Текст книги "Цифровое видео для начинающих"

Для хранения и воспроизведения видеоизображения применяются видеомагнитофоны – рис. 1.3.

Рис. 1.3. Видеомагнитофон

Физический принцип действия видеомагнитофона основан на эффекте намагничивания. В момент записи изображения магнитное поле, создаваемое магнитной головкой, ориентирует магнитные элементы на ленте. При воспроизведении магнитная головка воспринимает магнитное поле, создаваемое магнитной лентой, и специальная электронная схема соответствующим образом формирует видеосигнал.

Видеосигнал имеет очень высокую частоту – около 4–5 миллионов колебаний в секунду. Чтобы записать его на магнитную ленту с продольной дорожкой, необходимо протягивать ленту с огромной скоростью. Это технически трудно. Лента будет рваться, между лентой и магнитной головкой возникнет «воздушная подушка», затрудняющая запись, возникнут статические разряды, расход ленты будет недопустимо большим. Чтобы устранить эти недостатки, была придумана вращающаяся магнитная головка. Лента протягивается относительно медленно, но сама головка, вращаясь с большой скоростью, «прочерчивает» на ленте множество наклонных дорожек. Таким образом, общая скорость движения головки по отношению к ленте достаточно велика для записи видеосигнала.

Звук в простейшем случае записывается на продольную дорожку, рядом с видеодорожками. На другую продольную дорожку записываются служебные сигналы и синхросигналы, управляющие работой видеомагнитофона, специальные метки, отмечающие начало и конец фрагмента, другая полезная информация.

Следует отметить недостатки такой системы записи-воспроизведения.

Во-первых, система очень чувствительна к пыли и загрязнению.

Во-вторых, с годами основа магнитной ленты стареет, что приводит к частичному осыпанию магнитного слоя и соответственному ухудшению изображения.

В-третьих, в процессе эксплуатации видеолента может порваться, помяться, растянуться и т. д.

В зависимости от конструктивных особенностей и предназначения видеомагнитофонов применяются различные схемы записи. Например, бытовые магнитофоны используют видеокассету закрытого типа (что защищает ленту от пыли) с шириной ленты 1/2 дюйма. Такая же по размеру лента, но с другим магнитным покрытием используется в профессиональных видеомагнитофонах, работающих в стандартах S-VHS и Betacam. В профессиональном телевизионном оборудовании используются не видеокассеты, а специальные бобины с видеолентой шириной 3/4 дюйма. Такая ширина ленты позволяет записывать видеоизображение более высокого качества с минимальными потерями при перезаписи и воспроизведении.

Аналоговый формат VHS(Video Home System) объединяет видеодорожку, предназначенную для записи видеоизображения в форме композитного сигнала, и звуковую дорожку для записи стереозвука стандарта Hi-Fi (High-Fidelity). Разрешение кадра VHS-изображения составляет 240 строк, что позволяет записывать видеоматериал с удовлетворительным качеством. В связи с этим VHS стал массовым форматом при распространении видеопродукции для просмотра в домашних условиях на обычных телевизионных приемниках, но не был рекомендован для записи и обработки видеопродукции.

В 1987 году фирма JVC представила новый аналоговый формат S-VHS(Super Video Home System). Он использовал такие же по размеру кассеты, как и VHS, но с лучшим магнитным слоем пленки. Важным отличием S-VHS является тот факт, что для получения большего разрешения кадра (в S-VHS 400 строк) используется компонентный видеосигнал формата Y/C, где яркость и цветность хранятся как отдельные сигналы. В связи с этим S-VHS дает улучшенное отношение основного сигнала к помехам в сигнале яркости и цветности. Этот стандарт также предусматривает запись Hi-Fi-звука.

Video8 – стандарт, представленный в 1985 году в качестве совместного стандарта нескольких производителей. Формат 8 мм использует пленку маленькой ширины и маленькую кассету, что сделало его очень популярным для легковесных портативных камер. Относительно небольшая поверхность компенсируется использованием пленки со специальным «металлическим» покрытием, позволяющим записывать сигналы высокого уровня. Конструкция видеоустройств формата 8 мм такова, что пленка огибает магнитную головку примерно на 30° больше, чем в других вариантах. Это обеспечивает качество звукового сигнала аудио-компакт-дисков.

В 1989 году улучшенной модификацией формата 8 мм был представлен формат Hi8. Диапазон несущей частоты яркости был расширен до 2 МГц, в то время как в формате 8 мм ширина диапазона – 1,2 МГц. В результате разрешение кадра изображения повысилось и стало более 400 строк, кроме того, улучшилось качество цветопередачи. В формате Hi8 впервые был применен прием, который достаточно давно применялся в профессиональной видеоаппаратуре. Совместно с видеоизображением и аудиосопровождением на ленту могут записываться синхрoнизирующие импульсы (тайм-код). При монтаже видеофрагментов синхронизация по тайм-коду позволяет осуществлять более качественный монтаж.

Формат BetacamSP(Superior Performance) является вторым поколением формата Betacam, разработанного фирмой Sony. Этот формат стал достаточно популярным в области промышленного и конечного телевещания, поскольку он использует форму компонентного видеосигнала на 1/2-дюймовой пленке. Betacam SP может использовать как стандартные металлооксидные пленки, так и пленки с «металлическим» покрытием, что улучшает качество изображения.

Mini-DV– формат цифрового видео, при котором поток высококачественной видеоинформации записывается на ленту шириной 6 мм. Этот формат широко применяется компаниями Sony, Panasonic, Canon, JVC и другими производителями, выпускающими видеокамеры и видеомагнитофоны DV (в том числе и профессиональные).

Различные форматы видеосигнала представлены ниже в виде таблицы.

Таблица 1.2. Сравнительные характеристики различных форматов записи на магнитную ленту

ПРИМЕЧАНИЕ

О расшифровке непонятных пока обозначений Y/C и YUV, то есть о том, что такое композитный и компонентный видеосигналы, вы прочитаете в главе 2.

Сопряжение камеры с компьютером

Разъемы превращают камеру из съемочного аппарата в важный элемент компьютерной монтажной системы.

Аналоговый RCA-выход («тюльпан», или композитный выход (рис. 1.4)) имеется почти в каждой видеокамере и предназначен для подключения к телевидеотехнике (телевизору, видеомагнитофону). Это самый распространенный разъем. Через «тюльпан» подается обычный композитный сигнал. Его главная особенность состоит в том, что в него входят сразу все составляющие – яркостный и оба цветоразностных сигнала. К недостаткам композитного сигнала относится наихудшее качество изображения. Реальное разрешение передаваемого таким образом изображения составляет всего 230–280 ТВЛ (телевизионные линии). Причиной этого является жесткое ограничение композитного сигнала по диапазону частот. Основное достоинство RCA – широкая распространенность. Действительно, встретить такой разъем можно почти везде, особенно часто – на бытовой видеоаппаратуре невысокого класса.

Рис. 1.4. Разъем RCA

Так как в композитном видеосигнале разрешение ограничено 240 телевизионными линиями (ТВЛ), то более эффективным оказывается использование не единого композитного сигнала, а двух композитных сигналов Y/C. При этом Y несет яркостный сигнал и синхроимпульсы, а C – модулированные цветовые сигналы. Такой сигнал называют S^^k^, и он обеспечивает разрешение в 400 телевизионных линий.

ПРИМЕЧАНИЕ

Для передачи цветного изображения необходимо передавать не только характеристику яркости каждого пикселя изображения, но и его цвет. Для отображения цвета пикселя на электронно-лучевой трубке необходимо определить три цветовые составляющие: красную (Red), зеленую (Green) и синюю (Blue). Передача отдельных сигналов RGB теоретически требует увеличить обычный диапазон сигнала в три раза, и, как следствие, появляются проблемы, связанные с синхронизацией трех независимых сигналов. Решением этих проблем является добавление отдельного сигнала цветности – С (chroma signal) к существующему сигналу яркости – Y (luminance signal). Последний несет информацию о яркости в данной точке изображения, в то время как сигнал цветности представляет цвет.

Аналоговый S-video-разъем с четырьмя, реже – с семью контактами (рис. 1.5), в отличие от RCA, передает раздельно сигналы цветности и яркости, что значительно уменьшает потери, заметно улучшает качество изображения. Наличие аналогового S-video-входа в цифровых моделях расширяет диапазон частот, используемых для передачи сигнала, и реальное разрешение может достигать 400–500 ТВЛ.

Рис. 1.5. S-video-разъем

Цифровой разъем USB(рис. 1.6) является «цифровым фотовыходом», так как позволяет переносить цифровые стоп-кадры с камеры на компьютер. Кабель USB – это обычная экранированная витая пара. Разъем USB – четырехконтактный. Контакты 5V (Питание) и GND (Земля) подают на периферийное устройство питание, а сигнальные контакты D+ и D– отвечают за передачу данных (один «туда», другой «обратно»). Шина USB получила широкое распространение благодаря своей дешевизне и мощной поддержке в виде контроллера, встраиваемого непосредственно в чипсеты для материнских плат. Новый USB-интерфейс версии 2.0 обеспечивает передачу данных со скоростью до 480 Мбит/с. Однако фирма Microsoft объявила о приоритетности поддержки интерфейса IEEE-1394, а не USB 2.0, и, кроме того, асинхронность передачи по USB не позволяет ему всерьез конкурировать с IEEE-1394 в области цифрового видео.

Рис. 1.6. USB-разъемы

Недавно компания Pinnacle выпустила на рынок внешние блоки для нелинейного монтажа с интерфейсом USB 2.0. Сегодня все современные материнские платы имеют порты USB 2.0. Эти порты имеют скорость 60 Мбит/с, что делает возможным подключать к ним самые требовательные к скорости периферийные устройства. Для записи видео на компьютер этой скорости вполне хватает.

Цифровой разъем DV IN/OUT (i.LINK, FireWire, IEEE-1394) – это названия одного и того же высокоскоростного цифрового последовательного интерфейса, который служит для передачи любых видов цифровой информации между цифровой видеокамерой и компьютером.

FireWire– зарегистрированный товарный знак фирмы Apple, принимавшей активное участие в его разработке. Поэтому название FireWire («огненный провод») принадлежит только фирме Apple и может использоваться для описания ее изделий, а по отношению к таким устройствам на PC принято употреблять термин IEEE-1394, то есть непосредственно название стандарта.

i. LINK– торговый знак и логотип для обозначения упрощенной шины соединения по интерфейсу IEEE-1394 между бытовыми цифровыми устройствами фирмы Sony (это четырехпроводной вариант FireWire – без проводов питания).

IEEE-1394 – обозначение стандарта интерфейса, принятое американским Институтом инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (IEEE). Этот стандарт позволяет объединять аппаратные и программные средства для передачи потоков данных 100, 200, 400 Мбит/с, а в последней реализации интерфейса и до 800 Мбит/с. Cвязь между устройствами с интерфейсом IEEE-1394 может включаться и выключаться непосредственно на время их работы (так называемое горячее подключение) без отключения питания и перезагрузки.

IEEE-1394 является международным стандартом недорогого интерфейса, который позволяет объединять всевозможные цифровые устройства для развлечений, коммуникации и вычислительную технику в бытовой мультимедийный цифровой комплекс. Иными словами, все IEEE-1394-устройства, такие как цифровые фото– и видеокамеры, DVD-устройства и другие приборы, прекрасно стыкуются как с персональными компьютерами, оснащенными подобным интерфейсом (его поддерживают и Ma^ и PC-компьютеры), так и между собой. Это означает, что пользователи могут передавать, обрабатывать и сохранять данные (в том числе изображения, звук и видео) с высокой скоростью и практически без ухудшения качества.

Важным фактором для использования IEEE-1394 в качестве единого цифрового интерфейса для бытовой электронной техники является то, что он предоставляет возможность напрямую подключать устройства друг к другу. Это позволяет, например, производить перезапись с источника на приемник без помощи компьютера (переписывать видео с видеокамеры на магнитофон) или совместно использовать одно устройство несколькими компьютерами без какой-либо специальной поддержки. Фирма Sony одной из первых осознала преимущества стандарта IEEE-1394 (быстрая передача данных, масштабируемость, обработка в реальном времени, простота подключения и низкая стоимость) и активно начала разработку интегральных схем для этого стандарта.

Сегодня IEEE-1394 является стандартом подключения цифровой видеокамеры к компьютеру. Скорость передачи информации в среднем составляет 400 Мбит/с. Существует два типа разъемов IEEE-1394: 6– и 4-контактные. Шестиконтактный разъем служит для подключения к IEEE-1394-порту компьютера, а маленький 4-контактный – для подсоединения к DV-видеокамере или видеомагнитофону – рис. 1.7.

Рис. 1.7. Кабель IEEE-1394 с шести– и четырехконтактными разъемами

Конфигурация компьютера для цифровой домашней видеостудии

Как уже было сказано, одним из достоинств цифровых форматов является то, что отснятый материал можно монтировать на домашнем компьютере, то есть убрать «лишние» видеосюжеты, состыковать отдельные кусочки видеоматериала, выполнить между ними переходы, добавить спецэффекты и титры.

Рассмотрим, какие характеристики должны быть у вашего компьютера для того, чтобы можно было выполнять монтаж без особых проблем. Мы не будем рассматривать все, что входит в компьютер (мышку, корпус и т. д.), а остановимся лишь на тех устройствах, которые имеют прямое отношение к видеомонтажу.

Для соединения видеокамеры и компьютера требуются специальный интерфейс для ввода и вывода видеосигнала. Как уже говорилось, через разъем IEEE-1394 цифровая видеокамера будет соединяться (посредством DV-выхо-да) с компьютером – рис. 1.8.

Рис. 1.8. Озединение камкодера с портом ПК посредством интерфейса IEEE-1394

Примерами плат связи ПК с DV-видеокамерами по интерфейсу IEEE-1394 могут служить контроллеры фирм COMO, Pinnacle Studio DV, Pyro Digital Video, хотя подобные устройства могут быть встроенными в материнскую плату (как ASUSTeK P3B-1394).

Интерфейсом IEEE-1394 снабжены видеокамеры формата DV, проигрыватели DVD и некоторые проигрыватели CD-ROM. DV-видеокамеры записывают видео на кассету в цифровой форме с компрессией 1:5. Такая запись близка по качеству профессиональному формату BetaCam SP. Интерфейс IEEE-1394 позволяет сохранить профессиональное качество сжатого видео при его передаче из DV-камеры на компьютер. Отредактированный на компьютере DV-сигнал не теряет качества, поэтому можно производить многократные перезаписи без заметного ухудшения изображения. Потерь нет, потому что DV-сигнал не подвергается кодированию-декодированию, вносящему шумовые составляющие. Таким образом, для выполнения видеомонтажа с профессиональным качеством достаточно иметь видеокамеру DV-формата с интерфейсом IEEE-1394 и компьютер с платой ввода-вывода.

Платы DV-ввода сохраняют DV-данные на жестком диске в неизменном виде, дописывая заголовки AVI-файлов для Windows. Поэтому можно применять программы для нелинейного монтажа, работающие с AVI-файлами, такие как Adobe Premiere.

Примером может служить популярная плата miroVideo DV-300, которая представляет собой устройство для ввода в компьютер видеосигнала с камер формата DV в цифровом представлении посредством интерфейса IEEE-1394. Для последующего вывода отредактированного материала в аналоговом виде потребуются также платы miroVIDEO DC30 (или plus) и miroVIDEO DC50. DV-300 позволяет вводить DV-сигнал в компьютер, сохранять его на жестком диске и редактировать с помощью прилагаемого к плате пакета для нелинейного монтажа Adobe Premiere LE (облегченная версия).

Технические характеристики такой платы:

1. Выключите ПК. Отсоедините его от сети питания и снимите с корпуса крышку. Чтобы снизить возможность разрушений компонентов от статических зарядов, воспользуйтесь антистатическим браслетом. Найдите свободный разъем и удалите соответствующую ему металлическую заглушку на корпусе. Аккуратно вставьте плату IEEE-1394 в разъем, введите ее до упора и закрепите винтом – рис. 1.9.

Рис. 1.9. Контроллер IEEE-1394 на чипе VIA VT6306 с тремя портами FireWire

2. Подсоедините ПК к сети питания и включите его. ОС Windows должна обнаружить новую плату и запустить мастер установки нового оборудования (Add New Hardware Wizard). При установке драйвера нового устройства операционная система затребует инсталляционный компакт-диск с ОС Windows (дистрибутив).

3. После установки драйвера контроллера удостоверьтесь в том, что он не «конфликтует» со звуковой платой или графическим адаптером. В компьютере два разных устройства не должны находиться на одном и том же прерывании (IRQ).

4. Кабелем, полученным вместе с платой, подключите видеокамеру к плате IEEE-1394. Теперь можно перекачивать видео из камкодера на винчестер.

Если вам приходится оцифровывать аналоговый сигнал, то может понадобиться плата захвата такого видеосигнала, основное назначение которой – преобразование аналогового видеосигнала с выхода камеры в цифровой поток, сохраняемый затем в виде файла на жестком диске компьютера. Большинство таких плат выполняют и обратную операцию – преобразование содержимого дискового файла в аналоговый видеосигнал и вывод его на видеомагнитофон или монитор. Более продвинутые платы одновременно с видеосигналом обрабатывают (оцифровывают) и звуковой ряд. То есть фактически плата видеозахвата работает как АЦП и ЦАП одновременно.

НОВЫЙ ТЕРМИН

Плата видеозахвата – важная часть системы видеоредактирования. Она определяет уровень допустимых потерь качества видео при преобразовании его из аналоговой формы в цифровую, сжатии, преобразовании видеоданных в формат, пригодный для редактирования.

Видеосигнал в формате PAL представляет собой 576 строк, каждая из которых состоит из 720 точек. Кадры меняются с частотой 25 кадров/с. Следовательно, для того, чтобы при оцифровке качество изображения не пострадало, плата видеозахвата должна уметь работать в режиме 720 х 576 на 25 кадров/с. Исходя из этого и следует подбирать себе оборудование.

ВНИМАНИЕ

При установке платы видеозахвата в приобретенный ранее компьютер возможны проблемы совместимости ее с имеющейся видеокартой. Например, платы miroVIDEO серии DC не работают с видеокартами Permedia.

Платы видеозахвата бывают аналоговые, цифровые и совмещенные (аналого-цифровые платы, как miroVIDEO DV500). Примерами аналоговых плат могут служить платы ASUS V3400 TV, miroVIDEO DC10, ATI TV, ATI All-in-Wonder Pro и Matrox Marvel G200, miroVIDEO DC30, DC30plus.

Отметим, что конкретную плату видеозахвата следует покупать исходя из поставленных задач и финансовых возможностей.

Пример 1.2. Универсальная плата видеозахвата Pinnacle Studio Movie Box DV Version 9

Плату ввода-вывода видеоизображения (видеомонтажную плату или плату видеозахвата) предпочтительно покупать стандартную. Стандартом в России стали видеомонтажные платы компании Pinnacle. Для цифрового камкодера неплохое решение – универсальная плата Pinnacle Studio MovieBox DV Version 9 – устройство с интерфейсом IEEE-1394 для передачи цифровых и аналоговых видеоданных в ваш компьютер.

Комплект содержит аппаратное и программное обеспечение, позволяющее импортировать любое видео (телевизионные каналы, VHS-ленты, DVD, домашнее видео с аналоговых и цифровых видеокамер) и редактировать его с помощью программы Pinnacle Studio 9. Размещайте и храните ваши фильмы в любом формате (VHS-и DV-ленты, CD и DVD) с помощью Pinnacle Studio MovieBox DV – рис. 1.10. Как только вы отредактировали свое видео, программа Pinnacle Studio 9 предоставит возможность записать его на оптические диски (CD или DVD). Однако вы можете использовать MovieBox DV и для экспорта своих фильмов на VHS и S-VHS для большей совместимости и удобства. Наконец, вы можете архивировать домашние фильмы на miniDV-лентах. При редактировании фильма с помощью Pinnacle Studio 9 вы можете просмотреть финальный результат на своем телевизоре перед экспортом фильма на записываемый носитель. Просто соедините MovieBox DV с телевизором, чтобы увидеть, как будет выглядеть окончательный вариант вашего фильма.

Рис. 1.10. Вид устройства видеозахвата Pinnacle Studio MovieBox DV

Pinnacle Studio MovieBox DV версии 9 вполне подходит для создания домашнего видео на РС, вне зависимости от типа камеры. В комлект входит устройство MovieBox DV (подключается к IEEE-1394-порту вашего компьютера) и полная версия лицензионного видеоредактора Pinnacle Studio 9. Плата Pinnacle Studio MovieBox DV позволяет осуществлять захват и редактирование аналогового и цифрового видео, добавлять титры и музыку, накладывать голос и эффекты, выводить видеофайлы на ленту, записывать на DVD, подготавливать видео для сети Интернет. Технические данные:

Редактирование

• Захват и редактирование широкоэкранного (16:9) или стандартного (4:3) видео

• Захват и редактирование с DV-, MicroMV– или Digital 8– цифровых видеокамер

• Захват и редактирование с 8mm-, VHS-, S-VHS-, VHS-C– или S-VHS-C-аналоговых видеокамер

• Захват и редактирование MPEG-видео DVD-качества с цифровых видеокамер

• Импорт и редактирование файлов MPEG-1 и MPEG-2

• Предварительный просмотр результата в реальном времени

Эффекты и переходы

• Более 100 переходов, включая 3D-переходы Hollywood FX

• Pinnacle TitleDeko для создания профессиональных титров, включая тени и неоновое свечение

• Эффекты замедления-ускорения

• Специальные видеоэффекты и коррекция изображения

• Стабилизатор изображения

• Автоматическая цветокоррекция

• Уменьшение шума аналогового видео

• Поддержка Plug Ins

• Эффекты fade infade out

Звук

• Импорт МР3-файлов или вставка непосредственно с CD для создания фоновой музыки

• Запись голоса за кадром синхронно с происходящими на экране действиями

• Функции удаления шума

Стерео– и Surround-панорамирование

Графический эквалайзер

Возможности публикации

• На видеоленте, DVD, CD и в Интернете

• Создание CD или DVD для воспроизведения на DVD-плеерах

• Вывод в широкоэкранном (16:9) или стандартном (4:3) видеоформате

• Вывод в формате Windows Media 9

Минимальные системные требования

• Intel Pentium или AMD Athlon 800 МГц и выше (рекомендуется 1,5 ГГц или выше)

• Оперативная память 256 Мбайт (рекомендуется 512 Мбайт)

• Windows 98SE, Millennium, 2000, XP (рекомендуется Windows XP)

• DirectX 9 (или выше) – совместимый графический адаптер (рекомендуется ATI Radeon or Nvidia Geforce 2 или выше)

• DirectX 9-совместимая звуковая карта

• 500 Мбайт дискового пространства для инсталляции

Дополнительно

• CD-RW-привод для создания Video CD или SuperVideo CD

• DVD-RW– или DVD+RW-привод для создания DVD

• ProLogic-совместимая аудиосистема (рекомендуется Creative Labs Audigy)

• 16:9-совместимая видеокамера для захвата видео в формате 16:9

Импорт

• Видео: MPEG-1, MPEG-2, AVI

• Аудио: WAV, MP3

• Графика: BMP, JPG, PCT, TGA, TIF, WMF

Аппаратная спецификация

• Внешний блок MovieBox DV

• Два IEEE-1394 (FireWire/iLink) 6-ти контактных разъема

• Аналоговые видеовходы: 1 композит видео (RCA), 1 S-Video (mini DIN)

• Аналоговые видеовыходы: 1 композит видео (RCA), 1 S-Video (mini DIN)

• Аудиовход стерео 2 х RCA

• Разъем для подключения блока питания

Захват и вывод видео

• Частота кадров: до 25 кадров/с, 50 полей/с

• Разрешение: 720 х 576

• Компрессия: DV 25 Mбит/с

• Управление DV-устройствами

Комплект поставки Pinnacle Studio MovieBox DV

• внешний блок MovieBox DV

• кабель 4 х 6 IEEE-1394

• кабель 6 х 6 IEEE-1394

• блок питания DC 110/230 В 50/60 Гц 3,3 В/3.0 А

• кабель питания

• полная версия Pinnacle Studio 9

• руководство пользователя Pinnacle Studio 9

• руководство пользователя устройства MovieBox DV