Владимир Молочков - Pinnacle Studio Plus. Основы видеомонтажа на примерах Страница 6

Новый термин

Коэффициент сжатия – это цифровое выражение соотношения между объемом сжатого и исходного видеоматериала. Для примера, коэффициент 100:1 означает, что если принять объем полученного после компрессии ролика за единицу, то исходный оригинал занимал объем, в 100 раз больший.

Существуют различные алгоритмы сжатия видеоизображений. Так, вариант сжатия по алгоритму Motion-JPEG работает с коэффициентами сжатия от 5:1 до 100:1, хотя уже при уровне 20:1 трудно добиться нормального качества изображения (рис. 1.8).

Рис. 1.8. Видеофайл недопустимо низкого качества с компрессией выше нормы

Примечание

Стандарт компрессии JPEG был разработан объединенной группой экспертов по фотографии (JPEG – Joint Photographic Expert Group) международной организации стандартов (ISO). Схема компрессии была разработана для неподвижных изображений, но телевидение – последовательность неподвижных изображений, поэтому такое кодирование может применяться и для компрессии видеоизображений. Иногда этот стандарт называют Motion-JPEG (динамический JPEG).

Чем больше степень сжатия (компрессия), тем хуже качество видео. Как правило, приходится искать компромисс между объемом файла и допустимой потерей качества изображения. Надо отметить, что в профессиональном видео действует простое правило – чем ниже коэффициент сжатия изображения, тем лучше.

Форматы сжатого цифрового видео

AVI

Формат AVI – технология фирмы Microsoft, это самый распространенный и наименее сжатый из видеоформатов. Файлы, созданные с использованием этого метода, имеют расширение avi. Видео– и аудиоданные записываются в один файл на диске следующим образом: все информационные потоки разбиваются на множество равных частей (chunks) и затем записываются в один файл друг за другом по очереди. Сначала записывается заголовок, а затем 1-я часть видео и 1-я часть звука; затем 2-я часть видео и 2-я часть звука и т. д. Иначе говоря, используется технология чередования видеокадров и звука, которой, собственно, и определяется аббревиатура AVI (Audio Video Interleaved). В среднем одна секунда AVI-изображения занимает примерно 2 Мбайт на жестком диске.

QuickTime

Под «QuickTime» одновременно понимают и мультимедийный плеер производства компании Apple, и технологию сжатого видео, предоставляющую возможность захватывать, сжимать и проигрывать широкий спектр цифрового видео– и аудиоконтента. QuickTime включает три основополагающих элемента – QuickTime видеоформат (Movie file format), слой абстрактного носителя (Media Abstraction Layer) и набор встроенных медиаслужб. Слой абстрактного носителя определяет набор сервисных функций для создания, редактирования и воспроизведения цифрового материала. Среди них:

• синхронизация по времени;

• компрессия и декомпрессия аудио– и видеоданных;

• преобразование форматов, масштабирование, смешивание и транскодирование;

• аудио– и видеоэффекты и переходы;

• синхронизация чтения и записи;

• захват данных;

• импорт и экспорт данных.

QuickTime видеоформат хорош тем, что он платформенно независим, открыт для расширения. В связи с этим он поддерживается многими производителями. Интерфейс стандартного проигрывателя QuickTime изображен на рис. 1.9.

Рис. 1.9. Интерфейс программы

Примечание

Программа и кодеки QuickTime служат для воспроизведения видео как собственного формата (QT и MOV), так и других наиболее распространенных медиаформатов цифрового видео, звука, текста, анимации, а также потокового видео из Интернета. Поддерживаются, в том числе, MP3, AVI, MPEG (включая MPEG-4), AAC Audio, Flash 5. Последняя версия – QuickTime 7.0.

MPEG-сжатие видеосигнала

Слово «MPEG» является сокращением от Moving Picture Expert Group – названия экспертной группы ISO, действующей в направлении разработки стандартов кодирования и сжатия видео– и аудиоданных. Часто аббревиатуру MPEG используют для ссылки на стандарты, разработанные этой группой. 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.

MPEG-1

Формат (телестандарт) для хранения и воспроизведения видео– и аудиоданных на мультимедианосителях данных. Качество сопоставимо с видеозаписью VHS (разрешение 352x228 (PAL) или 320x240 (NTSC) при частоте 25 или 30 кадров в секунду соответственно). Формат используется для записи Video CD. Для кодирования видео в формат MPEG-1 используют специальные программы (кодеки).

MPEG-2 и MPEG-3

Стандарт MPEG-2 разработан как дополнение к стандарту MPEG-1 и поддерживает передачу высококачественного видео по высокоскоростным цифровым каналам. Интенсивность потока медиаданных до 50 Мбайт/с. В результате для фильмов, созданных в стандартах PAL и SECAM, поддерживается разрешение 720x576 при 25 кадрах в секунду при качестве, практически не уступающем вещательному. Формат подходит для всех стандартов телевидения, широко используется при записи DVD-дисков. MPEG-1 и MPEG-2 признаны международными стандартами для сжатия видео. В MPEG-2, по сравнению с MPEG-1, добавлена поддержка многоканального звука (Dolby Digital 5.1, DTS и т. п.).

Вопреки ожиданиям и прогнозам разработка стандарта MPEG-3 явилась всего лишь улучшенной версией MPEG-2. Формат MPEG-3 (не путайте с форматом сжатия аудиоданных MP3) сегодня стал частью стандарта MPEG-2 и отдельно теперь не упоминается.

MPEG-4

Формат MPEG-4 задает принципы работы с цифровым представлением медиаданных для трех областей: интерактивного мультимедиа (включая продукты, распространяемые на оптических дисках и через Интернет), графических приложений и цифрового телевидения (DTV). Он имеет дело не просто с потоками и массивами медиаданных, а с медиаобъектами, которые являются ключевым понятием этого стандарта. При транспортировке видеокартинка разделяется на составные элементы – медиаобьекты, описывается структура этих объектов и их взаимосвязи, чтобы можно было собрать их в единую видеозвуковую сцену. Результирующая сцена составляется из медиа-объектов, объединенных в иерархическую структуру. В отличие от прежних MP EG-стандартов, которые делили кадр на квадратные блоки вне зависимости от содержимого, кодер по стандарту MPEG-4 оперирует целыми объектами произвольной формы. Ключевые кадры не расставляются с заданной регулярностью, а выделяются кодером только в те моменты, в которые происходит смена сюжета. Такие разветвленные алгоритмы поиска и обработки объектов сложной формы, углубленного анализа последовательностей кадров требуют существенно больших вычислительных ресурсов для качественного восстановления (декомпрессии) изображения этого формата, нежели в случае MPEG-1 или 2.

Эффективность компрессии видео в MPEG-4 позволяет размещать полнометражный фильм длительностью полтора-два часа с хорошим качеством всего на одном стандартом компакт-диске в 700 Мбайт. Однако фильмы в MPEG-4 все-таки не дотягивают до качества DVD-видео в стандарте MPEG-2.

Преимущества стандарта MPEG-4 (DivX, Xvid):

• высокая степень сжатия информации;

• требует сравнительно небольших скоростей каналов связи для передачи информации;

• большие возможности управления контентом (содержимым) со стороны пользователя;

• перспективность применяющейся модели кодирования в будущем для различных областей применения аудио– и видеоинформации;

• возможность построения различных специализированных кодеков разной степени сложности для различных устройств.

Недостатки стандарта MPEG-4 (DivX, Xvid):

• требуются существенные вычислительные мощности ПК для кодирования и декодирования потока информации;

• качество изображения несколько хуже, чем у MPEG-2 (зависит от конкретного кодека и требуемой степени сжатия);

• наличие нескольких конкурирующих реализаций данного формата.

Звук в MPEG

В составе стандарта MPEG создано семейство из трех звуковых кодеров, названных «слоями»: Layer I, Layer II, Layer III. Все они построены на несовершенстве слухового аппарата человека, т. е. на устранении из несжатого звука избыточной информации, той, что человеческое ухо все равно не воспринимает.

Первый слой (Layer I) был рассчитан на аудиопоток со скоростью 192 Кбит/с на канал. Layer II предназначен для звуковых потоков до 128 Кбит/с. Для нас наибольший интерес представляет Layer III, первоначально рассчитанный на низкоскоростные сети с аудиопотоком до 64 Кбит/с на канал. Это и есть знаменитый формат сжатия аудиоинформации MP3 (полное его название – MPEG Audio Layer III). Любой пользователь Интернета знает о распространении сжатого звука через Сеть в формате MP3. Ближайшими конкурентами этого формата являются WMA от Microsoft и ААС (продвинутая разновидность формата Dolby Digital АС-3).

CODEC = COder+DECoder (кодек = кодер + декодер) – программные или аппаратные средства, преобразующие видеоинформацию в поток уплотненных данных и наоборот. Для воспроизведения цифрового видео система должна иметь тот же самый тип кодека, который используется для кодирования видео. В этом примере мы рассмотрим популярную программу – быстрый и качественный транскодер видео, работающий с форматами MPEG-1 и 2, QuickTime, VideoCD, DVD, QuickTime и др. Логотип программы приведен на рис. 1.10.