2. Видеосигналы: характеристики и способы передачи

При захвате цифрового видео необходимо обеспечить со-

вместимость карты захвата с источником видеосигнала по ис-

пользуемому способу передачи видео.

Характеристики видеосигнала. Одной из важнейших ха-

рактеристик видеосигнала является четкость – количество ли-

ний кадра изображения, а для оценки качества цифрового ви-

деосигнала используется разрешение – количество пикселей на

экране. Сохранение изображения в файл с разрешением, мень-

шим, чем четкость изображения, приводит к уменьшению чет-

кости. Отсюда следуют два простых правила: с одной стороны,

разрешение оцифрованного видео должно быть не ниже, чем

четкость исходного видео – с другой стороны, не имеет смысла

хранить видео с очень высоким разрешением: это не добавит

четкости, а будет занимать дополнительную память.

Максимальную четкость, которую способна обеспечить ви-

деоаппаратура, можно измерить при помощи специальных ис-

точников сигнала: тестовых таблиц. Бытовая видеоаппаратура

может обеспечивать четкость от 220 линий (видеомагнитофоны

и камеры формата VHS), 260 линий (видеокамеры и магнитофо-

ны формата VHS с 4 или более считывающими головками),

280 линий (видеокамеры формата Video8), 440 линий (видеоап-

паратура форматов Hi8 и S-VHS), 540 линий (видеокамеры

формата DV и DVD). Количество видимых строк в видеокадрах

стандартов PAL и NTSC фиксировано и составляет соответст-

венно 576 и 480 линий.

Цифровое видео характеризуется четырьмя основными па-

раметрами: частота кадра, экранное разрешение, глубина цвета,

качество изображения.

Частота кадра – это стандартная скорость воспроизведе-

ния видеосигнала – 30 кадров/с (для кинофильма этот показа-

тель составляет 24 кадра/с). Каждый кадр состоит из определен-

ного количества строк, которые прорисовываются не последова-

тельно, а через одну, в результате чего получаются два полукад-

ра, или так называемые «поля». Поэтому каждая секунда анало-

гового видеосигнала состоит из 60 полей (полукадров). Такой

процесс называется interlaced видео.

Монитор компьютера для прорисовки экрана использует

метод «прогрессивного сканирования» (progressive scan), при

котором строки кадра формируются последовательно, сверху

вниз, а полный кадр прорисовывается 30 раз каждую секунду.

Подобный метод получил название non-interlaced видео. В этом

заключается основное различие между компьютерным и телеви-

зионным методом формирования видеосигнала.

Глубина цвета является комплексным показателем и опре-

деляет количество цветов, одновременно отображаемых на эк-

ране. Компьютеры обрабатывают цвет в RGB-формате (крас-

ный-зеленый-синий), в то время как видео использует и другие

методы. Одна из наиболее распространенных моделей цветно-

сти для видеоформатов – YUV. Каждая из моделей RGB и YUV

может быть представлена разными уровнями глубины цвета

(максимального количества цветов).

Для цветовой модели RGB обычно характерны следующие

режимы

глубины

цвета: 8

бит/пиксель (256

цветов),

16 бит/пиксель (65,535 цветов) и 24 бит/пиксель (16,7 млн цве-

тов). Для модели YUV применяются режимы: 7 бит/пиксель

(4:1:1 или 4:2:2, примерно 2 млн цветов) и 8 бит/пиксель (4:4:4,

примерно 16 млн цветов).

Экранное разрешение показывает количество точек, из ко-

торых состоит изображение на экране. Стандартный аналоговый

• видеосигнал дает полноэкранное изображение без ограничений

• размера, так часто присущих компьютерному видео. Телевизи-

• онный стандарт NTSC (National Television Standards Committe)

• разработан Национальным комитетом по телевизионным стан-

• дартам США. Используемый в Северной Америке и Японии, он

• предусматривает разрешение 768 на 484. Стандарт PAL (Phase

• Alternative), распространенный в Европе, имеет несколько

большее разрешение – 768 на 576 точек.

Поскольку разрешение аналогового и компьютерного видео

различается, при преобразовании аналогового видео в цифровой

формат приходится иногда масштабировать и уменьшать изо-

бражение, что приводит к некоторой потере качества.

Качество изображения – параметр, зависящий от конкрет-

ной задачи. Иногда достаточно, чтобы картинка была размером

в четверть экрана с палитрой из 256 цветов (8 бит) при скорости

воспроизведения 15 кадров/с. В других случаях требуется пол-

ноэкранное видео (768 на 576) с палитрой в 16,7 млн цветов

(24 бита) и полной кадровой разверткой (24 или 30 кадров/с).

Способы передачи видеосигнала. В настоящее время ме-

няются два способа передачи видео: устаревший чересстрочный

и более новый прогрессивный. Вещательный телевизионный

сигнал по историческим причинам использует чересстрочный

способ. Этот способ означает, что кадр (frame) передается не

целиком, а из двух половинок: сначала передается первый полу-

кадр (или поле – field), который отображается в нечетные строки

кадра, а потом второй полукадр, соответственно он отображает-

ся в четные строки.

Прогрессивный кадр содержит все строки: четные и нечет-

ные. Компьютерная техника отображает изображение в прогрес-

сивном формате. Прогрессивный кадр лишь недавно стал при-

меняться в видеотехнике. Например, новые видео DVD содер-

жат кинофильмы записанные с прогрессивной разверткой. Теле-

вещание и подавляющее большинство современных видеокамер

используют чересстрочную развертку.

При захвате чересстрочного видео компьютеру передается

набор полных кадров с частотой 25 кадров/с, четные строки

кадра содержат одно поле, нечетные – другое. Порядок полей не

оговорен стандартами и зависит от аппаратуры: первым может

быть как верхнее, так и нижнее поле. Очень важно, чтобы при

захвате чересстрочного видео использовалось полное разреше-

ние по вертикали (обычно это 576 строк). В противном случае

из-за уменьшения размера по вертикали часть строк будет поте-

ряна; будет нарушено правило «одно поле в четных строках,

другое – в нечетных». Полученную видеозапись никак не испра-

вить, поэтому уменьшение размера по вертикали нужно обяза-

тельно делать не при захвате, а при обработке видео.

Самый распространенный способ представления оцифро-

ванного видео на компьютере – составление полного кадра из

двух полукадров: в нечетные строки записывается содержимое

одного поля, в четные – другого.