Принципы цифрового представления видео информации в компьютере

Обновлено: 05.07.2024

Представление изображений.

Все известные форматы представления изображений (как неподвижных, так и движущихся) можно разделить на растровые и векторные. В векторном формате изображение разделяется на примитивы - прямые линии, многоугольники, окружности и сегменты окружностей, параметрические кривые, залитые определенным цветом или шаблоном, связные области, набранные определенным шрифтом отрывки текста и т. д. (см. рис.). Для пересекающихся примитивов задается порядок, в котором один из них перекрывает другой. Некоторые форматы, например, PostScript, позволяют задавать собственные примитивы, аналогично тому, как в языках программирования можно описывать подпрограммы. Такие форматы часто имеют переменные и условные операторы и представляют собой полнофункциональный (хотя и специализированный) язык программирования.

Рис. Двухмерное векторное изображение

Каждый примитив описывается своими геометрическими координатами. Точность описания в разных форматах различна, нередко используются числа с плавающей точкой двойной точности или с фиксированной точкой и точностью до 16-го двоичного знака.
Координаты примитивов бывают как двух-, так и трехмерными. Для трехмерных изображений, естественно, набор примитивов расширяется, в него включаются и различные поверхности - сферы, эллипсоиды и их сегменты, параметрические многообразия и др. (см. рис.).

Рис. Трехмерное векторное изображение

Рис. Растровое изображение

Наиболее широко используемые цветовые модели - это RGB (Red, Green, Blue - красный, зеленый, синий, соответствующие максимумам частотной характеристики светочувствительных пигментов человеческого глаза), CMY (Cyan, Magenta, Yellow - голубой, пурпурный, желтый, дополнительные к RGB) и CMYG - те же цвета, но с добавлением градаций серого. Цветовая модель RGB используется в цветных кинескопах и видеоадаптерах, CMYG - в цветной полиграфии.
В различных графических форматах используется разный способ хранения пикселов. Два основных подхода - хранить числа, соответствующие пикселам, одно за другим, или разбивать изображение на битовые плоскости - сначала хранятся младшие биты всех пикселов, потом - вторые и так далее. Обычно растровое изображение снабжается заголовком, в котором указано его разрешение, глубина пиксела и, нередко, используемая цветовая модель.

Представление звуковой информации.

Метод FM (Frequency Modulation) основан та том, что теоретически любой сложный звук можно разложить на последовательность простейших гармонических сигналов разных частот, каждый из которых представляет собой правильную синусоиду, а, следовательно, может быть описан числовыми параметрами, т.е. кодом. В природе звуковые сигналы имеют непрерывный спектр, т.е. являются аналоговыми. Их разложение в гармонические ряды и представление в виде дискретных цифровых сигналов выполняют специальный устройства - аналогово-цифровые преобразователи (АЦП). Обратное преобразование для воспроизведения звука, закодированного числовым кодом, выполняют цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП). При таких преобразованиях неизбежны потери информации, связанные с методом кодирования, поэтому качество звукозаписи обычно получается не вполне удовлетворительным и соответствует качеству звучания простейших электромузыкальных инструментов с окрасом характерным для электронной музыки. В то же время данный метод копирования обеспечивает весьма компактный код, поэтому он нашёл применение ещё в те годы, когда ресурсы средств вычислительной техники были явно недостаточны.
Метод таблично волнового (Wave-Table) синтеза лучше соответствует современному уровню развития техники. В заранее подготовленных таблицах хранятся образцы звуков для множества различных музыкальных инструментах. В технике такие образцы называют сэмплами. Числовые коды выражают тип инструмента, номер его модели, высоту тона, продолжительность и интенсивность звука, динамику его изменения, некоторые параметры среды, в которой происходит звучание, а также прочие параметры, характеризующие особенности звучания. Поскольку в качестве образцов исполняются реальные звуки, то его качество получается очень высоким и приближается к качеству звучания реальных музыкальных инструментов.

цифровая запись, когда реальные звуковые волны преобразуются в цифровую информацию путем измерения звука тысячи раз в секунду;
MIDI-запись, которая, вообще говоря, является не реальным звуком, а записью определенных команд-указаний (какие клавиши надо нажимать, например, на синтезаторе). MIDI-запись является электронным эквивалентом записи игры на фортепиано.

Таким образом, рассмотрев принципы хранения в ЭВМ различных видов информации, можно сделать важный вывод о том, что все они так или иначе преобразуются в числовую форму и кодируются набором нулей и единиц. Благодаря такой универсальности представления данных, если из памяти наудачу извлечь содержимое какой-нибудь ячейки, то принципиально невозможно определить, какая именно информация там закодирована: текст, число или картинка.

Представление видео.

В последнее время компьютер все чаще используется для работы с видеоинформацией. Простейшей, с позволения сказать, работой является просмотр кинофильмов и видеоклипов, а также (куда компьютерным пользователям без них!) многочисленные видеоигры. Более правомерно данным термином называть создание и редактирование такой информации с помощью компьютера.
Что представляет собой фильм с точки зрения информатики? Прежде всего, это сочетание звуковой и графической информации. Кроме того, для создания на экране эффекта движения используется технология быстрой смены статических картинок. Исследования показали, что если за одну секунду сменяется более 10-12 кадров, то человеческий глаз воспринимает изменения на них как непрерывные. В любительской киносъемке использовалась частота 16 кадров/сек., в профессиональной - 24.
Традиционный кадр на кинопленке "докомпьютерной" эпохи выглядел так, как показано на рис.1. Основную его часть, разумеется, занимает видеоизображение, а справа сбоку отчетливо видны колебания на звуковой дорожке. Имеющаяся по обоим краям пленки периодическая система отверстий (перфорация) служит для механической протяжки ленты в киноаппарате с помощью специального механизма.

Казалось бы, если проблемы кодирования статической графики и звука решены, то сохранить видеоизображение уже не составит труда. Но это только на первый взгляд, поскольку, как показывает разобранный выше пример, при использовании традиционных методов сохранения информации электронная версия фильма получится слишком большой. Достаточно очевидное усовершенствование состоит в том, чтобы первый кадр запомнить целиком (в литературе его принято называть ключевым), а в следующих сохранять лишь отличия от начального кадра (разностные кадры).
Принцип формирования разностного кадра поясняется рис.2, где продемонстрировано небольшое горизонтальное смещение прямоугольного объекта. Отчетливо видно, что при этом на всей площади кадра изменились всего 2 небольшие зоны: первая сзади объекта возвратилась к цвету фона, а на второй - перед ним, фон перекрасился в цвет объекта. Для разноцветных предметов произвольной формы эффект сохранится, хотя изобразить его будет заметно труднее.

Рис.2

Конечно, в фильме существует много ситуаций, связанных со сменой действия, когда первый кадр новой сцены настолько отличается от предыдущего, что его проще сделать ключевым, чем разностным. Может показаться, что в компьютерном фильме будет столько ключевых кадров, сколько новых ракурсов камеры. Тем не менее, их гораздо больше. Регулярное расположение подобных кадров в потоке позволяет пользователю оперативно начинать просмотр с любого места фильма: "если пользователь решил начать просмотр фильма с середины, вряд ли он захочет ждать, пока программа распаковки вычислит все разности с самого начала" Кроме того, указанная профилактическая мера позволяет эффективно восстановить изображение при любых сбоях или при "потере темпа" и пропуске отдельных кадров на медленных компьютерных системах.
Заметим, что в современных методах сохранения движущихся видеоизображений используются и другие типы кадров.
Существует множество различных форматов представления видеоданных. В среде Windows, например, уже более 10 лет (начиная с версии 3.1) применяется формат Video for Windows, базирующийся на универсальных файлах с расширением AVI (Audio Video Interleave - чередование аудио и видео). Суть AVI файлов состоит в хранении структур произвольных мультимедийных данных, каждая из которых имеет простой вид, изображенный на рис.3. Файл как таковой представляет собой единый блок, причем в него, как и в любой другой, могут быть вложены новые блоки. Заметим, что идентификатор блока определяет тип информации, которая хранится в блоке.

Рис.3

Внутри описанного выше своеобразного контейнера информации (блока) могут храниться абсолютно произвольные данные, в том числе, например, блоки, сжатые разными методами. Таким образом, все AVI-файлы только внешне выглядят одинаково, а внутри могут различаться очень существенно.
Еще более универсальным является мультимедийный формат Quick Time, первоначально возникший на компьютерах Apple. По сравнению с описанным выше, он позволяет хранить независимые фрагменты данных, причем даже не имеющие общей временной синхронизации, как этого требует AVI. В результате в одном файле может, например, храниться песня, текст с ее словами, нотная запись в MIDI-формате, способная управлять синтезатором, и т.п. Мощной особенностью Quick Time является возможность формировать изображение на новой дорожке путем ссылок на кадры, имеющиеся на других дорожках. Полученная таким способом дорожка оказывается несоизмеримо меньше, чем если бы на нее были скопированы требуемые кадры. Благодаря описанной возможности файл подобного типа легко может содержать не только полную высококачественную версию видеофильма, но и специальным образом "упрощенную" копию для медленных компьютеров, а также рекламный ролик, представляющий собой "выжимку" из полной версии. И все это без особого увеличения объема по сравнению с полной копией.
Все большее распространение в последнее время получают системы сжатия видеоизображений, допускающие некоторые незаметные для глаза искажения изображения с целью повышения степени сжатия. Наиболее известным стандартом подобного класса служит MPEG (Motion Picture Expert Group), который разработан и постоянно развивается созданным в 1988 году Комитетом (группой экспертов) международной организации ISO/IEC (International Standards Organization/International Electrotechnical Commission) по стандартам высококачественного сжатия движущихся изображений. Методы, применяемые в MPEG, непросты для понимания и опираются на достаточно сложную математику. Укажем лишь наиболее общие приемы, за счет которых достигается сжатие. Прежде всего, обрабатываемый сигнал из RGB-представления с равноправными компонентами преобразуется в яркость и две "координаты" цветности. Как показывают эксперименты, цветовые компоненты менее важны для восприятия и их можно проредить вдвое. Кроме того, производится специальные математические преобразования (DCT - дискретно-косинусное преобразование), несколько загрубляющее изображение в мелких деталях. Опять таки из экспериментов следует, что на субъективном восприятии изображение это практически не сказывается. Наконец, специальными методами (в том числе и методом, изображенным на рис.2) ликвидируется сильная избыточность информации, связанная со слабыми отличиями между соседними кадрами. Полученные в результате всех описанных процедур данные дополнительно сжимаются общепринятыми методами, подобно тому, как это делается при архивации файлов.
В последнее время все большее распространение получает технология под названием DivX (происходит от сокращения слов Digital Video Express, обозначающих название видеосистемы, которая "прославилась" неудачной попыткой взимать небольшую оплату за каждый просмотр видеодиска; к собственно технологии DivX это никакого отношения не имело). Благодаря DivX удалось достигнуть степени сжатия, позволившей вмесить качественную запись полнометражного фильма на один компакт-диск - сжать 4,7 Гб DVD-фильма до 650 Мб. И хотя это достижение, к сожалению, чаще всего используется для пиратского копирования, сам по себе этот факт не умаляет достоинств новой технологии. Как и то, что самая первая версия сжатия DivX была сработана французскими хакерами из MPEG-4 - современные версии DivX уже не имеют к этому событию никакого отношения.
Наиболее популярные программы проигрывания видеофайлов позволяют использовать замещаемые подсистемы сжатия и восстановления видеоданных - кодеки (от англ. compression/decompression - codec, сравните с образованием термина "модем").
Такой подход позволяет легко адаптировать новые технологии, как только те становятся доступными. Замещаемые кодеки хороши как для пользователей, так и для разработчиков программного обеспечения. Тем не менее, большое разнообразие кодеков создает определенные трудности для производителей видеопродукции. Часто в качестве выхода из создавшегося положения необходимые кодеки помещают на компакт-диск с фильмами или даже поставляют видеоматериалы в нескольких вариантах, предоставляя тем самым возможность выбрать подходящий. Все больше распространяется автоматизация распознавания, когда плейер, обнаружив информацию об отсутствующем кодеке, загружает его из Интеренет.

Когда говорят о видеозаписи, прежде всего имеют в виду движущееся изображение на экране телевизора или монитора.

Преобразование оптического изображения в последовательность электрических сигналов осуществляется видеокамерой. Эти сигналы несут информацию о яркости и цвете отдельных участков изображения. Они сохраняются на носителе в виде изменения намагниченности видеоленты (аналоговая форма) или в виде последовательности кодовых комбинаций электрических импульсов (цифровая форма).

Процесс превращения непрерывного сигнала в набор кодовых слов называется аналого-цифровым преобразованием .

Это сложный процесс, состоящий из:

- дискретизации , когда непрерывный сигнал заменяется последовательностью мгновенных значений через равные промежутки времени;

- квантования , когда величина каждого отсчёта заменяется округлённым значением ближайшего уровня;

- кодирования , когда каждому значению уровней квантования, полученных на предыдущем этапе, сопоставляются их порядковые номера в двоичном виде.

По своей сути видеофайл — это набор статичных изображений, меняющих друг друга с определенной частотой. Каждое статичное изображение является отдельным кадром видео. Это действительно так, если мы говорим о несжатом видео. Однако в таком формате никто не хранит фильмы.

Дело в том, что несжатое видео занимает на диске очень много места. Кадр видео формата PAL состоит из 720 точек по горизонтали и 576 по вертикали. То есть один кадр состоит из 414720 точек.

Для хранения цвета каждой точки в памяти отводится 24 бита (по 8 бит для каждой из составляющих RGB).

Следовательно, для хранения одного кадра понадобится 9953280 бит (или примерно 1,2 Мбайт).

То есть секунда несжатого видео в формате PAL будет занимать почти 30 Мбайт. А один час такого видео — более 100 Гбайт.

Каким же образом полнометражный фильм (а то и несколько) умещается на одном компакт-диске или флеш-накопителе?

Дело в том, что, в основном, видео хранят в видеофайлах, в которых применены различные алгоритмы сжатия информации. Благодаря этим технологиям видеофайл можно сжимать в десятки и сотни раз практически без потери качества картинки и звука.

AVI ( A udio V ideo I nterleave) — это контейнерный формат, что означает, что в нём могут содержаться аудио/видео, сжатые различными комбинациями кодирования.

AVI файл может содержать различные виды компрессированных данных (например, DivX для видеоинформации и MP3 для аудио), в зависимости от того, какой кодек используется для кодирования/декодирования. В файле с расширением AVI может храниться несжатое видео, видео в форматах DV , MPEG-4 , DivX , Xvid и даже MPEG-1 и MPEG-2 . Кроме того, файл формата AVI может, например, содержать в себе только звук. То есть файлы формата AVI являются контейнером для хранения данных различного типа.

Контейнер — это файл с каким либо расширением, служащий для хранения в цифровом виде преобразованной аналоговой информации. Контейнер является файлом некоего стандарта, в котором одновременно может содержаться несколько различных типов информации.

DivX — технология видеозаписи, позволяющая создавать и просматривать медиа файлы с высокой степенью сжатия. Это технология сжатия, которая делает фильм в 8 - 12 раз меньшим с небольшой потерей качества.

DivX широко используется для сжатия компьютерных видеофайлов и файлов DVD , чтобы они помещались на стандартный CD.

MPEG ( M oving P icture E xpert G roup) — формат, предназначенный для сжатия звуковых и видеофайлов для загрузки или пересылки, например, через Интернет.

Разработан Экспертной группой кинематографии , которая занимается разработкой стандартов кодирования и сжатия видео- и аудиоданных. Существуют разные стандарты MPEG : MPEG-1 , MPEG-2 , MPEG-3 , MPEG-4 , MPEG-7 . Например, MPEG-4 — стандарт, благодаря которому фильмы можно кодировать в хорошем качестве при низкой скорости передачи данных. Стандарт MPEG-4 в основном используется для вещания (потоковое видео), записи фильмов на компакт-диски, видеотелефонии (видеотелефон) и широковещания, в которых активно используется сжатие цифровых видео и звука.

В последнее время компьютер чаще используется для работы с видеоинформацией. Простейшей, если можно так сказать, работой является просмотр кинофильмов и видеоклипов, а также многочисленные видеоигры. Более правомерно данным термином называть создание и редактирование такой информации с помощью компьютера.[11]

Что представляет собой фильм с точки зрения информатики? Прежде всего, это сочетание звуковой и графической информации. Также, для создания эффекта движения на экране используется дискретная по сути технология быстрой смены статических картинок. Исследования показали, что если за одну секунду сменяется более 10-12 кадров, то глаз человеческий воспримет изменения на них как непрерывные. В любительской киносъемке использовалась частота 16 кадров/сек., в профессиональной - 241.

Основной принцип представления цифрового видео: эффект восприятия динамической картины человеческим зрением создается благодаря последовательной демонстрации отдельных кадров (с достаточной частотой). При этом каждый кадр является стандартным компьютерным рисунком, обладая всеми его характерными качествами, для уменьшения размеров видеофайлов применяются специальные программки, называемые кодеками, большинство из которых используют принцип похожести последовательных кадров друг с другом.[10]

В начале был аналог. Самым ранним методом передачи видеосигналов стал метод аналоговый. Одним из первых видео форматов на основе этого принципа - композитный видеосигнал. Композитное аналоговое видео комбинирует все компоненты видео (цвет, яркость, синхронизацию и т. п.) в один сигнал. Из-за объединения элементов в одном сигнале качество композитного видео от совершенства далеко. В результате имеется неточная цветопередача, недостаточно "чистая" картинка и др. факторы потери качества.

Композитное видео сразу уступило дорогу видео компонентному, в котором различные компоненты видео представлены независимыми сигналами. Дальнейшие совершенствования этого формата привели к появлению различных его вариаций: S - Video, RGB, Yи др.

Тем не менее, вышеперечисленные форматы остаются аналоговыми по своей сути, и поэтому обладают существенным недостатком: при копировании дубль всегда уступит по качеству оригиналу. Потеря качества при копировании видеоматериала фотокопированию аналогична, когда копия не бывает такой же четкой и яркой, как оригинал.[5]

Цифровое видео. Недостатки, присущие аналоговому способу воспроизведения видео, в конце концов привели к разработке цифрового формата. На смену аналоговому видео пришло цифровое видео. В области профессионального видео применяется несколько цифровых форматов видео: D1, D2, Digitall Beta Cam и др. В отличие от аналогового видео, качество которого при копировании падает, каждая копия видео цифрового идентична оригиналу.

Хотя современный видеоряд базируется на основе цифровой, почти все цифровые видео форматы до сих пор в качестве исходного носителя сигнала используют пленку с последовательным доступом. Поэтому большинству профессионалов в области видео привычней работать с пленкой, чем с компьютером.

Конечно, пленка в качестве источника данных все еще остается более предпочтительной, чем жесткий диск компьютера, так как вмещает значительно больший объем данных. Зато для цифрового видеомонтажа использование компьютеров дает ряд существенных преимуществ: не только обеспечивает прямой доступ к любому фрагменту видео (что невозможно при работе с пленкой, поскольку к необходимым участкам можно добраться только последовательно, просматривая видеоматериал), но и предполагает широкие возможности обработки изображения (редактирование, сжатие).

Это достаточно веские причины для перехода видеопроизводства с традиционного оборудования на компьютерное. [3]

Компьютерное цифровое видео представляет собой последовательность цифровых изображений и связанные с ними звуки. Элементы видео хранятся в цифровом формате.

Существует множество способов хранения и воспроизведения видео на компьютере. С появлением компьютерного цифрового видео стихийно стали возникать самые разнообразные форматы представления видеоданных, что поначалу привело к небольшой путанице и вызвало проблемы совместимости. Однако в последние годы благодаря усилиям Международной организации по стандартизации (ISO -- Internationall Standards Organisation) выработаны единые стандарты на форматы видеоданных.

Впечатление просмотра видео на компьютере создается благодаря быстрому чередованию отдельных статических изображений, называемых кадрами ( frames ). Количество кадров, демонстрируемых в течение одной секунды, называется частотой кадров ( framerate ). Психология человеческого восприятия такова, что при чередовании с частотой более 20-ти кадров в секунду они не воспринимаются как отдельные изображения, а полностью создают иллюзию просмотра динамической картины.

Принцип покадрового видео, как вы знаете, лежит в основе традиционного (аналогового) кино и телевидения. Отличие компьютерного представления видео проявляется лишь на изложенных нами ранее характеристиках отдельных кадров видео как компьютерных изображений. Сведем все то, о чем мы уже рассказали, и то, о чем только собираемся рассказать, в одну таблицу (табл. 1.1) (не касаясь пока звука, рассмотренного в следующем разделе).

Таблица. Цифровое и аналоговое видео

Цифровое видео

Аналоговое видео (традиционное ТВ)

Аналоговое кино

Изображение дискретное, создается пикселами

Изображение непрерывное, создается на кинопленке на молекулярном уровне

Определяется числом байт, кодирующим информацию об интенсивности каждого пиксела

Бесконечная (непрерывная шкала оттенков, отсутствие градации оттенков, наиболее естественные цвета)

Выбирается пользователем; при этом за счет ухудшения качества изображения возможно значительное уменьшение размера видеофайла

Нельзя регулировать, максимальный объем видеозаписи определяется характеристиками носителя (видеолента, кинопленка и т. п.)

Иллюзия динамической картинки создается благодаря быстрому чередованию отдельных кадров (20 кадров/с и более)

Цифровой, записываемый по принципу дискретизации

Аналоговый (бесконечное число градаций)

Исторически сложилось, что разные стандарты кино и ТВ поддерживают различную частоту кадров. Приведемхарактеристикинекоторыхизних:

24 (кадра/с) — используется для создания кинофильмов на кинопленках (классический кинематограф);
25 (кадров/с) — стандарт PAL/SECAM, европейский стандарт телевидения;
29.97 (кадров/с) — стандарт частоты кадров для NTSC (североамериканского стандарта телевидения);
30 (кадров/с) — режим, довольно часто применяемый для создания компьютерных мультимедийных продуктов.

При работе с цифровым видео большое значение имеет договоренность о нумерации отдельных кадров. Способ и формат расстановки числовых меток, связанных с каждым кадром, называется тайм-кодом ( timecode ) кадра. Чаще всего используется отображение тайм-кода в стандарте NTSC , определяющий нумерацию кадров в пределах каждой секунды фильма, т. е. в виде час : минута : секунда : кадр . Например, тайм-код 01:37:10:21 означает 21-й кадр 10-й секунды 37-й минуты 1-го часа от начала фильма. Однако наряду с таким представлением иногда применяются и альтернативные варианты нумерации кадров (например, сквозная нумерация кадров по порядку от начала до конца, без ссылки на время, т. е. 0, 1, 2, . 100 000, 100 001, 100 002 и т. д.).

Подытожим основной принцип компьютерного представления видео: эффект восприятия человеческим зрением динамической картины создается благодаря последовательной демонстрации (с достаточной частотой) отдельных кадров. При этом каждый кадр является стандартным компьютерным рисунком, обладая всеми его характерными качествами, а для уменьшения размеров видеофайлов часто применяются специальные программы, называемые кодеками, большинство из которых используют принцип схожести последовательных кадров друг с другом.

В современном цифровом мире существует множество различных способов представления цифровой мультимедийной информации. Конечно, для того, чтобы перевести аналоговую информацию в цифровой вид, необходимы специальные программы, создающие файл (его мы будем называть контейнером), в котором содержится вся аудио и видео информация.

Контейнер – основополагающий файл, служащий для сохранения в цифровом виде преобразованной аналоговой информации (т.е. то, что мы видим и слышим в реальной жизни). Как правило, такая сохраненная аудио и видео информация занимает большой объем, поэтому ее сжимают, используя различные аудио и видео кодеки. Все служебные для работы с этим файлом, как правило, устанавливаются вместе с операционной системой.

Кодек – сокращение от английского Coder / Decoder – программа, позволяющая преобразовать записанную информацию так, чтобы она занимала меньше места. При этом расширение файла может не меняться, т.е. основная структура контейнера не изменится, изменится представление в нем аудио и видеоданных, но чтобы воспроизвести такой файл, «зашифрованный» при помощи какого-либо кодека, необходимо, чтобы он был установлен на компьютере пользователя.

Видео на компьютере создается быстрому чередованию отдельных статических изображений, называемых кадрами. Количествокадров, демонстрируемых в течение одной секунды, называется частотой кадров. При чередовании с частотой более 20-ти кадров в секунду они создают иллюзию просмотра динамической картины. При работе с цифровым видео большое значение имеет нумерация отдельных кадров. Способ и формат расстановки числовых меток, связанных с каждым кадром, называется тайм-кодом кадра. Чаще всего используется отображение тайм-кода в стандарте NTSC . Цифровое видео характеризуется четырьмя основными факторами: частота кадра ( FrameRate ), экранное разрешение ( SpatialResolution ), глубина цвета ( ColorResolution ) и качество изображения ( Image Quality ). Первая цветная видеокамера была разработана в 1980 г. компанией Sony , в качестве светочувствительного элемента использовалась ПЗС-матрица.

Термин видеозапись можно определить как, электронная технология записи, обработки, хранения и воспроизведения движущегося изображения, основанная на принципах телевидения. Слово «видео» используется применительно к самому записанному таким способом изображению со звуковым сопровождением на физическом носителе: видеокассете, видеодиске и т.п.

Таким образом, видео - это форма фиксирования и архивации эмпирического материала с помощью технических средств. В свою очередь, цифровое видео можно определить как множество технологий записи, обработки, передачи, хранения и воспроизведения визуального или аудиовизуального материала в цифровом представлении. Основное отличие от аналогового видео являются видеосигналы, которые кодируются и передаются в виде последовательности бит. Цифровое видео может распространяться на различных видео носителях, посредством цифровых видеоинтерфейсом в виде потока или файлов.

Основной принцип цифрового представления видео: эффект восприятия человеческим зрением динамической картины создается благодаря последовательной демонстрации (с достаточной частотой) отдельных кадров. При этом каждый кадр является стандартным компьютерным рисунком, обладая всеми его характерными качествами, а для уменьшения размеров видеофайлов часто применяются специальные программы, называемые кодеками, большинство из которых используют принцип схожести последовательных кадров друг с другом.

В цифровое видео часто сопровождается звуком. Цифровой звук определяется, как кодирование аналогового звукового сигнала в виде битовой последовательности. В основе же кодирования звуковых сигналов лежит сложный процесс оцифровки звука, который преобразовывает механические колебания воздуха в электрические колебания тока, а уже после производится дискретизация полученного аналогового электрического сигнала. При дискретизации звуковых сигналов, при двоичном кодировании звука, принято говорить о дискретизации по вертикали и горизонтали. Дискретизация по вертикали это дискретизация по времени - один из способов дискретизации звука в цифровую форму за счет разбивания волны, на отдельные участки, называемые дискретами, где происходит квантование уровней сигналов. Дискретизация по горизонтальному уровню это дискретизация по уровню или ее ещё называют квантование по уровню сигнала. Процесс оцифровки звука - это технология преобразования аналогового звукового сигнала в цифровой вид. Заключается он в осуществлении замеров амплитуды сигнала с определенным временным шагом и последующей записью полученных значений в численном виде. Хранить цифровой звук можно представив его в последовательности различных кодовых комбинаций. Цифровая звукозапись - это представление звука в виде набора бит, который последовательно описывает значение уровня амплитуды звуковой волны в каждый момент времени звучания звукозаписи, для обработки этого значения устройством воспроизведения. Представление аудиоданных в цифровом виде, позволяет очень эффективно изменять исходный материал при помощи специальных устройств или компьютерных программ - звуковых редакторов.

Для работы с цифровым видео необходимо следующие программное обеспечение:

· операционная система Windows (версия XPSP 2 или выше);

· звуковой редактор Audacity , проигрыватель WindowsMedia , Windows - Звукозапись;

· программа видеомонтажа PinnacleStudio , MovieMaker .

Audacity - это свободный и бесплатный аудиоредактор файлов звукозаписи, ориентированный на работу с несколькими дорожками, работающий под управлением операционных систем: MicrosoftWindows , Linux , MacOSX и др. Интерфейс программы и сопутствующая документация переведены на русский язык. Позволяет редактирование звуковых файлов: OggVorbis , FLAC , MP 3 и WAV . Возможности Audacity :

· запись звука через микрофон или линейный вход аудиокарты;

· редактирование звука. Изменение исходного звукового фрагмента: изменение длины, копирование, вырезание или вставка фрагмента; изменение громкости, темпа, высоты звучания; добавление эффектов (эхо, реверберация, эквалайзер и т.д.);

· создание звуковой композиции из нескольких звуковых файлов. Одновременное оперирование с несколькими звуковыми файлами (театральные шумы, фоновые мелодии, голосовые партии);

· сохранение созданной звуковой композиции в отдельный звуковой файл. Сохранив проект в отдельный звуковой файл формата MP 3 или WAV .

Проигрыватель WindowsMedia - это проигрыватель звуковых и видео файлов для операционных систем семейства Windows . Осуществляет просмотр видеофайлов: AVI , MPEG , WMV , и проигрывание музыки: WAV , MP 3, WMA , MIDI , WindowsMediaPlayer можно использовать для сохранения музыки с компакт-дисков на компьютер, синхронизации содержимого переносных MP 3 проигрывателей и проигрывания DVD (только при наличии установленного DVD декодера).

Windows - Звукозапись - это программа для звукозаписи, входящая в состав MicrosoftWindows . Позволяет записать звук, подаваемый на линейный вход звуковой карты, с микрофона компакт-диска или любого другого источника. Полученную запись можно прослушать. Если качество звучания не удовлетворяет можно изменить параметры записи и перезаписать звуковую информацию. Программа позволяет провести некоторые операции редактирования и наложения эффектов, а затем сохранить полученную композицию в отдельном файле или вставить в качестве фрагмента в различные документы. Имеется русский интерфейс.

PinnacleStudio - это программа для нелинейного видеомонтажа. Имеется русский интерфейс. Понятный интерфейс, на основе перетаскивания упрощает захват фотографий и видеозаписей с видеокамеры или цифровой фотокамеры, телефона или компьютера для создания собственных высококачественных фильмов высокой четкости. Программаявляетсякоммерческой.

MovieMaker - видеоредактор от Microsoft , предназначен, для создания не сложных, но порой очень эффектных роликов из домашнего видео или фото. Поддерживает множество форматов видео: AVI , ASF , DVR - MS , MPEG , MPG , MP 2, WMV , M 1 V , WM , MPV 2. Сохраняется видео в формате WMV . Создаваемый проект можно сохранить с расширением MSWMM . Легок в использовании и освоении. Программа MovieMaker способна брать и обрабатывать видеофайлы с цифровой видеокамеры. Возможности MovieMaker :

· обрезание или склеивание видео;

· добавление заголовков и титров, создание переходов между фрагментами видео;

· добавление простых эффектов.

цифровая фотография - это технология фотографии, использующая вместо светочувствительных материалов, основанных на галогениде серебра, преобразование света светочувствительной матрицей и получение цифрового файла, используемого для дальнейшей обработки и печати;

цифровое видео - это множество технологий записи, обработки, передачи, хранения и воспроизведения визуального или аудиовизуального материала в цифровом представлении;

цифровой звук - это кодирование аналогового звукового сигнала в виде битовой последовательности.

Читайте также: