования сигналов объем информации ограничивается, что ведет к уменьшению четкости изображения и снижению числа строк до 240. Такое решение используется в форматах VHS и Video-8.
Разрешению в 400 линий соответствуют форматы записи S-VHS и Hi-8.
Появление цифровых видеокамер позволило получать сигнал сразу в цифровой форме tonfotos.com. Для них был разработан новый цифровой формат записи на магнитную ленту — DV (Digital Video). Это компонентный формат представления сигнала, который обеспечивает разрешение по горизонтали 500 линий.
Для преобразования аналогового видеосигнала в цифровую форму с определенными параметрами необходимо иметь аппаратные средства преобразования сигнала (TV-тюнер, карту видеомонтажа, контроллер 1394). Длительность процесса преобразования видеосигнала напрямую зависит от заданных параметров преобразования видео:
- • разрешения выходного видео;
- • качества сжатия сигнала;
- • количества спецэффектов добавленных в проект.
Для эффективного сжатия данных с минимальными потерями качества используют, как правило, алгоритмы сжатия:
- • MPEG1 — для записи синхронизированных видеоизображений (обычно в формате 358 х 228) и звукового сопровождения на CD-ROM (VideoCD) со скоростью считывания до 1,5 Мбит/с;
- • MPEG2 — для обработки видеоизображения соизмеримого по качеству с телевизионным при пропускной способности системы передачи данных в пределах от 3 до 15 Мбит/с; профессионалы используют и большие потоки, в аппаратуре используются потоки до 50 Мбит/с;
- • MPEG3 — для использования в системах телевидения высокой четкости (high — defenition television, HDTV) со скоростью потока данных 20—40 Мбит/с, но позже стал частью стандарта MPEG2 и отдельно теперь не упоминается;
- • MPEG4 задает принципы работы с цифровым представлением медиаданных для трех областей: интерактивного мультимедиа (включая продукты, распространяемые на оптических дисках и через Сеть), графических приложений и цифрового телевидения;
- • MPEG7 — для детального описания разнородного мультимедийного материала и др.
Все они служат различным целям, имеют различные характеристики, но нацелены на наиболее эффективное сжатие данных с минимальными потерями качества. MPEG (Moving Picture Expert Group) — название экспертной группы ISO (международной организации по стандартизации) по кодированию и сжатию видео- и аудиоинформации. Стандарты MPEG применяются в цифровом радиовещании, кабельном и спутниковом ТВ, Интернет-радио, мультимедийных компьютерных продуктах, в коммуникациях по каналам ISDN и многих других электронных информационных системах.
При работе с цифровым видеосигналом возникает необходимость обработки и хранения очень больших объемов информации. Например, одна минута цифрового видеосигнала с разрешением S1F (сопоставим с VHS) и цветопередачей true color (миллионы цветов) займет (228 х 358) пикселов, 25 кадров/с = 442 Мбайт. На носителях, используемых в современных ПК, таких как компакт-диск (CD ROM, около 650 Мбайт) или жесткий диск (в несколько Гбайт), сохранить полноценное по времени видео, записанное, в таком формате не удастся. С помощью MPEG-сжатия объем видеоинформации можно значительно уменьшить без заметной деградации изображения.
Чтобы хранить и обрабатывать видео на компьютере, необходимо закодировать его особым образом. Изображение в видео состоит из отдельных кадров, которые меняются с определенной частотой. Кадр кодируется как обычное растровое изображение, т. е. разбивается на множество пикселов. Закодировав отдельные кадры и собрав их вместе, можно описать все видео.
Базовым объектом кодирования в стандарте MPEG является кадр телевизионного изображения. Поскольку в большинстве фрагментов фон изображения остается достаточно стабильным, а действие происходит только на переднем плане, сжатие начинается с создания исходного кадра. Исходные (Intra) кадры кодируются только с применением внутрикадрового сжатия по алгоритмам, аналогичным тем, которые используются в JPEG. Кадр разбивается на блоки 8×8 пикселов. Над каждым блоком производится дискретно-косинусное преобразование (ДКП) с последующим квантованием полученных коэффициентов. Вследствие высокой пространственной корреляции яркости между соседними пикселами изображения ДКП приводит к концентрации сигнала и низкочастотной части спектра, который после квантования эффективно сжимается с использованием кодирования кодами переменной длины. Обработка предсказуемых (Predicted) кадров производится с использованием предсказания вперед по предшествующим исходным или предсказуемым кадрам. Кадр разбивается на макроблоки16 х 16 пикселов, каждому макроблоку ставится в соответствие наиболее похожий участок изображения из опорного кадра, сдвинутый на вектор перемещения. Эта процедура называется анализом и компенсацией движения.
Допустимая степень сжатия для предсказуемых кадров превышает возможную для исходных в три раза. В зависимости от характера видеоизображения кадры двунаправленной интерполяции (Bidirectional Interpolated) кодируется одним из четырех способов: предсказание вперед, обратное предсказание с компенсацией движения, внутрикадровое предсказание изображения, двунаправленное предсказание при резкой смене сюжета или при высокой скорости перемещения элементов изображения. С двунаправленными кадрами связано наиболее глубокое сжатие видеоданных, но, поскольку высокая степень сжатия снижает точность восстановления исходного изображения, двунаправленные кадры не используются в качестве опорных.
Если бы коэффициенты ДКП передавались точно, то восстановленное изображение полностью совпадало бы с исходным. Однако ошибки восстановления коэффициентов ДКП, связанные с квантованием, приводят к искажениям изображения. Чем грубее производится квантование, тем меньший объем занимают коэффициенты и тем сильнее сжатие сигнала, но и тем больше визуальных искажений.
Видеоизображение передается между различными устройствами путем обработки видеосигналов. Это необходимо для правильного выбора и состыковки устройств, работающих в различных видеоформатах: Video-8, Hi-8, D6, Digital Betacam, Betacam SX и др. Например, в линейку оборудования формата Digital Betacam входят следующие устройства:
