Цифровое видео для начинающих
Шрифт:
НОВЫЙ ТЕРМИН
Цифровое видео (Digital Video) – термин, обозначающий группу устройств, в которых видеосигнал записывается и обрабатывается в цифровой форме. Компьютерное цифровое видео представляет собой последовательность цифровых изображений и связанный с ними звук, то есть мультимедиа.
Для цифровых видеокамер был разработан специальный цифровой формат записи на магнитную ленту – DV(Digital Video). Это компонентный формат представления сигнала, который обеспечивает разрешение по горизонтали 500 линий. Оцифровка осуществляется с разрешением 720 х 576 согласно схеме 4:2:0 (каждый кадр содержит 720 х 576 значений
Основные характеристики цифрового видео
Цифровое видео характеризуется четырьмя основными факторами:
• частотой кадров (Frame Rate);
• глубиной цвета (Color Resolution);
• экранным разрешением (Spatial Resolution);
• качеством изображения (Image Quality).
Рассмотрим эти характеристики более подробно.
Частота кадров (Frame Rate)
Как мы писали выше, в аналоговых телевизионных системах стандартная скорость воспроизведения видеосигнала – 25 (PAL/SECAM) или 30 кадров/с (NTSC), а для кино этот показатель составляет 24 кадра/с. При этом каждый кадр состоит из определенного количества строк, которые прорисовываются не последовательно, а через одну, в результате чего получается два полукадра, или так называемых поля. Поэтому каждая секунда аналогового видеосигнала состоит из 50 или 60 полей (полукадров). Такой процесс называется interlaced видео (чересстрочная развертка).
Монитор компьютера для прорисовки экрана использует метод прогрессивного сканирования (progressive scan), при котором строки кадра формируются последовательно, сверху вниз, а полный кадр прорисовывается 30 раз каждую секунду (при частоте обновления экрана 60 Гц). Посмотреть установленную на вашей видеокарте частоту обновления экрана можно, щелкнув на рабочем столе правой кнопкой мыши и выполнив команду Свойства Параметры Дополнительно Адаптер – рис. 2.4.
Рис. 2.4. Пример прорисовки кадра на экране ПК с частотой кадров (Frame Rate) 50 раз в секунду (частоте регенерации монитора 100 Гц)
Подобный метод формирования изображения на экране получил название noninterlaced видео (прогресссивная развертка). В этом заключается основное отличие между компьютерным и телевизионным методом формирования видеосигнала.
Глубина цвета (Color Resolution)
Этот показатель является комплексным и определяет количество цветов, одновременно отображаемых на экране. Компьютеры обрабатывают цвет в RGB-фор-мате (красный-зеленый-синий), в то время как видео использует и другие методы. Как уже упоминалось, одна из наиболее распространенных моделей цветности для видеоформатов – YUV. Каждая из моделей RGB и YUV может быть представлена разными уровнями глубины цвета (максимального количества цветов).
Для цветовой модели RGB обычно характерны следующие режимы качества цветопередачи (глубины) цвета: 8 бит/пиксель (256 цветов), 16 бит/пиксель (65 535 цветов), 24 бит/пиксель (16,7 млн цветов) и 32 бит/пиксель (True Color – 16,7 млн цветов + альфа-канал). Посмотреть заданную на вашей видеокарте глубину цвета можно, щелкнув на рабочем столе правой кнопкой мыши и выполнив команду Свойства Параметры – рис. 2.5.
Рис. 2.5. Пример настройки монитора ПК на глубину цвета 32 бит
Экранное разрешение (Spatial Resolution)
Экранное
Однако, к сожалению, прямой связи между разрешением цифрового видео и компьютерного дисплея нет. Напомним, что стандарт PAL, распространенный в Европе и России, имеет разрешение – 720 на 576 точек. Среди стандартных для компьютерной видеокарты разрешений экрана разрешение 720 х 576 не значится, поэтому на экране компьютера такой видеокадр будет окружен бордюром до ближайшего стандартного разрешения видеокарты в 800 х 600 или 1024 х 768 точек – рис. 2.6.
Рис. 2.6. Бордюр при размещении изображения 720 х 576 точек на экране монитора с разрешением 1024 х 768 точек
В случае выбора режима полноэкранного просмотра изображение будет масштабироваться так, как видеокарта и ее драйвер посчитают нужным, и разложение изображения по полям для вывода по TV-выходу видеокарта будет делать без всякой связи с оригинальным видеоизображением.
Из сказанного следует, что поскольку разрешение аналогового и компьютерного видеосигналов различается, то при преобразовании аналогового видео в цифровой формат приходится иногда масштабировать изображение, а это приводит к некоторой потере качества видеоизображения.
Разрешающую способность видеокамеры обычно измеряют в ТВЛ (Телевизионных линиях). У большинства современных цифровых видеокамер значение этого параметра достигает 500 и более телевизионных линий (ТВЛ). Возникает вопрос:
почему у камеры только 500 линий, а в телевизионной картинке (по стандарту PAL) должно быть 625 линий? На самом деле это совершенно разные понятия – строки, на которые раскладывается телевизионное изображение (их действительно 625), и линии, характеризующие качество изображения. Для понимания того, что есть ТВЛ, посмотрите на телевизионную испытательную таблицу – рис. 2.7.
Рис. 2.7. Телевизионная испытательная таблица
Цифры, стоящие рядом с линиями, как раз характеризуют разрешающую способность. Например, если на изображении испытательной таблицы, снятой видеокамерой, можно различить линии рядом с цифрой 500, то разрешение такой видеокамеры не хуже 500 ТВЛ.
Качество изображения (Image Quality)
Наиболее важная характеристика цифрового видеосигнала – это качество видеоизображения.
Требования к качеству зависят от конкретной задачи. Иногда достаточно, чтобы картинка была размером в четверть экрана с палитрой из 256-ти цветов (8 бит) при скорости воспроизведения 15 кадров/с. В других случаях требуется полноэкранное видео (768 на 576) с палитрой в 16,7 млн цветов (24 бит) и полной кадровой разверткой (25 или 30 кадров/с).
Очевидно, что чем выше частота кадров, глубина цвета и разрешение, тем качество цифрового изображения лучше – рис. 2.8.
На этой иллюстрации под битностью изображения следует понимать то, сколько оттенков цвета используется для хранения изображения. Разные графические форматы имеют для этого разные возможности (табл. 2.2.).
Рис. 2.8. Пример зависимости качества изображения от глубины цвета (слева режим 4:2:2 (7 бит/пиксель – 2 млн цветов), а справа режим 4:4:4 (8 бит/пиксель – 16 млн цветов)