Главная

Новости

Статьи и обзоры
  Горожанин
  Обнинск в Internet
  Web Design
  Hardware
  Software
  Безопасность
  Серфинг
  Игродром
  Relax
  Технологии
  Web-обзор
  Интернет-ликбез
  Опросник
  УП-Технологии
  ART.net

Ссылки

Архив

О нас

Контакты

Форумы

POPULAR.RU

ВИДЕОСЖАТИЕ: ПЕРЕМЕННАЯ СКОРОСТЬ ПОТОКА ДАННЫХ ПРОТИВ ПОСТОЯННОЙ

(с) Сергей Андрианов

С бурным развитием в последние годы цифровой техники многие области, доступные раньше лишь профессионалу, теперь могут быть освоены и любителями. В частности, им вполне по силам создание домашней фильмотеки в цифровом формате. Занимаясь этим, очень важно при минимальном объеме файла добиться хорошего качества изображения.


Одна из важнейших характеристик движущегося изображения (видео) и звука (аудио), представленных в цифровой форме, скорость цифрового потока данных (bitrate). Данные на звуковом компакт-диске (CDDA) хранятся в несжатом виде. Это связано как с небольшой скоростью потока звукового сигнала, составляющей 176.4 кбит/с, так и с тем, что цифровая техника, способная эффективно сжимать его, в период разработки стандарта стоила очень дорого. Да и соответствующих алгоритмов тогда не требовалось, а потому и не было. Цифровое же видео пришлось сжимать с самого момента его появления. Достаточно сказать, что скорость потока несжатого изображения даже для весьма посредственного Video-CD составляет более 60 Мбит/с, а для профессиональной видеозаписи и DVD может достигать 265 Мбит/с. Отводить 170 Гбайт для одного полуторачасового фильма - явное расточительство. Кроме того, столько данных на жестком диске просто не уместится. Благо к тому времени были разработаны достаточно эффективные алгоритмы сжатия статических изображений (например, JPEG), а также использовался алгоритм уменьшения объема информации видеоряда путем выделения только отличий последующего кадра от предыдущего.
Все алгоритмы можно разделить на работающие без потери и с потерей информации. При использовании первых алгоритмов данные после двойного преобразования (т.е. компрессии и декомпрессии) идентичны исходным, а при применении вторых наблюдаются некоторые различия. Во многих случаях потери недопустимы, например, при сжатии текста, числовых данных и т.п. При этом коэффициент сжатия ограничен сверху и зачастую невелик - объем данных уменьшается в 1.5-6 раз. Некоторые данные вообще не поддаются сжатию без потерь (коэффициент сжатия меньше 1). При использовании алгоритмов сжатия с потерями двойное преобразование приводит к изменению исходной информации, что, как правило, влечет за собой ухудшение качества. Зато они обеспечивают гораздо более высокую степень сжатия: в 5-10 раз для звука и в 5-200 - для видео.
При сжатии с потерями происходит удаление из потока данных от 80 до 99% и более информации. Естественно, если просто снизить частоту дискретизации звука в 10 раз, то существенно пострадает не только тембр, но даже разборчивость речи. Если же с экрана компьютера или телевизора просто выбросить 99 из каждых 100 точек, различить на нем что-либо также окажется весьма затруднительно. В идеале удалению должна подлежать только та информация, которая не воспринимается человеческим ухом и зрением. Поэтому при разработке алгоритмов сжатия один из наиболее важных этапов - создание адекватной психофизиологической модели определенного органа чувств (уха и глаза), а точнее - системы, состоящей из соответствующего органа и мозга. Именно с этим связана высокая стоимость разработки подобных алгоритмов.
В большинстве форматов сжатия видео применяется алгоритм, аналогичный JPEG: вся площадь кадра разбивается на квадратики 8х8 пикселов, которые затем сжимаются с использованием дискретного косинусного преобразования. Кратность сжатия этого алгоритма при максимальном качестве примерно равна пяти. Возможна и более высокая кратность, но при этом страдает качество картинки: за счет потери высших гармоник вблизи резких переходов появляется ореол, а в области градиента отчетливо проступают квадратики.
Кратко охарактеризуем основные форматы, применяемые для записи и хранения видеоматериалов.

MPEG-1

Используется в основном для Video-CD. Гарантирует качество, близкое к тому, который дает бытовой видеомагнитофон (VHS ). Характерный формат - 352х240 точек, типичная скорость потока - 1500 кбит/с.
Час видео занимает объем порядка 700 Мбайт. Используется небольшое количество опорных, (или ключевых) кадров (тип I - intra frame), сжимаемых по алгоритму, аналогичному JPEG. Остальные кадры содержат только отличия от предыдущего (существует два типа таких кадров: Р - predirected frame и В - bidirectional frame). Именно это позволяет достигнуть высокой степени сжатия, но одновременно ведет к существенному ухудшению качества картинки. Нередко возникающие на изображении дефекты остаются на экране в течение нескольких секунд - до следующего ключевого кадра, после чего внезапно исчезают. Формат подходит только для хранения готового видеоматериала низкого качества, редактирование и монтаж практически невозможны, так как приводят к резкому ухудшению изображения. Но пожалуй главный недостаток MPEG-1 состоит в том, что даже при посредственном качестве уместить на одном диске полнометражный фильм не удается.

Продолжение следует.