4. Основные характеристики цифрового видео. Линейный и нелинейный видеомонтаж.

Цифровое видео и его основные характеристики

В области профессионального видео применяется несколько цифровых видеоформатов: D1, D2, Digital BetaCam и др. В отличие от аналогового видео, качество которого падает при копировании, каждая копия цифрового видео идентична оригиналу.

для цифрового видеомонтажа использование компьютеров дает прямой доступ к любому видеофрагменту но и предполагает широкие возможности обработки изображения (редактирование, сжатие).

Компьютерное цифровое видео представляет собой последовательность цифровых изображений и связанный с ними звук. Элементы видео хранятся в цифровом формате. Существует множество способов захвата, хранения и воспроизведения видео на компьютере. Благодаря усилиям Международной организации по стандартизации (ISO - International Standards Organisation) выработаны единые стандарты на форматы видеоданных.

Для создания цифрового представления видеоизображения применяется следующая процедура. Аналоговые сигналы от видеоисточников, например, с камеры, преобразуются перед оцифровкой в цветовую систему YUV или в аналогичное цветовое представление. Затем полученный видеосигнал преобразуется в цифровую форму при помощи специального устройства, называемого "аналого-цифровой преобразователь" (АЦП, ADC - Analog-to-Digital Converter). Результат этого преобразования представляет собой последовательность байтов, кодирующих цвет каждого пикселя в кадре изображения. Объединение информации о каждом кадре формирует поток данных, полностью описывающих видеофрагмент. Видео-изображение в таком представлении можно в дальнейшем обрабатывать, хранить или передавать неограниченное число раз.

Для того чтобы просмотреть цифровое видеоизображение, необходимо преобразовать цифровую информацию обратно в аналоговую форму. Данную процедуру осуществляет цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП, DAC - Digital-to-Analog Converter). ЦАП формирует необходимый аналоговый видеосигнал, который воспринимается видеомонитором или телевизором, что позволяет осуществить просмотр видеофрагмента.

Цифровое видео характеризуются четырьмя основными величинами: частота кадра, экранное разрешение, глубина цвета и качество изображения.

Частота кадра. Стандартная скорость воспроизведения видеосигнала - 30 кадров/с (ля кино этот показатель составляет 24 кадра/с). Каждый кадр состоит из определенного количества строк, которые прорисовываются не последовательно, а через одну, в результате чего получается два полукадра. Поэтому каждая секунда аналогового видеосигнала состоит из 60 полукадров. Такой процесс называется interlaced видео.

В мониторе компьютера для прорисовки экрана использован метод "прогрессивного сканирования", при котором строки кадра формируются последовательно, сверху вниз, а полный кадр прорисовывается 30 раз каждую секунду. Подобный метод получил название non-interlaced видео. В этом заключается основное отличие между компьютерным и телевизионным методом формирования видеосигнала.

Глубина цвета. Этот показатель является комплексным и определяет количество цветов, одновременно отображаемых на экране. Компьютеры обрабатывают цвет в RGB-формате (красный-зеленый-синий), в то время как видео использует и другие методы. Одна из наиболее распространенных моделей цветности для видеоформатов - YUV. Каждая из моделей RGB и YUV может быть представлена разными уровнями глубины цвета (максимального количества цветов).

Для цветовой модели RGB обычно характерны следующие режимы глубины цвета: 8 бит/пиксел (256 цветов), 16 бит/пиксел (65 535 цветов) и 24 бит/пиксел (16,7 млн цветов). Для модели YUV применяются режимы: 7 бит/пиксел (4:1:1 или 4:2:2, примерно 2 млн цветов), и 8 бит/пиксел (4:4:4, примерно 16 млн цветов).

Экранное разрешение или, другими словами, количество точек, из которых состоит изображение на экране. Мониторы PC и Macintosh обычно рассчитаны на базовое разрешение в 640 на 480 точек (пикселей), но прямой связи между разрешением аналогового видео и компьютерного дисплея нет.

Стандартный аналоговый видеосигнал дает полноэкранное изображение без ограничений размера, присущих компьютерному видео. Телевизионный стандарт NTSC (National Television Standards Committee), используемый в Северной Америке и Японии, предусматривает разрешение 768 на 484. Стандарт PAL (Phase Alternative), распространенный в Европе, имеет несколько большее разрешение - 768 на 576 точек.

Разрешение аналогового и компьютерного видео различается, поэтому при преобразовании аналогового видео в цифровой формат может масштабироваться изображение, что приводит к потере качества.

Качество видеоизображения - наиболее важная характеристика. Требования к качеству зависят от конкретной задачи. Иногда достаточно, чтобы картинка была размером в четверть экрана с палитрой из 256 цветов (8 бит), при скорости воспроизведения 15 кадров/с. В других случаях требуется полноэкранное видео (768 на 576) с палитрой в 16,7 млн цветов (24 бит) и полной кадровой разверткой (24 или 30 кадров/с).

Нелинейный видеомонтаж. Использование анимационных и видеоконтроллеров позволяет воспроизводить цифровое видео в режиме реального времени непосредственно с диска компьютера. Система нелинейного монтажа состоит из компьютера, в который вставлены специальные платы и видеомагнитофона. С видеомагнитофона видео и звук записываются на жесткий диск компьютера, при этом они оцифровываются и сжимаются. С помощью монтажных программ можно склеивать и вырезать различные фрагменты, менять их порядок, добавлять различные эффекты в места склеек, накладывать титры, графику, менять звуковые дорожки и т.д. По окончании монтажа готовый ролик записывается на видеокассету.

Линейный и нелинейный монтаж

Линейный монтаж - это монтаж, при котором видеосигнал переписывается с одного видеомагнитофона на другой, по пути претерпевая множество изменений согласно режиссерскому замыслу. Его используют многие режиссеры, работающие на телевидении не менее пяти лет. А при нелинейном монтаже видеосигнал записывается в компьютер, где впоследствии и осуществляется его обработка. Что же лучше?

В линейном монтаже перезапись приводит к ухудшению качества. Основной источник помех - это запись сигнала на магнитную ленту и воспроизведение с нее, а также множество соединений, контактов, устройств и т. п., через которые проходит сигнал.

В нелинейном монтаже сигнал переводится в цифровой вид и находится в компьютере, не подвергаясь никаким изменениям (типа перезаписей) до процесса "сгона" смонтированного материала на кассету. Это очень большое преимущество. Однако и в нелинейном монтаже существует проблема, так как во многих аппаратных сигнал оцифровывается с компрессией, то есть сжимается. При компрессии часть сигнала теряется безвозвратно. Повторная компрессия еще больше ухудшает качество, что вообще ставит под сомнение целесообразность архивирования компрессированного материала. В линейном монтаже такой проблемы не существует.

"Закачивание" материала в компьютер занимает довольно много времени. И тем больше, чем больше исходного материала, так как перевод сигнала в цифровой вид осуществляется в реальном времени. При большом количестве исходников, линейная аппаратная предпочтительней.

Перезаписи необходимы также при создании какого-либо сложного эффекта, когда аппаратура не позволяет сделать его сразу. В этом случае приходится записывать каждую составную часть такого эффекта отдельно, в результате возникают перезаписи, которых не бывает в нелинейном монтаже. В цифровом виде создавать сложный эффект довольно просто, даже если он делается по частям, при этом качество не теряется.

Проблема хронометража. Очень трудно уложить передачу в заранее заданные рамки, так как перерасход или недобор времени измеряется даже не десятками секунд, а единицами (например, плюс-минус пять секунд). В нелинейном монтаже такой проблемы нет: в любой момент и в любом месте передачи вы можете вставить или вырезать нужный кусок.

Достоинства		Недостатки
Линейная монтажная аппаратная	При любых действиях – полный видеосигнал. Высокая оперативность, особенно при большом количестве исходников. Легкость работы с большим количеством дублей. Создание сложных эффектов в реальном времени. Большая надежность аппаратуры.	Большая зависимость качества от количества перезаписей. Громоздкость аппаратуры. При любой последующей корректировке необходимо стирать и записывать сигнал заново. Трудность обучения обслуживающего персонала. Необходимость предварительного перевода композитного сигнала в компонентный.
Нелинейная монтажная аппаратная	Сохранение информации в случае сбоя аппаратуры. Не требуется перезаписей. Мгновенный доступ к любому кадру. Совместимость со многими цифровыми и нелинейными системами. Небольшая цена по сравнению с аналоговой аппаратурой. Возможность изменять смонтированный материал в любое время и в любом месте. Возможность работы с большим количеством звуковых дорожек.	Любая склейка происходит в реальном времени. Компрессия. Требует много времени на ввод сигнала в компьютер. Требует перевода в аналоговый вид для выдачи в эфир. Необходима большая аккуратность при подготовке к монтажу. Трудность чередования двух и более программ при работе на одном компьютере. Чем больше записано исходного материала, тем хуже работает аппаратура.

Чтобы определить, какой вид монтажа нужен для конкретного случая, следует правильно поставить перед собой задачу, ответив, например, на следующие вопросы: что необходимо получить в конечном итоге, какие средства для этого имеются и сколько времени, какое качество должно быть и т.д.