Кодирование видеосигналов

При кодировании видеосигналов применяются операции, которые обеспечивают очень высокую степень сжатия.

Как кинофильм является практически потоком фотографий, демонстрируемых на экране с частотой 24 кадра в секунду, так и цифровое видео практически представляет собой последовательность цифровых кадров, то есть фотографий. Однако простой расчет показывает, что даже в случаях, когда видеофильм имеет сравнительно небольшой по сегодняшним меркам размер 512 х 512 пикселов, для хранения 1 секунды фильма требуется:

786432 × 24 = 18 874 368 байт.

Чтобы сохранить хотя бы часовой фильм, это число нужно умножить на 3600, и мы получим 67 947 724 800, то есть 68 Гбайт на один фильм. При таком объеме фильм невозможно уместить на носителе объемом 4 Гбайт (стандартный объем DVD-дисков).

Сжатие видео

Для кодирования каждого кадра видеофильма применяется сжатие в формате JPEG, что даже при сравнительно небольшой потере информации может дать заметное (до 10 раз) уменьшение размера. Помимо сжатия каждого кадра, для уменьшения размера хранимого видеофильма используют некоторые дополнительные приемы:

· прореживание. Кодер (программа, осуществляющая кодирование) выбирает кадры через один и записывает их в сжатый поток. Это приводит к двойному коэффициенту сжатия. Затем декодер принимает кадры и просто дублирует их два раза подряд;

· вычитание. Кадр сравнивается со своим предшественником. Если разница между ними мала (всего в нескольких пикселах), то кодер кодирует только эти отличающиеся пикселы, то есть записывает в выходной поток три числа для каждого из отличающихся пикселов (его координаты и разность пикселов двух кадров);

· вычитание по блокам. Этот метод является развитием предыдущего. Изображение делится на блоки пикселов, и операция вычитания производится не над парой кадров, а над каждой парой блоков в кадрах;

· компенсацию движения. Просмотр любого фильма наводит на мысль, что разница между последовательными кадрами мала из-за движения на сцене, перемещения камеры или в силу обеих причин. Это свойство тоже можно использовать с целью повышения коэффициента сжатия.

В результате совмещения всех этих операций при кодировании видеосигнала можно получить очень высокую степень сжатия. Все эти методы кодирования реализованы в современных форматах кодирования цифрового видео, таких как MPEG и AVI. Сам факт применения перечисленных приемов сжатия иногда становится заметен: если по той или иной причине происходит пауза в потоке передающихся кадров, видеоизображение начинает распадаться на прямоугольные зоны, при этом часть видеокадра остается необыкновенно четкой, другая же часть размывается.

Цифровое видео может быть получено тремя способами:

1) оцифровкой имеющего кино, отснятого на пленку;

2) съемкой видео на профессиональную или любительскую видеокамеру;

3) созданием видеофайлов в специализированных программах.

При съемке видеофильма на видеокамеру может быть два режима работы. В первом режиме видеокамера снимает, кодирует и записывает фильм во внутреннюю память (это может быть записываемый DVD-диск, флэш-память или жесткий диск). Во втором режиме видеокамера подключается разъемом к цифровому входу видеокарты компьютера и напрямую передает поток видеоданных на компьютер, где специальная программа производит их кодирование и сохранение в том или ином распространенном видеоформате с заданным качеством.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что такое мультимедийный документ?

2. Чем оцифрованный звук отличается от синтезированного?

3. Что такое частота дискретизации, каково ее стандартное значение при промышленной оцифровке звука?

4. Какие два типа сжатия звука вам известны?

5. При помощи какого устройства получают звук в формате MIDI?

6. Что такое микширование?

7. В чем отличие растрового формата от векторного?

8. Есть ли избыточность в цифровом коде, представляющем изображение?

9. По какому принципу осуществляется сжатие изображения?

10. На основе каких принципов происходит кодирование цифрового видео?