РЕФЕРАТ
ПО
ИНФОРМАТИКЕ
Программа для домашней видеостудии
«Ulead Video Studio 8»
Учитель: Зобнин Ю.В.
Выполнил: Бекетов С.С.
с.Смоленское 2006.
План:
Введение:
1. Зарождение кино . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
б) Принцип получения изображения на кинопленке . . . . .5
в) Запись звука (магнитные носители информации) . . . . 9
г) Кинопроекция . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.Аналоговое кино на современном этапе
появление цифрового видеоизображения.
а) способ передачи аналоговой информации в виде
электрического сигнала (преобразования аналогового изображения в цифровое.) . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . 15
б) миниатюризация носителей и видеокамер . . . . . . . . . 22
3.Аналоговое и цифровое видео в ЭВМ.
а) Аппаратное обеспечение процесса . . . . . . . . . . . . . . 25
б) Принцип кодировки в ЭВМ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
в) устройства видеозахвата. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
4.Описание форматов (MPEG1,2,4; avi; DIVX; DVD). . . . . 32
Кодеки, назначение и применение.
5.Программное обеспечение оцифровки изображений.
а) Общее и разное в работе программного
обеспечения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
б) Системные требования к программному
обеспечению. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
6.Программа Ulead Video Studio 8: . . . . . . . . . . . . . 46
а) назначение, возможности
б) интерфейс
в) принципы работы
Заключение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
Список источников информации. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
Люмьер (Lumiere) Луи Жан (5.10.1864, Безансон, — 6.6.1948, Бандоль), изобретатель кинематографа, пионер французского кинопроизводства и кинорежиссуры. Член Парижской АН (1919). Окончил промышленную школу, был фотографом, работал на фабрике фотоматериалов, принадлежавшей отцу. В 1895г. Люмьер изобрёл киноаппарат для съёмки и проекции «движущихся фотографий», пригодный для коммерческого использования. Аппарат был запатентован и получил название кинематографа. Первый публичный платный сеанс состоялся 28 декабря 1895г. в подвале «Гран-кафе» на бульваре Капуцинов в Париже. Первые кинопрограммы Л. демонстрировали сценки, снятые на натуре: «Выход рабочих с фабрики Люмьера», «Прибытие поезда», «Завтрак ребёнка», «Политый поливальщик» и другие. С 1898 Люмьер занимался только производством киноаппаратуры, несколько лет спустя Л. продал патенты, но продолжал свои опыты в области объёмного и цветного кино. Во Франции существует ежегодная премия имени Луи Люмьера за документальный фильм. Брат Луи Жана, принимал активное участие в его работе по изобретению кинематографа. Уже в 1888году проходили лабораторные и публичные демонстрации фильмов, но они носили случайный характер. Мало того, в том же 1895 году проходило приличное количество сеансов движущейся фотографии, но их изобретатели, как правило, не знали друг о друге, что послужило впоследствии причиной бесконечных споров о приоритете в кино. Почему в этом споре победили братья Люмьер? Да, просто потому, что их публичные платные сеансы оказались наиболее успешны... с точки зрения коммерции.
Братья вместе со своим отцом были руководителями крупной фабрикой фотоматериалов в Лионе. После многократных публичных сеансов происходивших начиная с марта 1895 года Люмьер заказывает в мастерских, руководимых Карпантье, свой "синематограф". Он был одновременно съемочным, проекционным и копировальным аппаратом. И далеко превосходил все ранее созданные. Техническое совершенство аппарата и сенсационное содержание новых фильмов Люмьера обеспечили им повсеместно триумфальный прием. Но Люмьеры не остановились на этом. Десятки операторов, обученных Люмьером, распространили его аппарат по всему миру. Они и создали известность в большей части земного шара слову "синематограф" (или его производным "синема", "сине", "кино" и т. д.), означающему новый вид зрелища. Русский царь, английский король, австрийская императорская семья - все коронованные особы хотели видеть новый аппарат и этим создали ему большую рекламу.
Два известных и наиболее популярных фильма Луи Люмьера - "Прибытие поезда" и "Политый поливальщик" - намечают пути дальнейшего развития кино. Первый фильм Луи Люмьера "Выход с завода" носил почти рекламный характер. Он впервые демонстрировался на конференции, посвященной развитию фотопромышленности во Франции. Устремляющиеся к выходу работницы в широких юбках и шляпах с перьями, рабочие, ведущие свои велосипеды, придают в наших глазах этому обычному чествованию наивную прелесть. Вслед за рабочими - в карете, запряженной парой лошадей, ехали владельцы фабрики, за которыми привратник закрывал ворота. Неожиданно серия этих фильмов оказалась не только семейным альбомом, но и социальным документом, в котором запечатлена жизнь богатой французской семьи в конце прошлого века. Люмьер показывает картину прочного благополучия, и зрители видят себя на экране такими, какие они есть или какими хотели бы быть.
В "Прибытии поезда" паровоз, появляясь из глубины экрана, устремлялся на зрителей, заставляя их вскакивать с мест из боязни быть раздавленными. Зрители отождествляли объектов аппарата, его "глаз", со своим собственным глазом. Впервые аппарат стал как бы действующим лицом фильма. В этом фильме Луи Люмьер использовал все возможности, таящиеся в объективе с большим фокусным расстоянием. Сначала на экране показали общий план пустого вокзала и рабочего, проходящего с тележкой по перрону. Затем на горизонте появляется быстро растущая черная точка. Вскоре паровоз занимает почти весь экран, стремительно надвигаясь на зрителей. Вагоны останавливаются у платформы. Толпа пассажиров направляется к вагонам, и среди них мать Люмьера, в шотландской накидке, с двумя внуками. Двери вагонов открыты, пассажиры входят и выходят. Между ними две невольные "звезды" фильма: молодой крестьянин из Прованса, с палкой в руке, и очень красивая молоденькая девушка, одетая во все белое. Увидев аппарат, девушка останавливается в нерешительности, но, оправившись от смущения, проходит перед объективом, чтобы сесть в вагон. Крестьянин и девушка были сняты очень крупным планом, чрезвычайно четко. При этом планы не снимались отдельно, а являлись результатом своеобразного варианта "травеллинг" (съемки с движения). Съемочная камера не перемещалась, а, наоборот, все объекты изменения точки зрения дает то же разнообразие планов, как и при современном последовательном монтаже. В общем и целом, поезд стал символом кинематографа.
Новый фильм "Политый поливальщик" не обладал техническими достоинствами "Прибытия поезда". Секрет его успеха был заложен в сценарии. Сюжет несложен: маленький мальчик ставит ногу на резиновый рукав, чем вызывает тревогу у поливальщика, и направляет ему в лицо струю воды в момент, когда тот осматривает шланг. В январе 1896 года в "Большом кафе" демонстрировали снятый "обратной съемкой" фильм "Разрушение стены". Благодаря этому приему, применявшемуся еще в зоотропах, казалось, что стена внезапно восстанавливается из облака пыли.
Изобретение быстро распространялось по Франции и Европе, а братья Люмьер не могли конкурировать с пришедшими в кинематограф новыми художниками. Сняв в 1898 году фильм «Страсти Иисусовы», Луи Люмьер заявил, что снимать кино — больше не его дело.
Процесс получения изображения на киноплёнке.
Для того чтобы получить видимое изображение, кинопленку после экспонирования подвергают химико-фотографической обработке, которая включает следующие операции: проявление, прерывание проявления (стоп-ванна), фиксирование, окончательная промывка, сушка.
Проявление. Галогениды серебра эмульсионного слоя, на которые действовал свет при экспонировании, в проявляющем растворе восстанавливаются до металлического серебра. Зерна галогенида серебра, на которые не действовал свет, не изменяются и почернения не дают.
Процесс проявления тщательно контролируется, строго выдерживается температурный режим, время проявления, рецептура проявляющего раствора.
При прерывании проявления в останавливающем растворе (стоп-ванна) из светочувствительного слоя кинопленки удаляются остатки проявителя. При фиксировании галогениды, не восстановленные в металлическое серебро, растворяются в фиксирующем растворе и удаляются из эмульсионного слоя кинопленки. После этого эмульсионный слой перестает быть чувствительным к свету.
Окончательная промывка преследует цель удаления из эмульсионного слоя кинопленки серебрянотиосульфатных компонентов и фиксирующего раствора.
После окончательной промывки негатив или позитив поступает в сушильный шкаф, где при определенной температуре высушивается, после чего сматывается в рулон.
Химико-фотографическая обработка кинопленок производится в проявочной машине. Процесс обработки кинопленок в проявочной машине контролируется соответствующими приборами.
С негатива кинофильма печатается позитивное изображение. Позитивным изображением называется фотографическое изображение с истинным распределением темных и светлых участков объекта киносъемки. С одного негатива можно отпечатать не более 100 позитивов, так как в процессе печати негатив изнашивается, и качество позитива ухудшается. С негатива обычно производят печать промежуточного позитива, а первичный негатив хранится на фильмоскладе.
Для массовой печати фильмокопий с промежуточного позитива печатают вторичные негативы-контратипы. Применение контратипов при печати фильмокопий позволяет сохранить негатив и ускорить процесс тиражирования фильмокопий.
Существует ряд способов печати позитива: 1) контактный способ при равномерном движении кинопленок; 2) контактный способ с прерывистым движением кинопленок; 3) оптический способ с прерывистым движением кинопленок. В процессе производства кинофильмов применяются все три способа печати позитива.
Контактный способ с прерывистым движением кинопленок (рис. 1) дает наилучшее качество позитива. При этом способе печати может быть получена фильмокопия с наибольшим разрешением. При контактном способе печати с равномерным движением кинопленок производительность процесса печати выше.
Негатив 1 и позитивная неэкспонированная кинопленка 2, сложенные вместе эмульсионными слоями, протягиваются через фильмовый канал 4 копировального аппарата механизмом прерывистого движения — грейферным механизмом 8. В момент остановки кинопленок за счет прижима их друг к другу в фильмовом канале обеспечивается нужный контакт между кинопленками. В этот момент обтюратор открывает доступ света в экспозиционное окно, кадр негатива просвечивается светом осветителя 5, 6, изображение с негатива экспонируется на позитивную кинопленку 2, на экспонированной пленке 3 появляется скрытое позитивное изображение.
При движении кинопленок в фильмовом канале обтюратор 7 закрывает доступ света в экспозиционное окно копировального аппарата. Контактный способ с прерывистым движением кинопленок применяется при печати позитива в масштабе 1:1.
Принципиальная схема оптического способа печати позитива с прерывистым движением кинопленок приведена на рис. 2. В этом способе в копировальном аппарате используют два лентопротяжных механизма, обеспечивающих синхронную протяжку негатива и неэкспонированной кинопленки. Кинопленки 1—3 протягиваются, как и в первом случае, прерывисто грейферными механизмами 8. При остановке кинопленок и открытом обтюраторе кадр негатива высвечивается осветителем и проецируется объективом 9 с определенным увеличением или уменьшением в экспозиционное окно второго фильмового канала 10 с заряженной в него позитивной кинопленкой. Она экспонируется. (На схеме: 4 — фильмовый канал; 5,6 — осветитель; 7 — обтюратор).
Оптический способ печати менее точный, чем контактный, но при печати позволяет изменять масштаб. Так, например, изготовляют 16-мм фильмокопии с 35-мм негатива.
Для получения цветной фильмокопии при киносъемке и печати позитива преимущественно пользуются цветофотографическими материалами — многослойными цветными кинопленками.
Согласно теории цветового зрения сетчатая оболочка глаза располагает тремя группами колбочек. Одна из групп чувствительна к синим лучам, вторая — к зеленым и третья — к красным лучам спектра. В зависимости от того, какая из групп возбуждена при рассматривании объекта, мы воспринимаем ту или иную окраску. Если все группы возбуждены в одинаковой степени, глаз воспринимает белый свет.
Многослойная цветная кинопленка (рис. 9) имеет семь слоев. Первый слой 1 бромосеребряный, несенсибилизированный, чувствителен к синим лучам спектра. Второй слой 2 ортохроматический, чувствителен к зеленым и синим лучам спектра; третий слой 3 панхроматический, чувствителен к красным и в некоторой мере к синим лучам спектра. Чтобы синие лучи при экспонировании кинопленки не проникали во второй и третий светочувствительные слои, между первым и вторым слоями наносят желтый фильтрующий слой 4, который задерживает синие лучи.
В результате верхний слой цветной кинопленки остается чувствительным только к синим лучам, средний слой к зеленым и нижний — к красным лучам спектра белого света. Подслой 5 и основа цветной кинопленки 6 имеет тот же состав, что и в черно-белой кинопленке. Нижний слой 7 противоореольный. Желтый фильтрующий и противоореольный слои обесцвечиваются в процессе химико-фотографической обработки.
Белый свет состоит из трех цветов: синего, зеленого и красного. Синюю зону белого света составляет электромагнитное излучение с длиной волны от 360 до 490 нм, зеленую зону от 490 до 580 нм, красную зону от 580 до 760 нм. Синий, зеленый и красный цвета являются основными цветами спектра. При их сложении в определенной пропорции получают белый свет. При сложении двух основных цветов получают дополнительный цвет спектра: голубой, желтый или пурпурный (см. рис. 10). При их сложении в определенной пропорции получается черный цвет.
Желтый цвет является дополнительным до белого к синему (С + Ж = Б), пурпурный цвет дополнительным к зеленому (3 + П = Б), голубой цвет дополнительным к красному (К + Г = Б).
Сложение цветов можно проследить, пользуясь цветовым треугольником (рис. 10). Основные цвета спектра обозначены в треугольнике его вершинами, дополнительные — сторонами треугольника С + 3 = Г, 3 + К=Ж, К + С = П.
В каждом эмульсионном слое многослойной кинопленки имеется специальное вещество, называемое краскообразующей компонентой, которое после экспонирования в процессе цветного проявления образует в эмульсионных слоях определенный краситель в количестве, пропорциональном количеству восстановленного металлического серебра. В синечувствительном слое — желтый краситель, в зеленочувствительном слое — пурпурный краситель, в красночувствительном слое — голубой краситель.
Цветное изображение на позитивной многослойной цветной кинопленке получают способом вычитания из состава белого света тех или иных цветных лучей спектра. Этот способ называется субтрактивным. На рис. 11 показана упрощенная схема получения цветного позитива на цветной многослойной пленке.
В настоящее время наибольшее распространение получил способ цветной киносъемки на многослойных кинопленках с компонентами цветного проявления — способ образования красителей при цветном проявлении.
Данный способ прост и на стадии съемки и в процессе химико-фотографической обработки. От процесса получения черно-белого изображения он отличается только большим числом стадий процесса обработки. Цветное негативное изображение на многослойных кинопленках получают следующим образом. Киносъемку объекта проводят обычным способом с помощью киноаппарата. Экспонированную цветную негативную кинопленку подвергают химико-фотографической обработке.
Процесс обработки состоит из следующих основных стадий: цветного проявления, отбеливания, 1-го и 2-го фиксирования, окончательной промывки и сушки.
При экспонировании цветной многослойной кинопленки скрытое изображение объекта съемки образуется во всех трех его светочувствительных слоях (синечувствительном, зеленочувствительном и красночувствительном).
Природа скрытого изображения в цветных киноматериалах ничем не отличается от образования его в черно-белых светочувствительных слоях. Но в каждом слое образуется скрытое изображение только той части объекта съемки, которая отражает или излучает свет, соответствующий спектральной светочувствительности слоя.
Таким образом, в верхнем — синечувствительном — слое образуется скрытое изображение участков объекта съемки, излучающих свет с длиной волны 400—500 нм; в среднем — зеленочувствительном — с длиной волны 500—600 нм и в нижнем — красночувствительном с длиной волны 600—700 нм.
Процесс получения цветного позитива на цветной многослойной кинопленке относительно прост, но имеет ряд существенных недостатков. Цвета изображения на цветном позитиве в процессе эксплуатации фильмокопии выцветают. Процесс выцветания продолжается не только при проекции, но и при хранении фильмокопии (на фильмобазе). Изображение на фильмокопии приобретает красно-оранжевую окраску.
Цветная фильмокопия на многослойной кинопленке имеет цветосеребряную фонограмму, воспроизведение звука с которой требует согласования спектральных характеристик фонограммы, звукочитающей лампы и фотоприемника.
Гидротипный способ печати цветного позитива — это печатание изображений с помощью матриц, содержащих водорастворимые красители, которые во время контакта матрицы со специальной кинопленкой (бланк-фильмом) проникают в ее желатиновый слой и создают в нем цветное позитивное изображение.
Схема получения трех цветоделенных негативов с цветного многослойного позитива показана на рис. 12.
С трех цветоделенных черно-белых негативов производят печать со стороны основы на специальную галогенсеребряную кинопленку, называемую матричной пленкой. В результате дубящего проявления в светочувствительном слое матричной пленки образуется позитивное серебряное изображение с сильнозадубленной желатиной в местах образования серебра почернения. Чем большую экспозицию получил участок светочувствительного слоя, тем интенсивнее и на большую глубину происходит проявление. Затем пленку подвергают обработке в горячей воде; при этом незадубленная желатина растворяется и вымывается из слоя. На пленке остается сильнозадубленная желатина в местах экспонирования и проявления. Таким образом получается рельеф позитивного изображения — матрица. Участки рельефа различаются по высоте: там, где действовало большее количество света — высота рельефа больше.
Образовавшееся при проявлении серебро изображения растворяется в растворе отбеливателя, затем матрицу фиксируют, промывают и сушат. Так как имеется три цветоделенных негатива, то и получаются три цветоделенные матрицы.
Матрицы окрашивают в водных растворах красителей. Матрицу с синечувствительного негатива окрашивают в желтый цвет, с зеленочувствительного — в пурпурный и с красночувствительного — в голубой. Затем на специальной гидротипной машине, обеспечивающей точное совпадение контуров цветоделенных изображений, последовательно печатают цветные позитивные изображения с каждой матрицы на бланк-фильм, представляющий собой специальную кинопленку на безусадочной основе. На бланк-фильм обычным способом печатают также серебряную фонограмму фильма.
Гидротипный способ получения цветной фильмокопии более сложный, чем способ цветной многослойной кинопленки. Малейшее несовпадение контуров изображения при переносе красителей с матриц на бланк-фильм ухудшает резкость позитива: вокруг изображения получается цветная кайма. Однако качество цветопередачи получается лучше, а стоимость фильмокопии ниже, чем на многослойной пленке.
Запись звукаЗвук — это колебание воздуха, вызывающее при воздействии на ухо человека слуховое ощущение. Звуковые колебания, так же как и любые другие колебания, характеризуются частотой колебаний, длиной волны, амплитудой колебаний и скоростью распространения, равной 340 м/с. Все системы записи звука основаны на преобразовании звуковых колебаний в другие виды колебаний: электрические, механические, световые. В зависимости от вида преобразования различают системы записи звука: магнитную, механическую и фотографическую. В кинотехнике применяется магнитная и фотографическая запись звука. Механическая запись применяется при производстве грампластинок.
Принципиальная схема магнитной записи звука дана на рис. 3. На обмотку 3 головки записи по линии микрофон — усилитель записи 2 поступает переменный ток звуковой частоты, возникающий в микрофоне под воздействием звукового давления действующего на мембрану микрофона 1. В головке записи 4 наводится переменный магнитный поток, часть его выходит за пределы сердечника в месте магнитного зазора 5 головки и называется магнитным потоком рассеяния 6. Магнитная лента 7, перемещаясь с постоянной скоростью и плотно прилегая к магнитному зазору, пересекается потоком рассеяния. При этом на ней образуется как бы магнитное изображение 8 записанного электрического сигнала.
Для записи звука на магнитную ленту в головках записи применяются кольцевые сердечники, выполненные из сплава, имеющего достаточно высокую магнитную проницаемость. Для записывающей головки сердечник выполнен из двух полуколец. Собранные из изолированных друг от друга пластин, они уменьшают влияние вихревых токов при записи. Это улучшает частотную характеристику на верхних частотах. Катушки головки намотаны медным проводом с соответствующим количеством витков. При работе головку помещают в корпус — экран, предохраняющий ее от влияния внешних магнитных полей.
Магнитная запись звука имеет ряд преимуществ: не требуется химико-фотографической обработки; благодаря возможности стирания записи звуконоситель может быть использован для записи многократно; обеспечивается достаточно высокий динамический и частотный диапазон записи.
Фотографическая запись звука производится на светочувствительную мелкозернистую кинопленку пишущим световым штрихом. Пишущий штрих представляет собой яркую световую полоску прямоугольной формы, которая, действуя на светочувствительный слой равномерно движущейся кинопленки, оставляет на ней фотографический след, соответствующий записываемому звуку. После химико-фотографической обработки кинопленки на ней появляется фотографическая фонограмма. На рис. 4 показана принципиальная схема фотографической записи звука, где в качестве светомодулятора используется зеркальный гальванометр.
Источник света — лампа накаливания 2, питаемая постоянным током, с линзовым конденсором 2 — равномерно освещает вырез-маску 3. В данной схеме вырез-маска имеет треугольную форму. Ахроматическая линза 4 проецирует изображение выреза маски через зеркальце гальванометра 5 и коллективную линзу 7 на механической щели 8 в виде светового пятна 9. Освещенный участок механической щели проецируется микрообъективом 10 на кинопленку 12 в уменьшенном виде. Это изображение и служит пишущим штрихом 11.
Звуковые колебания, поступающие в микрофон, преобразуются им в колебания электрического тока, которые поступают в обмотку зеркального гальванометра 6, предварительно усиленные усилителем записи. Зеркальце гальванометра начинает совершать крутильные колебания, при этом изображение выреза-маски перемещается по механической щели, изменяя засвечиваемый участок. В результате на кинопленке меняется длина пишущего штриха, т. е. звук будет записан в виде фонограммы переменной ширины (рис.5, а, б, г).
В случае постоянства длины пишущего штриха, при изменении его ширины или освещенности на кинопленке будет записана фонограмма переменной плотности (рис. 5, е).
Наибольшее применение получила фонограмма переменной ширины. Рисунок фонограммы зависит от формы выреза-маски.
Фотографическая фонограмма, как и магнитная, характеризуется частотным и динамическим диапазонами.
Частотный диапазон зависит в основном от двух величин — от скорости движения кинопленки перед пишущим штрихом и ширины пишущего штриха. Чем больше скорость движения кинопленки при записи, тем шире частотный диапазон. Чем уже пишущий штрих, тем шире частотный диапазон. Ширина пишущего штриха при фотографической записи фонограммы 35-мм кинофильма равна примерно 12 мкм. При таком штрихе и скорости движения кинопленки 456 мм/с частотный диапазон записи лежит в пределах от 50 до 12 000 Гц.
Динамический диапазон записи звука воспринимается на слух как разность уровней громкости самого громкого и самого тихого звуков; он меньше, чем при естественном звучании, и составляет 35— 40 дБ. При записи динамический диапазон определяется шириной звуковой дорожки, разностью амплитуд записи самого громкого и самого тихого звуков. Сужение динамического диапазона происходит из-за недостаточной ширины звуковой дорожки. Кроме того, самый тихий звук по громкости должен быть достаточным, чтобы не маскироваться шумом звуковоспроизводящего тракта киноустановки и шумом зрительного зала. Громкость самых громких звуков не должна вызывать раздражение у зрителей первых рядов зрительного зала.
Прозрачные участки на звуковой дорожке при эксплуатации фильма быстро загрязняются, на них появляются царапины. Загрязнение и царапины фонограммы воспроизводятся как шум. При малой амплитуде записи или во время пауз, когда на звуковой дорожке звук не записывается, специальная заслонка шумопонижения 1 (рис. 5, г) в звукозаписывающем аппарате закрывает кинопленку, на негативе получаются прозрачные участки звуковой дорожки. На позитиве эти участки звуковой дорожки будут непрозрачными. Такая фонограмма называется обесшумленной.
Фотографическая фонограмма обладает достаточно высокими частотным и динамическим диапазонами и обеспечивает высокое качество звукопередачи при демонстрировании кинофильмов. Фотографическая фонограмма относительно просто совмещается с изображением при монтаже кинофильма, ее видно. При производстве фильмокопий фонограмма печатается на кинопленку фотографическим путем вместе с изображением. Тогда как при производстве фильмокопий с магнитной фонограммой применяется электрическое копирование: на каждую фильмокопию электрическим путем переписывается фонограмма с оригинала.
Запись звука с помощью одного или нескольких микрофонов, соединенных параллельно, дает одну звуковую дорожку. Такая фонограмма называется одноканальной. При воспроизведении фонограммы источником звука является громкоговоритель, расположенный за экраном или сбоку от экрана. Поэтому зритель слышит звук, идущий все время из одного места — громкоговорителя, в то время как изображение звучащего объекта перемещается в пределах кадра. Это несоответствие обусловливает разрыв зрительного и звукового образов. Этот недостаток одноканальной записи особенно сильно ощущается при демонстрировании кинофильмов на широких экранах.
Для производства широкоформатных фильмов применяют звукозаписывающие системы с шестиканальной записью звука. Система имеет несколько микрофонов, работающих каждый на свой канал записи. В результате получается несколько фонограмм. Для широкоэкранных фильмов применяют систему двухканальной записи. На одной звуковой дорожке располагаются две фотографические фонограммы. Применение многоканальных систем записи и воспроизведения звука (стереофония) позволяет создать единый звукозрительный образ кинофильма.
Виды и способы кинопроекцииПроекция на экран изображений последовательно снятых кадров кинофильма называется кинопроекцией. Она может быть осуществлена специально предназначенным для этой цели аппаратом — кинопроектором.
Существует два способа кинопроекции:
1) кинопроекция с прерывистым движением киноленты в фильмовом канале кинопроектора;
2) кинопроекция с равномерным движением киноленты в фильмовом канале кинопроектора.
При демонстрировании кинофильмов на киноустановках применяют первый способ кинопроекции, а в телекинопроекторах, звукомонтажных столах киностудий и контор кинопроката — второй способ кинопроекции.
Частота кадросмен при прерывистом способе кинопроекции стандартизована и равна 24 кадр/с. При такой частоте кинематографическим способом достаточно хорошо передаются все виды движения; кинолента движется перед читающим штрихом звуковоспроизводящей части кинопроектора (имеется ввиду аналоговый звуковой тракт) при демонстрировании 35-мм кинофильма со скоростью 456 мм/с, что обеспечивает частотный диапазон звуковоспроизведения от 50 до 8000 Гц и оценивается зрителем как хорошее.
Современный кинопроектор (рис. 6) состоит из следующих основных частей: приводного механизма, состоящего, в свою очередь, из приводного электродвигателя и передаточного механизма, передающего движение от электродвигателя к лентопротяжному механизму, лентопротяжного механизма, обеспечивающего транспортирование кинофильма; осветительно-проекционной системы, освещающей кадр в кадровом окне и проецирующей его на экран; звуковой части, обеспечивающей считывание звука с фотографической фонограммы; вспомогательного оборудования.
При включении электродвигателя зубчатые барабаны (2, 5, 6, 9, 10) лентопротяжного механизма транспортируют кинофильм. При этом он сматывается с верхней бобины 1, где установлено фрикционное устройство, притормаживающее вращение бобины, и наматывается с помощью наматывателя, обеспечивающего равномерную намотку кинопленки на нижнюю бобину 11. Система роликов направляет и придерживает кинофильм на зубчатых барабанах. В фильмовом канале 3 кинофильм движется прерывисто. Такое движение осуществляется механизмом прерывистого движения — мальтийским или грейферным механизмом. При остановке кинофильма в фильмовом канале очередной кадр кинофильма освещается осветительной системой 12 и проецируется в увеличенном виде на экран кинопроекционным объективом 13. Обтюратор 4 в это время открыт. При движении кинофильма в фильмовом канале обтюратор закрывает доступ света в кадровое окно, поэтому смена кадра на экране происходит незаметно. Звуковая часть кинопроектора состоит из звукочитающей оптической системы 7, стабилизатора скорости и фотоприемника 8.
Преимуществом кинопроекции с прерывистым движением кинофильма в фильмовом канале является относительно высокая точность фиксации кадра кинофильма в кадровом окне при его проекции, что обеспечивает высокую устойчивость изображения на экране и высокую его резкость. Недостатком способа является форсированный износ кинофильма при его прерывистом движении и значительные световые потери на обтюраторе, закрывающем кадровое окно фильмового канала кинопроектора при смене кадров.
Воспроизведение звука с фотографической и магнитной фонограммПри изготовлении фильмокопий фотографическая фонограмма печатается на позитиве вместе с изображением. Для соблюдения синхронизации изображения и звука при демонстрировании кинофильма фонограмму печатают на позитиве со сдвигом на 21±0,5 кадров для 35-мм кинофильма и 26±1 кадр — для 16-мм кинофильма. Таким образом, звук на кинопленке опережает изображение. Это необходимо потому, что звуковая часть, воспроизводящая фотографическую фонограмму, расположена в лентопротяжном механизме кинопроектора ниже кадрового окна фильмового канала (рис. 6); чтобы изображение и звук при кинопроекции были синхронны, необходим этот сдвиг.
Источник света 1 — низковольтная лампа накаливания с линзовым конденсором 2 — равномерно освещает механическую щель 3. Микрообъектив 4 проецирует на фонограмму 6 изображение механической щели в виде узкой световой полоски — читающего штриха 5. Читающий штрих имеет прямоугольную форму и стандартные размеры.
Фонограмма, равномерно продвигаясь перед читающим штрихом, изменяет — модулирует световой поток. Модулированный световой поток преобразуется фотоэлементом 7 или фотодиодом в колебания электрического тока. Эти колебания усиливаются усилительным устройством 8 и в громкоговорителе 9 преобразуются в звуковые (рис. 7).
При воспроизведении звука фотографическая фонограмма должна продвигаться перед читающим штрихом с постоянной скоростью. Незначительные колебания скорости фонограммы приводят к искажениям звука. Для сглаживания колебаний скорости движения киноленты и звуковой части кинопроектора предусмотрен стабилизатор скорости.
Магнитная фонограмма нашла применение в 70-мм кинофильмах. Она обладает меньшим собственным шумом, который не увеличивается в процессе эксплуатации фонограммы, ибо потертости и царапины с нее не воспроизводятся.
На рис. 8 приведена принципиальная схема воспроизведения звука с магнитной фонограммы. Магнитный поток сердечника 1 изменяется под действием магнитной фонограммы 2. В обмотке магнитной головки 3 индуктируется переменная ЭДС, преобразуемая усилителем 4 в колебания электрического тока, которые соответствуют звуковым колебаниям, записанным на магнитной фонограмме в виде переменных намагничиваний. Изменение электрического тока усиливается усилителем и преобразуется громкоговорителем 5 в звуковые колебания.
Способ передачи аналоговой информации в виде электрического сигнала
Прогресс последних лет в области повышения пропускной способности каналов в заметной мере связан с развитием технологии передачи цифровых данных. Здесь нужно решить проблемы синхронизации, эффективного кодирования и надежной передачи. Чем шире импульс, тем большую энергию он несет, тем лучше отношение сигнал/шум, но тем ниже и предельная скорость передачи. Раньше каждому двоичному разряду соответствовал импульс или перепад в кодовой последовательности. Сегодня перепад возникает лишь при смене последовательности нулей на последовательность единиц или наоборот. Цифровой метод имеет целый ряд преимуществ перед аналоговым:
Высокую надежность. Если шум ниже входного порога, его влияние не ощущается, возможна повторная посылка кода.
Отсутствие зависимости от источника информации (звук, изображение или цифровые данные).
Возможность шифрования, что повышает безопасность передачи.
Независимость от времени. Можно передавать не тогда, когда информация возникла, а когда готов канал.
Любые способы технической регистрации и передачи информации (граммофон, магнитофон, кинокамера, видеокамера, фотоаппарат и т. д.), которые существовали в докомпьютерную эру и продолжают успешно функционировать, основаны на аналоговых технологиях.
Эти устройства называются аналоговыми, потому что уровни оригинального сигнала, например звука, похожи на уровни электрического тока, с помощью которого сигнал передается (один сигнал "аналогичен" по форме другому) (рис. 3.1). Если выразиться максимально обобщенно, то непрерывные значения одного сигнала задаются непрерывно изменяющейся физической величиной другого сигнала.
Рис. 3.1. Характер исходного и передаваемого сигналов
Аналоговый способ передачи информации — это способ, у которого каждому мгновенному значению входной величины (например, звука) соответствует мгновенное значение другой величины, отличающейся по физической природе (например, электрического тока), но изменяющейся по тому же закону, что и входная величина.
Поэтому аналоговую технологию отличает, прежде всего, непрерывный континуум информации (в процессе записи или передачи нет дискретных элементов, нет разрывов, даже в моменты "тишины"). Примерно также непрерывно мы воспринимаем информацию с помощью органов зрения или слуха.
Передача звука состоит в том, что в микрофоне под влиянием колебаний воздуха мембрана колеблется и "трясет" пьезоэлемент, в котором механическое воздействие создает электрический потенциал. В цепи появляется ток, уровень которого соответствует уровню звука в данный момент. Таким образом, с помощью микрофона звуковые волны преобразовываются в электрические сигналы.
Последующая запись такого сигнала, скажем, на грампластинку также производится непрерывно: резец устройства не отрывается от пластинки до конца записи. И при воспроизведении граммофонной пластинки игла адаптера также непрерывно "дергается" в нарезанных бороздках и, в зависимости от силы колебания, продуцирует ток различных уровней, соответствующих ранее записанному сигналу.
Когда сигнал через систему усилителей попадает на воспроизводящее устройство (динамик), он вызывает колебание другой мембраны: она притягивается или отталкивается электромагнитами, тем самым создавая колебания воздуха, а следовательно, обеспечивая условия восприятия звука человеком. Характерно, что ухо человека воспринимает такой сигнал практически неотличимо от ситуации, если бы источник звука располагался в непосредственной близости.
Данный пример (пока не касающийся графической информации) приведен только для того, чтобы подчеркнуть, что характер процедуры записи и воспроизведения идентичен для всех аналоговых систем. Процедура включает преобразование естественного сигнала в электрический, а затем электрического снова в такой же естественный, при этом электрический сигнал по форме аналогичен исходному, а конечный результат, в свою очередь, аналогичен электрическому, а следовательно, и исходному (естественному).
На рисунке 2.2.1В представлена уже не последовательность импульсов, а последовательность переходов из одного состояния в другое. При этом уровень +V соответствует логической <1>, а -V - логическому <0>. Переключение из состояния <0> в состояние <1> и наоборот (бод) уже не соответствует передаче одного бита.
Рис. 2.2.1 Передача цифровых кодов по передающей линии
На практике число нулей или единиц следующих подряд не лимитировано. По этой причине на принимающей стороне при этом рано или поздно возникает проблема синхронизации временных шкал передатчика и приемника. Для решения этой проблемы существует два метода передачи данных: синхронный и асинхронный. Асинхронный метод используется для относительно низкоскоростных каналов передачи и автономного оборудования. Синхронный метод применяется в скоростных каналах и базируется на пересылке синхронизующего тактового сигнала по отдельному каналу или путем совмещения его с передаваемыми данными. При наличии синхронизации приемника и передатчика можно допустить более длинные последовательности нулей или единиц, что способствует повышению пропускной способности. На рис. 2.2.2 показана схема канала, использующая технику импульсно-кодовой модуляции. Импульсно-кодовая модуляция (ИКМ) была предложена в 30-ые годы 20-го века, но реализована лишь в 1962 году.
Рис. 2.2.2. Система коммуникаций с использованием кодово-импульсной модуляции (pcm)
Шаг квантования в АЦП должен быть много меньше диапазона вариации входного сигнала. Число уровней квантования n выбирается из соображений минимизации искажений сигнала и повышения уровня s/n. При разумных предположениях (биполярность сигнала (+V -V), однородность распределения уровня сигнала в рабочем диапазоне, ошибка квантования не более S/2, где S шаг квантования, и т.д.) [S/N]db = 10 log10(22n) = 6n (N - шум квантования при этом равен S2/12). Это означает, что при 2n уровнях квантования и при условии, что входной сигнал может варьироваться во всем рабочем диапазоне АЦП, отношение сигнал-шум (S/N), связанное с самим процессом квантования, будет равно 6n при n=8 это составит 48 дБ). Отсюда следует известное значение относительного расстояния между уровнями квантования, равное 6 дБ. Звуковой сигнал может иметь динамический диапазон 40 дБ, что создает определенные проблемы, которые преодолеваются путем прямого и обратного логарифмического преобразования (см. рис. 2.4.1).
Типичный кадр данных в асинхронном канале начинается со стартового бита, за которым следует 8 битов данных. Завершается такой кадр одним или двумя стоп-битами. Стартовый бит имеет полярность противоположную пассивному состоянию линии и переводит приемник в активное состояние. Пример передачи такого кадра показан на рис. 2.2.3.
Рис. 2.2.3. Пример передачи кадра в асинхронном режиме
Одним из способов обеспечения надежной синхронизации является применение в приемнике частоты, например, в 8 раз больше частоты следования данных. При этом стробирование данных может производиться примерно в середине сигнала бита (см. рис. 2.2.4).
Рис. 2.2.4. Схема синхронизации и стробирования с 8-кратной тактовой частотой приемника
Начальный и стоп-биты на каждый байт данных снижают пропускную способность канала и по этой причине используются только для низких скоростей обмена. Увеличение же длины блока данных приводит к ужесточению требований к точности синхронизации. При использовании синхронного метода передачи необходимы специальные меры для выделения кадра в общем потоке данных. Для решения этой задачи используется специальная сигнатура. Если такая последовательность встретится внутри кадра, она видоизменяется путем ввода в нее двоичных нулей (bit stuffing). Синхронный приемник нуждается в синхронизирующем сигнале, передаваемом передатчиком. Обычно это реализуется путем введения определенного вида кодирования сигнала, например, биполярного кодирования. В этом случае используется три уровня сигнала: +v соответствует логической 1; -v – логическому нулю, а 0 вольт логическому нулю или единице. Пример такого типа кодирования показан на рис. 2.2.5.
Рис. 2.2.5. Пример биполярного кодирования сигнала (схема RZ – return-to-zero)
Другой разновидностью такого рода кодирования является использование манчестерского кода. В этой схеме логической единице и нулю соответствует не уровни напряжения, а перепады. Так логической единице поставлен в соответствие переход с низкого уровня на высокий, а логическому нулю – с высокого на низкий (схема NRZ – non-return-to-zero). Пример представления сигнала с использованием манчестерского кода показан на рис. 2.2.6.
Рис. 2.2.6. Кодирование сигнала с использованием манчестерского кода.
Манчестерский код достаточно неэффективно использует пропускную способность канала. Оба описанные выше кода требуют удвоения полосы для передачи данных. Этого можно избежать, используя схему цифровой фазировки DPLL - Digital Phase Locked Loop). Эта схема предполагает применение кодирования NRZI (non-return-zero-inverted). Здесь сигнал сначала кодируется с использованием кода NRZ и только затем последовательность преобразуется в NRZI. В процессе такого преобразования логический нуль из NRZ вызывает определенную модификацию исходного кода, в то время как логическая единица не приводит ни к каким вариациям. Здесь создаются условия, при которых количество переходов 0/1 и 1/0 в единицу времени достаточно велико, чтобы обеспечить надежную синхронизацию. Схема NRZI кодирования с использованием DPLL проиллюстрирована на рис. 2.2.7.
Рис. 2.2.7. NRZI-кодирование
Симметричная скрученная пара проводов с волновым сопротивлением 120 Ом обеспечивает пропускную способность 2048 Мбит/с (система кодирования HDB3, длина проводов ~100м), а 100 Ом - 1544 Мбит/с (амплитуда сигналов 3 в, система кодирования B8ZS). Номинальное значение перепада обычно составляет 750 мВ.
Наиболее простая схема передача данных путем представления <0> и <1> с помощью двух уровней напряжения не применяется из-за того, что линия обычно используется для подачи на оконечное (терминальное) оборудование. Проблема может быть решена, если <0> характеризуется 0 вольт (приращение над постоянным уровнем), а <1> попеременно сигналами положительной и отрицательной полярности (AMI - Alternate Mark Inversion). Такая схема создает проблему синхронизации, когда подряд следует большое число нулей. Необходимо, чтобы было достаточное число переходов 0->1 и 1->0 в единицу времени. Существует также схема ADI (Alternate Digit Inversion), где инверсия полярности производится для каждого из передаваемых двоичных разрядов. Но эта схема менее эффективна.
По этой причине система кодирования AMI была модифицирована в HDB3 (High Density Bipolar 3). Цифра 3 указывает на максимально возможное число последовательных нулей в кодовой последовательности. AMI требует, чтобы <1> передавались попеременно сигналами противоположной полярности, так последовательность 11011 должна быть передана как +-0+-. HDB3 заменяет любую группу из 4 нулей последовательностью из 3 нулей, за которой следует нарушение последовательности отображения единиц. Таким образом, последовательность 11000001 будет отображена как +-000-0+ (возможен инверсный вариант, когда символы + заменяются на - и наоборот). Дальнейшего улучшения балансировки сигнала можно достичь, если заменить код, содержащий 4 нуля подряд, последовательностью b00v (b - обычный биполярный сигнал, v - нарушение последовательности). В США используют схему кодировки B8ZS (Bipolar with 8 Zeros Substitution), где 8 нулей кодируются как 00b0vb0v. В 1986 году ansi принял решение о введение схемы кодирования 2B1Q (2 Binary into 1 Quaternary). При этой схеме каждая пара бит преобразуется в четверичные элементы +3 +1 -1 -3. Код синхронизации (SW - Synchronization Word) при этом содержит 9 четверичных элементов, повторяющихся каждые 1.5 мс:
+3 +3 -3 -3 -3 +3 -3 +3 +3 (+3 соответствует +2.5 В)
В Германии используется схема кодировки 4B3T (4 двоичных разряда кодируются в 3 циклических кода).
Двоичная информация передается блоками, обычно зазываемыми кадрами (или пакетами). В рамках системы 2B1Q для передачи 144 кбит/с требуется частота модуляции не менее 72 кбод. На практике для передачи кадров и выполнения функций управления необходимо создать дополнительные виртуальные каналы. Это доводит требуемую частоту модуляции до 80 кбод. Сводные данные по наиболее популярным схемам кодирования приведены в табл. 2.2.1.
Таблица 2.2.1.
| Название метода | Расшифровка | Описание |
| 1B2B | Один бит исходной последовательности кодируется комбинацией из 2 бит половинной длительности | |
| B3ZSB6ZSB8ZS | bipolar with 3/6/8 zero substitution | Биполярный код с заменой 000/000000/00000000 на последовательности 00v/0vb0vb/000vb0vb (или b0v для B3ZS) |
| HDB2 (/3) | High density bipolar code of order 2 (/3) | Биполярный код высокой плотности второго (третьего) порядка. Эквивалентен коду с возвратом к нулю (RZ) и с инверсией для логических 1. Последовательность 000 (соответственно 0000) заменяется на 00v или b0v (соответственно 000v или b00v). Число b сигналов между v-сигналами всегда нечетно. В результате возникает трехуровневый код. |
| CMI | coded mark inversion | Двухуровневый двоичный код (класса 1B2B) без возвращения к нулю. Используется инверсия полярности для каждой логической 1 (единице ставится в соответствие 11 или 00), а для каждого логического нуля вводится смена полярности в середине интервала. |
Кадр содержит 120 пар бит (quats), что соответствует 240 бит, 8 кадров образуют мультифрэйм. Первый кадр мультифрэйма выделяется путем посылки Inverted Synchronization Word (ISW). В конце каждого кадра всегда присутствуют специальные биты, которые служат для целей управления (бит активации, бит холодного старта, биты состояния питания, биты управления синхронизацией и т.д.). Структура кадра выглядит следующим образом:
|
|
Кадры следуют каждые 1.5мс. Здесь нужно следить за тем, чтобы не было корреляции между сигналами, следующими в противоположных направлениях. Для этого используются скремблеры.
В традиционной телефонной сети для соединения с требуемым клиентом используются аппаратные коммутаторы. Если коммутатор имеет n входов и n выходов, то одновременно можно реализовать не более n связей. Реально это число всегда меньше и клиент слышит в трубке “короткие гудки” сигнала “занято”. В случае комбинирования традиционного коммутатора с m-канальными мультиплексорами пакетов по времени можно осуществить до m*n связей одновременно. При этом становится возможным объединить нескольких клиентов так, что они все одновременно могут говорить друг с другом. Схема такого переключателя каналов показана на рис. 2.2.8.
Рис. 2.2.8. Схема переключателя каналов с мультиплексированием по времени.
Кружочки на пересечениях линий представляют собой ключи, замыкая которые можно соединить i-й входной канал с j-м выходным. На каждой линии может быть только один замкнутый ключ. Такая схема коммутации называется TST (Time-Space-Time). Именно она преобладает сегодня при построении сетей ISDN. Магистральные каналы ISDN строятся в соответствии со стандартом T1.
Такая схема при числе входных и выходных каналов равном N=1000 требует миллиона элементарных переключателей. Можно рассмотреть вариант когда используются коммутаторы с n входами и k выходами. Схема коммутатора с N=16, n=4 и k=2 показана на рис. 2.2.9. Число элементарных переключателей в таком коммутаторе М равно:
M = 2kN + k(N/n)2
Первое слагаемое характеризует число элементарных переключателей во входной и выходной секциях системы, а второе - число элементарных переключателей в k внутренних модулях При N=1000, n=50 и k=10 требуется 24000 элементарных переключателей вместо миллиона (но и число одновременно формируемых каналов становится много меньше 1000).
Основное усовершенствование аналоговых кинокамер свелось к уменьшению их габаритных размеров. В 80-х г. 20-го века стали появляться микросхемы высокой интеграции, ч
Главным препятствием на пути миниатюризации видеокамер были носители информации: кассеты формата miniDV или 8-сантиметровые DVD-диски не позволяли создать карманный аппарат. Выход нашли в использовании флэш-карт памяти формата SD. Но до недавнего времени скорость записи на эти карты была невелика, что не позволяло их использовать для съёмки с высоким разрешением и качеством. Поэтому видеокамеры оснащались несложными объективами и небольшими матрицами.
Объединение кассеты с камерой было первым шагом по замене любительских кинокамер. Однако их размеры из-за используемой кассеты VHS были очень большими. Первым существенным шагом на пути миниатюризации видеоаппаратуры было создание кассеты формата VHS-C, а затем и Video8 (1985). Кассета Video8, например, имеющая габариты 95х62,5х15 мм, более чем в пять раз меньше по объему стандартной кассеты VHS. Но это были еще аналоговые форматы.
Первый бытовой цифровой формат DV появился в 1995 году. Поскольку кассета DV с лентой меньше, чем кассеты формата VHS-C или Video8, цифровые камкордеры меньше и легче, чем их аналоговые двойники.
В 1999 году корпорация Sony модернизировала свой аналоговый формат Video8 в цифровой Digital8. При использовании магнитной ленты категории Hi8 качество записи изображения и звука сопоставимо с качеством формата DV. Специалисты Sony на этом не остановились и в 2001 году разработали новый формат MICROMV. Кассета имеет габариты всего 46х30,2х8,5 мм, то есть ее объем на 30% меньше, чем у DV-кассеты. В режиме SP на кассету можно записать до 60 минут высококачественного видео.
Еще один вариант цифровой видеозаписи Digital HD на DV-кассете представила в марте прошлого года компания JVC. Камкордер GR-DH1 может записывать видео в формате MPEG с эффективным числом строк до 720.
Сегодня магнитный носитель (лента в кассете) уже не является единственным для записи цифрового видео. Все больше фирм предлагают модели, в которых видеозапись осуществляется на оптический носитель. Записываемые DVD в качестве носителя в камкордерах стали использоваться в 2001 году. Первую камеру с использованием диска DVD-RAM диаметром 8 см разработала фирма Hitachi. Эта камера также позволяет делать записи на одноразовые DVD-R. Камкордеры с аналогичными носителями сегодня производит и Panasonic. Sony в своих последних дисковых видеокамерах использует в качестве носителя диски DVD-R/RW такого же диаметра. Поскольку запись на DVD ведется в формате MPEG-2, то свое видео можно сразу воспроизвести на DVD-проигрывателе. И здесь можно только приветствовать выбор Sony, поскольку число бытовых проигрывателей, понимающих DVD-RAM, ограничено, а DVD-R/RW - родные почти для всех.
Совершенствование цифровых методов обработки изображений (появление алгоритмов сжатия MPEG-4 (см. ниже) и WMV) привело к существенному снижению объема данных, которые нужно записать без заметной потери качества. Поэтому естественным было появление моделей камкордеров с использованием жесткого диска в качестве носителя видеоинформации. Корпорация Toshiba уже разработала прототип цифрового камкордера с микровинчестером размером с PC-карту. Samsung Electronics планирует выпускать цифровой камкордер с записью на встроенный жесткий диск в формате MPEG-4 (см. описание форматов) и позволяет переносить изображения на компьютер.
Использование полупроводниковой памяти началось с фотокамер: поскольку емкость флэш-карт была мала, ее хватало только на неподвижные изображения. Удобство сменного носителя быстро оценили не только фотолюбители, но и изготовители видео. И практически сразу в цифровых камкордерах формата DV появились слоты для флэш-карт, на которые можно было записывать фотоизображения. Однако с увеличением емкости положение изменилось. И вот уже Panasonic предлагает модели, которые позволяют записывать видео в формате MPEG-4 на карточки памяти Security Digital (SD). Сейчас происходит сближение и взаимное проникновение фотокамер и камкордеров. Не только последние цифровые фотокамеры, но и мобильные телефоны и карманные персональные компьютеры (КПК или 'наладонники') имеют функцию записи цифрового видео. КПК компании Sony могут записать до 120 минут видео на Memory Stick емкостью 128 МБ. Конечно, для записи цифрового видео хорошего качества и достаточной продолжительности при современных методах сжатия требуется емкость не менее 1 ГБ.
Характерный последний пример: карманная комбинированная фотовидеокамера Sanyo FVD-C1 - самый легкий в мире камкордер с записью MPEG-4 высокого разрешения на флэш-карту SD. Фото записываются с максимальным разрешением 3,2 мегапикселя, а информация хранится на SD-карте емкостью 512 МБ (входит в комплект). Если выбрано максимальное качество, соответствующее, по мнению фирмы, DVD (разрешение VGA 640х480, частота 30 кадров секунду), то на карту помещается до получаса видео. Если устраивает VHS-качество, то на карте умещается уже 80 минут видеозаписи. В режиме фотосъемки можно сделать 491 снимок в режиме 3,2 мегапикселя (2048х1536) или до 3931 снимка в режиме 0,3 мегапикселя (640х480).
Сменные флэш-карты удобны и еще по одной причине. Уже сегодня многие производители предлагают телевизоры и DVD-проигрыватели со слотами для флэш-карт, что позволяет осуществить просмотр слайдов или видеозаписи без копирования на другой носитель.
Вместе с тем необходимо отметить, что именно цифровой характер записи позволяет копировать ее и редактировать, используя компьютер и сохраняя при этом исходное качество. Практически все современные камкордеры с записью на DV оборудованы портами i.Link для передачи информации в компьютер или на DVD-рекордер. В случае использования в качестве носителя видео записываемых DVD или сменной флэш- карты осуществить его перенос в компьютер еще проще.
Аппаратное обеспечение.
Работа с аналоговым видео на ПК начинается с операции видеозахвата (оцифровки). При этом к ПК выдвигаются три основных требования: наличие специальной платы оцифровщика (video capture board), достаточное значение рабочей частоты процессора (CPU) и высокая скорость записи на жесткий диск (hard drive). Для хорошего качества видео требуется, чтобы скорость считывания/записи с жесткого диска была не ниже 2-3 Мбайт/с. Следует отметить, что полноэкранному видео без компрессии (при размере изображения 640x480 пикселов с частотой кадров 25 или 30 в секунду) соответствует скорость потока информации 25-30 Мбайт/с. Так как оцифровка — это преобразование аналогового сигнала в цифровую форму, то его точность зависит от количества уровней по амплитуде сигнала (глубина оцифровки) и частоты выборки этих уровней (частота дискретизации). Достаточной считается глубина оцифровки в 256 уровней, что для цветного видео, раскладываемого на три основных цветовых составляющих, требует 24 бит на пиксел. Разрешение оцифрованного изображения зависит от частоты дискретизации, так при разрешении 720х576 она составит 13,5 МГц .
Так как скорость записи на жесткий диск меньше, чем скорость видеопотока, то возникает необходимость сжатия (компрессии) информации. Такая компрессия может выполняться как аппаратно, так и программно. Аппаратная компрессия, например MJPEG или MPEG, использует дополнительную видеопамять на плате оцифровки. Это обеспечивает высокое качество видео при малом размере файлов. Недостатком данного типа компрессии является то, что воспроизведение видео возможно только на аналогичных ПК, имеющих такие же устройства. Программная компрессия, типа Cinepak и Indeo, обеспечивается ПК, который выполняет эту работу вместе с решением других задач. Она является аппаратно независимой и может быть осуществлена на любом ПК, но обеспечивает гораздо меньший коэффициент сжатия. Тем не менее она используется для распространения видео на компакт-дисках и через Интернет. Даже если ваш ПК не обладает достаточными ресурсами для оцифровки видео, можно достичь хороших результатов с учетом имеющихся ограничений. Для этого нужно:
освободить ресурсы ПК, закрыв все другие выполняющиеся программы,
регулярно выполнять дефрагментацию жесткого диска для сохранения непрерывности свободного пространства,
выделить отдельный физический или логический диск для записи видеоинформации,
выполнить оцифровку с максимально возможным качеством и при необходимости выполнить последующее прореживание изображения,
отключить запись звука при оцифровке видео.
При записи аудио на ПК качество записи, а также размер получаемых файлов, определяются следующими параметрами: частота дискретизации (sampling rate), объем выборки (sample size) и число каналов. Для звуковой записи на компакт диске характерны —2 канала стерео, каждый из которых имеет объем выборки 16 бит при частоте дискретизации 44 кГц. Однако такие значения приводят к большому размеру файлов, при проигрывании которых на ПК не удается воспроизвести весь частотный диапазон сигнала. Поэтому рекомендуется для мультимедиа проектов запись музыки и голоса производить при частоте 22 кГц, а запись звуковых эффектов и голоса за кадром даже при 11 кГц, причем для сокращения размера файлов можно ограничиться монофоническим звучанием, то есть одним каналом. Как уже отмечено, запись звука может выполняться не одновременно с оцифровкой видео, а позднее, и затем в редакторе Video Editor они могут быть совмещены. Большинство данных проблем исчезает, если воспользоваться цифровой видеокамерой.
Принцип кодировки.
Перед началом кодирования происходит анализ видеоинформации, выбираются ключевые кадры, которые не будут изменяться при сжатии, а так же кадры, при кодировании которых часть информации будет удаляться. Всего выделяется три типа кадров:
При кодировании формируется цепочка кадров разных типов. Наиболее типичная последовательность может выглядеть следующим образом: IBBPBBPBBIBBPBBPBB... Соответственно очередь воспроизведения по номерам кадров будет выглядеть так: 1423765...
По окончании разбивки кадров на разные типы начинается процесс подготовки к кодированию.
С I кадрами процесс подготовки к кодированию происходит достаточно просто - кадр разбивается на блоки. В MPEG-1 блоки имеют размер 8х8 пикселов.
А вот для кадров типа P и B подготовка происходит гораздо сложнее. Для того, чтобы сильнее сжать кадры указанных типов используется алгоритм предсказания движения.
В качестве входной информации алгоритм предсказания движения получает блок 8х8 пикселов текущего кадра и аналогичные блоки от предыдущих кадров (I или P типа). На выходе данного алгоритма имеем следующую информацию о вышеуказанном блоке:
Вся избыточная информация подлежит удалению, благодаря чему и достигается столь высокий коэффициент сжатия, невозможный при сжатии без потерь.
Но у алгоритма предсказания движения есть ограничения. Зачастую в фильмах бывают статические сцены, в которых движения нет или оно незначительно и возникают блоки или целые кадры, в которых невозможно использовать алгоритм предсказания движения. Думаю, вы замечали, что у видеороликов сжатых MPEG-1 качество сцен с небольшим количеством двигающихся объектов заметно выше, чем в сценах с интенсивным движением. Это объясняется тем, что в статических сценах P и B кадры, по сути, представляют собой копии I кадров, потерь практически нет, но и сжатие информации незначительно.
В случае же корректного срабатывания алгоритма предсказания движения, объемы кадров разного типа в байтах соотносятся друг с другом примерно следующим образом - I:P:B как 15:5:2. Как вы видите из данного соотношения, уменьшение объема видеоинформации налицо уже на стадии подготовки к кодированию.
По окончании этой стадии начинается собственно само кодирование. Процесс кодирования содержит в себе 3 стадии:
При кодировании блоки пикселов или вычисленная разница между блоками обрабатывается первым из преобразующим алгоритмов - DTC (дискретное преобразование косинусов). Обычно пиксели в блоке и сами блоки изображения каким-то образом связаны между собой - например однотонный фон, равномерный градиент освещения, повторяющийся узор и т.д. Такая связь называется корреляцией. Алгоритм DTC, используя коррелирующие эффекты, производит преобразование блоков в частотные Фурье-компоненты. При этом часть информации теряется за счет выравнивания сильно выделяющихся участков, которые не подчиняются корреляции. После этой процедуры в действие вступает алгоритм Quantization - квантование, который формирует Quantization matrix. Quantization matrix - это матрица квантования, элементами которой являются преобразованные из непрерывной в дискретную форму данные, то есть числа, которые представляют собой значения амплитуды частотных фурье-компонентов. После формирования quantization matrix происходит разбивка частотных коэффициентов на конкретное число значений. Точность частотных коэффициентов фиксирована и составляет 8 бит. После квантования многие коэффициенты в матрице обнуляются. И в качестве завершающей стадии происходит преобразование матрицы в линейную форму.
Все эти преобразования касаются только изображения. Но кроме изображения в практически любом видеофрагменте присутствует так же и звук. Кодирование звука осуществляется отдельным звуковым кодером. По мере развития формата MPEG, звуковые кодеры неоднократно переделывались, становясь все эффективнее. К моменту окончательной стандартизации формата MPEG-1 было создано три звуковых кодера этого семейства - MPEG-1 Layer I, Layer II и Layer 3 (тот самый знаменитый MP3). Принципы кодирования всех этих кодеков основаны на психоакустической модели, которая становилась все более и более совершенной и достигла своего апофеоза для семейства MPEG-1 в алгоритмах Layer-3.
Про психоакустическую модель и принципы сжатия аудиоданных с потерями написано множество статей, в частности статья "Описание формата аудиосжатия MP3", которую вы можете прочитать на этом сайте, поэтому описание аудиокодеров можно опустить, упомянув, единственно о синхронизации аудио- и видеоданных и форматов аудиотреков.
Синхронизация аудио- и видеоданных осуществляется с помощью специально выделенного потока данных под названием System stream. Этот поток содержит встроенный таймер, который работает со скоростью 90 КГц и содержит 2 слоя - системный слой с таймером и служебной информацией для синхронизации кадров с аудиотреком и компрессионный слой с видео- и аудиопотоками.
Под служебной информацией понимаются несколько видов меток, наиболее важными из которых являются метки SCR (System Clock Reference) - инкремент увеличения временного счетчика кодека и PDS (Presentation Data Stamp) - метка начала воспроизведения видеокадра или аудиофрейма.
Качество аудиотреков в MPEG-1 (см. описание форматов) может варьироваться в очень больших пределах - от высококачественных до безобразных. Окончательно все форматы сжатия аудиоданных были стандартизированы в 1992 году европейской комиссией по стандартам ISO.
В зависимости от используемого кодера и степени сжатия аудиоинформация видеоролика может быть представлена в следующем виде: моно, dual mono, стерео, интенсивное стерео (стереосигналы, чьи частоты превышают 2 КГц объединяются в моно), m/s стерео (один канал - сумма сигналов, другой - разница) и по частоте дискретизации могут быть: 48, 44.1и 32 КГц.
Устройства видео захвата.
К устройствам видео захвата на уровне ПК можно отнести любую программу для домашнего или профессионального редактирования видео. Среди большого количества программных продуктов, предназначенных для выполнения нелинейного видеомонтажа, наиболее распространенными являются Adobe Premiere, Ulead Media Studio Pro, Razor Pro, Video Capture, Video Editor, CG Infinity, Video Paint, Audio Editor, ActiveMovie, DirectDraw, Direct3D, SmartRender и ряд других. Программы предоставляют разнообразные творческие возможности, которые необходимы в средствах видеоредактирования. В них можно использовать настраиваемые средства для рисования, дублирования, ретуши отдельных или множественных объектов. Коллекция готовых шаблонов Object, Style, Envelope и Moving Path Galleries позволяет быстро создавать заголовки и рисованную графику профессионального качества с трансформацией объектов во времени. В Video Editor можно непосредственно загружать файлы, созданные в CG Infinity и Video Paint. В конечный видеофильм, сохраняемый в формате MPEG, можно добавить титры, воспользоваться плавными переходами между отдельными фрагментами и добавить голос или фоновую музыку к получившемуся клипу.
Захват цифрового видео. Digital Video (DV) — это формат, который принципиально отличается от традиционных аналоговых форматов, таких как VHS, Hi-8 или S-VHS. Для передачи данных в оборудовании с использованием этого формата предусмотрен универсальный последовательный интерфейс IEEE-1394, позволяющий переносить цифровые файлы напрямую на жесткий диск компьютера. Прежде всего, следует убедиться в правильном подсоединении оборудования, после чего можно выполнить следующие действия. Запись цифрового видео (DV формат): 1. Включите видеокамеру и установите режим Play (или VTR). 2. Запустите программу Video Capture. 3. Выполните команду View — Preview. Это позволит видеть изображение в окне Video Capture Preview. 4. С помощью кнопок управления найдите ту часть видеоматериала, которую необходимо записать на ПК. 5. Щелчком на кнопке Record откройте окно Capture Video, на вкладке Options которого установите значение переключателя Auto. 6. Щелчком на кнопке OK начните запись. Для окончания записи используйте клавишу ESC. На шаге 5 алгоритма перед записью видео можно задать целый ряд параметров. Они будут описаны далее для случая захвата аналогового видео. С момента появления цифровых форматов захват видео в формате MPEG стал одним из наиболее важных усовершенствований. Программы Media Studio Pro позволяют работать с форматами MPEG-1 или MPEG-2. MPEG-1 рекомендуется для компьютеров с низким быстродействием, в то время как MPEG-2 для более быстрых, позволяющих получить высококачественное видео при значительном коэффициенте сжатия. Запись видео в формате MPEG: 1. Подключите видео-устройство к разъему ПК и переведите его в режим Play (или режим VTR). 2. Запустите программу Video Capture. 3. Выполните команду Setup — Switch Capture Plug-in. 4. Выделите в списке Ulead MPEG VFW Capture Plug-in (или Ulead MPEG DirectShow Capture Plug-in) и перезапустите Video Capture. 5. Выполните команду Capture — Video. 6. Щелкните на кнопке Properties и выберите формат MPEG, который будет использоваться. По команде Setup — Video Properties можно задать параметры MPEG файла. 7. Начать захват видео можно аналогично предыдущему алгоритму (для использования программного сжатия необходимо, чтобы видеокарта поддерживала режим RGB или YUV). Запись аналогового видео Формат S-VHS явился дальнейшим развитием формата VHS, позволяя получить цветное изображение более высокого качества. Аппаратура формата S-VHS хорошо стыкуется с оборудованием других форматов, поэтому, например, в монтажных системах можно использовать в качестве мастера аппарат другого формата. А если учесть весьма высокую разрешающую способность, возможность разделения сигналов, сравнительно низкую стоимость аппаратуры, то можно сделать вывод о перспективности формата S-VHS. Захват видеопоследовательности: 1. При запущенной программе Video Capture начните воспроизведение видео с соответствующего источника. В окне Video Capture Preview можно будет видеть его изображение. 2. Щелкните на кнопке Record панели Control или выполните команду Capture — Video, позволяющие открыть диалоговое окно Capture Video.Если в диалоговом окне Preferences флажок Display capture options before capturing не установлен, то программа Video Capture незамедлительно начнет запись с установками по умолчанию.
3. Задайте требуемую частоту кадров в окне Frame rate.Учтите, что чем выше частота кадров, тем выше требования к ресурсам ПК и тем больший размер результирующего файла будет получен. Для устройств формата PAL достаточным является уже 12 кадров в секунду (для NTSC — 15). Для видео с быстрым движением или панорамами требуется большая частота кадров, чем для изображения разговаривающих между собой людей. 4. Установите флажок Exactly match the specified frame rate для контроля частоты кадров при записи.Действительная частота кадров может отличаться от заданной из-за округления либо ошибок синхронизации. Это может иметь значение при записи продолжительных фрагментов видеопоследовательностей. 5. В группе переключателей Capture Method выберите соответствующий метод записи. Auto записывает видео заданной длительности, установленной в соседнем с Auto окне, Auto with no time limit продолжает запись до нажатия на клавишу ESC. Для записи отдельных кадров устанавливают режим Manual. При наличии устройств, управляемых программой, задают значение Device control. При выборе значения Manual щелчок на кнопке Settings открывает окно Manual Capture Settings, в котором также имеются два режима: Auto и Manual. Auto позволяет установить интервал времени между записью, в то время как Manual разрешает управлять записью непосредственно. При установленном значении Auto становится доступна область Duration, позволяющая ограничить общее число записываемых кадров. При необходимости непрерывной записи задают значение переключателя No limit.
6. Установите флажок Capture audio для одновременной записи аудиосигнала. (Он будет недоступен, если на ПК не установлена звуковая карта, либо мультимедиакарта не поддерживает звук, либо задан режим ручной записи Manual.)Для изменения параметров аудио- или видеозаписи следует щелкнуть на кнопке Audio format или Video format соответственно. 7. Установите флажок Auto-naming, чтобы сохранить записи в виде последовательности пронумерованных файлов. Имя файла задается в поле ввода File, четыре последних символа которого заменяются числами. Например, для файла с именем «VID», файлы будут называться VID0001, VID0002, и т.д. 8. Задайте требуемое имя в поле ввода File. 9. Установите флажок Save to library для помещения файлов в папку библиотеки /library/ программы Video Editor. В этом случае файлы могут быть быстро включены в проект программы Video Editor. 10. Щелчок на кнопке OK запускает Video Capture в соответствии с установленными параметрами. При выборе ручного режима откроется окно Manual Capture, содержащее две кнопки: Next и Cancel. Щелчок на кнопке Next записывает отдельный кадр, а Cancel завершает запись. Следует иметь в виду, что после щелчка на кнопке OK перед началом записи может быть небольшая задержка. Это связано с необходимостью освобождения места в памяти ПК.
Описание форматов MPEG 1, MPEG 2, MPEG 3… В конце 80-х - начале 90-х годов единственным цифровым носителем, пригодным для массового тиражирования, был компакт-диск емкостью 650 Мб, а скорость цифрового потока при его воспроизведении составляла порядка 150 кб/с (1,2 Мбит/с); пропускная способность коммуникационных сетей не превышала 3 Мбит/с. Руководствуясь подобными ориентирами, группа специалистов международной организации по стандартизации (ISO) в 1998 г. приступила к разработке международных стандартов кодирования и сжатия видео- и аудиоинформации. Официальное наименование этой группе было дано совершенно невоспроизводимое - ISO/IECJTC1 SC29 WG11. Впоследствии она стала известна как "Экспертная группа по кинематографии" (Moving Picture Expert Group), а аббревиатура MPEG, образованная от английского варианта обиходного названия этой группы, давно уже используется как обозначение разработанных ею норм и стандартов.В основу правил сжатия видеоданных была заложена идея поиска и устранения избыточной информации, не влияющей на конечное восприятие качества изображения. В первую очередь, был учтен "человеческий фактор" - психофизиологическая модель восприятия человеком видеоизображений (HVS - Human Visual Sense); в частности, тот факт, что градации яркости воспринимаются зрительным аппаратом человека значительно тоньше, чем градации цвета. Это означает, что цветовую информацию можно "загрубить" по сравнению с яркостной, при этом в субъективном восприятии качество изображения не ухудшится. То есть первоочередным направлением в построении алгоритмов всех стандартов MPEG становится отыскание и устранение информации, избыточной с точки зрения субъективного восприятия.Работала экспертная группа весьма плодотворно: за десятилетие разработано целое семейство стандартов; более того, почти все они живут и успешно работают. Лучшим свидетельством тому служит тот факт, что аббревиатуры MPEG и МР стали обиходными на бытовом уровне. Даже потребитель соотносит эти "имена" не со стандартными именами или их разработчиками, а с мультимедиа продукцией. Но будем хронологически точны, и проследим наиболее важные этапы становления MPEG.MPEG1Первый стандарт появился в 1992 г. и был рассчитан на передачу видео по низкоскоростным сетям или для записи на компакт-диски (Video-CD). Как вы, наверное, поняли, максимально возможная скорость цифрового потока была изначально ограничена порогом в 150 кб/с (односкоростной CD-ROM или стандартный аудиопроигрыватель компакт-дисков). Первые видеодиски и спутниковые телепередачи в формате MPEG1 казались чудом - фильм можно смотреть при такой низкой скорости потока! Чтобы уложится в заданные рамки, конечно, пришлось поступиться качеством. В MPEG1 разрешающая способность картинки снижена, по сравнению с разверткой вещательного телевидения, в 2 раза по обеим осям: 288 активных строк в ТВ-кадре и 360 отсчетов в активной части ТВ-строки. В принципе, это разрешение близко по уровню к формату аналоговой VHS-видеозаписи. Но нельзя забывать о JPEG-компрессии. Уменьшение числа отсчетов означает тем самым увеличение блоков и макроблоков внутри каждого кадра. То есть снижение разрешения автоматически делает внутрикадровую компрессию более грубой, и, как следствие - более заметной потребителю. Однотонные поверхности оказываются как бы составленными из рассыпающихся квадратиков; особенно назойливо квадратики "вылезают" на динамичных сценах.Известны случаи, когда при выпуске версий фильмов на Video-CD приходилось урезать в несколько раз многие сцены с большим количеством движения: погони, драки, взрывы и т.п. Однако повторим, что в целом качество фильмов в MPEG1 сравнимо с бытовой VHS-кассетой, и полнометражный фильм можно уместить на 2 компакт-дисках, так что в середине просмотра придется их менять. По этим причинам, а также по причине прогресса цифровых технологий стандарт MPEG1 не успел получить большего распространения. От него нам остались в основном стандарты сжатия звука, существующие сегодня самостоятельно (о них несколько слов ниже). Справедливости ради и для полноты охвата следует упомянуть еще об одной попытке преодоления врожденных недостатков - о формате Super Video CD. В этой версии было повышено разрешение, снижена степень JPEG-компрессии (что, конечно, повысило качество картинки) и добавлена поддержка многоканального звука. Но неизбежное следствие - рост объема информации: средний фильм "распух" до 3 компакт-дисков! Для стимулирования этого формата рядом фирм были выпущены специальные плееры, оснащенные трехдисковыми чейнджерами. Но, несмотря на относительную дешевизну, формат SuperVideoCD так и не стал альтернативой DVD и получил весьма ограниченное распространение только в ряде стран Юго-Восточной Азии. MPEG2 Время шло, и прогресс в области цифровых технологий потребовал (или позволил?) существенно усовершенствовать процесс компрессии видеоданных. Так появился новый стандарт MPEG2, работа над которым, собственно, началась сразу после выхода MPEG1 и завершилась в 1995 г."Второй " MPEG не принес революционных изменений, это - вполне революционная доработка старого стандарта под новые возможности техники и новые требования заказчиков - крупнейших компаний mass-media. MPEG2 предназначался для обработки видеоизображения, соизмеримого по качеству с телевизионным вещательным, при пропускной способности каналов передачи данных от 3 до 15 Мбит/с. Сейчас стандарт MPEG2 ассоциируется у подавляющего большинства читателей и зрителей с DVD-дисками. Но в 1992 г., когда стартовали работы над этим стандартом, еще не существовало широкодоступных носителей, на которые можно было бы записать видеоинформацию, сжатую по алгоритмам MPEG2. Самое главное - компьютерная техника того времени не могла обеспечить и нужную полосу пропускания. Зато спутниковое телевидение с новейшим по тем временам оборудованием уже тогда готово было предоставить канал передачи с необходимыми характеристиками.В октябре 1995 года через телевизионный спутник "Pan Am Sat" было реализовано первое 20-канальное цифровое ТВ-вещание, использовавшее стандарт MPEG2. Спутник осуществлял вещание на территории Скандинавии, Бенилюкса, Ближнего Востока и Северной Африки.С появлением же в середине 90-х гг. цифрового многоцелевого диска DVD (Digital Versatile Disk, Digital Video Disk), обладающего в простейшей - односторонней и однослойной - версии емкостью 4,7 Гб (почти в 8 раз больше CD), он, естественно, становится практически безальтернативным массовым носителем для распространения качественной продукции, сжатой по стандарту MPEG2. Это обусловило массовое производство бюджетных DVD-проигрывателей и, конечно, появление недорогих аппаратных кодеров/декодеров. На стандарте MPEG2 сейчас построены все системы цифрового спутникового телевидения, в частности, система "НТВ+". На нем же основываются эфирные системы цифрового телевещания DVB, получающие все более широкое распространение в ряде стран Западной Европы и в США. В профессиональной студийной аппаратуре для реализации цифрового нелинейного монтажа используется версия EDITABLE MPEG, в которой все кадры ключевые, а скорость потока в формате 4:2:2 достигает 50 Мбит/с. Но это лишь констатация факта. Попробуем приблизительно пояснить, в чем основные отличия MPEG2 от предшественника, сделавшие его привлекательным. Как мы отмечали, революционных изменений в новом стандарте нет, но усовершенствование коснулось практически всех этапов "упаковки"; более того, появились операции, ранее не применявшиеся. К примеру, после разбивки видеопотока на кадры и группы кадров кодер анализирует содержимое очередного кадра на предмет повторяющихся, избыточных данных. Составляется список оригинальных участков и таблица повторяющихся участков. Оригиналы сохраняются, копии удаляются, а таблица повторяющихся участков используется при декодировании сжатого видеопотока. Значительное повышение плотности упаковки было также достигнуто благодаря применению во внутрикадровом сжатии нелинейного преобразователя Фурье взамен линейного. Оптимизации подвергся алгоритм предсказания движения, а также введены несколько новых, ранее не используемых алгоритмов компрессии видеоданных. Они в совокупности позволяют кодировать разные слои кадра в зависимости от их важности с разной интенсивностью цифрового потока. Стандарт MPEG2 предоставляет программистам и "продвинутым" пользователям возможность в процессе кодирования задавать точность частотных коэффициентов матрицы квантования, что непосредственно влияет на качество получаемого в результате сжатия изображения (и на размер тоже). Точность квантования может варьироваться в диапазоне 8-11 бит на одно значение элемента. Для сравнения: в MPEG1 предусматривалось только одно фиксированное значение - 8 бит на элемент. То есть в рамках стандарта MPEG2 имеется возможность гибкой настройки качества изображения в зависимости от пропускной способности сети или емкости носителя (вот почему на первых DVD можно было видеть разное по качеству изображение). Биты на элемент - это понятие, знакомое компьютерным "юзерам". В то же время, пользователи таких аппаратов, как DVD- или HD-рекордеры, использующих MPEG2-компрессию, знают, как можно самим задавать уровень качества записи (HQ, SP, LP и т.д.), меняя таким образом объем записанного материала. Эта гибкость, в частности, и сделала MPEG2 основой для приема/передачи цифрового телевидения по различным цифровым сетям. В результате для фильмов, созданных в стандартах PAL и SECAM, поддерживается разрешение 720х576 при 25 кадрах в секунду при качестве, практически не уступающем вещательному. Собственно, MPEG-фильм нельзя отнести к какой-либо системе цветного телевидения, так как кадры в MPEG являются просто картинками и не имеют прямого отношения к исходной для фильма системе телевидения; речь может идти о соответствии размера и частоты следования кадров. В части аудио в MPEG2, по сравнению с MPEG1, добавлена поддержка многоканального звука(Dolby Digital 5.1, DTS и т.п.) MPEG3 Прежде всего, не следует смешивать с широкоизвестным форматом компрессии звука МР3, о котором речь пойдет ниже. Стандарт MPEG3 первоначально разрабатывался для использования в системах телевидения высокой четкости (High Definition Television, HDTV) со скоростью потока данных 20-40 Мбит/с. Но еще в процессе разработки стало ясно, что параметры, требуемые для передачи HDTV, вполне обеспечиваются использованием стандарта MPEG2 при увеличенной скорости цифрового потока. Другими словами, острой нужды в существовании отдельного стандарта для HDTV нет. Таким образом, MPEG3, еще не родившись, стал фактически составной частью стандарта MPEG2 и отдельно теперь даже не упоминается. MPEG4 В новом стандарте MPEG4, появившемся в самом конце 1999 г., предложен более широкий взгляд на медиа-реальность. Стандарт задает принципы работы с контентом (цифровым представлением медиа-данных) для трех областей: собственно интерактивного мультимедиа (включая продукты, распространяемые на оптических дисках и через Интернет), графических приложений (синтетического контента) и цифрового телевидения (DTV). Фактически данный стандарт задает правила организации среды, причем среды объектно ориентированной. Он имеет дело не просто с потоками и массивами медиа-данных, а с медиа-объектами (ключевое понятие стандарта). В MPEG4 определен двоичный язык описания объектов, классов и сцен BIFS, который разработчики характеризуют как "расширение С++". Помимо работы с аудио- и видеоданными, стандарт позволяет работать с естественными и синтезированными компьютером 2D- и 3D-объектами, производить привязку их взаимного расположения и синхронизацию друг относительно друга, а также указывает их интерактивное взаимодействие с пользователем. Картинка разделяется на составные элементы - медиа-обьекты, описывается структура этих объектов и их взаимосвязи, чтобы затем собрать их в единую видеозвуковую сцену. Результирующая сцена составляется из медиа-объектов, объединенных в иерархическую структуру:а) неподвижные картинки (например, фон);б) видеообъекты (например, говорящий человек);в) аудиообъекты (голос, связанный с этим человеком);г) текст, связанный с этой сценой;д) синтетические объекты, которых не было изначально в описываемой сцене, но которые туда добавляются при демонстрации конечному пользователю (например, синтезируется говорящая голова);е) текст (например, связанный с головой), из которого в конце синтезируется голос.Такой способ представления данных позволяет изменить результирующую сцену, обеспечивая высокий уровень интерактивности для конечного пользователя и предоставляя ему целый ряд возможностей, например: перемещать и помещать объекты в любое место сцены, трансформировать объекты, изменять их форму и геометрические размеры, собирать из отдельных объектов составной объект и производить над ним какие-либо операции, менять текстуру и цвет объекта, манипулировать им (заставить, к примеру, стол передвигаться в пространстве), менять точку наблюдения за всей сценой. Особое внимание уделим довольно узкой области приложения стандарта MPEG4 - сжатию видеоматериалов, поскольку именно эта область, скорее всего, на практике хорошо известна значительному числу пользователей-зрителей по аббревиатуре MР4 (так условно обозначают фильмы, сжатые кодером по стандарту MPEG4). Алгоритм компрессии видео, в принципе, работает по той же схеме, что и в предыдущих стандартах, но есть несколько радикальных нововведений. В отличие от прежних стандартов, которые делили кадр на квадратные блоки вне зависимости от содержимого, новый кодер оперирует целыми объектами произвольной формы. К примеру, человек, двигающийся по комнате, будет восприниматься как отдельный объект, перемещающийся относительно другого неподвижного объекта - заднего плана. Также применен "интеллектуальный" способ расстановки ключевых кадров. Ключевые кадры не расставляются с заданной регулярностью, а выделяются кодером только в те моменты, в которые происходит смена сюжета. Естественно, 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 MPEG1 и -2. К счастью, производительность современных процессоров позволяет обойти это препятствие. В результате усовершенствования эффективности компрессии видео в MPEG4 возросла настолько, что позволяет размещать полнометражный фильм длительностью полтора-два часа с весьма приличным качеством всего на одном стандартом компакт-диске (650 Мб)! Впрочем, не стоит питать иллюзий по поводу рекламируемого "DVD-качества" MPEG4-продукции. Следует помнить, что, сколь совершенным не является кодер, всегда существует ограничение на минимальный размер (поток) сжатого видео. Поэтому фильмы в MPEG4, размещенные даже на двух компакт-дисках (2х650 Мб), все-таки не дотягивают до качества DVD-видео в стандарте MPEG2. В борьбе с конкурентами на рынке потокового видео (в частности, упомянем компьютерную компанию Apple и ее "софт" QuickTime) в корпорации Microsoft занялись разработкой кодера, позволяющего компрессировать видеопоток в соответствии со стандартом MPEG4. На одном из этапов отладки нового продукта бета-версия этого кодера стала достоянием широких масс… и хакерской общественности. А далее несколько нетерпеливых взломщиков (желающие могут именовать их по старинке "пиратами"), которые не хотели дожидаться окончания разработки Microsoft, внесли в эту программу небольшие усовершенствования, переименовали в DivX-кодер и выложили в информационную сеть для свободного использования. Усовершенствования коснулись, в первую очередь, передачи пользователям возможности самостоятельно компрессировать видео, настраивая качество, длительность и т.д. Спустя примерно полгода теперь уже вполне легальная фирма DivXNetworks Inc. переработала этот продукт и сняла с него клеймо "Веселого Роджера". Обновленные версии кодера под тем же именем DivX все так же свободно доступны в сети всем желающим: www.divx.com (совпадение названий продукта и фирмы, естественно, неслучайно). Microsoft еще на "пиратской" стадии этой истории по вполне понятным "политическим" мотивам свернула разработки в данном направлении, включая в новые версии своих операционных систем только модуль для воспроизведения уже закодированного видео.Фильмы на компакт-дисках с условной маркировкой МР4 уже широко представлены в торговых ларьках и на рынках. Их можно смотреть на большинстве современных компьютеров, вычислительной мощности которых достаточно для декодирования МР4-фильма в реальном масштабе времени. Можно и самому "упаковать" свое видео, установив программный DivX-кодер. Но по-настоящему массовому распространению видеопродукции, упакованной по стандарту MPEG4 (как дешевой альтернативы DVD), препятствует отсутствие аппаратных средств кодирования/декодирования видео. Их распространение, в свою очередь, сдерживает отсутствие надежной защиты от несанкционированного копирования (в отличие от DVD, где этому уделено значительное внимание). Так что пока решается проблема авторских прав, смотреть МР4-фильмы можно будет только с помощью компьютера. Если эта проблема разрешится (а рынок подталкивает к этому разработчиков: смотрите информацию в разделе "Новинки"), МР-4 видеопродукция может потеснить DVD в области бытового видео. Киностудии, издатели и разработчики AV-аппаратуры не могут с безразличием относится к этим подвижкам: может быть, именно на DVD-дисках скоро будет возможна запись видеопрограмм высокой четкости (HDTV). MPEG7 Последняя, выпущенная в конце минувшего года разработка - новый стандарт MPEG7 - вовсе не является непосредственным продолжением линейки MPEG-предшественников, хотя по предмету стандартизации частично перекликается с ними. MPEG7 должен обеспечивать формализацию и стандартизацию описания различных типов мультимедийной информации (а не ее кодирования), чтобы гарантировать эффективный и быстрый ее поиск. Официально новый стандарт называют Multimedia Content Description Interface - интерфейс описания мультимедийных данных. В нем определен стандартный набор дескрипторов ("описывателей") для различных типов мультимедиа-информации. Здесь также стандартизируется способ определения своих дескрипторов и их взаимосвязи (Description Schemes). Для этих целей в MPEG7 вводится специализированный язык DDL (Description Definition Language - язык описания определений). Основная цель применения нового стандарта - эффективный поиск мультимедийной информации (естественно, специализированными поисковыми машинами) аналогично тому, как сейчас мы можем найти текст по каким-нибудь ключевым словам или фразе. Музыка: Сыграв несколько нот на клавиатуре, можно получить список музыкальных произведений, которые содержат такую последовательность звуков. Графика: Нарисовав эскиз на экране, получим набор рисунков, содержащих подобный фрагмент. Картины: Определив объект (задав его форму и текстуру), получим перечень картин, содержащий таковой. Видео: Задав соответствующий объект и его движение, получим набор видео или анимационных роликов. Голос: Задав фрагмент голоса певца, получим набор песен и видеоклипов, в которых он поет.MHEGПоследнее замечание - о стандарте, который обозначается похожей на MPEG аббревиатурой MHEG. Он также имеет некоторое отношение к рассматриваемой теме, но лишь некоторое, поскольку его применение планируется для передачи мультимедийной информации по различным коммуникационным сетям. MHEG разрабатывается другой группой специалистов, принадлежащей к той же международной организации по стандартизации ISO. Называется группа соответственно Multimedia&Hypermedia Expert Group (экспертная группа по мультимедиа и гипермедиа). Разрабатываемый ею стандарт определяет правила обмена мультимедийной информацией (видео, звук, текст и любые другие данные) между произвольными мультимедийными приложениями. Стандартом MHEG также определяются нормы передачи информации любыми способами - через локальные сети, сети телекоммуникаций или вещания - с использованием так называемой объективной классификации (MHEG Object Classes). При этом сами объекты могут включать в себя любую систему кодирования (в частности, MPEG), которая определяется конкретным базовым приложением. Стандартные MHEG-объекты должны создаваться мультимедийными приложениями с использованием специализированного языка - Multimedia Scripting Language. Стандарт MHEG уже признан советом по цифровому видео и звуку (DAVIC, Digital Audio-Visual Council).Разработчики утверждают, что MHEG - это будущий международный стандарт для интерактивного телевидения, так как он работает на любых платформах, а документация по нему распространяется совершенно свободно. Принципы Сжатия информации в MPEG-1.В качестве примера рассмотрим урезанный формат PAL/SECAM, который более распространен, чем SIF, хотя оба эти формата за исключением разрешения и частоты смены кадров ничем друг от друга не отличаются.
Урезанная версия формата PAL/SECAM содержит 352 ppl (point per line - точек на линию), 288 lpf (line per frame - линий на кадр) и 25 fps (frame per second - кадров в секунду). Надо сказать, что полноценный стандарт PAL/SECAM имеет параметры в 4 раза большие, чем аналогичные у MPEG-1 (кроме fps). Поэтому принято говорить, что VIDEO-CD имеет четкость в четыре раза хуже, по сравнению с обычным видео.
AVI – формат
Существует несколько форматов компьютерного видео, из которых наиболее известны AVI (фирма Microsoft), QuickTime (фирма Apple).
Большая часть систем захвата кадров и нелинейного монтажа имеют дело с форматом AVI (Audio Video Interleave - чередование аудио и видео). Этот формат позволяет одновременно хранить изображение и звук. Они записываются попеременно, так что после кадра идет запись звукового сопровождения к нему.
По структуре AVI-формат представляет собой вариант формата RIFF. Файл этого формата состоит из блоков (chunks), которые, в свою очередь, могут содержать другие вложенные блоки. Самый "верхний" блок - RIFF - содержит идентификатор формы "avi_", который собственно и обозначает, что мы имеем дело с *.avi-файлом. Для идентификатора отведено четыре символа, но один из них не используется.
В *.avi-файле есть по крайней мере два подблока: заголовка и данных. Первый содержит общую информацию о фильме: разрешение изображения, частота кадров, формат аудио и т.д. В заголовке для записи длины файла отводится 32 байта. Это значит, что максимально возможный размер файла - около 4-х Гб. На самом деле реальная длина *.avi-файла стандартного формата, с которой могут работать программы монтажа, не превышает 2Гб. Во времена возникновения формата это казалось достаточным, поскольку FAT 16 не допускал существования разделов диска, превышающих 2Гб, а длина файла, естественно, не может превышать размер логического диска. С появлением FAT 32 верхняя граница размера раздела значительно отодвинулась.
Подблок данных организован в виде последовательностей записей, каждая из которых состоит из одноно кадра и соответствующего звукового сопровождения. Для видео деление на кадры совершенно естественно, но звук представляет собой непрерывный поток, искусственно насчленяемый на фрагменты, соответствующие кадрам. Если для записи как видео, так и звука используется уствройство видеоввода - проблем обычно не возникает. Если звук пишется через звуковую карту - точная синхронизация изображения и звука отсутствует и звук может "уходить от изображения".
Изображение в формате AVI поддерживает довольно разнообразные палитры. Их список приводится ниже:
8-битная (256 градаций серого);
9-битная YUV (яркостный сигнал и два цветоразностных);
12-битная YUV, 4:1:1 (здесь, 4:1:1 - дискретизация сигнала, которая вичисляется для конкретного канала как произведение базовой частоты цифрового кодирования на соответствующий коэффициент: 4 для канала Y и 1 для цветоразностных каналов);
16-битная YUY2, 4:2:2;
8-битная цветная (RGB);
15-битная RGB (16-битная с установкой в 0 старшего бита, 5 для красного, 5 для зеленого и 5 для синего);
16-битная RGB (5 бит для красного, 6 для зеленого и 5 для синего);
24-битная RGB (стандартная RGB палитра);
32-битная RGB (по информативности полностью равна 24-битной: старший байт устанавливается в 0, для кодирования каждого из трех цветов отводится 1 байт). 32-битное представление цвета не увеличивает точности цветопередачи. Наиболее информативной палитрой является 24-битная RGB.
Запись в формате AVI может производиться без сжатия или со сжатием. Обычно используется Motion JPEG. Также поддерживаются форматы компрессии: Microsoft Video 1 (формат работает только с 8- и 16- битным цветом), Microsoft RLE (только 8-битный цвет), Indeo, Cinepak Editable MPEG, который использует только I-кадры.
Программное обеспечение оцифровки изображений
Все возрастающая популярность цифрового видео заставляет разработчиков программного обеспечения создавать новые и новые программные средства для его обработки и монтажа. Даже фирма Microsoft в последнюю версию ОС Windows XP включила простое приложение для монтажа оцифрованного видео. Процесс создания видео на ПК включает в настоящий момент три основных этапа: оцифровку аналогового сигнала (этот этап исключается при использовании цифровой видеокамеры), сохранения оцифрованного видео на каком-либо носителе для чего используются различные программно-аппаратные методы сжатия информации, преобразование оцифрованных изображений с помощью программных средств. Среди большого количества программных продуктов, предназначенных для выполнения нелинейного видеомонтажа, наиболее распространенными являются Adobe Premiere, Ulead Media Studio Pro, Razor Pro и ряд других. Из указанных программ только для Adobe Premiere выпущено достаточно большое количество книг, описывающих ее интерфейс и принципы работы. Остальные программы остаются мало доступными для пользователей, не знающих английского языка. Поэтому рассмотрим подробнее программный пакет Media StudioPro фирмы Ulead, который включает следующие модули: Video Capture — средство захвата изображения со специальными инструментами, обеспечивающими калибровку цвета, Video Editor — центр сборки медиакомпонентов, обладающий возможностями 3D-преобразований с точным указанием их направления и позиции, CG Infinity — средство для создания титров и движущейся графики, Video Paint — профессиональная студия, обеспечивающая удобный просмотр мультимедиафайлов с возможностью доступа к инструментам рисования, ретуши, дублирования, различным видеофильтрам и библиотеке макросов, Audio Editor — средство редактирования звука, обеспечивающее жесткую синхронизацию между звуковым и видеорядом, причем для переноса информации между окнами Video Editor и Audio Editor можно использовать метод перетаскивания с помощью мыши.Все программы пакета поддерживают ActiveMovie, DirectDraw и Direct3D. С помощью технологии SmartRender работа с оцифрованным видео происходит достаточно быстро. Это связано с тем, что при получении результата идет просчет не всей видеоинформации, а лишь только той ее части, которая подверглась изменениям. Программы CG Infinity и Video Paint предоставляют разнообразные творческие возможности, которые необходимы в средствах видеоредактирования. В них можно использовать настраиваемые средства для рисования, дублирования, ретуши отдельных или множественных объектов. Коллекция готовых шаблонов Object, Style, Envelope и Moving Path Galleries позволяет быстро создавать заголовки и рисованную графику профессионального качества с трансформацией объектов во времени. В Video Editor можно непосредственно загружать файлы, созданные в CG Infinity и Video Paint. В конечный видеофильм, сохраняемый в формате MPEG, можно добавить титры, воспользоваться плавными переходами между отдельными фрагментами и добавить голос или фоновую музыку к получившемуся клипу.
Захват цифрового видео. Digital Video (DV) — это формат, который принципиально отличается от традиционных аналоговых форматов, таких как VHS, Hi-8 или S-VHS. Для передачи данных в оборудовании с использованием этого формата предусмотрен универсальный последовательный интерфейс IEEE-1394, позволяющий переносить цифровые файлы напрямую на жесткий диск компьютера. Прежде всего, следует убедиться в правильном подсоединении оборудования, после чего можно выполнить следующие действия. Запись цифрового видео (DV формат): 1. Включите видеокамеру и установите режим Play (или VTR). 2. Запустите программу Video Capture. 3. Выполните команду View — Preview. Это позволит видеть изображение в окне Video Capture Preview. 4. С помощью кнопок управления найдите ту часть видеоматериала, которую необходимо записать на ПК. 5. Щелчком на кнопке Record откройте окно Capture Video, на вкладке Options которого установите значение переключателя Auto. 6. Щелчком на кнопке OK начните запись. Для окончания записи используйте клавишу ESC. На шаге 5 алгоритма перед записью видео можно задать целый ряд параметров. Они будут описаны далее для случая захвата аналогового видео. С момента появления цифровых форматов захват видео в формате MPEG стал одним из наиболее важных усовершенствований. Программы Media Studio Pro позволяют работать с форматами MPEG-1 или MPEG-2. MPEG-1 рекомендуется для компьютеров с низким быстродействием, в то время как MPEG-2 для более быстрых, позволяющих получить высококачественное видео при значительном коэффициенте сжатия. Запись видео в формате MPEG: 1. Подключите видео-устройство к разъему ПК и переведите его в режим Play (или режим VTR). 2. Запустите программу Video Capture. 3. Выполните команду Setup — Switch Capture Plug-in. 4. Выделите в списке Ulead MPEG VFW Capture Plug-in (или Ulead MPEG DirectShow Capture Plug-in) и перезапустите Video Capture. 5. Выполните команду Capture — Video. 6. Щелкните на кнопке Properties и выберите формат MPEG, который будет использоваться. По команде Setup — Video Properties можно задать параметры MPEG файла. 7. Начать захват видео можно аналогично предыдущему алгоритму (для использования программного сжатия необходимо, чтобы видеокарта поддерживала режим RGB или YUV).
Запись аналогового видео Формат S-VHS явился дальнейшим развитием формата VHS, позволяя получить цветное изображение более высокого качества. Аппаратура формата S-VHS хорошо стыкуется с оборудованием других форматов, поэтому, например, в монтажных системах можно использовать в качестве мастера аппарат другого формата. А если учесть весьма высокую разрешающую способность, возможность разделения сигналов, сравнительно низкую стоимость аппаратуры, то можно сделать вывод о перспективности формата S-VHS. Захват видеопоследовательности: 1. При запущенной программе Video Capture начните воспроизведение видео с соответствующего источника. В окне Video Capture Preview можно будет видеть его изображение. 2. Щелкните на кнопке Record панели Control или выполните команду Capture — Video, позволяющие открыть диалоговое окно Capture Video.Если в диалоговом окне Preferences флажок Display capture options before capturing не установлен, то программа Video Capture незамедлительно начнет запись с установками по умолчанию.
3. Задайте требуемую частоту кадров в окне Frame rate.Учтите, что чем выше частота кадров, тем выше требования к ресурсам ПК и тем больший размер результирующего файла будет получен. Для устройств формата PAL достаточным является уже 12 кадров в секунду (для NTSC — 15). Для видео с быстрым движением или панорамами требуется большая частота кадров, чем для изображения разговаривающих между собой людей. 4. Установите флажок Exactly match the specified frame rate для контроля частоты кадров при записи.Действительная частота кадров может отличаться от заданной из-за округления либо ошибок синхронизации. Это может иметь значение при записи продолжительных фрагментов видеопоследовательностей. 5. В группе переключателей Capture Method выберите соответствующий метод записи. Auto записывает видео заданной длительности, установленной в соседнем с Auto окне, Auto with no time limit продолжает запись до нажатия на клавишу ESC. Для записи отдельных кадров устанавливают режим Manual. При наличии устройств, управляемых программой, задают значение Device control. При выборе значения Manual щелчок на кнопке Settings открывает окно Manual Capture Settings, в котором также имеются два режима: Auto и Manual. Auto позволяет установить интервал времени между записью, в то время как Manual разрешает управлять записью непосредственно. При установленном значении Auto становится доступна область Duration, позволяющая ограничить общее число записываемых кадров. При необходимости непрерывной записи задают значение переключателя No limit.
6. Установите флажок Capture audio для одновременной записи аудиосигнала. (Он будет недоступен, если на ПК не установлена звуковая карта, либо мультимедиакарта не поддерживает звук, либо задан режим ручной записи Manual.)Для изменения параметров аудио- или видеозаписи следует щелкнуть на кнопке Audio format или Video format соответственно. 7. Установите флажок Auto-naming, чтобы сохранить записи в виде последовательности пронумерованных файлов. Имя файла задается в поле ввода File, четыре последних символа которого заменяются числами. Например, для файла с именем «VID», файлы будут называться VID0001, VID0002, и т.д. 8. Задайте требуемое имя в поле ввода File. 9. Установите флажок Save to library для помещения файлов в папку библиотеки /library/ программы Video Editor. В этом случае файлы могут быть быстро включены в проект программы Video Editor. 10. Щелчок на кнопке OK запускает Video Capture в соответствии с установленными параметрами. При выборе ручного режима откроется окно Manual Capture, содержащее две кнопки: Next и Cancel. Щелчок на кнопке Next записывает отдельный кадр, а Cancel завершает запись. Следует иметь в виду, что после щелчка на кнопке OK перед началом записи может быть небольшая задержка. Это связано с необходимостью освобождения места в памяти ПК. Поэтому нажать кнопку следует на несколько секунд раньше, чем появится требуемый кадр. В режиме просмотра (Preview) при записи видео воспроизведение может остановиться. Тогда следует выполнить команду Capture — Display When Capturing. Это позволит просматривать видео при одновременной записи, но потребует дополнительных ресурсов ПК и может привести к пропуску кадров. Пропуск кадров. Если ПК или мультимедиакарта испытывают трудности при заданной частоте кадров, то появляется сообщение, показывающее, как много кадров было оцифровано (и сколько пропущено). Для пропущенных кадров (Dropped frames), чтобы сохранить заданную частоту, будет демонстрироваться предыдущий кадр. Поэтому при большом числе пропущенных кадров изображение начинает дергаться. Для устранения этого недостатка следует понизить качественные характеристики оцифровки. Например, уменьшить размер кадра, либо увеличить коэффициент сжатия, либо понизить частоту кадров.
Требования к базовому программному обеспечению.
Требования к программному обеспечению вычислительной техники, применяемой в образовании, определяются уровнем развития вычислительной техники, а также местом информационных технологий в учебном процессе и в жизни школы. Кабинет информатики и вычислительной техники (КИВТ) является одновременно центром информационных технологий в учебном заведении.
Основное назначение КИВТ - проведение занятий по курсу "Основы информатики и вычислительной техники". В свободное от занятий время ресурсы кабинета используются для подготовки методических материалов и проведения занятий по другим базовым и профильным курсам, а также для нужд администрации школы.
При оснащении телекоммуникационным оборудованием КИВТ становится центром телекоммуникационных проектов, а также доступным для всех учеников и преподавателей центром электронной почты. Его ресурсы могут также использоваться для подготовки различных школьных изданий.
Многоплановость применений комплекса учебной вычислительной техники обуславливает подбор соответствующих программных средств.
Программное обеспечение, используемое в КИВТ, для вычислительной техники делится на 5 групп:
Системное программное обеспечение.
Программное обеспечение базовых информационных технологий.
Инструментальные программные средства общего назначения.
Программные средства учебного назначения.
Программное обеспечение поддержки издательской деятельности для нужд школы.
Ulead VideoStudio 8На рынке программного обеспечения точное, прецизионное позиционирование продукта встречается отнюдь не часто. Совсем наоборот, можно привести сколько угодно примеров, когда даже прочтение сопровождающих readme файлов нисколько не помогает ответить на вопрос: «Что эта программа делает?» и «Кому она предназначена?» VideoStudio 8 от компании Ulead systems совсем другое дело, здесь даже не нужно что-то читать – достаточно просто взглянуть на заставку программы установщика: все вопросы отпадают с первого взгляда, не правда ли?
Это просто блестящий пример труда маркетологов фирмы, а опыт работы на рынке low-end программного обеспечения для видео монтажа у нее немалый - тайваньская компания Ulead systems с самого начала ориентировалась на рынок так называемого «вложенного (bundled) программного обеспечения». О чем идет речь? Не секрет, что любой производитель видеомонтажных плат должен положить в коробку не только собственно «железку», но и полный набор программного обеспечения, необходимый для выполнения этой железкой ее функции. Естественно, что цена такого программного обеспечения имеет решающее значение – никто не может позволить себе комплектовать 100 долларовую плату редактором Adobe Premiere с розничной ценой 700 долларов. Здесь требуются программы проще, дешевле. Именно с них и начинала компания Ulead systems. Очень много бюджетных видеомонтажных плат комплектовалось, и до сих пор комплектуется софтом этой компании. Однако через некоторое время, продукты компании стали все более и более совершенными и постепенно стали выходить на более высокий уровень, сравниваясь, а в чем-то и превосходя своих старших собратьев. Однако это имело и свою негативную сторону – для рынка bundled software программы высокого уровня (и, соответственно, цены) могут оказаться невостребованными. Выход очевиден – выпуск различных версий: усложненного и упрощенного. В случае с Ulead Systems это соответственно Media Studio Pro и VideoStudio. Предвидя скептические реплики энтузиастов компьютерного видео «зачем он нужен, этот low- end?» Заметим, что существуют задачи, когда использование «тяжелого» программного обеспечения просто нерационально, как стрельба из пушки по воробьям.
Другой отличительной особенностью компании было стремление предложить пользователю комплексные законченные решения, позволяющие выполнять полный цикл производства видеофильма, не выходя за рамки одного программного продукта. Не стала исключением и VideoStudio 8, фактически состоящая из трех модулей - собственно видеоредактор, модуль для VideoCD/DVD-авторинга и видеокепчер (интерфейс захвата), с которого и начнем.
Еще с первых версий видеокепчеры от Ulead systems отличались продуманностью, рациональностью, и, что очень важно при обработке видео, стабильностью. Приятно, что восьмая версия не стала исключением из правила, и хотя, учитывая рыночную нишу продукта, ожидать от него особенной универсальности не приходится, свою задачу он выполняет на "все сто".
Поддерживаемые форматыЧтение
Видео: AVI, MPEG-1, MPEG-2, VOB, MICROMV, WMV, QuickTime, FLC, FLI, GIF, UIS
Статические изображения: BMP, CLP, CUR, DCS, EPS, FPX, GIF, ICO, IFF, IMG, JPG, PCD, PCT, PCX, PIC, PNG, PSD, PXR, RAS, RLE, SCT, SHG, TGA, TIF, WMF
Звук: AIF, AIFC, AIFF, AU, AVI, MOV, MP3, MPEG-1, MPEG-2, QT, WAV
Запись
Диски : DVD, Video CD (VCD) и Super Video CD (SVCD)
Видео : AVI, MPEG-1, MPEG-2, QuickTime, WMV, FLC, FLI, FLX, UIS, WMV
Статические изображения : BMP, CLP, EPS, FPX, GIF, IFF, IMG, JPG, PCX, PNG, PSD, PXR, RAS, RLE, SCT, TGA, TIF, WMF
Звук: WAV, MPA, RM, WMA
Поддерживаемые устройства
OHCI-совместимые FireWire-карты (для записи с/на DV/D8/Sony MicroMV™)
Аналоговые карты видеозахвата с поддержкой VFW или WDM
USB устройства
Системные требованияОперационная система: Microsoft® Windows® 98 SE, ME, 2000, XP;
Процессор: Intel® Pentium® III 800 МГц или выше;
Диск: 600 Мб для установки программы, 4 Гб для записи и редактирования видео;
ОЗУ: 256 МБ (512 МБ под XP);
Windows-совместимая звуковая карта;
Дисплей 1024 x768;
CDROM, CD-R/RW, DVD+R/RW или DVD-R/RW-привод
Для работы в режиме реального времени рекомендуются
Процессор: Intel ® Pentium ® IV 2.0 ГГц или выше;
ОЗУ: 512 МБ;
Жесткий диск IDE 7200 rpm.
Предусмотрена возможность работы с различными кодеками, как в стандарте DirectShow, так и VFW, записи в различные форматы (DV, AVI, MPEG, видеодиски, WMV). Конечно, такое сопоставление форматов не совсем корректно, но не будем мелочными – именно в этой последовательности они представлены в меню выбора формата записи – суть очевидна. Из других приятных особенностей скажем о возможности записи последовательности файлов без потери кадров между ними. Это нужно для обхода ограничения файловой системы (FAT32) и/или некоторых программ обработки видео, на максимальный размер файла. Опция работает только при записи с DV или MPEG при помощи DirectShow-кодека на диск FAT32. Также предусмотрены: автоматическое разбиение на сцены – каждая новая сцена записывается в новый файл (только при записи с DV по таймкоду, автоопределения смены сцены по сюжету нет) и режим пакетной записи, когда нужная лента предварительно размечается и в дальнейшем процесс записи на диск происходит в автоматическом режиме. В восьмой версии появилась возможность покадрового управления DV камерой непосредственно из окна захвата. Отдельно нужно упомянуть об интересной особенности кепчера от Ulead – автоматическое определение последовательности полей кадра, не секрет, что некоторые платы видеозахвата имели проблемы с корректной передачей полей при захвате. Причем срабатывает эта опция автоматически, естественно, в работу автоматики можно вмешаться, при наличии соответствующего опыта.
Кстати, для пользователей опытом видеоредактирования пока не обремененных, в восьмой версии появился Movie Wizard, позволяющий быстро и без особых проблем пройти по основным этапам редактирования собственного видео и записи своего первого DVD диска. Интересная особенность Movie Wizard (и видеоредактора тоже, естественно) – возможность прямого импорта MPEG-2, записанного как в формате DVD Video, так и DVD-VR. Может оказаться полезным владельцам дисковых рекордеров и камер с непосредственной записью на DVD.
Остальным без сомнения захочется отключить любезное приглашение Movie Wizard при запуске программы и сразу перейти в видеоредактор. Интерфейс такого типа уже стал стандартом де-факто для большинства продуктов этого класса – окно монитора в центре, таймлайн или последовательность клипов внизу, библиотеки клипов, эффектов, переходов или фильтров справа и окно опций слева. Назвать интерфейс перегруженным нельзя, наоборот, в большинстве режимов поле экрана используется нерационально – окно опций в левой части почти всегда пустует, а это почти четверть от полезной площади экрана.
Тем не менее, работать с программой удобно – все наглядно, рутинные операции (типа автосборки клипов на таймлайне или установки эффектов и переходов) автоматизированы, на случай ошибки предусмотрен откат. Особенно понравилась простая и удобная подстройка длительности клипа, осуществляемая непосредственно в окне видеомонитора, без дополнительного переключения режимов. Однако, несмотря на престижный и солидный номер версии, назвать продукт по настоящему «вылизанным» как-то затруднительно. Недоделки и недоработки встречаются сплошь и рядом – назвать их критичными, честного говоря, нельзя, но впечатление от продукта они портят. Например, обратите внимание, в главном окне программы присутствуют два (абсолютно различных!) меню с одинаковым названием «EDIT». В каком из них будем искать «UNDO»? Такие пустячки встречаются, к сожалению, сплошь и рядом.
Традиционно, набор переходов очень обширен – можно найти что угодно, на любой вкус. Работа с ними тоже не вызывает никаких проблем, за одним исключением. Демонстрация их preview, когда одновременно крутится пару десятков переходов, немного раздражает. Было бы гораздо приятнее, если бы анимировался только выделенный переход. Впрочем, это дело вкуса. Жаль, что после установки переходов в последовательность клипов их тип никак не выделяется и определить с первого взгляда, какой переход и где использован, невозможно.
Здесь же к изображению можно применить и видеофильтры, внушительным их набор назвать трудно, возможно именно поэтому они не сгруппированы по функциональным признакам, тем не менее, все самое необходимое присутствует. Очень остроумно реализован предварительный просмотр фильтра в окне основного монитора, причем ползунком прокрутки можно контролировать действие фильтра во времени. Удобно, что и говорить.
А вот настройку параметров фильтров особенно удобной не назовешь – окна предварительного просмотра маленькие, хорошо, что preview работает сразу на основном мониторе – это немного сглаживает неприятный эффект. Для новичков может оказаться удобной автоматическая замена фильтра на последний используемый – таким образом предотвращается возможность ошибочного включения нескольких фильтров подряд.
Как и подобает программам начального уровня, работа со слоями ограничена основным видео (квази-A/B roll), слоем оверлея, перекрывающим основной, и слоем титров. Приятно, что на слое оверлея могут находиться как графические клипы, так и живое видео. Возможности композитинга также ограничены (в первую очередь это касается работы с маскированием), тем не менее, опции регулирования прозрачности, наложения фильтров, задания рамок и движений присутствуют (в этом существенное усовершенствование по сравнению с предыдущими версиями). Создавать собственные траектории или деформировать объекты невозможно.
То же самое можно сказать и о титрах. Возможности встроенной титровалки назвать обширными нельзя, тем не менее, все самое необходимое есть в наличии, включая поддержку анимации, теней, прозрачности. Немного странным может показаться включение в состав поставки всего одного предварительного настроенного шаблона – с симптоматичным названием «Are You Ready?» Sure, We Are!
Закончив тем самым с обработкой видеоряда, поговорим о звуке, или о том, что профессионалы называют postproduction. Очень приятное впечатление оставляет возможность синхронной записи речевого комментария – для этой цели служит специальная дорожка, запись на которую происходит непосредственно из редактора, то есть комментарии можно накладывать, глядя на результат редактирования видео. Очень удобная опция. Что же касается обработки звука, то тут ситуация не столь радужная, что, вообще-то, естественно для программы начального уровня. Набор фильтров ограничен пятью встроенными плагинами: Amplify, Long Echo, Normalize, Remove Noise, Stadium, внешние DirectX плагины не поддерживаются.
В качестве фоновой музыки можно использовать как треки, заграбленные с аудио CD, так и WAV, WMA или MP3-файлы. Окончательное сведение производится при помощи микшера, позволяющего одновременно работать только с одним из каналов, переключая их попеременно, что довольно неудобно. Заметное усовершенствование восьмой версии – возможность редактирования уровня и панорамы непосредственно на таймлайне.
Все это только подчеркивает историческую ориентацию компании Ulead на обработку собственно видео, порой пренебрегая звуком, хотя, справедливости ради, надо заметить, что и в части обработки звука сопутствующие инструменты были существенно доработаны. В качестве примера приведем новую опцию – «Auto Music Generator» - она основана на технологии SmartSound и позволяет автоматически генерировать фоновое музыкальное сопровождение в зависимости от продолжительности сцен и, по крайней мере, так уверяют разработчики, их настроения.
В отличие от конкурирующих продуктов (в первую очередь, Pinnacle Studio 9), в VideoStudio 8 процесс мастеринга DVD интегрирован не полностью. Например, разбиение проекта на главы, создание меню и т. п. придется проводить отдельно, уже на этапе мастеринга DVD. Процесс создания последнего практически полностью автоматизирован – достаточно выбрать начальный кадр каждой новой главы и выбрать один из шаблонов оформления, которые в дальнейшем можно редактировать или создавать свои собственные. Предусмотрена поддержка фоновой музыки, а вот возможности создания анимированных меню нет. Даже с учетом способности редактирования шаблонов, получаемые меню смотрятся несколько просто, хотя для продукта начального уровня этого должно быть более чем достаточно.
Возможности конфигурирования параметров MPEG2 компрессии, для продукта начального уровня, неожиданно обширны. Можно выбрать один из заранее заготовленных профилей, гарантирующих совместимость с бытовыми плеерами, или проявить инициативу и поэкспериментировать самому. Жаль, что режима двухпроходного кодирования нет.
Подводя черту, можно сказать, что со своим предназначением VideoStudio 8, безусловно, справляется. В чем-то его возможности уступают конкурентам, в чем-то выигрывают у них. Но в одном можно быть уверенным – даже после непродолжительного освоения программы ваша улыбка (или вашей прекрасной половинки :-) станет столь же неотразимой, как у модели с заставки программы. От осознания быстро, хорошо и с удовольствием сделанной работы.
Список используемой литературы.
Большая советская энциклопедия.
Большой энциклопедии Кирилла и Мефодия.
Учебник Физики 10 класс (Г.Я.Мякишев Б.Б.Буховцев).
Учебник Физики 11 класс (Г.Я.Мякишев Б.Б.Буховцев).
Информационный сайт: www.ulead.com
Информационный сайт: НовГУ – Кафедра общей и экспериментальной физики admin.novsu.ac.ru
Информационный сайт: Кинопленка как она есть www.cinimac.ru
Информационный сайт: О компьютерах www.comprice.ru
52