Файл: Анимация и видео.pdf

За восстановление полученных из видеофайла данных отвечают программы, называемые кодеками.

Что такое кодеки?

Кодеки – это небольшие утилиты, которые выполняют функции «посредников» между файлами и программами для работы со звуком или видео (плеерами, редакторами и другими приложениями). При открытии файла плеер определяет, какой кодек использовался для его сжатия, и передаёт ему сжатые данные для расшифровки, а затем получает обратно. При записи файла кодек отвечает за сжатие: в этом случае он получает «сырые» данные, сжимает их и передаёт в программу-редактор.

Техническая реализация кодеков может быть разной. Некоторые из них интегрируются в операционной системе, а некоторые оформляют в виде модулей, подключаемых к отдельным программам.

Как мы уже отметили, форматов кодирования множество. Если вы запустите любую программу для работы с кодеками (например, GSpot), то убедитесь, что только на вашем компьютере их установлено не меньше двух сотен. И все они (или, по крайней мере, большая их часть) совершенно необходимы для того, чтобы вы могли без проблем смотреть фильм и слушать музыку.

А теперь представьте, что этих кодеков не существует и каждый проигрыватель должен выполнять их работу «своими силами» и собственным неповторимым способом. В этом случае программные плееры получились бы слишком «тяжелыми». К тому же неизбежны были бы серьёзные проблемы с совместимостью – ведь каждая компания – разработчик захотела бы создать свой собственный кодек, чуть – чуть отличающийся от используемого в плеерах конкурентов. Не исключено, что вам пришлось бы держать отдельный проигрыватель для фильмов, сжатых кодеков DivX, отдельный – для роликов, «упакованных» с помощью Xvid, и еще полтора десятка – для каждого из менее распространенных форматов.

Если бы в каком – то из плееров обнаружилась ошибка при воспроизведении того или иного формата, вам пришлось бы менять его на другой или дожидаться обновления; а ведь большие программы обновляют далеко не так быстро. Как нам бы этого хотелось. С кодеками же все просто: для того чтобы поправить проблему с воспроизведением, в большинстве случаев достаточно обновить один небольшой файл.

Методы сжатия видеоданных.

Как выбрать метод сжатия? Методы сжатия данных используют математические алгоритмы для устранения, группировки или усреднения схожих данных, присутствующих в видеосигнале. Выбор конкретного алгоритма зависит от вашей конечной цели. Существует большое разнообразие алгоритмов сжатия, но только Motion JPEG (Joint Photographic Experts Group), MPEG-1 и MPEG-2 признаны международными стандартами для сжатия видео.

Практически все рассматриваемые ниже видеоплаты построены на основе одного из двух методов компрессии: Motion-JPEG или MPEG. Нелегко судить о преимуществе одного формата над другим, тем более что области применения этих форматов несколько различаются, так как технология MPEG кодирования и монтажа до последнего времени была более дорогостоящей и сложной. Большую роль сыграло и анонсирование спецификаций формата MPEG-2, который ляжет в основу новых видеотехнологий не только на компьютерах, но и применительно к телевидению и кино. Судя по всему, этот формат в совокупности с новыми CD-дисками высокой плотности (DVD) основательно изменит привычный видеорынок. Без сжатия очень трудно обеспечить непрерывную передачу видео со скоростью 21 Мбайт/с (требования CCIR 601 - признанного в мире стандарта цифрового телевидения), а объемы и стоимость хранения несжатых видеоданных на дисках фактически делает невозможным применение персонального компьютера для чернового монтажа. Качество сжатия варьирует в довольно широких пределах; обычными для современных видеосистем являются коэффициенты сжатия от 1:4 до 1:100. Для цифрового оборудования, которое используется при нелинейном монтаже видео с вещательным (1:4 и менее) качеством влияние сжатия может быть особенно заметным. На сегодняшний день наибольшее распространение получили два стандарта сжатия: Motion-JPEG и MPEG, но какие бы совершенные алгоритмы при этом ни применялись, неизменным остается одно: чем выше коэффициент сжатия - тем хуже качество. Методы сжатия сводятся к анализу изображения, на основании которого делаются предположения обо всем изображении в целом, что изначально допускает возможность погрешности. Применение подобных интегральных оценок к разным картинкам при сжатии дает разные результаты. И даже если сжатие позволяет достичь прекрасных результатов на картинке с плавными переходами и небольшими шумами, то обработка резкого и зашумленного изображения может привести к худшим результатам.

Что такое MPEG?

MPEGрасшифровывается как MotionPictureExpertGroup(Экспертная группа по кинематографии). Это группа специалистов, занимающихся проблемами кодирования видео и разработкой соответствующих стандартов, определяющих способы кодирования, применяемые в различных областях. Именно об этих стандартах мы говорим, когда употребляем термины MPEG-1(качественные параметры видеоданных, обработанных MPEG-1, во много аналогичны обычному VHS-видео, поэтому этот формат применяется в первую очередь там, где неудобно или непрактично использовать стандартные аналоговые видеоносители), MPEG-2(спецификация MPEG-2 подразумевает использование высоких разрешений для достижения максимального качества изображения, поэтому этот формат применяется в первую очередь профессионалами) или MPEG-4. Интересно, что даже известный всем без исключения формат сжатия звуковых файлов МР3 – это тоже результат работы MPEG! Его полное название - MPEG-1 AudioLayerIII.

Технология MPEG использует поточное сжатие видео, при котором обрабатывается не каждый кадр по отдельности (как это происходит при сжатии видео с помощью алгоритмов Motion-JPEG),а анализируется динамика изменений видеофрагментов и устраняются избыточные данные. Поскольку в большинстве моментов фон изображения остается достаточно стабильным, а действие происходит только на переднем плане, алгоритм MPEG начинает сжатие с создания исходного кадра. Играя роль опорных при восстановлении остальных изображений, они размещаются последовательно через каждые 10-15 кадров. Только некоторые фрагменты изображений, которые находятся между ними, претерпевают изменения, и именно эта разница сохраняется при сжатии.

Исходные кадры имеют довольно низкий коэффициент сжатия и составляют основу MPEG-файла. Именно благодаря им возможен случайный доступ к какому-либо отрывку видео. Предсказуемые кадры кодируются относительно предыдущих кадров и обычно используется как сравнительный образец для дальнейшей последовательности Предсказуемых кадров. В этом случае достигается высокий коэффициент сжатия, но при этом для их привязки к видеопоследовательности необходимо использовать не только предыдущие, но и последующее изображение. Сами Двунаправленные кадры никогда не используются для сравнения.

Изображения объединяются в группы (GOP – groupofpictures), представляют собой минимальный набор повторяемых последовательных изображений.

Отдельные изображения состоят из структурных единиц - макроблоков, соответствующих участку изображения размером 16Х16 пикселов. Компьютер анализирует изображения и ищет идентичные или похожие макроблоки, сравнивая базовые и последующие кадры. В результате сохраняется только данные о различиях между кадрами, называемые вектором смещения (vectormovementcode). Макроблоки, которые не претерпевают изменений, игнорируются, так что количество данных для реального сжатия и хранения существенно снижаются. Для повышения устойчивости процесса восстановления изображения к возможным ошибкам передачи данных последовательные макроблоки объединяют в независимые друг от друга разделы (slices). В свою очередь, каждый макроблок состоит из шести блоков, четыре из которых несут информацию о яркости, а два определяют цветовые компоненты. Блоки являются базовыми структурным единицами, над которыми осуществляются основные операции кодирования, в том числе выполняется и дискретное преобразование (DCT – DiscreteCosineTransform) .В результате при использовании MPEG-технологии можно достигнуть рабочего коэффициента более чем 200:1, хотя это приводит к некоторой потере качества.

Видеопоследовательности, сжатые в соответствии с форматами MPEG-1 и MPEG-2 , различаются объемом информации и, как следствие, качеством. Хотя алгоритм MPEG-1 может работать с разрешением вплоть до стандарта CCIR-601 (720х470), обычно видео кодируется при значительно более низкой интенсивности потока данных, что приводит к худшему качеству воспроизводимого видео. Качество MPEG-1 обычно ассоциируется с качеством VHS только в формате (352х240). При воспроизведении такое изображение «растягивается» аппаратными или программными средствами до полного экрана, и хотя при этом теряется качество, зато остается возможность проигрывать полноэкранное видео даже с двухскоростным CD-ROM.

MPEG-2 поддерживает более высокие разрешения (в том числе и CCIR-601). При этом объем файлов MPEG-2 примерно в четыре раза больше относительно файлов MPEG-1, что позволяет записывать полноэкранные фильмы «вещательного» качества. Этот формат избран для использования в новом поколении видеодисков на основе технологии DVD, а в скором времени станет доминировать и на персональном компьютере. В отличие от MPEG-1 для MPEG-2 необязательно наличие GOP-групп, и даже при отсутствии GOP-заголовка можно получить прямой доступ к видеофрагменту. Другой ключевой особенностью MPEG-2 является присутствие в нем расширений, которые позволяют при записи разделить видеосигнал на два (ли более) независимо кодируемых потока данных, представляющих видео в различных разрешениях, т.е. с лучшим или худшим качеством изображения. Это делается с целью создания независимых потоков данных определенной интенсивности в рамках одного видеосигнала. Такая функция важна, если необходимо одновременно транслировать ТВЧ и стандартный телевизионный сигнал.

Носители цифрового видео.

Носителем цифрового видео может быть ваш винчестер или гибкий диск, но винчестер далеко не унесешь, а на дискету не поместится достаточное количество видео, да к тому же воспроизвести с дискеты видео вряд ли удастся. В мире для переноски и распространения видеопродукции используется ряд форматов компакт дисков.

Video-CD –это формат, который позволяет записывать MPEG-видео на CD-диск и воспроизводить его на любом оборудовании, поддерживающем формат.

Технология DVD (Digitalversatile/Videodisc) заняла достойное место в зале компьютерной славы. После года активной рекламы DVD-плеер вышел на рынок мультимедиа - и видеопродукции. DVD-плеер это устройство стоимостью 600-700 долларов, которое можно подключать к телевизору или персональному компьютеру для проигрывания дисков емкостью 4,7Гб с высоким качеством воспроизведения аудио- и видеоинформации. В связи с тем, что диск имеет большой объем, появился новый вид видеопродукции - интерактивное видео. Интерактивное видео - это фильм длиной около часа, причем главный герой фильма каждые пять-десять минут попадает в ситуации, в которых ему надо сделать выбор, что делать дальше. Выбор продолжения сюжета (одного из 3-4 предложенных) ложится на плечи зрителя.