Стандарты видеоформатов

При работе с цифровым видеосигналом возникает необходимость обработки и хранения очень больших объемов информации, например одна минута цифрового видеосигнала с разрешением SIF (сопоставимым с VHS) и цветопередачей true color (миллионы цветов), займет (288x358) пикселов х24 битах 25 кадров/с х60с=442 Мб, то есть на носителях, используемых в современных ПК, таких, как компакт-диск (CD-ROM, около 650МБ) или жесткий диск (несколько гигабайт) сохранить полноценное по времени видео, записанное в таком формате не удастся. С помощью MPEG-сжатия объем видеоинформации можно заметно уменьшить без заметной деградации изображения.

Motion JPEG (Join Photographic Experts Group) - наименее сложный алгоритм сжатия видео. Видеоряд хранится как последовательность отдельных сжатых кадров. Процесс монтажа и редактирования прост, M-JPEG дешевле реализуется в аппаратном виде. Минус - маленький коэффициент сжатия, сохраняющий приемлемое качество изображения.

MPEG-1 (Moving Picture Experts Group) - стандарт сжатия видео и аудиопотоков, использующий методы компрессии, в основу которых положена идея избыточности информации, которую несут соседние кадры, т.е. идея сохранения информации о первоначальном кадре и изменениях, произошедших на следующих. С наибольшим разрешением фиксируется яркость изображения (Y), а значения цветности (компоненты U и V) апроксимируются. MPEG-1 устанавливает поток данных до 1,5 Мбайт/с (максимально 4-5 Мбайт/с) при скорости передачи с носителя до 225 кбайт/с. Максимальное разрешение - 352*288 – 25 кадров/с для PAL-сигнала. Коэффициенты сжатия MPEG-1 позволяют размещать полнометражные фильмы на Video CD. Распакованное изображение после растяжения до полноэкранного имеет хорошее качество, но с заметными признаками компьютерной обработки.

MPEG-2 имеет увеличенную до 10 Мбайт/с допустимую скорость потока данных и два основных уровня воспроизведения: 720*480 – 30 кадров/с (Main Level) и 352*240 – 30 кадров/с (Low Level). Предназначен для обработки видеоизображения соизмеримого по качеству с телевизионным при пропускной способности системы передачи данных в пределах от 3 до 15 Мбит/с, а в профессиональной аппаратуре используют потоки скоростью до 50 Мбит/с. На технологии, основанные на MPEG-2, переходят многие телеканалы. Сигнал, сжатый в соответствии с этим стандартом транслируется через телеспутники, используется для архивации больших объемов видеоматериала. Изображение с Main Level по четкости превосходит телевизионное. С появлением таких носителей, как DVD-ROM, MPEG-2 стал массовым форматом записи Hi-Fi-видео и звука.

MPEG-3 разрабатывался для поддержки формата телевидения высокой четкости (ТВЧ - high-definition television, HDTV) со скоростью потока данных 20-40 Мбит/с), но впоследствии выяснилось, что необходимые режимы с некоторой доработкой может поддерживать MPEG-2 и MPEG-3 отказались стал частью стандарта MPEG-2 и отдельно не упоминается.

MPEG-4 задает принципы 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 - обеспечивает технологией передачи сжатых качественных изображений при невысоких скоростях потоков данных (4,8–64 кбит/с), соответствующих возможностям массовых модемов.

DV (Digital Video) - стандарт цифровой записи на магнитную ленту шириной 6,35 мм, движущуюся со скоростью 18,831 мм/с. Каждый кадр цифровой записи состоит из 12 наклонных строк (10 при использовании NTSC), имеющих 4 зоны размещения информации: видео, звук, дата/время (Sub Code) и служебная информация (ITI-Insert and Tracking Information). Изображение записывается с разрешением 720*576 (для PAL), компонентным представлением сигнала и сжатием со средним коэффициентом 5:1. Алгоритм компрессии сходен с M-JPEG, но превосходит его по качеству. Информативные макроблоки изображения сжимаются меньше, а несущие мало информации - больше. DV-запись хорошо защищена от ошибок за счет дублирования части информации о соседних дорожках, что позволяет сохранить качественное изображение даже при потере 10–15% дорожек каждого кадра. Запись звука в DV предусмотрена в двух вариантах: 2 канала–16 бит–48 кГц или 4 канала–12 бит–32 кГц. Изображение DV-формата невозможно отредактировать на ПК ни одним программным редактором. Для преобразования в подходящий формат (к примеру, AVI) используются аппаратные или программные кодеки (кодировщики/декодировщики). Полученный цифровой видеоряд легко обрабатывается редакторами и в готовом виде может быть вновь преобразован в DV-формат для демонстрации готовой записи.

i.Link (FireWire или стандарт IEEE 1394) - интерфейс видеокамер DV для подключения к ПК, монтажному оборудованию или DV-магнитофону. Имеет очень высокую скорость (100–200 Мб/с, в новых образцах до 400 Мб/с), обеспечивающую необходимую пропускную способность для видеоданных и команд управления, допускает «горячее» подключение DV-устройств. Цифровой вход/выход делает возможным копирование отснятого материала без потери качества. Существенный недостаток - высокая стоимость необходимого оборудования.

Благодаря тому, что MPEG разрабатывается в такой авторитетной организацией как ISO и является достаточно универсальным методом сжатия (может использоваться в видеозаписи, телевещании, домашнем видеомонтаже, мультимедийных программах (обучающих, игровых) телеконференциях создании видеороликов для презентаций в Интернет) он стал доминирующим стандартом сжатия цифрового видео, избавив от необходимости использования множества существовавших до него несовместимых способов сжатия видео.

В связи с появлением программ, не требующих аппаратной доработки компьютера, систем, обеспечивающих даже монтаж в MPEG и постепенное удешевление видеоплат с поддержкой MPEG, можно сказать, что идея создания домашней видеостудии на базе компьютера имеет все больше возможностей для своей реализации.

Фильмы, записанные в формате MPEG-4, уже успели завоевать заслуженную популярность среди широкой аудитории пользователей ПК.

Такие фильмы обычно умещаются на одном компакт-диске, а по качеству изображения могут успешно конкурировать с видеокассетами Не последним фактором, определяющим популярность MPEG-4 дисков, является их цена - 60-70 р. против 300-350р зa DVD Поэтому промежуточным этапом на пути массового перехода домашних пользователей с аналоговых VHS-видеомагнитофонов на цифровой стандарт DVD вполне мог бы стать именно MPEG-4.

В отличие от АVI-формата, который обычно использует алгоритмы сжатия Motion-JPEG, MPEG-файлы занимают значительно меньше места.

Сейчас, чтобы оцифровать (отредактировать) одну минуту видео с качеством VHS (например, при помощи платы miro Video DC20) требуется от 100 до 200 Мбайт дискового пространства легко подсчитать, что для монтажа получасового свадебного ролика необходимо такое количество свободных Мбайт, которое вряд ли имеется в наличии на вашем жестком диске.

В то же время, с помощью MPEG-сжатия мы бы без проблем уложились в 1Г6айт.