Цифровое видео для начинающих
Шрифт:
Программы для сжатия видео (и аудио) называют кодеками. Кодек (Codec) – сокращение от слов «кодер-декодер». Примером такой программы сжатия может служить, например, программа-кодек для сжатия видео и аудио DivX. Очевидно, что при сжатии видео кодеками не только нужно уменьшить объем цифровых видеофайлов, но и при этом желательно максимально сохранить качество оригинала.
НОВЫЙ ТЕРМИН
CODEC = COder + DECoder (кодек = кодер + декодер) – программные или аппаратные средства, преобразующие видеоинформацию в поток уплотненных данных, и наоборот. Для воспроизведения цифрового видео система должна иметь тот же самый тип кодека, который используется для кодирования видео.
Коэффициент сжатия
Следует исходить из разумной достаточности
НОВЫЙ ТЕРМИН
Коэффициент сжатия – это цифровое выражение соотношения между объемом сжатого и исходного видеоматериала. Для примера, коэффициент 200:1 означает, что если принять объем полученного после компрессии ролика за единицу, то исходный оригинал занимал объем в 200 раз больший. Обычно, чем выше коэффициент сжатия, тем хуже качество видео. Но многое, конечно, зависит от используемого алгоритма.
Различные варианты сжатия по алгоритму Motion-JPEG работают с коэффициентами сжатия от 5:1 до 100:1, хотя уже при уровне 20:1 трудно добиться нормального качества изображения. Для сжатия по алгоритму MPEG стандартным считается коэффициент сжатия 200:1. И чем больше степень сжатия (компрессия), тем хуже качество – рис. 2.9. Как правило, приходится искать компромисс между объемом файла и допустимой потерей качества изображения.
Рис. 2.9. Изменение качества видеофайлов в зависимости от степени их сжатия (а – исходный файл без компрессии, б – сжатие 5:1)
Форматы сжатого цифрового видео
Остановимся на наиболее распространенных форматах сжатия видеофайлов.
QuickTime
QuickTime – технология для воспроизведения видео на компьютере, разработанная фирмой Apple для Mac. Начиная с версии 3 она работает под Windows и использует для вывода на экран технологию DirectDraw, обеспечивая поддержку графических ускорителей. Для воспроизведения звука используются возможности DirectSound.
QuickTime поддерживает широкий набор типов мультимедиа-данных (видео, аудио, текст, временной код, музыкальный MIDI-интерфейс, анимацию и др.). Формат файлов QuickTime имеет расширение MOV. Преимущество видеоформата в том, что он платформенно независим, открыт для расширения, а поэтому поддерживается многими производителями. Используя QuickTime, программные приложения могут легко работать с широким кругом форматов файлов и кодеков.
AVI
Формат AVI – технология фирмы Microsoft, самый распространенный и наименее сжатый из файлов. При создании AVI-файлов, включающих звуковое сопровождение, важным является правильная синхронизация звука с видеоизображением. Для этого используется технология чередования видеокадров и звука, которой, собственно, и определяется аббревиатура AVI (Audio Video Interleaved). Говоря упрощенно, в AVI-файл записываются не все кадры целиком, а только отличия последующих кадров от ключевого. Более того, кадр разбивается на множество квадратов, в которых уменьшается количество цветов, что позволяет сократить количество байтов, занимаемых под запись информации о цвете точек. Файлы, созданные с использованием этого метода, имеют расширение AVI. В среднем одна секунда цифруемого AVI-изображения занимает примерно 2 Mбайт на жестком диске.
НОВЫЙ ТЕРМИН
MPEG – сокращение названия экспертной группы ISO (Moving Picture Expert Group), которая занимается разработкой стандартов кодирования и сжатия видео– и аудиоданных. Технология MPEG использует поточное сжатие видео, при котором обрабатывается не каждый кадр по отдельности (как это происходит при сжатии видео с помощью
алгоритмов Motion-JPEG), а анализируется динамика изменений видеофрагментов и устраняются избыточные данные. Стандарт компрессии Motion-JPEG (динамический JPEG) был разработан объединенной группой экспертов по фотографии (JPEG – Joint Photographic Expert Group) международной организации стандартов (ISO). Как ясно уже из названия, схема компрессии была разработана для неподвижных изображений. Так как телевидение, в сущности, и есть последовательность неподвижных изображений, то JPEG-кодирование может применяться и для компрессии видеоизображений.MPEG-сжатие видеосигнала
MPEG является достаточно универсальным методом сжатия и может использоваться в видеозаписи, телевещании, домашнем видеомонтаже, мультимедийных обучающих и игровых программах, создании видеороликов для презентаций в Интернете. С помощью MPEG-сжатия объем видеоинформации можно значительно уменьшить без заметного ухудшения качества видеоизображения. Фильмы, записанные в формате MPEG-4, завоевали популярность среди широкой аудитории рядовых пользователей ПК. Такие фильмы обычно умещаются на одном компакт-диске в 700 Мбайт, а по качеству изображения могут успешно конкурировать с видеокассетами. В отличии от AVI-формата, MPEG-файлы занимают значительно меньше места.
Форматы MPEG различаются по качеству результатов и скорости передачи данных. На сегодняшний день известно несколько видов формата MPEG.
MPEG-1 (Video CD)
Формат для хранения и воспроизведения видео– и аудиоданных на мультимедиа-носителях данных. Потенциально поддерживает телевизионное качество видео. Поддерживает передачу высококачественного видео по высокоскоростным цифровым каналам. Интенсивность потока данных от 2 до 10 Мбайт/с. MPEG-1 применяют для записи синхронизированных видеоизображения и звукового сопровождения на CD-ROM. Качественные параметры видеоданных, обработанных MPEG-1, во многом аналогичны обычному VHS-видео, поэтому такой формат применяется в первую очередь там, где неудобно или непрактично использовать стандартные аналоговые видеоносители. Существует множество программ для кодирования видео в формат MPEG-1. Это кодеки Xing MPEG1 Encoder, Panasonic MPEG-1 Encoder, MPEG Power Professional, DVMPEG, MegaPEG, LSX MPEG, bbMPEG и другие.
MPEG-2 (Super Video CD)
Этот стандарт разработан как дополнение к предыдущему стандарту. Спецификации MPEG-2 подразумевают использование высоких разрешений для достижения максимального качества изображения, поэтому этот формат применяется в первую очередь в профессиональных сферах. MPEG-2 применяется для обработки видеоизображения, соизмеримого по качеству с телевизионным, при пропускной способности системы передачи данных в пределах от 3 до 15 Мбит/с. На технологиях, основанных на MPEG-2, работают многие телеканалы; сигнал, сжатый в соответствии с этим стандартом, транслируется через телевизионные спутники и используется для архивации больших объемов видеоматериала.
MPEG-1 и MPEG-2 различаются степенью сжатия видео и, как следствие, качеством получаемого изображения. Не вдаваясь глубоко в теорию, можно исходить из следующего: чтобы качество, полученное после компрессии, было на уровне домашнего видео – форматов VHS или Video8, достаточно применить MPEG-1. Для более качественных видеоматериалов форматов S-VHS, Hi8 и DV используется MPEG-2. (Кстати, столь активно продвигаемые в последнее время фильмы на DVD-ROM как раз и закодированы MPEG-2.)
MPEG-4 (DivX)
Этот стандарт предназначен для передачи видео– и аудиоданных по низкоскоростным линиям и рассчитан для применения в системах видеотелефонии, мультимедийной электронной почте, электронных информационных изданиях и т. п. Стандарт ориентирован на разрешение 174 х 144 пикселя при 10 кадрах в секунду и позволяет передавать данные со скоростью от 4800 до 64 000 бит/с. MPEG-4 нужен для работы с цифровым представлением медиа-данных для трех областей: интерактивного мультимедиа (включая продукты, распространяемые на оптических дисках и через Сеть), графических приложений (синтетического контента) и цифрового телевидения.