Цифровое видео для начинающих
Шрифт:
Рис. 2.2. Меню выбора разрешения в видеостандарте PAL для программы создания видеотитров Adobe Title Express
Спецификация PAL представлена ниже в виде таблицы:
SECAM
Во Франции телевидение использует стандарт SECAM(SEquential Couleur Avec Memoire). Частота кадров в SECAM соответствует частоте кадров в стандарте PAL, то есть 25 череcстрочных кадров в секунду (50 Гц). Система SECAM обладает тем преимуществом, что нечувствительна к фазовым искажениям благодаря частотной модуляции, однако в этой системе снижена вдвое цветовая четкость
Спецификация SECAM представлена ниже в виде таблицы:
Форматы аналогового видео
Цветовые модели RGB и YUV. Композитный и компонентный видеосигналы
Самым ранним методом передачи видеосигналов является аналоговый метод. Одним из первых видеоформатов на основе этого принципа стал композитный видеосигнал. Поясним о чем идет речь.
Известно, что человеческий глаз суммарно воспринимает красную (Red), зеленую (Green) и синюю (Blue) части видимого спектра. Таким образом, цветовое восприятие человека трехкомпонентное. Глаз воспринимает также примерно 16 миллионов цветовых оттенков из комбинации этих трех главных цветов цветовой модели RGB.
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) цветное изображение. Эти цвета, смешиваясь, дают всю палитру цветовых оттенков – рис. 2.3.
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
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.