Требования к отчету

Отчет по лабораторной работе должен содержать:

1. Тему лабораторной работы.

2. Цель лабораторной работы.

3. Краткое содержание проделанной работы.

4. Ответы на контрольные вопросы.

5. Выводы о проделанной работе.

Контрольные вопросы

1. Какова частота смена кадра для создания анимации по общепринятым стандартам?

2. Какова минимальная частота кадра для создания плавного движения в анимации?

3. Как изменить время появления слоя?

4. Каким параметром изменяется прозрачность слоя?

5. Каким параметром изменяется размытость слоя?

Литература

1. http://ru.wikipedia.org/wiki/Adobe_After_Effects

2. http://www.adobe.com/ru/products/aftereffects.html?promoid=BPCEC

3. http://ru.wikipedia.org/wiki/Мультипликация

Лабораторная работа №9 Технологии захвата, сжатия и преобразования видео.

Цель работы

Формирование начальных навыков по работе с видео контентом.

Задание для самостоятельной подготовки

1. Изучить основы теории работы с видео, на примере программы Windows Movie Maker.

2. Ознакомится с содержимым основного меню и панелями инструментов используемой программы.

3. Изучить порядок выполнения лабораторной работы.

Основы теории

Из всех мультимедийных элементов именно работа с видео требует наличия у компьютера самых высоких параметров, памяти и объема на диске для хранения информации. Неподвижное цветное изображение высокого качества займет около мегабайта. Умножим это число на 30 - столько раз в секунд)' изображения сменяют друг друга, создавая видимость движения, - и получим, что на односекундное видео уйдет 30 Мб, на минутное - 1,8 Гб и на часовое - 108 Гб. Перенос всех этих данных изображений из памяти компьютера на экран с указанной частотой - задача, сложная даже для суперкомпьютера с его возможностями обработки данных. На фоне таких высоких требований к месту для хранения Библиотека Конгресса показалась бы всего лишь полкой в местном магазинчике. Однако в настоящее время одни из самых интересных и загадочных мультимедийных технологий и исследований имеют дело со сжатием изображений цифрового видео в потоки информации, с которыми можно работать на персональных компьютерах. Таким образом, массивное число изображений можно поместить в сравнительно маленький файл данных, не сильно изменяя качество воспроизведения на предполагаемой платформе.

Если параметры платформы, для которой создается мультимедийный проект, известны, то можно специальным образом усовершенствовать оборудование и программное обеспечение, что позволит работать с полноэкранным, полнокадровым видео и сложным звуком, достигнуть высококачественного объемного звучания. Также можно разработать проект, отвечающий определенному стандарту сжатия, например MPEG-2 для воспроизведения DVD. Иногда устанавливают сверхбыструю систему RAID (Redundant Array of Independent Disks - Избыточный массив независимых дисков), поддерживающую высокие скорости передачи данных, и добавляют в систему авторской разработки (Flash или Director, например) инструкции, которые подкачивают видеоклипы в оперативную память так, чтобы они были заранее готовы к воспроизведению на высокой скорости. Держать под контролем платформу воспроизведения, конечно, хорошо, но в реальной жизни такое случается редко, поэтому в процессе разработки видеоэлементов придется принимать много решений, идти на уступки, отталкиваясь от оценки наименьшего общего знаменателя платформ воспроизведения проекта.

Использование видео. Тщательно спланированные, хорошо выполненные видеоклипы зачастую сильно меняют мультимедийный проект. Клип с Джоном Ф. Кеннеди, произносящим фразу «Ich bin ein Berliner» («Я берлинец»), с видео и звуком произведет больший эффект, чем прокручивание той же речи в текстовом поле. Но до принятия решения о добавлении видео в проект важно получить представление о среде, ее ограничениях и затратах. В этой главе рассказывается об основах работы с видео, о различных форматах и стандартах его записи и воспроизведения, об отличиях компьютерного и телевизионного видео. Также речь пойдет об оборудовании, которое необходимо для съемки и монтажа видеоматериала, даются советы по добавлению его в проект.

В лабораториях и на рынке постоянно исследуются и улучшаются технологии передачи, хранения, сжатия и отображения данных, развиваются, от аналоговых до полностью цифровых, от захвата до отображения, методы последующей обработки и оборудование, и вместе с этим совершенствуются стандарты и форматы видео. Сегодня работа с мультимедийным видео напоминает туристический поход в пустыню Мохави: поставишь палатку на удобном возвышении, а утром оказывается, что ползучие пески свели все усилия на нет. Земля уходит из-под ног от постоянно меняющихся компьютерных технологий, схем сжатия, блоков жестких дисков RAID и программного обеспечения. Особенно это верно сегодня, когда телевизионное вещание переходит к новому, развивающемуся стандарту цифрового телевидения (DTV - Digital Television). Раз мультимедиа дает возможность представлять информацию множеством способов, пусть содержимое определяет выбор средств для каждого фрагмента этой информации. Там, где это уместно, используйте традиционные текст. когда неподвижные изображения не могут передать идею добавляйте другие методы.

Цифровое видео вытеснило аналоговое как метод создания и распространения видео для использования в мультимедиа. Телевизионные станции, ,профессиональные постановочные студии и студии, все еще вкладывают много средств в более старую, аналоговую аппаратуру (по данным компании Sony, в настоящее время используется более 350 000 аналоговых устройств формата (Дэвид А. Людвиг (David A. Betacam SP), однако с помощью новейших цифровых Ludwig) Interactive Learning Designs) видеоустройств получаются отличные продукты, цена которых составляет лишь часть затрат на аналоговое видео. Цифровая портативная видеокамера, напрямую подключенная к компьютеру посредством кабелей FireWire (IEEE 1394), избавляет от необходимости преобразовывать изображение из аналогового в цифровое с потерей качества, что обычно производится с помощью карт оцифровки видеоизображений, и дарит обычным пользователям все многофункциональные возможности нелинейного редактирования и производства видео.

Получение видеоклипов. Если в проекте будет видео, то нужно подумать, снимать новый «метраж» (традиционный термин из мира пленки и аналоговых устройств) или прибрести уже готовое содержимое. Существует множество источников фильмов и видеоклипов: вероятно, хватит и домашнего видеодруга, а может, придется купить готовую видеопродукцию, пойти на телестудию или киностудию. Но приобретение метража, защищенного авторскими правами, может превратиться в кошмар - он дорого стоит, а лицензию сложно, а иногда невозможно, получить. Плата за лицензирование каждой секунды видео составляет от 50 до 100 долларов. Даже за копирование метража общедоступного клипа из государственного архива придется заплатить минимум 125 долларов, а на весь процесс может уйти до полутора месяцев. Многие компании специально для мультимедийных производств продают компакт-диски, не требующие дальнейших отчислений от продаж. Обычно видеосодержимое этих дисков не полнокадровое, а его разре­шение хуже студийного качества.

В некоторых проектах другого выбора нет: приходится отдавать назначен­ную за необходимый метраж пену. Если без клипа Пресли «You Ain't Nothing but a Hound Dog» никак не обойтись и пародия на Элвиса не подходит, то придется вести переговоры о покупке прав на использование настоящего клипа. Если бюджет не покрывает затраты на лицензирование конкретного видеоклипа, рассмотрите другие возможности: найдите менее дорогой источник архивного видео, используйте последовательность неподвижных изображений вместо видео или снимите собственный фильм. В последнем случае убедитесь, что права всех, кто появляется или говорит в видео, переданы вам и вы имеете разрешение использовать звуковые эффекты и музыку в собственном проекте.

Прежде чем браться за камеру, важно получить по меньшей мере основные навыки записи и редактирования видео, а также представление об ограничениях его использования в мультимедийном проекте. Оставшаяся часть этой главы поможет понять, как работает видео, в ней представлено практическое руководство по съемке видеозаписей.

Как работает видео. Свет, отраженный от объекта, проходя через объектив видеокамеры, преобра­зуется специальным датчиком, который называется прибором с зарядовой связью (ПЗС, charge-coupled device - CCD), в электронный сигнал. В высококачественных вещательных телекамерах бывает до трех таких приборов (по одному на каждый из цветов: красный, зеленый, голубой), что увеличивает разрешение камеры. Данные, выходящие из ПЗС, преобразуются камерой в сигнал с тремя каналами цветовой информации и синхронизирующими импульсами (синхронизацией). Существует несколько стандартов для работы с выходным сигналом ПЗС, каждый из которых имеет отношение к разнесению составляющих сигнала. Чем сильнее разделение цветовой информации в сигнале, тем выше качество изображения (и тем дороже оборудование). Если каждый канал цветовой информации передается как отдельный сигнал по своему собственному проводнику, то выход сигнала называется RGB (красный, зеленый, синий), этот ме предпочтителен для профессионально выполненных видеоработ высокого качества. Выходной сигнал также можно разбить на два отдельных канала сигнала цветности (которые обозначаются по-разному: Pb/Pr, Cb/Cr или B-Y/R-Y) и канал яркости (Y), который представляет черно-белую часть видеоизображения, У этого формата, по-видимому, больше всего обозначений, так как, помимо уже перечисленных, его называют еще и Y/U/V.

Также сбивает с толку то, что у кабелей, отвечающих компонентам, отличным от RGB, обычно бывают красные, зеленые и синие штекеры и гнезда, хотя эти два метода передачи сигнала несовместимы. Качество ниже у сигнала Y который составляет раздельный видеосигнал (S-Video), используемый в видео-форматах Super VHS и Hi8. В этом видеосигнале, как и в случае с компонентным видео, за информацию о яркости отвечает Y, а данные о цвете (или цветности) объединяются и обозначаются через С. Наименьшее разделение (и, соответственно, наихудшее качество видеосигнала) достигается, когда все с налы смешиваются между собой и переносятся по одному кабелю в виде комбинации трех цветовых каналов и синхронизирующего сигнала. В такой системе цветовая четкость менее точная, подправить цвета, как в случае с сигналом RGB или компонентным сигналом, не получится.

Цифровое видео. Полная интеграция цифрового видео в камерах и на компьютерах исключает аналоговую телевизионную форму как из мультимедийного производства, так и платформ воспроизведения. Если видеокамера создает выходной цифровой сигнал, то видео можно записывать прямо на диск, а затем редактировать. Если видеоклип хранится на жестком диске, компакт-диске или другом устройстве хранения данных, его можно воспроизвести на мониторе компьютера без до­полнительного оборудования.

Однако, чтобы создать производственную среду для съемки цифрового видео, все же потребуется аппаратура, отвечающая минимальным спецификациям скорости обработки, передачи и хранения данных. Вот некоторые из них:

• компьютер с соединениями и кабелями Fire Wire (IEEE 1394 или iLink);

• быстрый процессор(ы);

• большой объем оперативной памяти;

• быстрый и большой жесткий диск(и). Чтобы хранить потоки данных цифрового видео, исходный метраж, полученный с видеокамеры при фиксированной скорости передачи цифрового видео 3,6 Мбит/с, жесткий диск должен поддерживать скорость передачи около 8 Мбит/с и иметь достаточно свободного места (примерно 108 Мб для 30-секундного метража, 13 Гб для часового). А с учетом редактирования эти параметры нужно умножить на пять! Съемные носители, такие как Zip и CD-RW, не подойдут;

• второй монитор нужен, чтобы разместить на экране дополнительные рабочие области программного обеспечения для редактирования;

• звуковой микшер для настройки звука, выходящего из видеокамеры;

• внешние динамики;

• телевизионный монитор для просмотра проекта (если он предназначен для ТВ);

• программное обеспечение для нелинейного монтажа.

Архитектуры цифрового видео

Архитектура цифрового видео состоит из формата кодирования и воспроизведения видеофайлов на компьютере и включает проигрыватель, который распознает и воспроизводит файлы, созданные для этого формата. Среди основных архитектур цифрового видео - Apple QuickTime, Microsoft Windows Media Format и RealNetwork RealMedia с соответствующими форматами видеофайлов QuickTime (,mov), Audio Video Interleaved (.avi) и RealMedia (.rm). Некоторые проигрыватели распознают и воспроизводят более одного формата видеофайла.

Сжатие цифрового видео

Чтобы оцифровать десятисекундный клип полнокадрового видео и хранить его на компьютере, нужно передать невероятное количество данных за очень ко­роткий период времени. А чтобы воспроизвести только один кадр цифрового компонентного видео на 24 бит, требуется почти 1 Мб компьютерных данных; 30 с полноэкранного, несжатого видео займут гигабайт на жестком диске. В случае использования полноразмерного, полнокадрового видео компьютер должен доставлять данные со скоростью около 30 Мб/с. Это препятствие преодолевается с помощью схем сжатия цифрового видео или кодеков (кодеров/декодеров). Кодек - это алгоритм, который используется для сжатия (кодирования) видео при подготовке к процессу доставки и затем для декодирования в реальном времени при быстром воспроизведении. Для разных методов доставки (например, для чтения с жесткого диска, компакт-диска или в Web) оптимизированы разные кодеки.

Предупреждение. Чтобы пользователь смог просмотреть файл цифрового видео, у него должен быть и проигрыватель, способный воспроизвести такой формат файла, и программа декодирования видео, основанная на кодеке, который использовался при сжатии файла. Обычно проигрыватель включает некоторые стандартные кодеки с лицензией, позволяющей устанавливать их вместе с ним. Если использовался кодек, не входящий в проигрыватель, то пользователю придется установить этот кодек, иначе видео воспро­извести не получится.

Существуют алгоритмы сжатия видео в реальном времени, такие как MPEG, Incieo, JPEG, Cinepak и Sorenson, с помощью которых можно сжимать цифровую видеоинформацию в отношении от 50:1 до 200:1. Оптимальное качество видео для соединений с низкой пропускной способностью для Web обеспечивается не толь­ко сжатием видеоданных, но и технологиями потокового воспроизведения. Если начать воспроизведение видео, как только на компьютер будет передано достаточно данных для осуществления воспроизведения, то пользователям не придется ждать, пока загрузится зачастую очень большой файл. Компании Microsoft, RealNetworks, cVideo и Motorola активно занимаются коммерциализацией потоковой технологии в Web.

Формат MPEG. Стандарты MPEG были разработаны Экспертной группой по вопросам движущегося изображения (Moving Picture Experts Group), которая была созвана Международной организацией по стандартизации (ISO) и Международной электротехнической комиссией (IEC) для создания стандартов цифрового представления движущихся изображений и связанных с ними звуковых и других данных. С помощью MPEG-1 (спецификаций, выпущенных в 1992 году) можно доставлять 1,2 Мбит/с видео и 250 Кбит/ с двухканального стереозвука, используя технологию компакт-дисков. Спецификации MPEG-2, выпущенные в 1994 году, совершенно отличаются от MPEG-1: они требуют больших скоростей (от 3 до 15 Мбит/с), но с их помощью доставляется изображение с большим разрешением, качеством, а также форматы чересстрочного видео, масштабируемость с переменной разрешающей способностью и многоканальные звуковые функции. Стандарт сжатия видео MPEG-2 необходим в цифровом телевидении (DTV) и для создания DVD.

Вполне вероятно, что некоторые из стандартов MPEG будут выбраны дм кодирования движущихся изображений, так как их давно широко применяют в Internet и в производстве DVD, они входят в спецификации цифрового телевидения. Однако разные компании выпускают различные варианты стандартов MPEG, что усложняет выбор единого. Компания Microsoft, например, использует MPEG-4 в качестве одного из своих видеокодеков, но при этом поддерживается только видеочасть спецификации MPEG-4.

С момента выпуска MPEG-2 спецификации MPEG включают в себя не только то, что касается кодиро­вания видео. Выпущенный в 1998-1999 годах вариант MPEG-4 представляет собой метод ассимиляции мультимедийных элементов, в основе которого лежит содержимое. В этом стандарте предлагаются не только функции индексирования, гиперссылок, запросов, просмотра, подкачки, загрузки и удаления, но и «кодирование гибридных естественных и синтетических данных», что позволит гармонично встраивать естественные и синтетические аудиовизуальные объекты. С помощью формата V1PEG-4 можно работать с множественными видами, слоями и множественными звуковыми дорожками на сцене, а также со стереоскопическими и трехмерными видами - виртуальная реальность становится осуществимой. Формат MPEG-4 подстраивается под разнообразные скорости загрузки, что делает его привлекательной функцией доставки видео в Web. В конце 2001 года Ассоциация Internet Streaming Media Alliance (ISMA), занимающаяся вопросами потокового контента в Internet, выпустила на основе MPEG-4 открытые спецификации для потоковой обработки данных в Internet.

Спецификации MPEG-7, вышедшие в 2002 году и названные -.Интерфейсом описания мультимедийных данных» (Multimedia Content Description Inierface), идут на шаг впереди: информация об изображении, звуке или элементах видео, которые используются совместно, - эта информация уже была в стандарте MPEG-4 - объединяется с данными о том, как эти элементы используются. Описательные элементы MPEG-7 позволяют представить простые функции, например цвет или движение, а с помощью схем описателей -содержимое высокого уровня, например выражение лица, характеристики личности или любое число переменных, имеющих отношение к содержимому. Одно из преимуществ реализации этого стандарта заключается в возможности быстро производить по видеоархивам поиск видео весьма специфичных типов.

Система управления цифровыми правами (Digital Rights Management -DRM), основополагающий вопрос для создателей содержимого, будет учтена в спецификации MPEG-21, которая на момент написания книги находится в разработке. В нее войдет то, что в MPEG называется системой управления и защиты интеллектуальной собственности (Intellectual Property Management and Protection - IPMP). Идея заключается в том, чтобы, когда пользователь получал так называемый цифровой объект (часть содержимого; например изображение в Web, по которому щелкаешь, чтобы скачать), файл подсказывал, где найти информацию о правообладателях.

Оптимизация видеофайлов для компакт-диска. Компакт-диски - отличное средство распространения компьютерного видео: их массовое производство недорого, на них можно хранить большие объемы информации. Скорость передачи данных в проигрывателях компакт-дисков медленная, но адекватной передачи видео можно добиться, подготовив видеофайлы надлежащим образом. Если об этом не позаботиться, цифровые файлы будут плохо отображаться в средах с низкой пропускной способностью/высокой степенью сжатия.

• Ограничьте синхронизацию видео и звука. В файлах AVI фирмы Microsoft звук и видео уже чередуются, поэтому синхронизация необязательна, а в файлах QuickTime фильм нужно «выровнять». При выравнивании (flaiiening) звуковые и видеосегменты чередуются между собой;

• располагайте ключевые кадры на одинаковом расстоянии - 10-15 кадров -друг от друга, временное сжатие скорректирует задержки, связанные со временем поиска. Время поиска (seek time) определяет, как долго проигрыватель компакт-дисков ищет конкретные данные на диске. Даже быстрые 56-скоростные дисководы компакт-дисков должны раскручиваться, что вызывает некоторую задержку (а иногда и большой шум);

• задаваемые размер окна видео и частота смены кадров оказывают существенное влияние на исполнение. В QuickTime воспроизведение с частотой 20 кадров в секунду в окне 160x120 пикселей эквивалентно воспроизведению с частотой 10 кадров в секунду в окне 320x240. Чем больше данных нужно разворачивать и передавать с компакт-диска на экран, тем медленнее воспроизведение;

• при чередовании звука качества компакт-диска с видео теоретически получается звук максимального качества, но для этого, возможно, потребуется передавать с компакт-диска в реальном времени слишком много данных. Попробуйте использовать более низкую частоту сэмплирования и размер сэмпла, чтобы уменьшить количество звуковых данных;

• задаваемый алгоритм программного сжатия существенно изменит исполнение. Алгоритм Sorenson, доступный как в AVI, так и в QuickTime, оптимизирован для воспроизведения с компакт-диска. Но будьте внимательны: на сжатие только нескольких минут цифрового видео может уйти много часов вычислений;

• осуществите дефрагментацию файлов перед тем, как записывать мастер-диск;

• при работе с QuickTime подумайте об использовании специализированного приложения, такого как Media Cleaner Pro, чтобы автоматически оптимизировать файл цифрового видео для воспроизведения с компакт-диска.