Запись видео и аудио в цифровом формате требует соблюдения баланса между качеством и размером файла/битрейтом. Для уменьшения размера файла и снижения битрейта в большинстве форматов используется операция сжатия с выборочным снижением качества. Сжатие необходимо для уменьшения размера видеофайлов с целью повышения эффективности хранения, передачи и воспроизведения. Без сжатия один кадр видео стандартного разрешения занимает почти 1 Мб (мегабайт) дискового пространства. При частоте кадров стандарта NTSC, составляющей примерно 30 кадров в секунду, секунда несжатого видео занимает почти 30 Мб, а 35 секунд видеоматериала занимает примерно 1 Гб дискового пространства. Для сравнения 5-минутный NTSC-файл, сжатый в формате DV, занимает 1 Гб при битрейте примерно 3,6 Мб в секунду. Для сохранения максимально возможной степени качества при сжатии видео следует выбирать наименьший коэффициент сжатия, что позволяет создать видео в пределах допустимых значений размера файла и битрейта целевых носителей и воспроизводящих устройств.

При экспорте видеофайла на устройство определенного типа с определенной пропускной способностью необходимо выбрать компрессор/декомпрессор (также называемый кодировщик/декодировщик, или кодек) для сжатия информации и создания файла, который смогут воспроизводить устройства этого типа c заданой пропускной способностью.

Имеется широкий спектр кодеков, так как одно устройство не может являться решением для всех ситуаций. Например, кодек, наиболее подходящий для сжатия мультипликационных фильмов, обычно не подходит для сжатия видео с натуральным движением. Можно настроить сжатие видеофайла для наилучшего воспроизведения на компьютере, мобильном устройстве, DVD-плеер или в сети Интернет. Некоторые кодировщики позволяют уменьшить размер сжатых файлов, удалив помехи, такие как случайное движение камеры или излишняя зернистость пленки.

Если вы новичок в работе с цифровым видео или хотите больше узнать о нем и кодировании высококачественного видеосодержимого, эта информация поможет в достижении оптимального баланса при кодировании видео для различных приложений и сред воспроизведения.

Частота кадров

Видео представляет собой последовательность изображений, которые выводятся на экран в быстрой последовательности, создавая иллюзию движения. Количество кадров, показываемых каждую секунду, называется частотой кадров и измеряется в кадрах в секунду (кадров/с). Чем выше частота кадров, тем больше кадров в секунду используется для отображения последовательности изображений, придавая движению плавность. Тем не менее, достижение высокого качества посредством применения высокой частоты кадров требует для отображения видео увеличения объема данных и, соответственно, расширения пропускной способности.

При работе с видео, сжатым цифровым способом, повышение частоты кадров приводит к увеличению размера файла. Для уменьшения размера файла уменьшите частоту кадров или битрейт. Если уменьшить битрейт и оставить без изменений частоту кадров, качество изображения снизится. Если уменьшить частоту кадров и оставить битрейт без изменений, плавность движения в видео может оказаться недостаточной.

Так как качество видео является оптимальным при исходной частоте кадров (частоте кадров, используемой при записи видео), Adobe не рекомендует менять ее, если это допустимо для каналов передачи и воспроизводящего оборудования. Для полнокадрового стандарта NTSC (стандарт Национального комитета по телевизионным стандартам в США) применяется частота 29,97 кадра/с; для PAL (построчное изменение фазы, доминирующий в Европе телевизионный стандарт) - 25 кадров/с. При понижении частоты кадров (что может существенно сократить объем данных для кодирования видео), в Adobe® Media Encoder CS4 отбрасываются кадры с линейной частотой. Однако в случае необходимости уменьшения частоты кадров лучшие результаты достигаются посредством соблюдения кратности при делении частоты. Например, если исходное видео имеет частоту 24 кадра/с, то снижать ее нужно до 12, 8, 6, 4, 3 или 2 кадров/с. Если исходная частота кадров составляет 30 кадров/с, в большинстве случаев ее можно снизить до 15, 10, 6 кадров/с и т.д.

Примечание. Если продолжительность видеоклипа составляет более 10 минут, то при несоблюдении частоты 29,97 кадра/с или ее кратного уменьшения (например, до 14,98 кадра/с, что составляет 1/2 от значения 29,97) может произойти значительная рассинхронизация аудиодорожки.

Если видеоклип кодировался с большим битрейтом, понижение частоты кадров может улучшить воспроизведение на маломощных компьютерах. Например, если сжимается клип с малоподвижными объектами (например, при выступлении диктора телевидения), то уменьшение частоты кадров вдвое может сэкономить всего 20% битрейта. Однако если сжимается динамичное видео, то снижение частоты кадров оказывает гораздо более значительный эффект на битрейт.

Битрейт

Битрейт (также называемый скоростью передачи данных ) влияет на качество видеоклипа и определяет аудиторию, которая может загрузить файл при ее полосе пропускания.

Для передачи видео через Интернет следует создавать файлы с более низким битрейтом. Пользователям со скоростным подключением к Интернету файлы будут доступны с небольшой задержкой или без нее, а пользователи с модемным соединением должны будут дождаться загрузки файла. Если предполагаемая аудитория использования видео имеет модемное соединение с Интернетом, то следует создавать короткие видеоклипы с приемлемым временем загрузки.

Ключевые кадры

Ключевые кадры - это полные видеокадры (или изображения), которые вставляются в видеоклип с определенными интервалами. Кадры, расположенные между ключевыми кадрами, содержат информацию о движении и изменениях сцены, происходящих между ключевыми кадрами. Например, если на видео снят человек, который выходит из помещения, ключевые кадры содержат полное изображение человека и дверь на заднем плане, а промежуточные кадры - информацию, описывающую движения человека, когда он подходит к двери.

По умолчанию, интервал ключевых кадров определяется в Adobe Media Encoder автоматически на основе частоты кадров видеоклипа. Значение интервала ключевых кадров указывает кодировщику частоту проведения повторной оценки и записи полного кадра, или ключевого кадра, в файл. В Adobe Media Encoder интервал ключевых кадров представляет собой количество кадров между ключевыми кадрами. Adobe Media Encoder аппроксимирует кадры между ключевыми кадрами путем оценки полного значения всех пикселов на экране, сравнивая несколько кадров и исключая избыточную информацию.

Как правило, значение по умолчанию для интервала ключевых кадров обеспечивает достаточный уровень управления видеоклипом. При задании этого значения следует помнить, что чем выше частота ключевых кадров, тем больше размер файла.

Если в видеоматериале происходит частая смена сцен, присутствуют быстро движущиеся объекты или анимация, то общее качество изображения можно повысить сокращением интервала ключевых кадров. Как правило, увеличение интервала ключевых кадров способствует повышению качества изображения, так как не требуется использование данных для описания областей изображения, которые остаются неизменными между кадрами.

Пропорции (размер) кадра

Наряду с частотой кадров, значение пропорций (или размера) кадра в файле является важной характеристикой получения видео высокого качества. При определенном битрейте (скорости соединения) увеличение размера кадра приводит к снижению качества видео. При выборе размера кадра для документа следует учитывать частоту кадров, пропорции исходного видеоклипа, а также персональные предпочтения в создании успешной видеопрезентации. Стандартные разрешения кадра для воспроизведения видео в сети Интернет включают: 640 x 480, 512 x 384, 320 x 240 и 160 x 120 пикселов.

Наиболее часто используемыми являются пропорции 4:3 (стандартное телевидение). Кроме того, все большую популярность набирают пропорции 16:9 и 2:1 (широкоэкранное видео). Обычно, следует кодировать видео, используя пропорции исходного материала. Изменение пропорций видеоклипа может привести к появлению в конечном файле черных полос (или масок) по сторонам или в верхней/нижней части кадра. Появление черных полос неизбежно при выводе на широкий экран видео, не предназначенного для широкоэкранного просмотра, или выводе на экран широкоэкранного видео с уменьшенным значением ширины. Размеры исходного видео уменьшаются, оно помещается в центре широкоэкранного кадра. Исключением является кодирование форматов цифрового видео (DV), соотношение сторон в которых незначительно отличается от пропорции 4:3, так как в DV используются квадратные пикселы. При кодировании видеосодержимого, снятого цифровой камерой, следует вручную указывать размер кадра формата DV для сохранения пропорций видео или выбирать соответствующий стиль (например, NTSC или PAL).

Нижеследующий список стандартных размеров кадра можно использовать в качестве примера. Оптимальные настройки для проекта находятся экспериментальным способом.

Размеры кадра для видео с пропорцией 4:3

Модем (56 Кбит/с): 160 x 120

• Кабель: 512 x 384

  Кабель/корпоративная локальная сеть: 640 x 480

  Размеры кадра для видео с пропорцией 16:9:

  Модем (56 Кбит/с): 192 x 108

• Кабель: 448 x 252

  Кабель/корпоративная локальная сеть: 704 x 396

Видео с неквадратными пикселами

В большинстве статических графических файлов используются квадратные пикселы с пропорциями 1:1. В цифровом видео пикселы часто не имеют квадратную форму и называются прямоугольными пикселами. Такая ситуация является следствием сосуществования аналогового видео (например, аналогового телевещания) и цифрового видео (например, DVD-видео). При кодировании в видеоформатах с неквадратными пикселами (также называющихся анаморфным видео ) следует ресемплировать видеоизображение для коррекции пропорций экрана (DAR).

Например, цифровое видео (DV) стандарта NTSC имеет размер экрана 720 x 480 пикселов и соотношение сторон 4:3. Это значит, что каждый пиксел - прямоугольный, с пропорциями пиксела (PAR) - 10:11 (высокий узкий пиксел). Видео MPEG 1 и 2 также может иметь различные размеры (наиболее распространенные - 720 x 480 и 480 x 480), хотя обычно воспроизводится с пропорциями 4:3 или 16:9 (широкий экран).

Чтобы вычислить размер кадра изображения для кодирования видео с неквадартными пикселами, сначала определитесь, какая сторона, ширина или высота, будет основной, а затем вычислите другую сторону следующим образом:

Если высота является основной стороной, вычислите ширину по формуле:

Если ширина является основной стороной, вычислите высоту по формуле:

Например, если пропорции видео - 4:3, формула будет выглядеть следующим образом:

Например, при кодировании видео с размером кадра 720 x 480 пикселов и требуемыми пропорциями - 4:3 сначала определите ширину кодируемого видео в пикселах:

В результате высота видео составит 640 пикселов.

Значит, изображение с размером кадра 720 x 480 следует кодировать в изображение размером 640 x 480 со стандартными пропорциями 4:3.

Чересстрочное и прогрессивное видео

Перед кодированием чересстрочного видео в прогрессивное программа Adobe Media Encoder удаляет чересстрочную развертку.

Большая часть вещательного видео является чересстрочным, но внедряющиеся стандарты телевидения высокой четкости имеют чересстрочные и прогрессивные варианты. Чересстрочное видео состоит из двух полей, которые образуют каждый кадр. Каждое поле содержит половину горизонтальных строк кадра; верхнее поле (или поле 1) содержит все нечетные строки, а нижнее поле (или поле 2) - все четные строки. На мониторе чересстрочного видео (например, телевизоре) каждый кадр отображается посредством вывода всех строк одного поля, а затем другого поля. Порядок полей определяет очередность их отображения. В видео NTSC новые поля выводятся на экран приблизительно 60 раз/с, что соответствует частоте около 30 кадров в секунду.

Кадры прогрессивного видео не делятся между полями. На мониторе с прогрессивной разверткой кадр прогрессивного видео отображается за один проход, при этом все горизонтальные строки выводятся сверху вниз. Поэтому оба поля, которые составляют видеокадр, отображаются одновременно. Таким образом, на мониторе компьютера выводится видео частотой 30 кадров/с, и большая часть видео, отображающегося на компьютерных мониторах, имеет прогрессивную развертку.

По аналогии с компьютерными мониторами, любой видеосигнал характеризуется вертикальным и горизонтальным разрешением. Измеряется оно в пикселях. Европейский стандарт чёткости изображения составляет 720х576 пикселей. Такое разрешение получается после оцифровки аналогового видео. В выражении 720х576 первое число обозначает горизонтальное разрешение видео (число точек в строке), второе - вертикальное (число активных строк, которые участвуют в построении изображения). Также 720х576 пикселей является максимальной четкостью для DVD-формата.

Чем выше количество пикселей, тем изображение качественней. высокого разрешения называется HD (High Definition). Его преимущества можно оценить, просматривая ролики и фильмы с экранов с большой диагональю. Именно с появлением жидкокристаллических и плазменных панелей больших размеров формат HD востребован как никогда. ТВЧ (телевидение высокой четкости) транслируется в двух стандартах. Разрешение видео одного из них 1920х1080 пикселей, второго - 1280х720.

Для трехмерного видео справедливо разрешение 512х512х512. Измеряется оно в вокселях. Это элементы изображения, точки-кубики в

Выбирая телевизионную плазменную или жидкокристаллическую панель, следует обратить внимание на маркировку. Если в техническом паспорте указано, что приемник поддерживает трансляцию HD-Ready, то с экрана будет передаваться изображение размером 1024х768 точек. Только маркировка Full-HD означает поддержку видео разрешения 1920х1080 квадратных пикселей. Если просмотр фильма или ролика планируется с экрана компьютера, то необходимо, чтобы и дисплей, и видеокарта поддерживали технологию защиты медиаконтента- HDCP. В большинстве случаев современные LCD-мониторы прекрасно справляются с этой задачей.

Носители видео высокого разрешения поддерживают два формата. Это Blue-Ray и HD DVD. Внешне они не отличаются от обычных DVD-дисков. Различие же состоит в объеме информации, вмещающейся на эти носители. В формате HD выпускаются одно, двух, реже - трехслойные. Каждый из слоев способен вместить до 15 Гб информации. Но в борьбе форматов выигрывает Blue-ray. Только один слой такого оптического диска способен нести до 33 Гб. При этом еще в 2009 году на рынке был представлен десятислойный носитель формата Blue-Ray. Однако массового распространения эти диски не получили ни в России, ни в Европе. Причина этому - высокая стоимость видеоплееров и целый ряд других недостатков.

Разрешение видео 1920х1080, 1280х720 пикселей не воспроизводят многие переносные устройства - это и мобильные телефоны, и планшеты. Для просмотра на них фильмов и роликов требуется изменить разрешение видео. Это можно сделать при помощи программ-конвертеров. Они в достаточном количестве представлены в Интернете. Выбирать лучше такую программу, которая конвертирует в наибольшее количество форматов. Будет нелишним и наличие пресетов - готовых настроек для того или иного устройства. То есть, выбрав в меню нужную модель, не будет необходимости выставлять кодеки, частоту кадров и т. д.

Дадим маленький совет. Помните, довольно длительный процесс, и если вы собираетесь в дорогу, подготовьте ваши файлы заранее.

Задавались ли вы когда-нибудь вопросом, почему видеосигнал стандартной чёткости – например, используемый в DVB-вещании или DVD-дисках – может иметь размер как 720×576, так и 704×576 пикселей? С другими вариантами разрешений цифрового видеосигнала (544×576, 480×576, 352×576) всё понятно: они служат для снижения требуемой ширины полосы пропускания ценой ухудшения качества. Но разрешения 720×576 и 704×576 отличаются слишком незначительно, чтобы разница в требуемом ими битрейте была сколько-нибудь заметна. Более того: разницы в разрешении изображения между 720×576 и 704×576… нет совсем!

Как так может быть? Всё очень просто: отличие между ними заключается в том, что кадр 704×576 представляет собой среднюю часть от кадра 720×576. Другими словами, чтобы преобразовать 720×576 в 704×576, нужно отрезать от него по 8 пикселей с каждой стороны, а чтобы преобразовать 704×576 в 720×576, нужно добавить по его бокам чёрные полоски шириной по 8 пикселей каждая. Это зафиксировано в стандарте DVB (ETSI TS 101 154, раздел 5.1.4, примечание 5 к таблице 5).
Таким образом, именно изображение размером 704×576 имеет соотношение сторон 4:3 или 16:9 (в зависимости от режима). А соотношение сторон видеосигнала размером 720×576 при этом оказывается уже бóльшим – примерно 4.1:3 или 16.4:9. В этом есть очень важный практический смысл.
Дело в том, что видео размером 720×576 пикселей содержит по краям кадра некий «запас», который во времена аналоговых технологий позволял краям изображения меньше искажаться в результате многократных цифроаналоговых и аналогово-цифровых преобразований. Чтобы понять, как это работает, представьте себе цифровой видеосигнал, проходящий через серию преобразований из цифровой формы в аналоговую и обратно. В аналоговой форме сигнала боковые границы кадра (границы строк) заданы не так точно, как в цифровой, и поэтому при каждом таком преобразовании кадр немного сдвигается вправо или влево, пусть даже на долю пикселя. Если бы за пределами кадра не было этого запасного «пространства для манёвров», то при каждом таком сдвиге край кадра немного обрезался бы, и в результате цепочки из нескольких таких преобразований (что было отнюдь не редкостью в те времена) количество «мусора» на краю кадра могло бы нарастать очень стремительно.
Изначально подразумевалось, что эти «запасные» поля будут заполняться чёрными полосками интервала гашения аналогового стандарта PAL, и во многих случаях именно так и происходит.

Примеры кадров 720×576, у которых «лишние» 8 пикселей с каждой стороны содержат не продолжение изображения, а чёрные полосы:

Но некоторые полностью цифровые системы (например, DV-видеокамеры и их профессиональные разновидности) стали заполнять эти области продолжением основного изображения. Это не противоречит логике исходного стандарта: запас всё равно остаётся запасом, вне зависимости от того, что он содержит. Когда с таким видеосигналом сталкиваются люди, не являющиеся профессионалами телевизионной отрасли, они нередко делают неправильный вывод о том, что раз видеоизображение заполняет собой всю площадь кадра 720×576, то и пропорции 4:3 или 16:9 имеет весь этот кадр, а не только его средняя часть размером 704×576.
Разумеется, это мнение ошибочно, и в этом можно легко убедиться, даже не вникая в тексты стандартов. Для этого нужно распечатать на листе бумаги квадрат (на всякий случай тщательно проверив его идеальную квадратность с помощью линейки), снять его на DV-видеокамеру и вырезать из полученного видео один кадр размером 720×576 пикселей. Если бы весь кадр 720×576 имел пропорции 4:3, то для получения квадратного квадрата его нужно было бы растягивать до размера 768×576, но если мы попробуем так сделать, высота квадрата не сойдётся с его шириной. Для того чтобы получить правильные пропорции, цифровой кадр 720×576 нужно растягивать до соотношения сторон 4.1:3, то есть до размера 788×576 пикселей. Разумеется, идеально квадратным квадрат окажется именно во втором случае (см. рис.).
При создании экранной графики для телевидения стандартной чёткости у дизайнеров есть выбор: либо работать с кадром 768×576 (для 16:9 – 1024×576), чтобы затем уменьшать его до 704×576 и добавлять по сторонам чёрные полосы, либо сразу создавать изображение с запасом по ширине, то есть размером 788×576 или 1050×576 пикселей соответственно. В программе Adobe Photoshop (начиная с версии CS4) для этого даже есть специальные пресеты «PAL D1/DV Square Pixel».

В профессиональных программах для обработки видео этот нюанс также учтён. Проверить его можно, например, сконвертировав видеофайл HD-формата в обычное SD-видео. Так как соотношение сторон HD-видео всегда точно равняется 16:9, заполнить собой ровно 720×576 пикселей оно не сможет. Выхода два: либо поместить HD-кадр в центральные 704×576 пикселей и добавить чёрные полоски по краям (так делает, например, Adobe Premiere), либо подрезать HD-изображение сверху и снизу до соотношения сторон 16.4:9, чтобы его можно было растянуть до всех 720×576 пикселей (такой подход реализован в пакете Sony Vegas).

Аналогичным образом будут пересчитаны размеры при вставке в проект любых других фото- и видеоматериалов исходя из их соотношения сторон пикселя (pixel aspect ratio), которое одинаково как для 704×576, так и 720×576. Именно поэтому на DVD-дисках с фильмами изображение обычно занимает по своей ширине все 720 горизонтальных пикселей: кадр кинофильма как правило существенно шире телевизионного, а программы для обработки видео не делают разницы между основной площадью кадра и боковыми полосками аналогового «запаса» – их расчёты производятся исключительно исходя из информации о ширине кадра и соотношении сторон его пикселей. Это приводит к тому, что края кинокадра выходят за границы кадра PAL и используют всю ширину цифрового кадра 720×576, имеющего соотношение сторон 16.4:9. Поэтому если вам потребуется преобразовать фильм из DVD в формат с квадратными пикселями, то чтобы избежать искажения пропорций, его 720×576 пикселей нужно будет растягивать не до 1024×576, а до 1050×576.

Важно понимать, что в мире не существует ни одного видеоформата стандартной чёткости с горизонтальной шириной цифрового кадра 720 пикселей, соотношение сторон которого в точности равнялось бы 4:3 или 16:9. Делать исключение из этого правила было бы абсурдно, потому что в таком случае возникали бы ситуации, когда требовалось бы растягивать 720×576 до 704×576 и наоборот, что приводило бы к неоправданным потерям качества изображения. У цифрового телевидения DVB, DVD-дисков, видеокамер, профессионального видеоинтерфейса SDI и всех остальных систем, использующих разрешение 720×576 или 704×576, соотношение сторон пикселя по стандартам всегда одинаково (в пределах выбранного режима 4:3 или 16:9). Это значит, что разница между 720×576 и 704×576 всегда заключается только в наличии или отсутствии дополнительных полос по краям, причём именно 704×576 соответствует соотношению сторон 4:3 или 16:9, а 720×576 – это уже немного шире.

Ответы на вопросы, которые могут возникнуть после прочтения статьи

Формат цифрового видео с разрешением 720×576 пикселей регламентируется стандартом ITU‑R BT.601, но в тексте этого стандарта нет никаких упоминаний ни про 702, ни про 704 пикселя. Так откуда же взяты эти значения?

Дело в том, что BT.601 является не самостоятельным стандартом, а надстройкой над аналоговым стандартом PAL (ITU-R BT.1700). В соответствии с BT.1700, ширина видимого изображения стандарта PAL – 52 микросекунды, а BT.601 устанавливает соответствие этих микросекунд к пикселям, регламентируя частоту дискретизации – 13.5 МГц. Если 52 мкс умножить на 13.5 МГц, то результатом как раз и будут 702 пикселя (см. предыдущий вопрос). Если вам нужен документ, прямым текстом утверждающий ширину кадра 702 пикселя, то таковым является рекомендация EBU R92-1999, именно этому вопросу и посвящённая.

В статье написано, что кадр соотношением сторон 4:3 или 16:9 содержится в центральной зоне размером 704×576 пикселей, а в некоторых других источниках указывается размер 702×576. В чём разница, и какой размер более правильный?

Оба варианта правильные. Изначально в стандартах было зафиксировано число 702 пикселя, но при этом оговаривался допуск, позволяющий округлить это значение до 704 (но не больше). Необходимость такого округления вызвана тем, что все современные методы сжатия изображения оперируют блоками по 16×16 пикселей, из-за чего размер изображения должен быть кратным шестнадцати. Преобразование 702×576 в 704×576 осуществляется путём добавления справа и слева однопиксельных чёрных полосок, которые негативно влияют на результаты сжатия MPEG.

Если в современных условиях разрешение 704×576 логичнее и лучше, чем 720×576, то почему его до сих пор использует не больше половины DVB-вещателей и ещё меньшая часть DVD-дисков?

До сжатия в MPEG цифровой видеосигнал всегда передаётся (в соответствии со стандартом BT.601) с разрешением 720×576 пикселей, то есть с «запасом» (чёрными полосами или «лишними» областями изображения) по бокам. В 704×576 он превращается только на этапе кодирования в MPEG в зависимости от настройки MPEG-кодера, отвечающей за разрешения изображения. По умолчанию эта настройка всегда установлена в наиболее консервативное значение 720×576. А вдруг кому-нибудь понадобится использовать этот MPEG-кодировщик как часть аналоговой системы? Тогда «запас», предоставляемый разрешением 720×576, ему как раз пригодился бы.
Таким образом, для того, чтобы современный цифровой канал вещал, как и подобает современному цифровому каналу, в разрешении 704×576, инженер, настраивающий MPEG-кодер, должен знать о различиях между этими разрешениями и не забыть переключить эту настройку. Другими словами, это вопрос квалификации инженера, обслуживающего MPEG-кодер. К тому же следует учитывать, что разрешение 704×576 стало актуальным именно с переходом телевизионного производства на цифровые технологии, в то время как в аналоговую эпоху ситуация была совсем другая.

Как вы прокомментируете версию о том, что на практике почти никто эти стандарты не соблюдает?

Это предположение не соответствует действительности: в телевидении данные стандарты соблюдаются примерно на 95% выдаваемого в эфир материала. Случаи несоблюдения встречаются, но в процентном отношении их доля невелика. Так как стандарт BT.601 строго соблюдают все профессиональные цифровые видеокамеры и устройства оцифровки аналогового видео, нарушить его во многих случаях было бы гораздо сложнее, чем соблюсти.
Как правило, ошибочные выводы о несоблюдении стандарта BT.601 делаются, глядя на видеоматериал, у которого изображением заняты все 720 горизонтальных пикселей. На самом деле такое видео просто имеет соотношение сторон не 4:3 или 16:9, а 4.1:3 или 16.4:9, и это делается сознательно (см. основную статью). Большинство цифровых видеокамер снимают в таком формате, таким же образом кодируется и основная масса официальных DVD-дисков с голливудскими фильмами. Это абсолютно нормально и не противоречит ни стандартам, ни здравому смыслу.

Зачем использовать в DVB-вещании разрешение 704×576, если для обычных телезрителей с обычными телевизорами никакой разницы по сравнению с 720×576 заметно не будет? Ведь при выводе изображения с DVB-ресивера (как через аналоговый, так и через цифровой видеоинтерфейс) сигнал 704×576 всё равно будет преобразован в 720×576 путём добавления к нему чёрных полосок по бокам.

Разница будет заметна прежде всего у тех, кто смотрит телеканал на компьютере, посредством услуги IPTV или с помощью цифрового тюнера DVB. Дело в том, что практически все популярные на сегодняшний день программные видеоплееры не способны корректно отрезать «лишнее» перед дальнейшей манипуляцией изображением. Причина этой проблемы кроется глубоко в архитектуре системных компонентов операционной системы Windows, и не похоже, что она будет решена в ближайшем будущем. Поэтому при использовании разрешения 720×576 у пользователей компьютерных ТВ-тюнеров и IPTV будут слегка искажены пропорции изображения, в то время как с разрешением 704×576 оно отобразится правильно. Ситуацию усложняет то, что у большинства программ для просмотра ТВ на ПК оверскан (обрезка краёв изображения, наследие аналоговой эпохи) по умолчанию выключен или вообще не поддерживается, а это значит, что при использовании разрешения 720×576 будут не только искажены пропорции изображения, но и будут видны чёрные полосы зоны аналогового гашения.
А ведь компьютерные ТВ-тюнеры и услуга IPTV – это очень быстрорастущие направления. Пройдёт всего несколько лет, и таких телезрителей у нас в Украине будут миллионы.
Ещё одним положительным аспектом использования разрешения 704×576 в DVB-вещании является экономия битрейта (а значит, улучшение качества изображения) за счёт исключения как раз тех частей кадра, в которых обычно прячется всякий труднокодируемый «мусор».

А что собой представляют используемые в DVB-вещании варианты разрешения 544×576, 480×576 и 352×576?

В отличие от 704×576, при использовании которого пиксели центральной части изображения остаются неизменными, горизонтальные разрешения 544, 480 и 352 служат для экономии битрейта за счёт снижения чёткости изображения. Согласно стандарту DVB, разрешения 544×576 и 480×576 при декодировании будут растянуты до 720×576, а 352×576 – до 704×576.

Зачем беспокоиться о такой незначительной разнице в пропорциях изображения, если никто её всё равно заметить не сможет?

Посмотрите на пример с квадратом – разница не такая уж и незначительная, как могло показаться на первый взгляд. В некоторых случаях (крупные круглые или квадратные элементы экранной графики) она бывает вполне заметна. К тому же, если бы производители оборудования и ПО для работы с видео не заботились о соответствии стандартам, возникало бы накопление ошибки при проходе видеосигнала через несколько этапов обработки.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .

Цифровое изображение - результат математического расчета, в котором в качестве одного из основных параметров фигурирует число пикселей, определяющее пространственное разрешение. Каждому пикселю приписывается определенное значение сигнала яркости и сигналов цветности при заданной разрядности - числе битов. Чем выше разрешение, и чем больше градаций цветов и уровней яркости, тем выше будет и качество изображения (и конечно, тем большим будет и объем цифровой информации). При получении изображений высокой четкости, вся видеоинформация в камерной головке обрабатывается и выводится в форме HD или HDV видеосигналов, аналогично тому, как это происходит в обычной видеокамере.

Если камеры формата PAL, как правило, записывают сигнал, полученный с использованием обычной чересстрочной развертки, то HD-камеры дают возможность выбора между чересстрочным (interlaced) и прогрессивным (progressive) форматом записи. Выбор формата записи оказывает существенное влияние на результирующее качество изображения. В чересстрочном режиме, камера обычно работает с фильтром, действующим в вертикальном направлении, за счет которого уменьшение разрешения по вертикали может достигать 30%. Однако фильтрация необходима, в противном случае при использовании аппаратуры на электронно-лучевых трубках невозможно было бы избавиться от назойливого дрожания строк изображения. При записи в прогрессивном режиме такой проблемы не возникает, и фильтр становится не нужен. Точно так же, прогрессивная запись обеспечивает лучшее разрешение движущихся изображений, поскольку все строки записываются за один раз. (См. раздел ЧАСТОТА КАДРОВ). Вот почему изображения, полученные с помощью прогрессивной записи, оказываются при том же числе строк гораздо более четкими, чем чересстрочные.

По самому принципу своей работы, все новые системы отображения, такие как плазменные и жидкокристаллические (TFT) экраны и проекторы являются прогрессивными. При подаче на них чересстрочного сигнала, последний надо сначала "освободить" от чересстрочной структуры ("de-interlace"), что очень сложно, требует дополнительной обработки и не всегда приводит к успеху. С другой стороны, прогрессивные сигналы воспроизводятся такими дисплеями напрямую, и освобождение от череcстрочности становится ненужным. Таким образом, можно ожидать, что прогрессивные форматы в ближайшем будущем станут превалирующими.

Скорость передачи данных, или величина цифрового потока, или бит-рейт - параметр, определяющий объем визуальной и звуковой информации, передаваемой в единицу времени. При одном и том же типе компрессии, более высокая скорость передачи обеспечит и более высокое качество сигнала. При использовании различных схем компрессии, качество будет определяться как скоростью передачи, так и эффективностью компрессии. Например, один и тот же бит-рейт в сигнале MPEG-2 обеспечивает более высокое качество по сравнению с DV-сигналом, поскольку MPEG-2 работает более эффективно.

Процедура сжатия видео данных заключается в конденсации (слиянии) похожих пикселов, расположенных в пределах одного кадра, или рядом в соседних кадрах. Схожие визуальные структуры в разных кадрах выделяются с помощью анализа и конденсируются в пределах определенного числа кадров, или т.н. "Группы изображений" GOP (Group of pictures). При сжатии аудио сигналов, из них просто удаляется "неслышимая" информация.

MPEG - общее наименование технологической платформы, созданной Международной Организацией по Стандартизации ISO (International Standards Organisation) и Международной Электротехнической Комиссией IEC (International Electrotechnical Commission). Последняя разработала ряд стандартов для кодирования исходных аудио и видеосигналов, которые и получили общее наименование стандартов MPEG. Сам термин MPEG является сокращением от Motion Pictures Experts Group, что означает "Группа Экспертов по Движущимся Изображениям". Группа MPEG занимается стандартизацией технологий сжатия цифровой аудио и видео информации. Стандарты MPEG формируются на основе общей базовой структуры, допускающей достаточно большую свободу конфигураций, и имеют несколько уровней. Каждый уровень описывает определенные характеристики, и при этом не обязательно включает в себя номер версии.

Стандарт MPEG2 охватывает технологии, реализованные в любом DVD-плейере, где бы тот не работал, и во всех системах цифрового телевидения. Платформы цифрового телевидения высокой четкости используют MPEG2 видеокомпрессию формата MP@HL (Main Profile at High Level) ("Основной профиль на высоком уровне) при следующих скоростях передачи: 15 Мбит/с в формате 720p50 и 19 Мбит/с в формате 1080i25. Поскольку прогрессивные сигналы легче поддаются сжатию, формат 720p50 при том же качестве изображения реализуется при более низкой скорости передачи. По этой причине, Европейский Вещательный Союз, EBU (European Broadcast Union) предложил использовать в качестве вещательного формата в Европе именно 720p50 (См. раздел EBU).

MPEG4 - новый стандарт для сжатия любой мультимедийной информации. При передаче сигналов HDTV, используется схема сжатия MPEG4/H.264, известная также как AVC (Advanced Video Coding). В качестве технологического формата, MPEG4 сочетает различные мультимедийные платформы, и будет использоваться в будущем в Интернете и в мобильных телефонах. Переход с существующего стандарта MPEG2 на более экономный MPEG4 позволит высвободить до 30% дорогих передающих мощностей. Скорость передачи HD-сигналов будет составлять в этом случае всего 3-10 Мбит/с.

Windows Media Версия 9 (VC1) , известный также как стандарт SMPTE VC1/WM9, поддерживает HD-разрешение и многоканальное аудио (от 5.1 до 6 каналов) и имеет функцию защиты от копирования в качестве интегрированной цифровой системы управления правами (digital rights management system - (DRM). Скорость передачи данных при телевизионной HD-трансляции составляет для VC1/WM9 от 6 до 10 Мбит/с.

Как MPEG4/H.264, так и VC1 используют для сжатия более сложные алгоритмы, чем MPEG2, поэтому декодирование требует более мощных вычислительных ресурсов. Если компрессор на частоте 3 ГГц может без проблем декодировать сжатый по MPEG2 поток HDTV-данных, то для декодирования сравнимого сигнала формата MPEG4/H.264 требуется уже 2x 3.4 ГГц. Даже внедрение автономных приставок потребует еще определенных усилий, которые смогут увенчаться успехом только за счет разработки новых полупроводниковых чипов (хотя, несмотря на это, первые приемные устройства уже появились).

Как правило, в разговорах о HDTV- изображениях высокого качества часто упоминаются и более сложные многоканальные аудио системы (surround sound, т.е. панорамное звучание, или "окружающий звук"). Чаще всего при этом имеют в виду Dolby Digital 5.1 - систему, включающую пять аудиосигналов в полном частотном диапазоне (от 20 до 20 000 Гц) и один низкочастотный канал. Таким образом, в системе Dolby Digital 5.1 используется шесть динамиков, которые расставляются вокруг аудитории с целью создания впечатления объемного трехмерного звучания. Динамики располагаются следующим образом: спереди по центру - для диалогов, спереди слева и спереди справа - как в обычной стереосистеме. Звуковые эффекты воспроизводятся динамиками сзади слева и сзади справа, а саб-вуфер располагается по центру сзади. Благодаря этому становится возможным создать у зрителей впечатление о прохождении через центр комнаты поезда, или погони, или, что сзади произошел взрыв. Система Dolby Digital известна также как AC-3 (Audio Codec 3) и представляет собой аудио формат с высокой степенью сжатия в рамках стандарта DVB. С помощью специальной схемы компрессии, поток данных системы Dolby 5.1 может быть преобразован в экономичный формат Dolby-E. Записанные сигналы изображения и звука системы 5.1 могут одновременно переноситься на одной кассете формата Digital Beta или HDCAM. На одном мастер-носителе возможна поддержка двух различных языков в Dolby Digital, и еще двух - в Dolby Surround.

DTE, что означает "Direct To Edit", т.е. "сразу на монтаж" - это технология, разработанная компанией Focus Enhancements, которая обеспечивает прямой доступ к клипам, записанным на жестком диске видео-рекордера. Использование технологии DTE делает излишней процедуру "захвата" записанного на ленте материала, что весьма существенно экономит время монтажа (см. раздел "БЕЗЛЕНТОЧНЫЙ" (TAPELESS)).

Магнитная лента: DVCProHD
DVCProHD - формат записи на магнитную ленту фирмы Panasonic, являющийся дальнейшим развитием DVCPro. В связи с необходимостью записи более высокого цифрового потока, скорость ленты увеличена в четыре раза. Как и для всех версий формата DVCpro, компрессия DVCproHD основана на алгоритме DV. Несжатые HD-сигналы распределяются по четырем устройствам сжатия DV, работающим параллельно, которые все вместе сжимают сигнал с коэффициентом1:6.7. Результирующий поток данных составляет 100 Мбит/с.

Магнитная лента: HDV
HDV- формат, в котором в качестве средств записи HD материалов используются кассеты DV. Увеличение объема записываемых материалов достигается не за счет большей скорости ленты, а за счет более эффективной, по сравнению с DV, схемой MPEG2-компрессии, позволяющей снизить бит-рейт до 25 Мбит/с и ниже. Результат - возможность записать на одну кассету miniDV до 60 минут HDV-материала.

Жесткие диски
Видеорекордер Firestore™ DR-HD100 - классический пример реализации новых дисковых технологий, связанных с записью видео данных непосредственно в виде DV или HDV файлов. Для получения прямого доступа к файлам на системе монтажа, пользователь может выбрать формат записи, совместимый с имеющейся у него монтажной системой - например Quicktime™ для Apples™ Final Cut Pro™ или OMF для Avid™ и т.д. (Иногда такую функцию называют DTE (direct to edit - "сразу на монтаж")) (См. DTE). При подключении к системе монтажа рекордер начинает работать как обычный жесткий диск, отображаясь в обозревателе Explorer или на рабочем столе. В качестве файловой системы используется FAT32, совместимая практически со всеми операционными системами и платформами - Windows™, Apple ™ и Linux (любая из них без всяких проблем читает и записывает данные на жесткий диск, форматированный системой FAT32). Привлекательность хранения данных на жестком диске связана с возможностью сэкономить время за счет исключения процедуры "захвата" материала, а также с новыми функциями, такими как "непрерывная петля записи" (loop recording). Например, Вы всегда можете установить длительность петли две минуты. В этом режиме, материал из петли реально идет в запись только при нажатии пусковой кнопки, и помещается непосредственно перед дальнейшей регулярной линейной записью.

Таким образом, потеря важного материала из-за слишком позднего начала съемки становится невозможной, поскольку петля уже содержит материал, снятый до нажатия на кнопку пуска. Благодаря высокой емкости современных жестких дисков, появились видеорекордеры, рассчитанные на 8 и более часов записи. Рекордер DR-HD100 в сочетании с камерой JVC GY-HDxxx отображает непосредственно в видоискателе камеры такую важную информацию, как оставшееся свободное дисковое пространство и статус записи, освобождая оператора от необходимости смотреть на DR-HD100.

Форматы кадра

Форматы кадра

Размеры современной кинопленки и форматы кадров произошли от Эдисона, который в 1894 году, ещё за полтора года до официального рождения кино (первый платный показ Люмьеровбыл в декабре 1895 г.), уже демонстрировал первые движущиеся киносюжеты.

Перед этим Эдисон встречался с Джоржем Истменом (фирма Кодак) и сказал, что ему нужна гибкая светочувствительная пленка. На вопрос Истмена, какой ширина должна быть эта пленка, Эдисон развел большой и указательный пальцы в разные стороны и сказал: «Вот такой».

Американский изобретатель Эдисон пользовался британской системой мер, действующей в США, поэтому, естественно, что он, устанавливая ширину кинокадра, принял ее равной единице длины 1 дюйму = 25,37 мм; полную высоту кадра он выбрал в 3/ 4 дюйма, т. е. равную 19,05 мм или, учитывая допуски, 19 мм.

Установленное соотношение сторон изображения кадра 3: 4 . Выбранное отношение — высоты к широте кадра — учитывало многолетнюю практику фотографии, где оно широко применяется (размеры 9X12 см, 18X24 см и т. п. для фотографических светочувствительных материалов).

Чтобы продвигать в киноаппаратуре кадры размером 19X25,37 мм, киноленту, на которой они расположены, пришлось снабдить перфорациями (отверстиями) по обе стороны изображений. Эдисон выбрал ширину этих отверстий в 1/8 дюйма, т. е. в 2,8 мм, поэтому, учитывая краевые полосы киноленты, общая ширина кинопленки достигла 1 3/ 8 дюйма = 35 мм.

Рис. 1. Фрагмент пленки Эдисона и барабана, за который цепляются отверстия пленки

Однако вскоре выяснилось, что из-за несовершенства процессов изготовления кинопленки и работы киносъемочного, копировального и проекционного аппаратов обеспечить абсолютно точное стояние кадра при демонстрировании кинофильма невозможно, поэтому на экране появлялись помимо изображения данного кадра верхняя или нижняя пограничные части смежных с ним кадров. Чтобы этого избежать, Л. Люмьер, практически решивший задачу демонстрирования кинофильмов большому числу зрителей, предложил на 35 мм фильмокопии установить между кадрами черную полоску высотой в 1 мм, что уменьшало заметность неустойчивости киноизображения. Вследствие этого, высота кадра стала меньшей (18 мм), чем шаг (19 мм), а при выбранном соотношениисторон3:4,ширинаегосоставила24мм. В результате размеры кадра уменьшились до 18x24 мм, а между вертикальными краями кадра и кромками перфораций образовался промежуток по 0,7 мм с каждой стороны.

Рис. 2. Основные размеры 35-мм кинопленки, выбранные Эдисоном (1894). Размеры в мм.

В конце двадцатых годов XX века широко развернулись работы по созданию систем звукового кинематографа. Стало очевидно, что развитие звуковой кинематографии будет возможно, если фонограмму расположить на той же киноленте, на которой снято соответствующее изображение.

Киностудии США решили уменьшить размеры кадра копии звукового кинофильма с 18X24 мм до 16Х22 мм, а ширину звуковой дорожки установили равной одной десятой дюйма, т. е. 2,54 мм. Так как в этот период наиболее мощной являлась звуковая кинематография Северной Америки, эти размеры стали международными и были стандартизованы 15 марта 1932 года.

На рис. 3 представлены размеры кадра и фонограммы на 35 мм фильмокопии.

Рис. 3. Основные размеры (в мм) звукового кадра и фонограммы на 35-мм пленке

Основное распространение получили следующие виды 35 мм кинофильмов: обычный (рис. 3), с кашетированным кадром (рис. 4) и с анаморфированным вертикальным кадром (рис. 5).

Рис. 4

Рис. 6. Слева кашетированный кадр, справа не кашетированный

На рисунках даны широкоэкранные 35 мм киноленты с кашетированным кадром для соотношения сторон 1,65:1 (кадр 22x13,3 мм) и 1,86:1 (кадр 22x11,8 мм). Размеры широкоэкранных 35 мм фильмокопий с вертикальным анаморфированным кадром для соотношения сторон экрана 2,35:1 показаны на рис. 5. Заметим, что во всех типах копий ширина кинопленки (35 мм), шаг кадра (19 мм) и число перфораций на кадр (4) остались неизменными.

Рис. 7. Анаморфированное изображение в позитиве

Рис. 8. Изображение на экране кинотеатра

Анаморфированный кадр снимается цилиндрической оптикой, сжимающей изображение по вертикали в 2 раза. Поэтому на самой кинопленке изображение выглядит сплющенным, вытянутым по вертикали.

А при проекции используется такая же цилиндрическая оптика, которая растягивает изображение по горизонтали. Для этого анаморфотная насадка просто поворачивается на 90 градусов вокруг своей оси.

Рис. 9. Анаморфотная насадка

Рис. 10. Нормальное изображение

Рис. 11. Сплющенное анаморфотной насадкой изображение

Рис. 12. Растянутое анаморфотной насадкой изображение

Рис. 13. Кадровые рамки «Н» и «А» для камеры Конвас

Виды и размеры перфораций

Рис. 14

Рис. 15. Круглая перфорация Люмьеров

У Эдисона — прямоугольные (рис. 16), с прямыми углами. Но поскольку в углах постоянно возникали надрывы при транспортировке пленки, фирма «Истмен Кодак» сделала закругления углов (рис. 17). Такой тип перфораций, введенный в 1923 году получил название «позитивной перфорации» или «прямоугольной». По ширине она 2,8 мм, а по высоте — 1,98 мм. К 1925 году такой вид перфорации получил наибольшее распространению Высота такой перфорации чуть больше, чем у перфорации фирмы «Белл Хауэлл», высота которой 1,85 мм при той же ширине 2,8 мм. (рис. 18) Перфорации фирмы «Белл Хауэлл» более бочкообразные, такой тип перфораций закрепился за негативными кинопленками и за рубежом получил название «негативных» перфораций, или «бочкообразных».

В 1925 году международный конгресс в Париже утвердил два вида перфорации.

Рис. 16. Перфорация введенная Эдисоном

Рис. 17. Перфорация предложенная фирмой «Истмен Кодак», 1923 г.

Рис. 18. Перфорация фирмы «Белл Хауэлл»

В Советском Союзе ещё в 30-е гг. ХХ века был введен единый тип перфораций и для негативных кинопленок и для позитивных фильмокопий - «прямоугольная» перфорация. Специально для нашей страны фирма «Кодак» выпускала негативную кинопленку с «позитивной» перфорацией. И только после распада Советского Союза и в связи с активным проникновением на наш рынок иностранной съемочной техники, в нашей стране появилась негативная кинопленка с «бочкообразной» «негативной» перфорацией.

Формат Супер-35

Всё новое — хорошо забытое старое. Такая фраза вспоминается, когда знакомишься с форматом Супер-35. По сути дела — это возврат к кадру Эдисона, к формату кадра немого кино. Появление такого формата вызвано следующими причинами. Основная из них заключена в том, что оригинальный негатив в современной технологии производства фильмов практически не печатается напрямую на позитив, а сначала оцифровывается, (т.е. сканируется), обрабатывается на компьютере и лишь затем выводится как «интернегатив» на кинопленку «Интермедиат». Снимая кино в формате 1:1,37 (16x22 мм) мы используем сравнительно небольшую площадь кинопленки — никак не используется пространство между кадрами и пространство под звуковой дорожкой. А поскольку звуковая дорожка используется только в позитиве, то можно расширить кадр в негативе с 22 до 24 мм за счет звуковой дорожки. При этом высота кадра опять вернется к 18 мм, как в немом кино. Площадь кадра увеличивается на 22% (с 352 кв.мм до 432 кв.мм). Соотношение сторон теперь ровно 4:3, то есть 1:1,33.

Если общепринятым, контактным, способом отпечатать позитив с кадра Супер-35, то все преимущества такого формата пропадут. Кадровое окно в кинопроекторе рассчитано на показ звуковых фильмов, поэтому рамка закроет пространство левой части кадра. В обычном, не кашетированном кадре область проекции равна 21 х 15,2 мм.

Итак, формат Супер-35 используется в том случае, если в производстве фильма планируется сканирование (оцифровка) негатива.

В последние годы формат Супер-35 используется как для получения кашетированных фильмов (1:1,65, 1:1,85), так и для производства широкоэкранных фильмов с соотношением сторон 1:2,35.

Дело в том, что анаморфотная цилиндрическая оптика, прикрепляемая поверх объектива (анаморфотная насадка) и используемая для получения сжатого по вертикали изображения, заметно ухудшает изображение по сравнению со сферической оптикой. У цилиндрической оптики разный коэффициент анаморфирования (сжатия) в центре кадра и по краям.

Рис 23. Формат кадра на три перфорации