Для записей бытового класса и многих случаев видеорегистрации MPEG представляет собой вполне приемлемый вариант. Этот алгоритм с успехом используется в цифровом формате DVD-video, считающемся «последним словом» бытовой видеотехники. При непрерывном просмотре кадры MPEG кажутся полностью реалистичными. Однако это впечатление обманчиво. На рис. 3.8 и 3.9 показаны кадры из одного и того же видеоклипа: один взят из некомпрессированного AVI-файла, другой – из созданного на его основе MPEG-файла.
...
Если вы собираетесь получать из видеоролика отдельные кадры и использовать их, например, для полиграфии, формат MPEG, как и любой другой вариант компрессии, категорически противопоказан!
До недавнего времени считалось, что монтаж MPEG-последовательностей затруднен, если не невозможен. Для монтажа и создания эффектов их приходилось декомпрессировать. Наиболее современные системы видеоввода обеспечивают возможность не только монтажа, но и применения эффектов к видеопоследовательностям в формате MPEG. К сожалению, автор вынуждена честно признаться, что пока не видела видео, созданного подобным способом и ничего не может сказать о его качестве.
Существует (в зачаточном состоянии) еще два MPEG-формата: MPEG 4 и MPEG 7, не являющиеся собственно форматами сжатия. MPEG 4 – новый мультимедиа-формат, рассчитанный на низкоскоростную передачу данных. Суть его заключается в том, чтобы подразделить материал на несколько типов элементов (медиа-объектов): неподвижные, видеообъекты, аудиообъекты и т. д., формализовать их структуру и взаимосвязи и скомпоновать в единую, изменяемую пользователем сцену. Есть его вариант MPEG-J, использующий язык Java. MPEG 7 представляет собой интерфейс для описания и поиска различных типов мультимедиа-информации.
Несмотря на преимущества межкадрового сжатия, для ряда профессиональных форматов, например, Digital S фирмы JVC, применяется только внутрикадровая компрессия.
Цифровые видеоформаты
Как уже отмечалось, количество цифровых форматов значительно превышает количество форматов аналоговых. Даже при наличии общепринятых стандартов практически каждая известная фирма-производитель видеотехники предлагает свою реализацию формата. К сожалению, совместимость даже между разными реализациями одного формата чаще всего (точнее, почти всегда) оставляет желать лучшего. Причина не в сложности разработки совместимых форматов, а в соображениях исключительно маркетингового характера. Как только в среде производителей появляется даже не стандарт, а идея стандарта, сразу начинается борьба за лидерство: каждая фирма стремится первой создать его рыночную реализацию. Кроме того, каждая компания мечтает закрепить за собой своих клиентов «навеки». Поэтому делается все возможное для вертикальной совместимости между собой продукции данной фирмы. Приведет ли это к несовместимости с продукцией конкурентов – пока не важно. Зато потом, когда все, кто успел, уже предложили свои варианты и рынок оказался поделенным, начинается переманивание клиентов у «соседа». Вот тогда производители вдруг начинают заботиться о совместимости, выпускать адаптеры и заключать соглашения. В результате покупатели, растерявшиеся перед разнообразием торговых марок и стандартов, тратят массу времени на попытки разобраться, какой модели отдать предпочтение.
На самом деле, во многих случаях разница между вариантами весьма невелика. В этом разделе автор постаралась привести краткие характеристики наиболее известных форматов. Конечно, здесь нет их полной спецификации и подробных технических описаний. За небольшим исключением также опущены данные, касающиеся особенностей пленки, расположения и числа дорожек, работы головок. Основное внимание уделено стандартам кодирования видеоинформации.
Форматы, с которых все начиналось
Формат D1 – это «дедушка» всех современных цифровых форматов. В нем используется компонентный сигнал, дискретизация 4:2:2, уровень квантования составляет 8 бит. Существование кода, содержащего контрольную информацию, позволяло исправлять ошибки, эквивалентные продольной царапине длиной в 0,5 мм или выпадению трех строк изображения. Аппараты этого формата способны принимать данные в двух основных ТВ стандартах: PAL и NTSC. При этом число строк в поле (полукадре) варъируется: 300 при 625 строках на кадр и 250 при 525 строках на кадр.
Форматы D2 и D3 использовали композитный сигнал (в стандартах PAL или SECAM) и частоту дискретизации, соответствующую четвертой гармонике цветовой несущей. Формат D2 обладал на тот момент беспрецедентной плотностью записи.
D1 и D2 работали на широкой ленте – 3/4 дюйма, D3 – на более узкой, 1/2 дюйма, что дало возможность использовать этот формат для создания первой цифровой видеокамеры.
В наши дни форматы представляют лишь исторический интерес и в современной технике не используются. В дальнейшем композитный видеосигнал не применялся в цифровой технике. Все современные цифровые видеомагнитофоны используют компонентный сигнал.
Современные цифровые форматы
Число форматов цифрового видео очень велико, однако с точки зрения их использования в качестве источника сигнала для компьютерного видеоввода эти различия не очень значительны.
Все современные цифровые форматы работают с компонентным сигналом. Частота дискретизации и глубина квантования могут заметно различаться. Появился еще один существенный параметр: это наличие/отсутствие компрессии (сжатия), ее тип и уровень. В начале этой главы мы разбирали проблемы, связанные со сжатием данных. Проблема записи больших потоков связана с существенным расходом пленки, и решить вопрос возможно только с помощью громоздкой и очень дорогой студийной техники. Поэтому большинство современных цифровых форматов используют сжатие.
Последний формат без сжатия – D5 (1992 г.) – использовал дискретизацию 4:2:2 и уровень квантования 10 бит. Как было показано выше, при таких характеристиках поток данных достигает 270 Мбит/с. Скорость протягивания ленты и, соответственно, ее расход увеличен в два раза.
У Digital Betacam при компрессии 2:1 те же параметры записи видеосигнала. Аппараты этого формата могут воспроизводить записи в аналоговых Betacam-форматах.
Аналогичные характеристики имеет формат DCT, однако в нем использовалась широкая, в 3/4 дюйма, лента, и в конце концов он был снят с производства. Однако оборудование, использующее этот формат, еще работает в некоторых студиях.
Betacam SX – цифровой формат, который позиционируется не как студийный, а в качестве техники для репортеров. Он сохраняет параметры профессиональных форматов, в частности, высокое разрешение (608 строк), но имеет высокий уровень компрессии 10:1 в стандарте MPEG 2. Столь сильное сжатие считается несовместимым с высоким качеством изображения. Тем не менее с его помощью, по общему мнению, можно получать кадры достаточно хорошего качества. (Естественно, для видео, а не для захвата кадра.)
Digital S (D 9) – версия цифрового видео, предложенная фирмой JVC (автором популярного аналогового формата VHS). Дискретизация – 4:2:2, уровень компрессии не очень высокий – 3,3:1, межкадровое сжатие не применяется. Такое значение уровня компрессии считается достаточно «безопасным» (хотя и не гарантирующим отсутствие потерь).
Формат DV (Digital Video – цифровое видео) – это, собственно, не формат, а спецификация, разработанная консорциумом фирм DV. Она определяет диапазон сжатия, стандарт кодирования, особенности кассет и лентопротяжного механизма и другие (не очень важные для нас) характеристики. Сигнал, естественно, компонентный. Дискретизация в стандарте – 4:2:0. Используется вариант MJPEG сжатия с коэффициентом 5:1. От стандартного MJPEG отличается использованием переменных таблиц квантования: при анализе крупных блоков (16x16 пикселов) выбираются малоинформативные группы – однородные блоки, для которых уровень компрессии повышается, и информативные блоки с большим количеством мелких деталей. Для последних уровень компрессии меньше стандартного. Разрешение – до 500 линий. В этом формате используется очень узкая лента: 1/4 дюйма (6,35 мм), что делает аппараты гораздо легче и компактнее. Существует несколько форматов, созданных на основе спецификации DV, в частности, DVCPRO (Panasonic) и DVCAM (Sony). Оба формата имеют сжатие 5:1. Считается, что для студийной техники это значение слишком велико, поэтому выпущен вариант формата DVCPRO – DVCPRO 50, с уровнем компрессии 3,3:1.