Теория цифрового видео

Хоптынец Владимир

Спецвыпуск: Хакер, номер #054, стр. 054-004-1

(vlad_km2004@rambler.ru)

Основы, необходимые на практике

За последние несколько лет своего бурного развития цифрового видео успело обзавестись множеством новых примочек и методов обработки. Это цифровое искусство доступно любому простому смертному, имеющему в своем распоряжении домашний компьютер. Как же достойно ковать на компьютере "важнейшее из искусств" без нечеловеческих затрат сил и денег?

Перед тем как начать разбираться в тонких понятиях видео, выясним принципы передачи видеоизображения на экран, так как это прямо относится к пониманию основных видеоформатов изображения. Исторически сложилось так, что видео базируется на передаче сигнала на электронно-лучевую трубку (ЭЛТ) - старую добрую, но несмотря на это наиболее распространенную основу телевизоров и мониторов, которой не мешают существовать множество других конструкций, призванных к тому же делу.

Принцип формирования изображения ЭЛТ идеально подходит для черно-белой картинки, но для передачи цветной нужно более сложное устройство.

ЭЛТ выпускает на волю три электронных луча, каждый из которых имеет свой цвет: красный (R), зеленый (G) и синий (B). Они формируют на экране цвета, по-разному сочетаясь друг с другом. Три размещенные рядом точки, образованные определенным сочетанием лучей, настолько малы, что человеческий глаз воспринимает три эти точки как одну определенного цвета.

Для перехода луча на следующую строку необходим обратный ход луча, поэтому изображение в классических моделях ЭЛТ-телевизоров формируется чересстрочно: вначале луч проходит нечетные строки изображения, а при втором ходе – четные. Таким образом получается полный кадр. Пробег луча по строкам называют строчной разверткой (ее частота в разных странах равна 50 или 60 Гц, у нас - 50 Гц).

В современных мониторах и цифровых телевизорах электронный луч формирует изображение полностью и не разбивает его на поля, то есть строки выводятся последовательно за один проход. Такие кадры называются прогрессивными. Чересстрочное формирование применялось в первых моделях мониторов и в классических телевизорах.

Только если картинки сменяются с частотой 24 кадра в секунду, человек воспринимает их как фильм - так последовательность кадров превращается в видео.

Аналоговый и цифровой сигнал

Аналоговый сигнал - сигнал, величина которого непрерывно изменяется во времени. Аналоговый сигнал обеспечивает передачу данных путем непрерывного изменения во времени своей амплитуды, частоты или фазы. Аналоговые сигналы естественным образом передают речь, музыку и изображения. Для использования аналоговых сигналов в системах и сетях осуществляется квантование и аналого-дискретное преобразование.

Цифровой сигнал - дискретный сигнал, имеющий конечное число значений. Обычно сигналы, передаваемые через дискретные каналы, имеют два или три значения. Использование сигналов с тремя значениями обеспечивает синхронизацию передачи.

Идея аналогово-цифрового преобразования основана на дискретизации – разделении непрерывного сигнала на бесконечно малые части и на записи в цифровом виде величины соответствующих частей аналогового сигнала. При этом аналоговый сигнал как бы сглаживается и становится менее подверженным искажениям, менее зависимым от аппаратной реализации воспроизведения, появляется возможность практически любой его обработки на цифровой аппаратуре, которая теперь сводится только к программным задачам. А с цифрами на компьютере можно вытворять уже что угодно.