Оксана Буковецкая - Видео на вашем компьютере: ТВ тюнеры, захват кадра, видеомонтаж, DVD

• Название: Видео на вашем компьютере: ТВ тюнеры, захват кадра, видеомонтаж, DVD
• Автор: Оксана Буковецкая
• Жанр: Программы

Компьютерное видео многолико: это и просмотр телепередач, и цифровые видеофильмы, и системы безопасности. В предлагаемом издании освещаются почти все аспекты данной области современных технологий – от начальных этапов оцифровки до ретуши полученных кадров и от простейших плат захвата кадра до систем нелинейного монтажа. Цель книги – дать возможность любому, даже неискушенному пользователю самостоятельно выбрать, установить и настроить необходимые именно ему оборудование и программы.

Большое внимание уделено устройствам для домашнего использования: ТВ тюнерам, в том числе внешним, а также простейшим системам цифровой видеозаписи. Особый раздел посвящен стремительно набирающему популярность формату DVD. Помимо описания конкретных устройств и ПО представлены теоретические данные, необходимые для предотвращения возможных проблем. Впервые в популярной форме рассмотрено применение компьютерного видео в системах безопасности и дан подробный обзор существующих на рынке систем.

Книга предназначена для начинающих и опытных пользователей, ранее не сталкивавшихся с установкой и настройкой компьютерных видеосистем. Некоторые разделы могут быть полезны и профессионалам в качестве справочного материала.

---

Тем не менее устройства линейного монтажа находят себе применение при производстве недорогих роликов, не включающих спецэффекты, например при подготовке фильмов, содержащих учебную, научную или технологическую информацию. Строго говоря, линейный монтаж не является видеовводом как таковым.

При нелинейном монтаже оцифровка исходной последовательности (последовательностей), которая хранится теперь на жестком диске, происходит сразу. Любой участок видеофильма доступен для работы практически мгновенно. Одно и то же устройство осуществляет запись последовательности кадров на жесткий диск, участвует в ее воспроизведении на экране компьютерного монитора и передает сигнал обратно на видеомагнитофон или видеомонитор (осуществляет видеовывод) в любом порядке. Монтаж осуществляется в программах типа Adobe Premiere или Ulead Media Studio.

Достоинства и недостатки нелинейного монтажа очевидны. К числу первых относится возможность хранить информацию практически вечно, не опасаясь при этом ее повреждения. (Возможность потери цифрового видеофильма в результате сбоев на жестком диске мы рассматривать не будем. Тем, кому данная тема кажется актуальной, можно посоветовать обратиться к публикациям, посвященным сохранению и защите цифровой информации. Статьи по этому поводу регулярно появляются в компьютерной печати.) Другим немаловажным достоинством является возможность оперативно и быстро, что называется «на ходу», видоизменять фильм. Например, можно прямо в выставочном павильоне, ориентируясь на реакцию потенциальных клиентов, вставлять и убирать сцены, менять текст, эффекты и т. д. Настолько же ценна возможность ретуши и просто изменения отдельных кадров, а также внедрения фрагментов компьютерной анимации.

Теперь добавим в бочку меда ложку дегтя. Все сказанное верно при одном не всегда выполнимом условии: качество оцифровки должно быть хорошим. Кое-как оцифрованное изображение – та самая осетрина второй свежести. В чем же здесь дело? Поскольку видеофильм – это не что иное, как последовательность отдельных кадров, трудности при его создании могут быть связаны с одной из двух проблем: а) с качеством кадра, б) с пропусками в последовательности кадров (что при просмотре приведет к скачкам изображения). Первая проблема характерна для любых устройств видеоввода, поскольку алгоритмы оцифровки и микросхемы, а следовательно, и качество исходного (несжатого – см. ниже) кадра практически одинаковы для плат захвата кадра, тюнеров и плат монтажа. Мы подробно рассмотрим эту проблему в разделе, посвященном алгоритмам оцифровки.

Теперь о второй – основной для плат нелинейного монтажа проблеме. Для получения мало-мальски реалистичного движения требуется минимум 18–20 кадров/с, для видео принята скорость 25 или 30 кадров/с (различия связаны со стандартами – см. ниже). При размере кадра 576x768 пикселов, глубине цвета в 24 бита/пиксел (подробнее о представлении цвета мы поговорим далее) величина цифрового потока оказывается более 32,4 Мбайт/с. Такую постоянную скорость записи при непрерывной работе пока не может обеспечить даже самый быстрый жесткий диск. Для уменьшения скорости потока данных можно: а) уменьшить размер кадра, б) уменьшить глубину цвета, в) допустить потерю некоторых кадров, г) ввести компрессию изображения. Есть еще один вариант: запись можно вести на нескольких, особым образом синхронизированных жестких дисках. Первый вариант (а) пригоден лишь в ограниченных случаях, например, если видео будет передаваться по телефонным линиям или всегда будет воспроизводиться в окне небольшого размера. Так устроены, в частности, некоторые обучающие системы, игры, мультимедиа-альбомы. В остальных случаях идет битва за увеличение размера кадра, и намеренное его уменьшение ничего, кроме недоумения, вызвать не может.

Ничем не лучше и второй вариант (б). Казалось бы, 16 миллионов оттенков, которые дает 24-битная палитра (224), – это очень много. Однако до сих пор нет однозначного мнения, какое максимальное число оттенков может различать человеческий глаз. Если принять на веру утверждение одного из корифеев компьютерной обработки изображений Дэна Маргулиса, нижний предел ухудшения изображения оценивается примерно в 100 градаций на каждый цвет. Дальше начинается заметное огрубление. То есть цвет, кодируемый 24 битами на пиксел (256, или 28 на канал), имеет не такой уж большой избыток информации. Существенное уменьшение числа оттенков заметно ухудшит изображение. На самом деле изображение часто передается не в RGB, а по стандарту YUV (подробнее о нем см. ниже), где передаются сигналы яркости и так называемые цветоразностные сигналы. За счет того, что для человеческого глаза яркость оказывается несравнимо более важным параметром, объем информации о цвете без потери качества по сравнению с яркостной составляющей можно снизить в 2 раза. При таком способе представления достаточно 16 бит на пиксел. Но скорость потока данных в «живом» видео все равно будет слишком велика: 21,6 Мбайт/с. Есть (и широко используются – об этом будет рассказано в следующих главах) способы сократить объем информации о цвете, правда, с некоторым ухудшением качества изображения.

Малоэффективен и третий путь (в) решения проблемы. Если скорость записи будет ниже 24 кадров/с, персонажи будут «дергаться», как в чаплинских короткометражках. Поэтому остается единственный выход – найти способ динамического сжатия (компрессии) изображения, не влияющий заметно на его качество. Конечно, часть информации при этом будет утрачена (как, например, при сохранении неподвижной картинки в формате JPEG (Joint Photographic Experts Group – объединенная группа экспертов по фотографии), но при правильно подобранных параметрах зритель этого не заметит. Для компьютерного видео существуют два основных формата компрессии: Motion JPEG (стандарт JPEG для движения) и MPEG (Moving Picture Expert Group – экспертная группа по движущимся изображениям).

В настоящее время создано немало устройств, осуществляющих аппаратную компрессию, то есть сжимающих кадр «собственными силами» спецпроцессора платы, не затрагивая при этом ресурсы центрального процессора и оперативную память компьютера. Эти платы создают кадр сразу в одном из форматов, использующих сжатие. На сегодняшний день данный способ наиболее популярен. Однако не расслабляйтесь: если вы решите извлечь из такого фильма отдельный кадр и использовать его для полиграфии (естественно, слегка увеличив) вас ждет неприятный сюрприз – его качество окажется неудовлетворительным. То, что прекрасно смотрится при быстрой смене кадров на экране, оказывается некачественным при представлении на бумаге. Отсюда вывод: прежде чем приобретать устройство, решите, потребуются ли вам отдельные кадры. Если нет – можно смело отдавать предпочтение устройствам с аппаратной компрессией. В противном случае – или смириться с невысокой скоростью записи, или периодически использовать плату нелинейного монтажа, отключая компрессию (если это возможно и речь действительно идет о некомпрессированном кадре, а не о последовательной компрессии-декомпрессии). Если такой возможности не предусмотрено, придется в дополнение к плате нелинейного монтажа обзавестись еще и устройством захвата кадра без компрессии.

Нерассмотренным остался четвертый путь – использование распараллеливания на несколько накопителей. Для жестких дисков с интерфейсом типа SCSI (Small Computer Systems Interface – интерфейс малых компьютерных систем, произносится «скази») такая возможность давно существует. Это создание так называемых RAID-массивов (Redundant Arrays of Inexpensive Disks – избыточные массивы недорогих дисков), состоящих из нескольких одновременно доступных жестких дисков, на логическом уровне воспринимаемых как один. Эти диски дороги и используются скорее корпоративными, чем частными пользователями. В последнее время появились RAID-массивы на основе дисков с интерфейсом типа IDE (Integrated Drive Electronics – встроенный интерфейс накопителей), однако они еще не нашли широкого распространения. Мы расскажем об этих моделях в одной из следующих глав.

Следует упомянуть, что некоторые профессиональные видеомонтажные системы обеспечивают возможность так называемого гибридного монтажа, при котором оцифрованные видеофрагменты, компьютерная анимация, титры, видеоэффекты и высококачественные (некомпрессированные) видеофрагменты, подаваемые (по запросу) с видеомагнитофонов, мирно «сосуществуют» в монтажном листе. Мастер-ленты, записанные на таких системах, имеют наилучшее качество изображения.

Устройства внешние и внутренние – что выбрать

Как уже отмечалось, в настоящее время практически все типы устройств видеоввода могут быть выполнены или в виде компьютерных плат, или как внешние устройства. И тот, и другой вариант исполнения имеют свои плюсы и минусы. Что же предпочесть?

Внешние устройства

Обычно внешние устройства (модемы, различные накопители и т. д.) значительно, порой в несколько раз, дороже своих внутренних аналогов. При этом далеко не всегда увеличение цены связано с таким же повышением качества. Конечно, внешние устройства лучше изолированы от помех, возникающих внутри компьютера. Например, корпус модуля линейного монтажа Miro Studio 400 имеет внутри специальный экранирующий слой из достаточно толстой металлической фольги, значительно уменьшающий электромагнитные помехи.