Учебная работа. Реферат: Цифровое видео на персональном компьютере

Учебная работа. Реферат: Цифровое видео на персональном компьютере

Содержание

Введение…………………………………………………………………………………………………………3

Что такое аналог?…………………………………………………………………………………………………………………4

Цифровое видео……………………………………………………………………………………….5

Сжатие видеоданных ……………………………………..…….…………………..……………….7

Что такое кодеки?………………………………………………………………………………………………………………..8

способы сжатия видеоданных ………………………………………………………………………9

Что такое MPEG?……………………………………………………………………………………………………………….10

Носители цифрового видео…………………………………………………………………………12

Заключение…………………………………………………………………………………………………….13

Перечень литературы …………………………………………..………..……………………………14

Введение.

Вы, наверняка, отлично помните, как просто было жить в эру VHS (обычные бытовые видеокассеты). Для того чтоб запустить кинофильм, довольно было вставить кассету в видеомагнитофон, по удобнее устроиться перед телеком и надавить клавишу «Play» на пульте управления. Все кассеты были схожими, а наличие одного для всех бытовых видеомагнитофонов эталона дозволяло для вас не иметь никакого представления о технической стороне вопросца: все нужные познания ограничивались информацией о том, какой стороной вставить кассету в проигрыватель. естественно, случались и задачи — вспомянуть хотя бы «зажёванную» плёнку, но технические сбои постоянно вероятны…

Те времена издавна сзади. Приход цифрового видео не только лишь облегчил обмен клипами, роликами и фильмами (как своими, так и чужими; причём крайнее часто нелегально) и сделал новейшие способности для их редактирования, да и породил огромное количество заморочек для юзеров, желающих просто поглядеть неплохой кинофильм опосля тяжёлого рабочего денька. Открывая видеофайл загружённый из Веба либо переписанных с компа друга, вы никогда буквально не понимаете, что вас ждет. Кинофильм может не проигрываться совсем либо проигрываться совершенно не так, как для вас охото: изображение полностью может оказаться перевёрнутым либо растянутым или очень тёмным.

Вы скажете, что с DVDдела обстоят не в пример лучше. Частично вы правы, да и здесь есть свои недочеты: чего же, стоит, к примеру, защита, «привязывающая» ваш привод к дискам, произведённым для фиксированного региона. А что вы скажите о шифровании, не позволяющем создать полагающую для вас по закону запасную копию приобретенного за немалые средства видеофильма либо вырезать из записи «удивительно смышленую» рекламу, которую отдельные производители не стесняются записывать на диск.

Давайте поглядим, что такое цифровое видео, что оно из себя представляет и как оно работает, также животрепещущие программки для работы с компьютерным видео.

Что такое аналог

.

Самым ранешным способом передачи видеосигналов является аналоговый способ. Одним из первых видеоформатов на базе этого принципа стал композитный видеосигнал. Композитное аналоговое видео сочитает все видеокомпоненты (яркость, цвет, синхронизацию и т. п.) в один сигнал. Из-за объединения этих частей в одном сигнале свойство композитного видео далековато от совершенства. В итоге мы имеем неточную передачу цвета, недостаточно «чистую» картину и остальные причины утраты свойства.

Композитное видео стремительно уступило дорогу компонентному видео, в каком разные видеокомпоненты представлены как независящие сигналы. Последующие усовершенствования этого формата привели к возникновению разные его вариантов: S-Video, RGB, Y, Pb, Pr и др.

Тем не наименее, все перечисленные выше форматы остаются аналоговыми по собственной сущности, и, как следует, владеют одним значимым недочетом: при копировании дубль постоянно уступает по качеству оригиналу. Утрата свойства при копировании видеоматериала подобна фотокопированию, когда копия никогда не бывает таковой же точной и броской, как оригинал.

Если вы приглядитесь к изображению на дисплее телека либо монитора, то заметите, что оно состоит из маленьких точек – пикселов, любой из которых может иметь свой цвет и свою яркость. Они все в совокупы образуют картину, а смена это рисунки – 20 5 раз в секунду – создаёт иллюзию движения. Задачка видеозаписи – и аналоговой, и цифровой – заключается в том, чтоб сначала зафиксировать, а потом воспроизвести цвет и яркость всех пикселов в любом кадре. И VHS- магнитофон, и DVD – проигрыватель решают конкретно эту задачку. Но делают это совсем по – различному.

В случае с аналоговым видео (а конкретно оно бывает записано на VHS-кассетах) все, что мы лицезреем на дисплее либо слышим через динамики, определяется степенью намагниченности плёнки в определённом месте ленты. Хотя механизм записи достаточно сложен, в базе его лежит обычный принцип, использовавшийся еще в фонографе: магнитная запись фиксирует «образ» сигнала, просто восстановимый при помощи относительно легкой техники. Но со временем плёнка размагничивается и звук становится тише, а изображение – чуть различимым.

Цифровое видео

Недочеты, присущие аналоговому способу проигрывания видео, в конце концов, привели к разработке цифрового видеоформата. На замену аналоговому видео пришло цифровое. В отличие от аналогового видео, свойство которого падает при копировании, любая копия цифрового видео схожа оригиналу.

Хотя современный видеоряд базируется на цифровой базе, фактически все цифровые видеоформаты до сего времени в качестве носителя начального сигнала употребляют пленку с поочередным доступом. Потому большинству экспертов в области видео все еще привычней работать с пленкой, чем с компом.

естественно, пленка в качестве источника данных все еще остается наиболее предпочтительной, чем твердый диск компа, так как вмещает существенно больший размер данных. Но зато для цифрового видеомонтажа внедрение компов дает ряд существенных преимуществ: не только лишь обеспечивает прямой доступ к хоть какому видеофрагменту (что нереально при работе с пленкой, так как к нужным участкам можно добраться только поочередно просматривая видеоматериал), да и подразумевает широкие способности обработки изображения (редактирование, сжатие).

Это довольно весомые предпосылки для перехода видеопроизводства с обычного оборудования на компьютерное.

Компьютерное цифровое видео представляет собой последовательность цифровых изображений и связанный с ними звук. Элементы видео хранятся в цифровом формате.

Существует огромное количество методов захвата, хранения и проигрывания видео на компе. С возникновением компьютерного цифрового видео стихийно стали возникать самые различные форматы представления видеоданных, что сначала привело к некой неурядице и вызвало задачи сопоставимости. Но в крайние годы благодаря усилиям Интернациональной организации по стандартизации (ISO — International Standards Organisation) выработаны единые эталоны на форматы видеоданных.

Цифровое видео хранится в файлах, имеющих довольно сложную структуру. Буквально так же, как киноплёнка либо VHS-кассета, видеофайл должен содержать и «картину», и звук. Неувязка тут заключается в том, что записывать данные можно по–различному – а означает, вероятны различные виды либо форматы файлов, несопоставимые меж собой и владеющие различными качествами. к примеру, файлы, записываемые на видео DVD, содержат меню, несколько аудиодорожек и субтитры, а в видеофайл формата MOV можно записать несколько видеодорожек и информацию о прозрачности.

Если в файл будут записываться все данные для всякого пиксела обычного телевизионного экрана, одна секунда кинофильма востребует приблизительно 20Мб дискового места. Часовая запись займёт в этом случае «всего-навсего» 70 Гб – согласитесь, что даже при современных ценах на жёсткие диски это очень много. Для уменьшения объёма результирующих файлов в цифровом видео употребляется сжатие данных.

Сжатие видеоданных.

Следует исходить из разумной достаточности при определении нужной степени сжатия. Чем больше глубина цвета, выше разрешение и лучше свойство, тем большая производительность компа для вас будет нужно, не говоря уж о большенных размерах дискового места, нужного под цифровое видео. Беря во внимание эти свойства, можно избрать лучший коэффициент сжатия. нужно отметить, что в проф видео действует обычное правило — чем ниже коэффициент сжатия, тем лучше.

Если для вас приходилось, когда ни будь иметь дело с киноплёнкой, вы понимаете, что примыкающие кадры различаются друг от друга очень некординально, а основная часть рисунки остаётся постоянной. Это означает, что записывать на диск кадры полностью не непременно: для коррективной передачи движения полностью довольно обрисовать только конфигурации, произошедшие в кадре. Конкретно так и работает сжатие видео: полностью записываются лишь некие «главные» кадры, а другие получаются из их при помощи преобразования отдельных фрагментов: сдвига, вращения, конфигурации интенсивности… В итоге размер видеофайла можно уменьшить в 10-ки и сотки раз, сделав его полностью подходящим для записи на обычный CD либо трансляции по Вебу. Сжимается и звук, но, в этом случае принцип другой: сохраняется лишь информация, отлично воспринимаемая человечьим слухом. Вариантов сжатия существует огромное количество, и форматы файлов почти всегда не имеют к ним никакого дела. Как конкретно «упаковано» конкретно это видео либо непосредственно этот звук – формат файла не имеет к нему конкретного дела.

За восстановление приобретенных из видеофайла данных отвечают программки, именуемые кодеками.

Что такое кодеки?

Кодеки – это маленькие утилиты, которые делают функции «посредников» меж файлами и программками для работы со звуком либо видео (плеерами, редакторами и иными приложениями). При открытии файла плеер описывает, какой кодек употреблялся для его сжатия, и передаёт ему сжатые данные для расшифровки, а потом получает назад. При записи файла кодек отвечает за сжатие: в этом случае он получает «сырые» данные, сжимает их и передаёт в программу-редактор.

Техно реализация кодеков быть может разной. Некие из их интегрируются в операционной системе, а некие оформляют в виде модулей, подключаемых к отдельным программкам.

Как мы уже отметили, форматов кодировки огромное количество. Если вы запустите всякую программку для работы с кодеками (к примеру, GSpot), то удостоверьтесь, что лишь на вашем компе их установлено не меньше 2-ух сотен. И они все (либо, по последней мере, большая их часть) совсем нужны для того, чтоб вы могли без заморочек глядеть кинофильм и слушать музыку.

А сейчас представьте, что этих кодеков не существует и любой проигрыватель должен делать их работу «своими силами» и своим неподражаемым методом. В этом случае программные плееры вышли бы очень «томными». К тому же неминуемы могли быть серьёзные задачи с совместимостью – ведь любая компания – разраб возжелала бы сделать собственный свой кодек, чуток – чуток отличающийся от применяемого в плеерах соперников. Не исключено, что для вас пришлось бы держать отдельный проигрыватель для кинофильмов, сжатых кодеков DivX, отдельный – для роликов, «упакованных» при помощи Xvid, и еще полтора 10-ка – для всякого из наименее всераспространенных форматов.

Если б в котором – то из плееров нашлась ошибка при проигрывании того либо другого формата, для вас пришлось бы поменять его на иной либо дожидаться обновления; а ведь огромные программки обновляют далековато не так стремительно. Как нам бы этого хотелось. С кодеками же все просто: для того чтоб поправить делему с проигрыванием, почти всегда довольно обновить один маленькой файл.

Способы сжатия видеоданных.

Как избрать способ сжатия? Способы сжатия данных употребляют математические методы для устранения, группировки либо усреднения похожих данных, присутствующих в видеосигнале. Выбор определенного метода зависит от вашей конечной цели. Существует огромное обилие алгоритмов сжатия, но лишь Motion jpeg (Joint Photographic Experts Group), MPEG-1 и MPEG-2 признаны международными эталонами для сжатия видео.

Фактически все рассматриваемые ниже видеокарты построены на базе 1-го из 2-ух способов компрессии: Motion-jpeg либо MPEG. Нелегко судить о преимуществе 1-го формата над иным, тем наиболее что области внедрения этих форматов несколько различаются, потому что разработка MPEG кодировки и монтажа до крайнего времени была наиболее дорогостоящей и сложной. Огромную роль сыграло и анонсирование спецификаций формата MPEG-2, который ляжет в базу новейших видеотехнологий не только лишь на компах, да и применительно к телевидению и кино. Судя по всему, этот формат в совокупы с новенькими CD-дисками высочайшей плотности (DVD) основательно изменит обычный видеорынок. Без сжатия весьма тяжело обеспечить непрерывную передачу видео со скоростью 21 Мбайт/с (требования CCIR 601 — признанного в мире эталона цифрового телевидения), а объемы и стоимость хранения несжатых видеоданных на дисках практически делает неосуществимым применение индивидуального компа для предварительного монтажа. Свойство сжатия варьирует в достаточно широких границах; обыкновенными для современных видеосистем являются коэффициенты сжатия от 1:4 до 1:100. Для цифрового оборудования, которое употребляется при нелинейном монтаже видео с вещательным (1:4 и наименее) качеством воздействие сжатия быть может в особенности приметным. На нынешний денек наибольшее распространение получили два эталона сжатия: Motion-jpeg и MPEG, но какие бы совершенные методы при всем этом ни применялись, постоянным остается одно: чем выше коэффициент сжатия — тем ужаснее свойство. способы сжатия сводятся к анализу изображения, на основании которого делаются догадки обо всем изображении в целом, что вначале допускает возможность погрешности. Применение схожих интегральных оценок к различным картинам при сжатии дает различные результаты. И даже если сжатие дозволяет достигнуть красивых результатов на картинке с плавными переходами и маленькими шумами, то обработка резкого и зашумленного изображения может привести к худшим результатам.

Что такое
MPEG?

MPEGрасшифровывается как MotionPictureExpertGroup(Экспертная группа по кинематографии). Это группа профессионалов, занимающихся неуввязками кодировки видео и разработкой соответственных эталонов, определяющих методы кодировки, используемые в разных областях. Конкретно о этих эталонах мы говорим, когда употребляем определения MPEG-1(высококачественные характеристики видеоданных, обработанных MPEG-1, во много подобны обыкновенному VHS-видео, потому этот формат применяется сначала там, где неловко либо непрактично применять обычные аналоговые видеоносители), MPEG-2(спецификация MPEG-2 предполагает внедрение больших разрешений для заслуги наибольшего свойства изображения, потому этот формат применяется сначала специалистами) либо MPEG-4. Любопытно, что даже узнаваемый всем без исключения формат сжатия звуковых файлов МР3 – это тоже итог работы MPEG! Его полное заглавие — MPEG-1 AudioLayerIII.

разработка MPEG употребляет поточное сжатие видео, при котором обрабатывается не любой кадр по отдельности (как это происходит при сжатии видео при помощи алгоритмов Motion-JPEG),а анализируется динамика конфигураций видеофрагментов и устраняются лишниие данные. Так как в большинстве моментов фон изображения остается довольно размеренным, а действие происходит лишь на фронтальном плане, метод MPEG начинает сжатие с сотворения начального кадра. Играя роль опорных при восстановлении других изображений, они располагаются поочередно через любые 10-15 кадров. Лишь некие фрагменты изображений, которые находятся меж ними, претерпевают конфигурации, и конкретно эта разница сохраняется при сжатии.

Начальные кадры имеют достаточно маленький коэффициент сжатия и составляют базу MPEG-файла. Конкретно благодаря им вероятен случайный доступ к какому-либо отрывку видео. Прогнозируемые кадры кодируются относительно прошлых кадров и обычно употребляется как сравнительный эталон для предстоящей последовательности Прогнозируемых кадров. В этом случае достигается высочайший коэффициент сжатия, но при всем этом для их привязки к видеопоследовательности нужно применять не только лишь прошлые, да и следующее изображение. Сами Двунаправленные кадры никогда не употребляются для сопоставления.

Изображения соединяются воединыжды в группы (GOP – groupofpictures), представляют собой малый набор повторяемых поочередных изображений.

Отдельные изображения состоят из структурных единиц — макроблоков, соответственных участку изображения размером 16Х16 пикселов. комп анализирует изображения и отыскивает схожие либо похожие макроблоки, сравнивая базисные и следующие кадры. В итоге сохраняется лишь данные о различиях меж кадрами, именуемые вектором смещения (vectormovementcode). Макроблоки, которые не претерпевают конфигураций, игнорируются, так что количество данных для настоящего сжатия и хранения значительно понижаются. Для увеличения стойкости процесса восстановления изображения к вероятным ошибкам передачи данных поочередные макроблоки объединяют в независящие друг от друга разделы (slices). В свою очередь, любой макроблок состоит из 6 блоков, четыре из которых несут информацию о яркости, а два определяют цветовые составляющие. Блоки являются базисными структурным единицами, над которыми осуществляются главные операции кодировки, в том числе производится и дискретное преобразование (DCT – DiscreteCosineTransform) .В итоге при использовании MPEG-технологии можно добиться рабочего коэффициента наиболее чем 200:1, хотя это приводит к некой потере свойства.

Видеопоследовательности, сжатые в согласовании с форматами MPEG-1 и MPEG-2 , различаются объемом инфы и, как следствие, качеством. Хотя метод MPEG-1 может работать с разрешением прямо до эталона CCIR-601 (720х470), обычно видео кодируется при существенно наиболее низкой интенсивности потока данных, что приводит к худшему качеству воспроизводимого видео. Свойство MPEG-1 обычно ассоциируется с качеством VHS лишь в формате (352х240). При проигрывании такое изображение «растягивается» аппаратными либо программными средствами до полного экрана, и хотя при всем этом пропадает свойство, зато остается возможность проигрывать полноэкранное видео даже с двухскоростным CD-ROM.

MPEG-2 поддерживает наиболее высочайшие разрешения (в том числе и CCIR-601). При всем этом размер файлов MPEG-2 приблизительно вчетверо больше относительно файлов MPEG-1, что дозволяет записывать полноэкранные киноленты «вещательного» свойства. Этот формат избран для использования в новеньком поколении видеодисков на базе технологии DVD, а в скором времени станет доминировать и на индивидуальном компе. В отличие от MPEG-1 для MPEG-2 необязательно наличие GOP-групп, и даже при отсутствии GOP-заголовка можно получить прямой доступ к видеофрагменту. иной главный индивидуальностью MPEG-2 является присутствие в нем расширений, которые разрешают при записи поделить видеосигнал на два (ли наиболее) независимо шифруемых потока данных, представляющих видео в разных разрешениях, т.е. с наилучшим либо худшим качеством изображения. Это делается с целью сотворения независящих потоков данных определенной интенсивности в рамках 1-го видеосигнала. Таковая функция принципиальна, если нужно сразу передавать ТВЧ и обычный телевизионный сигнал.

Носители цифрового видео.

Носителем цифрового видео быть может ваш винчестер либо гибкий диск, но винчестер далековато не унесешь, а на дискету не поместится достаточное количество видео, да к тому же воспроизвести с дискеты видео навряд ли получится. В мире для переноски и распространения видеопродукции употребляется ряд форматов компакт дисков.

Video-CD –это формат, который дозволяет записывать MPEG-видео на CD-диск и воспроизводить его на любом оборудовании, поддерживающем формат.

Разработка DVD (Digitalversatile/Videodisc) заняла достойное пространство в зале компьютерной славы. Опосля года активной рекламы DVD-плеер вышел на Рынок мультимедиа — и видеопродукции. DVD-плеер это устройство стоимостью 600-700 баксов, которое можно подключать к телеку либо индивидуальному компу для проигрывания дисков емкостью 4,7Гб с высочайшим качеством проигрывания аудио- и видеоинформации. В связи с тем, что диск имеет большенный размер, возник новейший вид видеопродукции — интерактивное видео. Интерактивное видео — это кинофильм длиной около часа, при этом основной киногерой любые пять-десять минут попадает в ситуации, в каких ему нужно создать выбор, что созодать далее. Выбор продолжения сюжета (1-го из 3-4 предложенных) ложится на плечи зрителя.

Для записи на DVD либо на хоть какой иной носитель инфы сжатого видео нужно иметь систему, состоящую из массивного микропроцессора, платы для аппаратного сжатия видео (можно воспользоваться программными средствами, но свойство и скорость их работы существенно ужаснее).

Заключение.

Эталоны цифрового видео модифицируются так стремительно, что уже весьма скоро (через какие ни будь 5-10 лет) мы будем глядеть качественное телевидение, основанное на одной из новейших технологий сжатия видео. Получать большущее количество инфы за единицу времени (за счёт огромного коэффициента сжатия) из глобальной сети Internet .

Перечень литературы
.

1. Новейший справочник школьника. 5-11 класс. Всепригодное пособие. Т .2. – СПб.: ИД «ВЕСЬ», 2003.-704 с., ил.

2. Multimedia Digest: HTTP://www.online.ru/sp/mpc/digest

3. Железо IBM 97 стр.121-123

4. Наикрупнейший европейский журнальчик о компах CompaterBild(российское издание) №09/2007 год.

5. мир ПК 3’97 стр.172-184

]]>