Оксана Буковецкая - Видео на вашем компьютере: ТВ тюнеры, захват кадра, видеомонтаж, DVD
Форматы, с которых все начиналось
Формат D1 – это «дедушка» всех современных цифровых форматов. В нем используется компонентный сигнал, дискретизация 4:2:2, уровень квантования составляет 8 бит. Существование кода, содержащего контрольную информацию, позволяло исправлять ошибки, эквивалентные продольной царапине длиной в 0,5 мм или выпадению трех строк изображения. Аппараты этого формата способны принимать данные в двух основных ТВ стандартах: PAL и NTSC. При этом число строк в поле (полукадре) варъируется: 300 при 625 строках на кадр и 250 при 525 строках на кадр.
Форматы D2 и D3 использовали композитный сигнал (в стандартах PAL или SECAM) и частоту дискретизации, соответствующую четвертой гармонике цветовой несущей. Формат D2 обладал на тот момент беспрецедентной плотностью записи.
D1 и D2 работали на широкой ленте – 3/4 дюйма, D3 – на более узкой, 1/2 дюйма, что дало возможность использовать этот формат для создания первой цифровой видеокамеры.
В наши дни форматы представляют лишь исторический интерес и в современной технике не используются. В дальнейшем композитный видеосигнал не применялся в цифровой технике. Все современные цифровые видеомагнитофоны используют компонентный сигнал.
Современные цифровые форматы
Число форматов цифрового видео очень велико, однако с точки зрения их использования в качестве источника сигнала для компьютерного видеоввода эти различия не очень значительны.
Все современные цифровые форматы работают с компонентным сигналом. Частота дискретизации и глубина квантования могут заметно различаться. Появился еще один существенный параметр: это наличие/отсутствие компрессии (сжатия), ее тип и уровень. В начале этой главы мы разбирали проблемы, связанные со сжатием данных. Проблема записи больших потоков связана с существенным расходом пленки, и решить вопрос возможно только с помощью громоздкой и очень дорогой студийной техники. Поэтому большинство современных цифровых форматов используют сжатие.
Последний формат без сжатия – D5 (1992 г.) – использовал дискретизацию 4:2:2 и уровень квантования 10 бит. Как было показано выше, при таких характеристиках поток данных достигает 270 Мбит/с. Скорость протягивания ленты и, соответственно, ее расход увеличен в два раза.
У Digital Betacam при компрессии 2:1 те же параметры записи видеосигнала. Аппараты этого формата могут воспроизводить записи в аналоговых Betacam-форматах.
Аналогичные характеристики имеет формат DCT, однако в нем использовалась широкая, в 3/4 дюйма, лента, и в конце концов он был снят с производства. Однако оборудование, использующее этот формат, еще работает в некоторых студиях.
Betacam SX – цифровой формат, который позиционируется не как студийный, а в качестве техники для репортеров. Он сохраняет параметры профессиональных форматов, в частности, высокое разрешение (608 строк), но имеет высокий уровень компрессии 10:1 в стандарте MPEG 2. Столь сильное сжатие считается несовместимым с высоким качеством изображения. Тем не менее с его помощью, по общему мнению, можно получать кадры достаточно хорошего качества. (Естественно, для видео, а не для захвата кадра.)
Digital S (D 9) – версия цифрового видео, предложенная фирмой JVC (автором популярного аналогового формата VHS). Дискретизация – 4:2:2, уровень компрессии не очень высокий – 3,3:1, межкадровое сжатие не применяется. Такое значение уровня компрессии считается достаточно «безопасным» (хотя и не гарантирующим отсутствие потерь).
Формат DV (Digital Video – цифровое видео) – это, собственно, не формат, а спецификация, разработанная консорциумом фирм DV. Она определяет диапазон сжатия, стандарт кодирования, особенности кассет и лентопротяжного механизма и другие (не очень важные для нас) характеристики. Сигнал, естественно, компонентный. Дискретизация в стандарте – 4:2:0. Используется вариант MJPEG сжатия с коэффициентом 5:1. От стандартного MJPEG отличается использованием переменных таблиц квантования: при анализе крупных блоков (16x16 пикселов) выбираются малоинформативные группы – однородные блоки, для которых уровень компрессии повышается, и информативные блоки с большим количеством мелких деталей. Для последних уровень компрессии меньше стандартного. Разрешение – до 500 линий. В этом формате используется очень узкая лента: 1/4 дюйма (6,35 мм), что делает аппараты гораздо легче и компактнее. Существует несколько форматов, созданных на основе спецификации DV, в частности, DVCPRO (Panasonic) и DVCAM (Sony). Оба формата имеют сжатие 5:1. Считается, что для студийной техники это значение слишком велико, поэтому выпущен вариант формата DVCPRO – DVCPRO 50, с уровнем компрессии 3,3:1.
Устройства форматов DV могут обмениваться данными по интерфейсу FireWire. Схему его работы мы разберем в следующем разделе, посвященном компьютерному видео.
На сегодняшний день стремительно захватывает рынок DVD-video – формат цифровой видеозаписи, который, как предполагается, может прийти на смену аналоговым видео-CD. Первоначально аббревиатура DVD расшифровывалась как digital video disc (цифровой видеодиск). Однако, хотя наиболее распространенное использование DVD – действительно запись видеофильмов, этот формат может использоваться и для звука, для интерактивных игр и для другой информации. Поэтому, позже возникла расшифровка digital versatile disc (универсальный цифровой диск).
Как и для CD, здесь используется лазерный бесконтактный способ считывания. В отличие от компакт-дисков, информация может записываться на обеих сторонах носителя, кроме того, возможно использование двухслойной записи. Емкость диска до 17 Гбайт (в случае двухслойной двусторонней записи). Формат использует сжатие MPEG 2 и YUV-представление цвета. Поддерживается широкоформатное видео с соотношением сторон кадра 16:9. Каждому фильму может соответствовать 8 вариантов звукового сопровождения на разных языках и 32 варианта субтитров. Кроме того, можно выбирать (если это предусмотрено изготовителями фильма) ракурс просмотра и даже вариант развития сюжета. Разумеется, пока эта возможность используется редко. Для данного фильма и сюжета можно выбирать или отключать отдельные сцены (например, садизм или эротику).
В устройствах DVD используется более высокочастотный лазер, чем для CD, что позволило увеличить плотность записи. С другой стороны, это привело к тому, что диски DVD можно читать только на специальном устройстве. Совместимость с CD имеется только в одну сторону, то есть DVD-drive прекрасно читает компакт-диски, а вот CD-drive дисков DVD просто «не видит» (и издает при попытке их «подсунуть» недовольный скрежет). По сравнению с видео CD, качество DVD-записей несравненно выше, а поток данных примерно в 2–4,5 раза больше. Выигрывает DVD и при сравнении с аналоговым VHS. Конечно, этот формат не является студийным. При записи со студийным качеством стараются избегать компрессии или минимизировать ее. Итак, DVD – это бытовой формат, но, как сейчас модно говорить, нового поколения.
Единственное, что до сих пор сдерживало распространение данного формата, – это дороговизна устройств и дисков. Однако за последнее время ситуация кардинально изменилась. Существуют как автономные DVD-плееры, так и компьютерные встроенные DVD-ROM. Еще недавно DVD-плеер был примерно таким же атрибутом состоятельности, как толстая золотая цепь, малиновый пиджак и шестисотый «Мерседес». Сейчас автономное DVD-устройство можно купить менее чем за 500 долларов. Конечно, это дорого, но уже вполне доступно. Компьютерный привод DVD-ROM можно купить менее чем за 100 долларов, и, пока выйдет эта книга, цена наверняка еще уменьшится. Диски тоже довольно дороги, за рубежом они стоят 8-10 долларов, в Москве – 800-1000 рублей. Но цена дисков также снижается, хотя и не так быстро, как стоимость воспроизводящих устройств.
При проигрывании дисков необходима декомпрессия MPEG 2. Декодирование может производиться аппаратно (платой-декодером) и программно (с использованием ресурсов процессора). Программное декодирование сопряжено с рядом проблем, например со значительной загрузкой процессора и жесткими требованиями к видеокарте. Поэтому предпочтительнее установить декодер. Один из наиболее удачных декодеров – плата Hollywood plus – будет рассмотрен в соответствующей главе.
Обмен информации между автономными DVD-устройствами и компьютером возможен по интерфейсу FireWire.
Кроме воспроизводящих устройств, на рынке уже появились пишущие DVD-приводы: DVD-RAM – устройство для многократной перезаписи и DVD-R, при помощи которого можно делать однократную запись. Перезаписываемые диски сегодня допускают только однослойную запись. Их предельная емкость – 4,7 Гбайт. Пока не все в порядке и со стандартами пишущих DVD, поскольку ряд фирм планирует выпуск конкурирующих, несовместимых устройств.
В связи с теоретической возможностью для DVD неограниченного копирования без потери качества записей фирмы-производители придумали и пытаются распространить довольно изуверский способ защиты от копирования. Мир был поделен на шесть зон:
