Стандарты телевещания в различных странах

Страна	Видеоформат
Соединенные Штаты Америки, Канада, Мексика, Центральная Америка, Боливия, Чили, Колумбия, Эквадор, Перу, Суринам, Венесуэлла, Япония, Корея, Тайвань, Филлипины, Багамские острова, Ямайка и большинство островов Карибского бассейна	NTSC
Большинство стран Западной Европы (Австрия, Бельгия, Дания, Финляндия, Германия, Великобритания, Голландия, Италия, Норвегия, Португалия, Испания, Швеция, Швейцария); Австралия, Малайзия, Новая Зеландия, Таиланд, Гонконг и Сингапур	PAL
Франция, Болгария, Венгрия, Польша, бывший Советский Союз, страны бывшей Восточной Европы; Иран, Ирак и Папуа-Новая Гвинея	SECAM

Наиболее старым видеостандартом является стандарт NTSC (National Television Systems Committee). Стандарт NTSC был создан в 1948 году как национальный стандарт для телевещания. NTSC определяет все параметры, которые позволяют любому телевизору в Северной Америке принимать телевещательный сигнал. Этот стандарт имеет частоту 30 кадров в секунду в череcстрочном режиме (нечетные строки отображаются за первый проход, четные - за следующий). Такая система показа делит каждый кадр на два поля и, следовательно, каждую секунду — на 60 полей. Вертикальное разрешение NTSC составляет 525 сканирующих строк, но диапазон видимых строк составляет 484 строки.

PAL(Phase Alternation Line) предполагает следующую частоту кадров: 25 череcстрочных кадров в секунду, имеющих 625 сканирующих строк. Разработанный после NTSC, PAL выдает более широкий диапазон для модуляции цветности, что, естественно, улучшает разрешение цвета. В 1967 году видеостандарт PAL был адаптирован в Англии, Западной Германии и Нидерландах, а затем распространился и в других странах мира. Однако в Бразилии используется модификация этого стандарта, названная PAL-M, которая объединяет улучшенный диапазон цветности и частоту кадров, равную 30 кадрам в секунду, с 525 строками в кадре.

Частота кадров в SECAM (Sequential Couleur Avec Memoire) соответствует частоте кадров в стандарте PAL. Для кодирования сигнала цветности используется частотная модуляция. Эта система также дает более высокое разрешение цвета, чем NTSC стандарт. Существуют две модификации SECAM стандарта - горизонтальный SECAM и вертикальный SECAM.

Некоторые платы захвата видео позволяют работать со всеми тремя форматами: NTSC, PAL или SECAM. Убедитесь, что вы правильно сообщили программе, какой формат следует использовать. Как правило, информацию об используемом формате можно сохранить, и вам в дальнейшем не придется к этому возвращаться.

Если вы случайно выбрали неверный формат, ничего страшного не произойдет. Например, если вы сказали программе использовать PAL вместо NTSC, изображение, вероятно, займет верхнюю половину экрана. Когда вы установите режим NTSC, картинка растянется на весь экран.

При покупке видеооборудования — плат захвата, TV-плат и видеокамер — убедитесь, что покупаемая аппаратура работает с форматом, используемым в стране: NTSC, PAL или SECAM.

Наконец, некоторые производители плат видеозахвата мудро предусмотрели возможность переключения аппаратуры на работу с любыми форматами.

Различные стандарты

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 (см. таблицу).

Тип системы	NTSC	PAL	SECAM
Горизонтальная частота развертки, кГц	15.374	15.625	15.625
Число строк в кадре
Число видимых (активных) строк в кадре
Вертикальная частота развертки, Гц
Тип модуляции цветовой поднесущей	Амплитудная	Амплитудная	Частотная
Полоса видеосигнала, МГц	4.2	5 для B/G, 5.5	для I, 6 для D/K
Частота цветовой поднесущей, МГц	3.60	4.43	4.41 по U, 4.25 по V
Разнос несущих видео/звук, МГц	4.5	5.5 для B/G, 6	для I, 6.5 для D/K
Полная ширина сигнала, МГц		7 для B/G,	8 для I/D/K

Кратко остановимся на особенностях этих систем, рассматривая их в хронологическом порядке. NTSC (National Television System Color) - первая система цветного телевидения, нашедшая практическое применение. Она была разработана в США и уже в 1953 г. принята для вещания, а в настоящее время вещание по этой системе ведется также в Канаде, большинстве стран Центральной и Южной Америки, Японии, Южной Корее и Тайване. Именно при ее создании были выработаны основные принципы передачи цвета в телевидении. В NTSC каждая телевизионная строка содержит составляющую яркости Y и два сигнала цветности E_I = 0.737U - 0.268V , E_Q=0.478U+0.413V. Здесь переход от осей цветового кодирования U, V к осям I, Q обусловлен необходимостью сужения ширины полос цветовых поднесущих всего до ± 0.5 Мгц (в NTSC используется самая узкая полоса видеосигнала). Поскольку глаз человека мелкие детали зеленого и пурпурного цветов (ось Q) воспринимает как неокрашеные (ось I - перпендикулярная к Q), то для сигналов E_Q и E_I это удается без дополнительных потерь в разрешении. Цветоразностные сигналы передаются путем амплитудной модуляции поднесущих на одной и той же частоте, но с фазовым сдвигом на 90 градусов. Последнее обстоятельство является принципиально важным для разделения сигналов при приеме. Однако, из-за неизбежных нелинейных искажений в канале передачи поднесущие оказываются промодулированными сигналом яркости как по амплитуде, так и по фазе. В результате в зависимости от яркости участков изображений изменяются их цветовой тон. Например, человеческие лица на изображении окрашиваются в красноватый цвет в тенях и в зеленоватый - на освещенных участках. Это и является основным недостатком системы NTSC.

C целью его устранения немецкой фирмой “Telefunken” в 1963 г. была разработана система PAL (Phase Alternation Line). Здесь использована аналогичная амплитудная модуляция цветоразностных сигналов E_U=0.877U и E_V=0.493V с фазовым сдвигом на 90 градусов, но через строку дополнительно производится изменение знака амплитуды составляющей E_U. В результате при восстановлении в декодере цветовые составляющие надежно разделяются сложением/вычитанием сигналов цветности последовательных телевизионных строк, и паразитная яркостная модуляция приводит лишь к некоторому изменению цветовой насыщенности. Усреднение сигналов двух строк обеспечивает также повышение отношения сигнал/шум, но приводит к снижению вертикальной четкости в два раза. Впрочем, частично последнее компенсируется увеличением числа телевизионных строк разложения. Система PAL принята в большинстве стран Западной Европы, Африки и Азии, включая Китай, Австралию и Новую Зеландию.

Система SECAM (SEquentiel Couleur A Memoire) первоначально была предложена во Франции еще в 1954 г., но регулярное вещание после длительных доработок было начато только в 1967 одновременно во Франции и СССР. В настоящее время она принята также в Восточной Европе, Монако, Люксембурге, Иране, Ираке и некоторых других странах. Основная особенность системы - поочередная, через строку, передача цветоразностных сигналов (D_R= –1.9U, D_B=1.5V) с дальнейшим восстановлением в декодере путем повторения строк. При этом в отличие от PAL и NTSC используется частотная модуляция поднесущих. В результате цветовой тон и насыщенность не зависят от освещенности, но на резких переходах яркости возникают цветовые окантовки. Обычно после ярких участков изображения окантовка имеет синий цвет, а после темных - желтый. Кроме того, как и в системе PAL, цветовая четкость по вертикали снижена вдвое.

Таковы общие принципы кодирования цвета в различных видеосистемах телевидения. Но этим многообразие стандартов не ограничивается. Дело в том, что для формирования полного телевизионного сигнала к видео необходимо добавить звук, а полученный так называемый низкочастотный телевизионный сигнал передать через эфир путем модуляции гармоники одного из доступных радиоканалов (48,5...66 МГц - первый частотный диапазон, 76...100 МГц - второй частотный диапазон, 174...230 МГц - третий частотный диапазон, 470...790 МГц - четвертый частотный диапазон). И здесь даже в рамках одной системы существуют различия, связанные с конкретной шириной спектра видеосигнала и его разносом со звуковой частью, полярностью амплитудной модуляции радиоканала изображения и типом модуляции радиоканала звука. В таблице представлены основные параметры телевизионных стандартов стран мира.

Стандарт	Число строк	Ширина канала, МГц	Полоса в/сигнала, МГц	Разнос видео/ звук, МГц	Полярность модуляции видео	Тип модуляции несущей звука
A				3.5	+	AM
B				5.5	-	ЧМ
C				5.5	+	AM
D				6.5	-	ЧМ
E				11.15	+	AM
F				5.5	+	AM
G				5.5	-	ЧМ
H				5.5	-	ЧМ
I			5.5		-	ЧМ
K				6.5	-	ЧМ
L				6.5	+	AM
M			4.2	4.5	-	ЧМ
N			4.2	4.5	-	ЧМ

Нелишне напомнить, что в России принят стандарт SECAM D/K (первая буква относится к диапазону метровых волн, вторая - дециметровых), во Франции - SECAM E/L, Монако - SECAM C/L, Иране - SECAM B, Германии - PAL B/G, Англии - PAL A/I, Бельгии - PAL B/H, Бразилии - PAL M/M, Китае - PAL D/K, в США, Японии и Тайване - NTSC M/M. В заключении отметим, что французский и российский “секамы” существенно отличаются в модуляции несущего радиосигнала - как по видео, так и по звуку. А на уровне низкочастотных сигналов отличий нет. Основное отличие между SECAM B/G и D/K - в частоте разноса звука от видео. В то же время с точки зрения модуляции радиосигналов отличий между PAL D/K и SECAM D/K нет. Это позволяет использовать телевизионный тюнер, настроенный на PAL D/K, для выделения нашего SECAM из высокочастотного сигнала. Очевидно, что полученный при этом низкочастотный сигнал все же необходимо подавать именно на SECAM-декодер.

Стандарты

При смешении сигналов основные проблемы возникают с видео–изоб­ражением. Различные ТВ–стандарты, существующие в мире (NTSC, PAL, SE­CAM), применение разных мониторов и видеоконтроллеров диктует разнообразие подходов в разрешении возникающих проблем. Однако в лю­бом случае требуется синхронизация двух изображений, для чего служит устройство генлок (genlock). С его помощью на экране монитора могут быть совмещены изображение, сгенерированное компьютером (анимированная или неподвижная графика, текст, титры), и “живое” видео. Если добавить еще одно устройство — кодер (encoder), компьютерное изо­бражение может быть преобразовано в форму ТВ–сигнала и записано на ви­деопленку. "Настольные видео–студии”, являющиеся одним из примеров применения систем мультимедиа, позволяют готовить совмещенные видео–компьютерные клипы, титры для видеофильмов, помогают при монтаже кинофильмов.

Genlock

Genlock- сокращение от generated lock (произвести захват), способ синхронизации устройства, выводящего изображение, от внешнего источника опорного синхро- или видеосигнала. В мире компьютеров Amiga под термином genlock понимают специализированное устройство для захвата, синхронизации и наложения компьютерной графики, выдаваемой компьютером Amiga на внешний видеосигнал.

Как известно изображение в аналоговом видео состоит из 625 для PAL/SECAM (525 для NTSC) строк и состоит из 2 полей по 312,5 (262,5) строк. За 1 секунду передаются 25 (30) кадров или 50 (60) полей. Полоса, занимаемая видеосигналом достигает 6 МГц. Для передачи цвета используется принцип сложения основных цветов: красного(R), зеленого(G) и синего(B). Аналогичный способ применяется в мониторах и видеокартах. Однако использование 3-х компонентной составляющей для передачи цветного ТВ сигнала представляет существенные ограничения. Основные из них - это широкая полоса, занимаемая таким видеосигналом и несовместимость с обычным ЧБ телевидением. Для сужения занимаемой полосы частот и достижения совместимости с ЧБ ТВ сигналом, используются некоторые особенности восприятия изображения человеческим глазом.

Для сужения полосы частот, занимаемой цветным ТВ сигналом, сигналы R-Y и B-Y передают с использованием полосы частот в 2 раза уже. Полосы частот цветоразностных сигналов сужают с помощью фильтров и применяют схемы модуляции, позволяющие передавать два цветоразностных сигнала в одном общем участке спектра. Цветоразностные составляющие передаются так, что их спектр располагается в высокочастотной части спектра сигнала яркости.

За счет дополнительных ухищрений с выбором частот поднесущей, модулированной цветоразностными сигналами (PAL или NTSC только), удается даже добиться того, что информация о яркости передается в одних множественных узких участках спектра, а информация о цвете - в других. В конце концов получается, что ширина спектра цветного видеосигнала при вещании не шире, чем у черно-белого.

Сужение полосы частот снижает разрешающую способность по цвету в 2 раза, но, учитывая особенности глаза, практически незаметно. В цифровом ТВ принято разбиение одного ТВ кадра на пиксели, что наиболее удобно для дальнейшей цифровой обработки. Каждый ТВ кадр разбивается на 768 точек по горизонтали и 576 точек по вертикали для сигналов PAL/SECAM (640 на 480 для NTSC) при стандартном для ТВ соотношении ширины к высоте изображения равным 4:3. Следует заметить, что в телевидении высокой четкости (ТВЧ или HDTV) принято соотношение 16:9, более близкое к размеру киноэкрана. Таким образом, получается два полукадра (поля) с разрешением 384Х288 (320Х240 для NTSC) при частоте 50(60) полей или 25(30) кадров в секунду.

Считается, что для полного восприятия информации о яркости и цвете необходимо каждую точку изображения передавать как минимум 256 уровнями или 8 битным кодированием. Каждая точка цветного видеоизображения должна кодироваться 24 разрядным словом (8 бит Х 3 составляющие) или по компьютерной терминологии 24 бит/пиксель (24bpp). Для кинематографа используется разрядность 64 бит/пиксель.

Видеоконтроллер в Amiga построен таким образом, что он наилучшим образом состыкуется с вышеописанными видеоформатами. Каждый пиксель кодируется 24-мя битами и каждому пикселю соответствует еще один бит - genlock, "говорящий" откуда берется текущий пиксель: из регистра заднего фона (B0) или из любого другого. Формат выводимого изображения: 736Х566 (overscan) с телевизионными черезстрочными (interlace) развертками изображения (два поля 736Х283 пикселя).

В компьютерах Amiga существует специальный видеоразъем, через который аналоговые сигналы R,G и B, а также синхроимпульсы, подаются на внешние видеоустройства (телевизор, монитор, genlock и др.). Кроме того, на этом разъеме присутствует сигнал PXLSW (pixel switch), связанный с битом genlock, и контакт XCLK для подачи внешней тактовой частоты (28 MHz) синхронизированной с видеосигналом. Контакт XCLKEN при этом должен быть замкнут на общий провод.

Кроме выходного сигнала смешанных синхроимпульсов CSYNC, на этом разъеме присутствуют два сигнала раздельной синхронизации HSYNC и VSYNC (использующиеся для подачи в "обычном" режиме для синхронизации изображения на мониторе), которые в режиме genlock становятся входами. На них подаются синхроимпульсы, выделенные из видеосигнала для синхронизации выводимого компьютером изображения.

На начальном этапе загрузки управляющая программа компьютера Amiga (kickstart) определяет наличие строчных синхроимпульсов на контакте HSYNC и, если они есть, компьютер переводится в режим genlock. Входной видеосигнал декодируется до сигналов R,G,B и подается на быстродействующий коммутатор, который как раз и управляется сигналом PXLSW. На второй вход коммутатора, естественно, подаются RGB сигналы с компьютера Amiga. Таким образом осуществляется синхронизация и наложение компьютерной графики на видеосигнал. Выходной сигнал видеокоммутатора подается на кодер изображения, на который для лучшей стабильности цвета может подаваться сигнал цветовой поднесущей с видеоразъема компьютера Amiga - С1 (3,58 MHz). Генератор внешней тактовой (пиксельной) частоты синхронизируется со строчными синхроимпульсами, выделяемыми из видеосигнала сепараторм синхроимпульсов, при помощи системы фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ).

Типовые видеоэффекты:

• альфа-канал (эффект "прозрачности" компьютерного изображения)
• chroma-key, эффект, при котором область видеоизображения определенного цвета заменяется на компьютерное изображение. Очень популярен blue-box keying - прокеивание по голубому цвету.
• luma -key, эффект, при котором область видеоизображения определенной яркости заменяется на компьютерную картинку
• invert ("замочная скважина")
• цветокоррекция видеосигнала
• негатив
• монохром
• различные "шторки" (wipes)
• затемнение (fader) и др.

Следует заметить, что для реализации некоторых эффектов схема genlock может значительно усложниться, что приведет к заметному удорожанию устройства.

Существует и другой способ наложения компьютерного изображения. Часть схемы отвечающая за синхронизацию выводимой компьютерной графики остается той же самой. Отличия - в построении тракта обработки видеосигнала. Компьютерное изображение сначала кодируется, а затем уже подается на видеокоммутатор, на второй вход которого подается видеосигнал. При этом для качественной синхронизации и наложения изображения необходимо выполнение следующих условий:

· синхронность на уровне кадров

· синхронность на уровне строк

· обеспечение одинаковой фазы цветовой поднесущей (в композитном PAL)

· одинаковым уровнем "черного"

Преимущество этого способа - отсутствие декодирования и кодирования видеосигнала и , как следствие, лучшее качество. Недостаток - невозможность простой реализации видеоэффектов с видеосигналом (напр. цветокоррекция, альфа-канал, хрома-кей и др.). Конечно, можно скомбинировать оба способа для устранения "слабых" сторон, но устройство получается еще сложнее.

Genlock может быть реализован на практике с помощью аналоговой или цифровой обработки сигналов. Цифровая дает неоспоримые преимущества. Например, так как выходной декодированный сигнал представлен в цифровом виде, можно "записать" его в специальный кадровый видеобуфер, построенный по принципу FIFO (первый вошел - первый вышел) и позволяющий асинхронно записывать и считывать из него информацию. С помощью управляющего микропроцессора можно автоматизировать процедуры управления параметрами и коммутацией видеосигнала. Кодировать сигнал можно в любой другой системе, отличной от входного сигнала. При этом становится возможным реализовать следующие устройства:

· синхронный коммутатор

· цифровой транскодер

· корректор временных искажений -устройство, позволяющее значительно улучшить качество видеоизображения

· генератор видеоэффектов

· генератор логотипов и эфирных заставок, не зависящий от компьютера

Кроме того, цифровая схемотехника значительно уменьшает число элементов, увеличивая надежность, повышает стабильность и упрощает настройку устройства. Правда платить приходится сложностью разработки и удорожанием подобных устройств, переводя разработки из плоскости работы с паяльником в плоскость написания и отладки программ для специализированных микропроцессоров и БИС.

Общая структурная схема цифрового genlock показана на рис. 3.

Все вышеописанные устройства могут управляться как с передней панели, так и от компьютера. Также необходимы некоторые элементы индикации режимов работы и состояния регулировок. Логично эти функции возложить на управляющий однокристальный микропроцессор, который обеспечивает общий алгоритм работы устройства.

Устройства титрования и наложения компьютерной графики для PC строятся по аналогичному принципу, но вместо чипсета Амиги используется микросхема или чипсет, программируемый синхронно с графической картой компьютера, но работающий на телевизионных частотах разверток и синхронизируемый внешними синхроимпульсами. Во внешних блоках используются специализированные микросхемы скан-конверторов, которые преобразуют различные SVGA развертки и форматы изображения в телевизионный формат, а далее все однотипно. Внешние блоки имеют ряд преимуществ - не занимают системные ресурсы (PCI слот, прерывания и т. д.), с ними не возникает конфликтов с другими устройствами системы, легки в подключении и отключении и др., но имеют, обычно, более высокую цену.

Системы такого рода не позволяют как-то обрабатывать или редак­тировать само аналоговое изображение. Для того, чтобы это стало воз­можным, его необходимо оцифровать и ввести в память компьютера. Для этого служат так называемые платы захвата (capture board, frame grab­bers). Оцифровка аналоговых сигналов порождает огромные массивы дан­ных. Так, кадр стандарта NTSC (525 строк), преобразованный платой типа Truevision, превращается в компьютерное изображение с разрешением 512x482 пиксель. Если каждая точка представлена 8 битами, то для хранения всей картинки требуется около 250 Кбайт памяти, причем падает качество изображения, так как обеспечивается только 256 различных цветов. Считается, что для адекватной передачи исходного изображения требуется 16 млн. оттенков, поэтому используется 24-битовый формат хранения цветной картинки, а необходимый размер памяти возрастает. Оцифрованный кадр может затем быть изменен, отредактирован обычным графическим редактором, могут быть убраны или добавлены детали, изменены цвета, масштабы, добавлены спецэффекты, типа мозаики, инверсии и т.д. Естественно, интерактивная экранная обработка возможна лишь в пределах разрешения, обеспечиваемого данным конкретным видеоадаптером. Обработанные кадры могут быть записаны на диск в каком–либо графическом формате и затем использоваться в качестве реалистического неподвижного фона для компьютерной анимации. Возможна также покадровая обработка исходного изображения и вывод обратно на видеопленку для создания псевдореалистического мультфильма.

Запись последовательности кадров в цифровом виде требует от компьютера больших объемов внешней памяти: частота кадров в американском ТВ–стандарте NTSC — 30 кадров/с (PAL, SECAM — 25 кадров/с), так что для запоминания одной секунды полноцветного полноэкранного видео требуется 20–30 Мбайт, а оптический диск емкостью 600 Мбайт вместит менее полминуты изображения. Но последовательность кадров недостаточно только запомнить, ее надо еще вывести на экран в соответствующем темпе. Подобной скоростью передачи информации — около 30 Мбайт / с — не обладает ни одно из существующих внешних запоминающих устройств. Чтобы выводить на экран компьютера оцифрованное видео, приходится идти на уменьшение объема передаваемых данных, (вывод уменьшенного изображения в небольшом окне, снижение частоты кадровой развертки до 10–15 кадров / с, уменьшение числа бит / пиксель), что, в свою очередь приводит к ухудшению качества изображения.

Более радикально обе проблемы — памяти и пропускной способности — решаются с помощью методов сжатия / развертки данных, которые позволяют сжимать информацию перед записью на внешнее устройство, а затем считывать и разворачивать в реальном режиме времени при выводе на экран. Так, для движущихся видео–изображений существующие адаптивные разностные алгоритмы могут сжимать данные с коэффициентом порядка 100:1— 160:1, что позволяет разместить на CD–ROM около часа полноценного озвученного видео. Работа этих алгоритмов основана на том, что обычно последующий кадр отличается от предыдущего лишь некоторыми деталями, поэтому, взяв какой–то кадр за базовый, для следующих можно хранить только относительные изменения. При значительных изменениях кадра, например, при монтажной склейке, наезде или панорамировании камеры, автоматически выбирается новый базовый кадр. Для статических изображений коэффициент сжатия, естественно, ниже — порядка 20–30:1. Для аудиоданных применяют свои методы компрессии.

Существует симметричная и асимметричная схемы сжатия данных. При асимметричной схеме информация сжимается в автономном режиме (т.е. одна секунда исходного видео сжимается в течение нескольких секунд или даже минут мощными параллельными компьютерами и помещается на внешний носитель, например CD–ROM. На машинах пользователей устанавливаются сравнительно дешевые платы декодирования, обеспечивающие воспроизведение информации мультимедиа в реальном времени. Использование такой схемы увеличивает коэффициент сжатия, улучшает качество изображения, однако пользователь лишен возможности разрабатывать собственные продукты мультимедиа. При симметричной схеме сжатие и развертка происходят в реальном времени на машине пользователя, благодаря чему за персональными компьютерами и в этом случае сохраняется их основополагающее достоинство: с их помощью любой пользователь имеет возможность производить собственную продукцию, в том числе и коммерческую, не выходя из дома. Правда, при симметричной схеме несколько падает качество изображения: появляются “смазанные” цвета, картинка как бы расфокусируется. С развитием технологии эта проблема постепенно уходит, однако пока иногда предпочитают смешанную схему, при которой разработчик продукта готовит, отлаживает и испытывает продукт мультимедиа на своей машине с симметричной схемой, а затем “полуфабрикат” в стандартном формате отсылается на фирму, где его подвергают сжатию на мощном компьютере, с использованием более совершенных алгоритмов и помещают результирующий продукт на CD–ROM.

В настоящее время целый ряд фирм активно ведет разработку алгоритмов сжатия видеоинформации, стремясь достичь коэффициента сжатия порядка 200:1 и выше. В основе наиболее эффективных алгоритмов лежат различные адаптивные варианты: DCT (Discrete Cosine Transform, дискретное косинус–преобразование), DPCM (Differential Pulse Code Modulation, разностная импульсно–кодовая модуляция), а также фрактальные методы. Алгоритмы реализуются аппаратно — в виде специальных микросхем, или “firmware” — записанной в ПЗУ программы, либо чисто программно.

Разностные алгоритмы сжатия применимы не только к видео–изображениям, но и к компьютерной графике, что дает возможность применять на обычных персональных компьютерах новый для них вид анимации, а именно покадровую запись рисованных мультфильмов большой продолжительности. Эти мультфильмы могут хранится на диске, а при воспроизведении считываться, распаковываться и выдаваться на экран в реальном времени, обеспечивая те же необходимые для плавного изображения 25–30 кадров в секунду.

При использовании специальных видео–адаптеров (видеобластеров) мультимедиа–ПК становятся центром бытовой видео–системы, конкурирующей с самым совершенным телевизором.

Новейшие видеоадаптеры имеют средства связи с источниками телевизионных сигналов и встроенные системы захвата кадра (компрессии / декомпрессии видеосигналов) в реальном масштабе времени, т.е. практически мгновенно. Видеоадаптеры имеют быструю видеопамять от 2 до 4 Мбайт и специальные графические ускорители процессоры. Это позволяет получать до 30–50 кадров в секунду и обеспечить вывод подвижных полноэкранных изображений.

Кодировка изображения

В аналоговом TV за секунду передается 25 кадров в системе PAL (30 в NTSC), каждый из которых состоит из двух полей по 312,5 строк (262,5 в NTSC) - всего 625 линий. В цифровом телевидении каждый кадр разбивается по горизонтали на 768 точек, а по вертикали на 576 систем PAL (в NTSC 640/480). Если перейти к полям, получится 50 полей 384х266 в секунду (NTSC 60 полей 320х240).

Одна точка изображения (пиксель) кодируется 24-битным словом (по 8 бит на каждую компоненту). Одна секунда видеоизображения в системе PAL, таким образом, занимает 24х768х576х25 бит=32 Мбайта.

Обычные компьютерные системы не могут передавать информацию со скоростью 32 Мбайта/с, поэтому идут на различные ухищрения для сокращения информации, требуемой для передачи секунды изображения.

Во-первых, используются физиологические свойства организма человека. Например, известно, что человеческий глаз сильнее реагирует на изменение яркости, чем на изменение цвета. Поэтому информация о цвете для него менее важна, чем о яркости. Цвет можно передавать реже. Яркостная компонента сигнала кодируется полностью, а из цветоразностных половина (обозначается 8:4:4 или 4:2:2) или четверть точек (4:1:1). Иначе говоря, яркостная компонента передается в четыре раза чаще, чем цветоразностная. Четыре соседних пиксела при кодировке 4:1:1 имеют одинаковый цвет, но различную яркость.

Потоки (скорости передачи) данных соответственно уменьшаются до 22 Мбайт/с и 14 Мбайт/с. В обычном компьютере получить такие скорости передачи данных все-таки крайне трудно, а помножив величину потока на время, вы получите количество необходимого места на диске. В таком виде на 1 Гбайт жесткого диска можно записать всего 1 минуту полноэкранного видео формата PAL (4:2:2). Но использовать придется так называемые специальные RAID-массивы дисков. Понятно, что работать с таким видео на домашнем компьютере не представляется возможным из-за его внутренних ограничений.

Но и в обычной аналоговой бытовой аппаратуре сигнал вовсе не такого высокого качества, как профессиональный телевизионный.

Для передачи радиоволнами три компоненты видеосигнала кодируются особым образом, добавляют синхроимпульсы, и все это передаются практически одним сигналом. Для воспроизведения на экране этот сигнал необходимо разделить, выделить компоненты Y, U ,G и преобразовать их обратно в RGB компоненты. От того, насколько качественно можно разделить транслируемый сигнал, зависит качество получаемого изображения. В устройствах VHS и Video8 для передачи используют один композитный сигнал, который является суммой яркостного сигнала, цветоразностных сигналов и синхроимпульсов. Разделить сигналы полностью не удается никакими фильтрами. Поэтому горизонтальное разрешение здесь составляет всего 240 телевизионных линий. Это минимальное качество изображения в современной бытовой технике. При перезаписи с такой кассеты вторую копию смотреть уже невозможно. В устройствах S-VHS используется два композитных сигнала: Y - содержит яркостную компоненту и синхроимпульсы, С - цветоразностные компоненты. Разрешение здесь составляет уже до 400 ТВ-линий. Такая запись позволяет сделать 1-2 копии. Еще более высоким качеством обладает профессиональное ТВ Betacam (500 линий), в котором для передачи используются три раздельных сигнала YUG. Но и здесь больше 4 копий получить трудно. Более качественным было бы транслирование напрямую сигналов RGB, но это уже излишество. Человеческий глаз не в состоянии увидеть такое улучшение качества. Преимущество видео DV перед S-VHS состоит в том, что сигнал на пленке уже оцифрован и сжат. Его можно сколько угодно копировать. Дополнительных потерь качества не происходит. Разрешение здесь достигает 500 линий.

Цифровое видео на PC