Кодирование видеоинформации

Изображение в видео состоит из отдельных кадров, которые меняются с определенной частотой. Кадр кодируется как обычное растровое изображение, то есть разбивается на множество пикселей. Закодировав отдельные кадры и собрав их вместе, получают видео.

Видеоданные характеризуются частотой кадров и экранным разрешением. Скорость воспроизведения видеосигнала составляет 30 или 25 кадров в секунду, в зависимости от стандарта. Наиболее известными из таких стандартов являются: 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. Но не все пиксели используются для хранения видеоинформации. Так, при стандартном разрешении 768 на 576 пикселей, на экране отображается 704 на 540 пикселей. В формате Digital Video (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.

Если представить каждый кадр изображения как отдельный рисунок, то видеоизображение будет занимать очень большой объем, например, одна секунда записи в системе PAL будет занимать 25 Мбайт, а одна минута – уже 1,5 Гбайт. Поэтому на практике используются различные алгоритмы сжатия для уменьшения скорости и объема потока видеоинформации.

Если использовать сжатие без потерь, то самые эффективные алгоритмы позволяют уменьшить поток информации не более чем в два раза. Для более существенного снижения объемов видеоинформации используют сжатие с потерями.

Среди алгоритмов с потерями одним из наиболее известных является MotionJPEG или MJPEG. Приставка Motion говорит, что алгоритм JPEG используется для сжатия не одного, а нескольких кадров.

Еще одним методом сжатия видеосигнала является MPEG. Поскольку видеосигнал транслируется в реальном времени, то нет возможности обработать все кадры одновременно. В алгоритме MPEG запоминается несколько кадров. Основной принцип состоит в предположении того, что соседние кадры мало отличаются друг от друга. Поэтому можно сохранить один кадр, который называют исходным, а затем сохраняются только изменения от исходного кадра, называемые предсказуемыми кадрами.

Считается, что за 10-15 кадров картинка изменится настолько, что необходим новый исходный кадр. В результате при использовании MPEG можно добиться уменьшения объема информации более чем в 200 раз, хотя это и приводит к некоторой потере качества. В настоящее время используются алгоритм сжатия MPEG-1, разработанный для хранения видео на компакт-дисках с качеством VHS, MPEG-2, используемый в цифровом, спутниковом телевидении и DVD, а также алгоритм MPEG-4, разработанный для передачи информации по компьютерным сетям и широко используемый в цифровых видеокамерах и для домашнего хранения видеофильмов.

Видеоформаты и видеостандарты

В первую очередь определимся с видеостандартами. Их обязательно нужно учитывать при создании видеофильма или видеоролика.

PAL - видеостандарт, используемый в Европе и России:

размер видео 720х576, 25 fps (25 кадров в секунду).

NTSC - 720х480, 29,97 fps.

Стандарт SECAM используется для телевизионного вещания.

VHS - аналоговое видео, это формат записи на видеокассетах.

DV (Digital Video) - это цифровой видеоформат, разработанный совместно ведущими мировыми компаниями-производителями видео для цифровой записи. Этот формат имеет малый коэффициент сжатия видеосигнала (5:1) и дает высокое качество видеосъемки. В этом формате снимают видео MiniDV-камеры.

DV формат характеризуется большим видеопотоком и, соответственно, имеет большой выходной видеофайл. Часовая запись на MiniDV кассету, будет иметь объем примерно 12 Гб, или 1 мин - 200 Мб.

Стандарты сжатия цифрового видео

MPEG - один из основных стандартов сжатия. Аббревиатура MPEG (Moving Pictures Expert Group) - это название международного комитета, занимающегося разработкой данного стандарта сжатия. Его разновидности:

MPEG-1 - формат сжатия для компакт-дисков (CD-ROM). Качество видео - как у обычного видеомагнитофона, разрешение 352х240, диск с фильмом в таком формате обычно обозначается VCD (VideoCD).

MPEG-2 - формат для DVD-дисков, цифрового телевидения. В этом формате снимают видео DVD-, HDD-, Flash-камеры.

MPEG-3 - сейчас не используется. Не следует путать с MP3 (MPEG Audio Layer 3) - технологией сжатия звука!

MPEG-4 - это формат, получаемый с помощью известных кодеков DivX, XviD, H.264 и др. Часто его называют MP4. Уменьшает видеопоток еще сильнее, чем MPEG-2, но изображение довольно хорошего качества, поэтому этот формат поддерживает большинство современных DVD-плееров и видеокамер.

Ну а теперь сравним: фильм длительностью 1,5 часа в формате DV занимает примерно 20 Гб, в MPEG-2 - 4,7 Гб (пишем на DVD-диск), в формате MPEG-4 - 700 Мб (пишем на CD-диск).

HD (High Definition) - формат высокого разрешения, новый формат особой четкости изображения. Имеет две разновидности: HD1 с разрешением 1280х720 и HD2 - 1440х1080.

В последнее время большинство бытовых камер пишут в формате HD, основанном на кодеке MPEG-2. Качество видео высокое, но чтобы смотреть видео в формате HD, нужно иметь соответствующее оборудование для просмотра (например, ЖК или плазменный телевизор с большой диагональю), иначе вы не сможете оценить качество видео