Цифровое видео для начинающих
Шрифт:
Теле-видеокамеры цветных изображений также формируют три сигнала – R, G, B, то есть при передаче цветного изображения картинка, полученная из объектива с помощью системы светофильтров, раскладывается на три составляющих – красную (R), зеленую (G) и синюю (B). Каждый цвет передается своей трубкой. Принимающая трубка имеет три электронных луча, скользящих по поверхности люминофора, дающего точки красного, зеленого и синего цветов, то есть в телевизионных и компьютерных мониторах экран одновременно сканируют три электронных луча, вызывая световые вспышки красного, зеленого и синего цветов. Глаз же при этом воспринимает не отдельные три луча, а результирующее (аддитивное)
Однако для телепереноса цветного изображения через эфир технически эффективнее кодировать цвет иным образом. Дело в том, что глаз менее чувствителен к пространственным изменениям оттенков цвета (цветности), чем к изменениям яркости. Поэтому цветовая информация может передаваться с меньшей пространственной четкостью (разрешением). В результате исходные RGB-видеосигналы в телевидении перед передачей преобразуют (кодируют) в сигнал яркости Y и два цветоразностных сигнала U и V (цветности). Формулы кодирования при передаче изображений в цветовой модели YUV таковы:
Y = 0,299R + 0,587G + 0,114B;
U = R – Y;
V = B – Y.
По этим формулам RGB преобразуется в YUV. Здесь сигнал цветности (U, V) – это синусоидальная волна, моделируемая на сигнал яркости в качестве поднесущей (subcarrier). Сигналы U и V передаются с разрешением в два раза меньшим, чем Y.
Рис. 2.3. Применение цветовой модели RGB в TV
Использование вместо YUV цветовой модели RGB позволяет уменьшить объем передаваемой информации и строить более дешевые видеосистемы.
Таким образом, телевизионный видеосигнал можно представить как композицию трех сигналов Y, U, V и синхроимпульсов. Такой сигнал называют композитным.
НОВЫЙ ТЕРМИН
Совместное использование сигналов яркости (Y) и цветности (U,V) называется композитным видеосигналом (composite signal). Наиболее часто этот видеосигнал используется в аналоговой бытовой видеотехнике формата VHS. Из-за объединения этих элементов в одном сигнале качество композитного видео далеко от совершенства. В результате мы имеем неточную передачу цвета, недостаточно «чистую» картинку и другие факторы потери качества.
При приеме в цветном телевизоре осуществляется обратный процесс восстановления исходного (оригинального) изображения и YUV преобразуется в RGB. Формулы декодирования сигнала таковы:
R = Y + U
B = Y + V
G = Y – 0.509 U – 0,194V
ПРИМЕЧАНИЕ
Более детальное изучение терминов аналогового телевещания (например «вид сигнала YUV 4:2:2») выходит за рамки нашей книги, и мы предлагаем вам, при желании, изучить их самостоятельно. Заметим только, что для модели YUV применяются режимы: 7 бит/пиксель (это примерно 2 млн цветов в цветовой модели RGB) и 8 бит/пиксель (4:4:4 – это примерно 16 млн цветов в цветовой модели RGB).
Композитное видео быстро уступило дорогу компонентному видео, в котором различные видеокомпоненты (яркость, цветность, синхроимпульсы) представлены как независимые сигналы.
НОВЫЙ ТЕРМИН
Компонентный видеосигнал (component signal) – это способ хранения и обработки видеосигнала, при котором компоненты видеосигнала (сигналы яркости и цветности) хранятся и передаются по каналам связи по отдельности (независимо).
Наиболее популярным вариантом компонентного сигнала является видеосигнал Y/C, состоящий из разделенных сигналов яркости (компонента Y) и цветности (С). Канал цветности содержит в себе информацию об оттенке и насыщенности
цвета и называется компонентой C. Сигнал Y/C используется в системах S-VHS и Hi-8.В профессиональной видеотехнике используется YUV-сигнал. YUV – обозначение аналоговых яркостного и цветоразностных сигналов. Этот сигнал также является компонентным сигналом и позволяет получать максимальное качество изображения, так как требует минимальной обработки при записи и воспроизведении видеоизображения. Данный сигнал обычно используется в видеотехнике форматов U-Matic, Betacam, Betacam SP, M-II и D-3.
Несмотря на широкую популярность аналогового телевидения, такой принцип имеет очевидные недостатки:
• во время передачи видеосигнала возникают различные электромагнитные помехи, ухудшающие изображение;
• запись и копирование аналогового видеосигнала всегда сопровождается некоторой потерей качества.
В связи с этим дальнейшее развитие технологий передачи и обработки видеоизображения пошло по пути использования цифрового видеоизображения.
Цифровое видео
Недостатки, присущие аналоговому способу воспроизведения видео, привели к разработке цифрового видеоформата – на смену аналоговому видео пришло цифровое.
НОВЫЙ ТЕРМИН
Цифровое видео (Digital Video) – термин, обозначающий группу устройств, в которых видеосигнал записывается и обрабатывается в цифровой форме. Компьютерное цифровое видео представляет собой последовательность цифровых изображений и связанный с ними звук, то есть мультимедиа.
Для цифровых видеокамер был разработан специальный цифровой формат записи на магнитную ленту – DV(Digital Video). Это компонентный формат представления сигнала, который обеспечивает разрешение по горизонтали 500 линий. Оцифровка осуществляется с разрешением 720 х 576 согласно схеме 4:2:0 (каждый кадр содержит 720 х 576 значений яркости Y и по 360 х 288 значений цвето-разностных сигналов U и V). Благодаря раздельной записи видео и звука формат DV позволяет добавлять звуковое сопровождение после завершения записи или редактирования видео, а также перезаписывать звук.
Основные характеристики цифрового видео
Цифровое видео характеризуется четырьмя основными факторами:
• частотой кадров (Frame Rate);
• глубиной цвета (Color Resolution);
• экранным разрешением (Spatial Resolution);
• качеством изображения (Image Quality).
Рассмотрим эти характеристики более подробно.
Частота кадров (Frame Rate)
Как мы писали выше, в аналоговых телевизионных системах стандартная скорость воспроизведения видеосигнала – 25 (PAL/SECAM) или 30 кадров/с (NTSC), а для кино этот показатель составляет 24 кадра/с. При этом каждый кадр состоит из определенного количества строк, которые прорисовываются не последовательно, а через одну, в результате чего получается два полукадра, или так называемых поля. Поэтому каждая секунда аналогового видеосигнала состоит из 50 или 60 полей (полукадров). Такой процесс называется interlaced видео (чересстрочная развертка).
Монитор компьютера для прорисовки экрана использует метод прогрессивного сканирования (progressive scan), при котором строки кадра формируются последовательно, сверху вниз, а полный кадр прорисовывается 30 раз каждую секунду (при частоте обновления экрана 60 Гц). Посмотреть установленную на вашей видеокарте частоту обновления экрана можно, щелкнув на рабочем столе правой кнопкой мыши и выполнив команду Свойства Параметры Дополнительно Адаптер – рис. 2.4.