Теория цифрового видео

Хоптынец Владимир

Спецвыпуск: Хакер, номер #054, стр. 054-004-6

Стандарты

Есть несколько стандартов передачи аналогового видеосигнала: PAL, SECAM и NTSC. Сам принцип аналогового кодирования сигналов состоит в том, что сигнал передается в виде синхронизационной и информационной компонент и при этом применяется частичное квантование. Другими словами, сам сигнал является аналоговым, но его квантуют или разделяют на линии и кадры. В стандарте PAL (и в близком к нему SECAM) предполагается наличие 25-ти кадров в секунду, каждый из которых содержит 576 строк. В стандарте NTSC - наличие 30-ти кадров в секунду, каждый из которых содержит 480 строк. Информацию о начале/окончании строк и кадров несет в себе компонента синхронизации. Информационная компонента несет яркостную составляющую (Y), используемую в черно-белом телевещании, и две цветовых компоненты (U/V). Во всех системах используется амплитудная модуляция яркостных и цветовых компонент, причем у PAL/SECAM частоты несущих цветовых компонент ниже в два раза, чем у яркостной, а у NTSC - в четыре раза ниже.

Приведу пример. Записываешь фрагмент продолжительностью в одну минуту, размер кадра 640х480, цвет 24 бит на пиксел, 25 кадров в секунду. Таким образом, тебе нужно 640х480х24х25х60/8/1024/1024/1024=1,287 Гб. Довольно серьезно, хотя, конечно, современные емкости винчестеров позволяют записывать такое видео, но при этом нужно обеспечивать передачу данных 21,97 Мб/с. Это значит, что для такой задачи нужно выделить отдельный винчестер, лучше всего на отдельном IDE-канале, или же обзавестись SATA.

Скорее всего, твое видео будет иметь размер файла больше 4 Гб, что не допускается файловой системой FAT32. Следовательно, видеофайл будет сегментироваться по 4 Гб или нужно будет использовать файловую систему NTFS, которая не имеет такого ограничения. В современных материнских платах уже имеется порт IEEE 1394 (FireWire), через который возможно подключение цифровой видеокамеры. Плата производит запись уже в стандарте цифрового видео DV, что ликвидирует необходимость перевода в цифру - можно заняться непосредственно обработкой и сжатием. IEEE 1394 позволяет передавать данные на скорости 98,304 Мбит/с. Кроме этого, возможна передача в двух (196,608 Мбит/с) и четырех (393,216 Мбит/с) режимах. Размер кадра DV - 720х576, причем все строки полные.

MPEG. Сделал возможным просмотр видео даже на самых скромных ПК, не поддерживающих мультимедиаинструкции MMX. MotionPrediction (предсказание движения) произвел настоящую революцию в сжатии видео. Его идея в следующем: объекты, как правило, быстро двигаются, но медленно изменяются. Изображение разбивается на квадраты, полученные блоки сравниваются с блоками предыдущего кадра. Блоки, которые изменяются меньше всего, сохраняются всего один раз за несколько кадров. Изменяющиеся блоки кодируются разностным алгоритмом, развитым от JPEG. MPEG имеет еще одну особенность .Для того чтобы можно было воспроизвести видео с любого места, через определенный промежуток времени сохраняется кадр целиком (KeyFrame), поскольку алгоритм может восстановить следующую серию кадров только на основе начального.