Цифровое видео для начинающих

• материнская плата – SOYO DRAGON KT400 PE;

• память – 512 Мбайт DDR PC2700;

• звуковая карта – Terratec Aureon Space 7.1;

• ОС – Windows XP Professional.

Рис. 1.11. Логотип программы Ulead VideoStudio

СОВЕТ

В Интернете вы можете найти тесты для описанных выше устройств (сложный монтаж, MPEG-кодирование и т. д.) с выводами о пригодности того или иного оборудования для домашнего видеомонтажа.

Резюме

В этой главе приведены основные рекомендации по выбору оборудования для домашнего нелинейного видеомонтажа. Расширять приведенный здесь список можно и далее, но автор не считает это необходимым.

Глава 2
Теория цифровой обработки видеоизображений

Как устроен телевизионный видеосигнал

При обработке видео на компьютере очень часто возникают вопросы, ответить на которые без знаний о строении телевизионного сигнала и принципов работы телевидения просто невозможно.

Телевизионное изображение воспроизводится путем последовательного сканирования электронными лучами покрытого электролюминесцирующим веществом экрана. Сканирование происходит слева направо вдоль горизонтальных линий (телевизионных строк) и сверху вниз по строкам. Лучи пробегают строку за строкой сверху вниз до самого низа экрана, а затем возвращаются назад, потм опять – слева-направо и сверху-вниз. В результате полный телевизионный кадр представляет собой совокупность последовательно высвечиваемых линий, передающих пространственное распределение изображения. Установлено, что для восприятия человеческим глазом этой совокупности как целого она должна обновляться не реже 50 раз каждую секунду.

В практике телевидения реализован чересстрочный режим развертки, при котором за каждый проход луч пробегает только половину линий кадра – сначала четные, затем нечетные строки. Таким образом, каждый телевизионный кадр оказывается разделенным на два полукадра – их называют полями.

НОВЫЙ ТЕРМИН

На экране телевизора изображение меняется 50 раз в секунду, но не все изображение, а только половина его: сначала рисуется одна половина строк кадра изображения, затем другая. Каждая из половинок называется полем (field). В результате на экране телевизора электронным лучом прорисовывается 50 полей в секунду и при вертикальной частоте 50 Гц, кадров оказывается в два раза меньше – 25.

Человек не замечает «половинчатости» каждого подобного изображения как из-за инерции человеческого зрения, так и из-за послесвечения люминофора электронно-лучевой трубки телевизора.

Дискретизация и кодирование изображений

При передаче изображения по каналу связи его надо разбить на отдельные точки, а информацию о цвете и яркости каждой точки передавать последовательно (и построчно). Также необходимо передавать служебные синхронизирующие импульсы, сигнализирующие приемному устройству о конце строки и всего кадра. Принцип последовательной передачи изображения реализован в двух приборах – передающей и принимающей телевизионных «трубках». Электронный луч в передающей трубке отклоняется магнитным или электрическим полем и скользит по поверхности светочувствительной пластины, на которую объектив проецирует снимаемый объект. В зависимости от освещенности каждой точки пластины меняется сила тока в цепи. При этом мы имеем дело с аналоговыми сигналами. Оцифровку информации о яркости и цветности объекта можно сделать на устройстве, называемом видео-АЦП, или аналогово-цифровой преобразователе (capture board). После оцифровки непрерывные (аналоговые) сигналы станут ступенчатыми. Чем больше ступенек, тем выше качество оцифровки.

Для того, чтобы просмотреть цифровое видеоизображение, необходимо преобразовать цифровую информацию обратно в аналоговую форму. Данную процедуру осуществляет цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП, DAC – Digital-to-

Analog Converter). ЦАП формирует необходимый аналоговый видеосигнал, который воспринимается видеомонитором или телевизором, что позволяет осуществить просмотр видеофрагмента.

Представим, что некая картинка содержит светлые и темные области. Пример оцифровки такого изображения приведен на рис. 2.1.

Рис. 2.1. Видеофайл 0110 1001 1001 0110

Здесь все изображение поделено на квадраты: светлые области кодируются сигналом 0, а темные – сигналом 1. Оцифровка графики связана с терминами «дискретизация» (разбиение изображения на темные и светлые области) и «кодирование» (представление изображения в виде нулей и единиц). И следовательно, на рис. 2.1. слева представлена дискретизация изображения, а справа – его кодирование.

Видеостандарты

Видеостандартом называется описание формы кодирования видеоизображения определенным видеосигналом. Такое описание является неизменным и поддерживается различными производителями видеооборудования. В настоящее время в мире существует множество видеостандартов, определяющих различные типы телевизионного вещания.

Исторически сложилось, что видеостандарты варьируются в зависимости от географического расположения той или иной страны. К примеру, NTSC– стандарт используется в Северной Америке, в Центральной Америке, в Японии, на Южном побережье Тихого океана и в некоторых частях Южной Америки. Стандарт PALиспользуется в Англии, Западной Германии и Нидерландах. Стандарт SECAM– во Франции и в ее бывших колониях, в бывшем Восточном блоке и в странах Среднего Востока.

В настоящее время в эксплуатации находятся три совместимых системы цветного телевидения – NTSC, PAL, SECAM. Основные различия между ними заключаются в конкретных методах кодирования телевизионного сигнала (табл. 2.1.).

Таблица 2.1. Системы цветного телевидения – NTSC, PAL, SECAM

Особо не вникая во все тонкости цифр, кратко остановимся на особенностях этих видеостандартов.

NTSC

Наиболее старым видеостандартом является стандарт NTSC(National Television Systems Committee) – стандарт телевидения, установленный в 1950 году в США и Японии. Стандарт имеет частоту 30 кадров в секунду (60 Гц) в черететрочном режиме (нечетные строки отображаются за первый проход, четные – за следующий). Вертикальное разрешение NTSC составляет 525 сканирующих строк (но диапазон видимых строк – 484 строки). Обеспечивается поддержка 16 миллионов разных цветов. Одним из основных недостатков данной системы является большая чувствительность к фазовым искажениям сигнала. Кроме того, система подвержена амплитудно-частотным искажениям.

Спецификация NTSC представлена ниже в виде таблицы:

PAL

В России принят стандарт PAL(Phase Alternation Line). Стандарт PAL разработан в 1961 году и популярен в большинстве стран Европы. По сравнению с NTSC система PAL использует большую полосу пропускания и, как следствие, обеспечивает лучшее качество изображения и звука. Максимальное количество вертикальных линий, которое можно отобразить на телевизоре – 768. Количество строк в кадре – 625. Следовательно, полный телевизионный кадр получится 768 х 625. После отбрасывания служебных строк и обратного хода кадровой развертки (и с учетом того, что соотношение сторон TV кадра равно 4:3) остается реальное разрешение 720 х 576. Такое разрешение указывается для полноэкранного видео на компьютере во всех программах редактирования видео по видеостандарту PAL – рис. 2.2.

Рис. 2.2. Меню выбора разрешения в видеостандарте PAL для программы создания видеотитров Adobe Title Express

Спецификация PAL представлена ниже в виде таблицы:

SECAM

Во Франции телевидение использует стандарт SECAM(SEquential Couleur Avec Memoire). Частота кадров в SECAM соответствует частоте кадров в стандарте PAL, то есть 25 череcстрочных кадров в секунду (50 Гц). Система SECAM обладает тем преимуществом, что нечувствительна к фазовым искажениям благодаря частотной модуляции, однако в этой системе снижена вдвое цветовая четкость по вертикали вследствие того, что цветоразностные сигналы передаются по очереди через строку.

Спецификация SECAM представлена ниже в виде таблицы:

Форматы аналогового видео

Цветовые модели RGB и YUV. Композитный и компонентный видеосигналы

Самым ранним методом передачи видеосигналов является аналоговый метод. Одним из первых видеоформатов на основе этого принципа стал композитный видеосигнал. Поясним о чем идет речь.

Известно, что человеческий глаз суммарно воспринимает красную (Red), зеленую (Green) и синюю (Blue) части видимого спектра. Таким образом, цветовое восприятие человека трехкомпонентное. Глаз воспринимает также примерно 16 миллионов цветовых оттенков из комбинации этих трех главных цветов цветовой модели RGB.