Муниципальное бюджетное образовательное учреждение лицей № 180 Ленинского района г. Нижнего Новгорода
Научное общество учащихся
Исследование алгоритма для обработки видеоинформации
Выполнил: Коркин Иван, ученик 9 б класса МБОУ лицея №180
Научные руководители: Сухова М.А. учитель информатики первой квалификационной категории МБОУ лицея №180
Нижний Новгород 2014
Содержание
Введение……………………………………………………..... 3 стр. ГЛАВА 1. Обработка видеоинформации
ГЛАВА 2. Алгоритм по обработке видеоинформации
Заключение……………………………………………………. 16 стр. Список используемых источников и литературы …….......... 17 стр. Приложения……………………………………………………. 18 стр. |
Введение
Актуально.
В 20 веке каждый ребенок знает сложные термины - пиксели, видео, программы для обработки. Многие начинают знакомство с этой удивительной частицей мира информатики уже с детства. Простейшие программы по кодированию видео, незамысловатые спецэффекты, работа с аудиодорожкой. Но, не каждый сможет на деле показать, как совершать различные операции с видеоинформацией, ведь обработать видео это не только – наложить спецэффекты и музыку.
В моей научной работе я представляю свой личный методический план-алгоритм по правильной обработке, сжатию и последующему выводу видеоинформации. Такая памятка подойдет на уроках информатики в качестве помощника, при изучении темы «Видеоинформация», и в повседневной жизни при работе за компьютером. Ведь часто возникают ситуации, когда надо срочно смонтировать или обрезать видео. В таких случаях подобный алгоритм действий незаменим.
Проблема исследования.
Монтаж видео – только на первый взгляд легкое дело. Работать с видео часто очень затруднительно, потому что не понятно, что требуется от нас в работе. Поэтому перед работой с видео надо четко осознавать проблему, идею, суть вашего монтажа.
Задачи исследования.
Рассмотреть специальный алгоритм для монтажа видео, и оценить важность алгоритма при работе с компьютером.
Глава 1. Обработка видеоинформации
1.1 История видео «докомпьютерной» эпохи.
Разумеется, начать надо с истории видео монтажа, с первых программ на ЭВМ и простейших операций по обработке. Что представляет собой фильм с точки зрения информатики? Прежде всего, это сочетание звуковой и графической информации. Для создания на экране эффекта движения используется технология быстрой смены статических картинок. Если за одну секунду сменяется более 10-12 кадров, то человеческий глаз воспринимает изменения на них как непрерывные. Кадр на кинопленке "докомпьютерной" эпохи выглядел так, как показано на рис(1). Основную его часть, разумеется, занимает видеоизображение, а справа сбоку отчетливо видны колебания на звуковой дорожке. Имеющаяся по обоим краям пленки периодическая система отверстий (перфорация) служит для механической протяжки ленты в киноаппарате с помощью специального механизма.
-
Рис(1).
Пришло время компьютеров, но способ обработки видео остался прежним. Это все тоже прокручивание кадров, постоянная смена картинок, но теперь на экране монитора. Видеоинформация представляется в виде видеоклипов (видеороликов), т.е. наборов последовательно выводимых друг за другом взаимосвязанных изображений – кадров (видеокадров). Если скорость появления видеокадров превышает частоту слияния мельканий (порядка 25 кадров) то у пользователя создается впечатление непрерывного движения объектов (full-motion video - полнокадровое видео). Этот принцип был реализован в кино и в настоящее время остается основным при оцифровке видеоизображения. Видеоизображения могут воспроизводиться как в отдельном окне программы просмотра на части экрана, так и в размерах экрана (full-screen video – полноэкранное видео).
1.2 Видеостандарты и проблемы сжатия
Объем одной секунды видеоролика с частотой 30 кадров в секунду при разрешении 640х480 точек, представленных 8-разрядным кодом (256 цветов), составляет 9 Мбайт. При использовании 24-разрядной цветовой палитры (16 млн. цветов) и разрешения 1280х1024 эта цифра увеличится до 114 Мбайт. В связи, с чем особую актуальность приобретают вопросы хранения и передачи информации. Проблема хранения данных большого объема, разумеется, упростилась с появлением дисководов CD-ROM и жестких дисков большой емкости. Но их емкости и скорости передачи данных (1-3 Мбайт в секунду) все еще было недостаточно для использования указанных накопителей для хранения и обработки видеоинформации обычными традиционными методами.
Необходимо сократить объем хранимых и передаваемых данных. Уменьшив разрешающую способность до 320х240 пикселов, количество воспроизводимых цветов до 256, частоту смены кадров до 15, можно понизить требуемую скорость передачи данных до 1 Мбайт/с. Но при этом происходит снижение качества изображения, хотя и не решается проблема хранения и обработки видеоинформации полностью.
Здесь и встал главный вопрос при обработке видео – сжать видео по объему и ухудшить качество изображения, или оставить оригинал, превышающий размеры жесткого диска.
Для решения проблемы и сейчас ведутся работы по разработке видеоформатов, хорошо сжимающих видео и позволяющих воспроизводить видеоинформацию в реальном времени без снижения качества изображений. Многие известные фирмы разработали свои собственные видеостандарты и файловые форматы для них. Каждый стандарт обладает определенными быстродействием и качеством. Например, фирмой Apple был предложен стандарт QuickTime, реализованный на компьютерах фирмы Apple. Существуют программы, которые позволяют использовать его на IBM-совместимых компьютерах (в среде Windows) . Видеоинформация формата QuickTime хранится в файлах с расширением *. mov. Для начала необходимо установить программный пакет QuickTime, в состав которого входят специальные программы и драйверы для собственного проигрывателя QuickTime. Эти программные продукты позволяют проигрывателю в Windows (Media Player) тоже воспроизводить видеоинформацию этого стандарта.
|
Многие фирмы последовали примеру Apple и начали разработку своих собственных методов сжатия. В системах Windows распространен видеостандарт AVI (Audio Video Interleaved). Файлы этого стандарта имеют расширение *.avi. Доступ к ним осуществляется через программу Media Player. В AVI-файле применяется межкадровое сжатие. Оно содержит один ключевой кадр, относительно которого формируются остальные кадры видеоизображения. Утверждается, что AVI-файлы могут воспроизводиться с частотой 24 кадра в секунду. Но в большинстве случаев они записываются с частотой 15-18, а иногда и 10 кадров в секунду, чтобы уменьшить занимаемый объем. AVI-файл длительностью 1 секунда занимает от нескольких десятков до нескольких сотен килобайт (обычно 50-300 Кбайт). Достоинство AVI – это то, что для проигрывания файлов этого стандарта не требуется никакого дополнительного аппаратного обеспечения, кроме мощного высокопроизводительного компьютера. Поэтому при обработке видеоинформации на минимальном компьютере стоит помнить об этом.
В 1992 г. группа экспертов по движущимся изображениям (Moving Pictures Experts Group) разработала новый стандарт видеокомпрессии — MPEG. Международная организация стандартизации (ISO) приняла его как стандарт компрессии MPEG-1. Видеостандартом MPEG пользуются и в наши дни, ведь он наиболее компактен, и качествен для обработки видео.
На телевидении можно заметить свою систему стандартов. Скорость воспроизведения видеосигнала составляет 30 или 25 кадров в секунду, в зависимости от телевизионного стандарта. Наиболее известными из таких стандартов являются: SECAM, принятый в России и Франции, PAL, используемый в Европе, и NTSC, распространенный в Северной Америке и Японии. Разрешение для стандарта NTSC составляет 768 на 484 точек, а для PAL и SECAM – 768 на 576 точек. Не все пиксели используются для хранения видеоинформации. Так, при стандартном разрешении 768 на 576 пикселей, на экране телевизора отображается всего 704 на 540 пикселей.
Поэтому для хранения видеоинформации в компьютере или цифровой видеокамере, размер кадра может отличаться от телевизионного. Например, в формате Digital Video или, как его еще называют DV, размер кадра составляет 720 на 576 пикселей. Такое же разрешение имеет кадр стандарта DVD Video. Размер кадра формата Video-CD составляет 352 на 288 пикселей.
Существует большое разнообразие различных TV форматов, но пользуются обычно стандартами предложенными выше.
Обычный компьютер не имеет в своем составе оборудования для ввода и обработки видео. Поэтому на него необходимо устанавливать дополнительное оборудование. Это оборудование может быть самым различным в зависимости от того, какие задачи вы хотите решать. Кроме того, сам компьютер должен отвечать определенным требованиям.