9.5. Основы цифрового видео

Цифровое видео принципиально отличается от анимации способом создания изображения. Разница состоит в том, что при анимации череда независимых рисунков образует (создаёт) иллюзию непрерывного движения, а в ходе цифровой видеосъемки, напротив, непрерывное движение, для записи, разбивается на множество дискретных кадров.

К основным понятиям цифрового видео относятся: размер кадра, частота смены кадров, сжатие видеоданных, а также такие термины, как линейный и нелинейный видеомонтаж.

Линейный и нелинейный монтаж

Цифровые видеоданные предоставляют для создания видеосюжетов гораздо большие возможности по сравнению с традиционным аналоговым видео. Цифровую запись можно легко дублировать (как звуковую, так и видеочасть) без потери качества, а также использовать для обработки и монтажа программным способом. Главное преимущество при обработке цифровых данных заключается в возможности применения нелинейного монтажа.

В традиционном монтаже кадры изображения обрабатываются последовательно или линейно, то есть каждый следующий видеоклип располагается на программной ленте после предыдущего. Если в середину фильма нужно вставить новый клип, то возникает необходимость переделать весь смонтированный после места вклейки материал. Процесс линейного монтажа сравним с нанизыванием бусинок на единую нить ожерелья. Чтобы добавить новую бусинку в середину нанизанного ряда, придётся снять все бусины, которые последуют за ней, а потом надеть их заново, сохраняя прежний порядок.

В нелинейной системе можно абсолютно произвольно вставлять, убирать и менять порядок следования кадров, а также редактировать содержимое самих кадров, добавляя многочисленные эффекты и переходы, поскольку изображение на экране строится из пикселей, которые можно свободно редактировать. Возвращаясь к примеру с ожерельем, можно заметить, что цифровая система нелинейного монтажа позволяет не только быстро вставлять и менять местами бусинки, но также клонировать (дублировать) и изменять их цвет и форму.

Размер кадра

Размер кадра цифрового видеоматериала задаёт ширину и высоту (в пикселях) окна для видеоклипа на экране.

Для видеоматериала, записанного на плёнку, устанавливается строго определённый размер кадра, который зависит от варианта стандарта цветности. Стандарт NTSC, принятый на территории США, предполагает размер кадра 640×480 пикселей. Формату NTSC DV (цифровой NTSC) соответствует размер кадра 768×576. Европейский стандарт цветности PAL предусматривает кодирование цвета кадров размером 768×576 пикселей. Для цифрового PAL размер кадра 720×576.

Чем больше размер кадра, тем больше объём файла, хранящего видеофильм. Если материал готовится для другого носителя или для публикации в Интернете, где величина файла с видео имеет важное значение, размер кадра устанавливается значительно меньшим (стандартный мультимедийный формат для Web составляет 320×240 пикселей).

Частота смены кадров

Исторически сложилось, что разные стандарты кино и телевидения поддерживают различную частоту кадров. Так, например,

• 24 (кадра/с) – используется в классическом кинематографе (для создания фильмов на плёнке);

• 25 (кадров/с) – стандарт PAL/SEKAM (европейский стандарт телевидения);

• 29,97 (кадров/с) – стандарт частоты кадров для NTSC (североамериканского стандарта телевидения);

• 30 (кадров/с) – режим, применяемый для создания компьютерных мультимедийных продуктов.

Параметр частоты смены кадров достаточно важен, так как именно он определяет, насколько плавно в проекте будут отображаться движения. Частота смены кадров цифрового видео может устанавливаться в широком диапазоне значений. Если проект создаётся для Web, то уместно выполнять монтаж и экспортировать клипы с низкой частотой смены кадров, поскольку в этом случае, хоть движения и выглядят немного прерывистыми, но клип загружается в Web-браузере намного быстрее.

Сжатие видеоданных

Чем больше размер кадра, глубина цвета изображения, частота смены кадров, тем качественнее будет видео, тем большим будет размер его файла. Так, например, десятисекундный полноэкранный видеоматериал (без звука) с частотой 30 кадров в секунду и глубиной цвета 24 бита (RGB) потребует для хранения:

640×480×24×30×10 = 2211840000 бит ≈ 263,67 Мбайт.

Для уменьшения размера файла можно идти по пути уменьшения значений всех параметров видеоизображения, но при этом существенно пострадает качество. Чтобы сохранить максимальное количество данных в небольшом файле, разработчиками программного обеспечения предлагаются различные схемы сжатия видеоданных. В основном на практике применяются две схемы сжатия – пространственная и временная.

Пространственное сжатие

В пространственном способе сжатия программа анализирует пиксели изображения и сохраняет только ключевой (начальный) кадр, на основе которого строится изображение. Для последующих кадров сохраняется лишь разница – отличия от начального кадра.

Временное сжатие

Во временном способе сжатия анализируются и запоминаются пиксели в тех областях экрана, которые не изменяются с течением определённого времени. Если не использовать временное сжатие, то кадры видеопроекта будут сохраняться на диске каждую секунду независимо от того, изменяется изображение на экране или нет. В результате использования временного сжатия, вместо фиксации множества кадров с одинаковым изображением, на диске сохраняется один ключевой кадр, изображение которого не изменяется на протяжении длительного интервала времени, и информация о том, сколько времени кадр присутствует на экране. Другие кадры добавляются только тогда, когда изображение в кадре изменится.

При работе в редакторах цифрового видео пользователь самостоятельно выбирает не тип сжатия, а подходящий кодек.

Кодеками (от английского compression/decompression) называются подсистемы сжатия и восстановления видеоданных. В настоящее время существует большое разнообразие кодеков, каждый из которых, используя определённый тип сжатия, работает по оригинальному алгоритму. Например, кодек Cinepak обеспечивает временное сжатие данных (во время создания или экспортирования проекта можно указать, сколько ключевых кадров в секунду нужно сохранять при сжатии), а кодек Apple Animation реализует пространственную модель сжатия.