Краткое введение в цифровое видео

 

Пиксели


Пиксель (точка) представляет собой квадратный элемент компьютерного изображения. Компьютерная картинка состоит из сетки пикселей, размещенных в строках и колонках. Каждый пиксель имеет определенный цвет. Кодирование цвета в пикселе при выводе его на экран определяется текущим установленным цветовым форматом основной дисплейной карты компьютера (не путать с картой видеозахвата - она служит для оцифровки видео сигнала с камер).
Режимы дисплейной карты обыкновенно переключаются с помощью стандартных средств операционной системы. Кроме цвета, в режимах задается также разрешение экрана - то есть "размер" экрана в пикселях по X и Y координате (обыкновенно 640x480, 800x600, 1024x768,1280x1024).
Увеличенное изображение (видна сетка пикселей) и рядом – то же изображение в натуральном размере.

Формат цвета RGB (Red/Green/Blue) и режимы основной дисплейной карты


Формат RGB представляет цветовую точку как комбинацию трех цветов: красного, зеленого и синего.
Результирующий цвет варьируется в зависимости от процентного содержания каждой из составляющих.
Например,
красный - 0, зеленый- 255, синий - 0 : зеленый
красный - 255, зеленый- 0, синий - 255 : фиолетовый
красный - 0, зеленый- 0, синий - 255 : синий
красный - 255, зеленый- 255, синий - 255 : белый
красный - 0, зеленый- 0, синий - 0 : черный

В этом примере каждый цвет (R-G-B) содержится в байте (то есть может иметь цифровое содержание от 0 до 255).

Режим 24 bit (или 3 байта на пиксель) так называемый TrueColor, наиболее реалистичный режим -
он отображает 1 6581 375 цветов.

Режим 32 bit (или 4 байта на пиксель) функционально аналогичен 24 bit, но на современных компьютерах с
соответствующей дисплейной картой работает несколько быстрее.

Режим 16 bit (или 2 байта на пиксель), так называемый HiColor. Отображает 65536 цветов, что обеспечивает вполне реалистичное изображение. При графических операциях пиксель (точка) кодируется всего двумя байтами, что ускоряет обработку изображения. Этот режим обыкновенно является лучшим выбором для работы с несжатым видео.

Режим 8 bit (256 color). Отображает одновременно только 256 цветов, так называемый "палитровый режим".
Цвет пикселя кодируется в виде номера в таблице (палитре) из 256 элементов. Для каждого элемента в палитре храниться также его RGB -содержание. Дисплейная карта берет содержание пикселя
(номер цвета в палитре) и по номеру получает его RGB составляющие, которые и выводятся на
экран. Для видео с черно-белых камер (одноканальных) , возможно этот режим даст выигрыш в
скорости, но в остальных случаях не используется.
Меньшие режимы дисплейных карт (16 цветов и ниже прочие) не имеет смысла рассматривать из-за
низкого качества изображения.
Дисплеи компьютеров отображают цвет в RGB, так что изображения и видео других форматов
преобразуются в RGB перед выводом на экран.

Ошибки сжатия


Видео или статичные изображения чаще всего подвергаются сжатию с целью уменьшения их объема и увеличения скорости их передачи. В случае сжатия с потерями, которое дает наилучший результат,
качество изображения снижается. Иногда это выражается в "размывании" самых мелких деталей, иногда "оквадрачивании" элементов изображения или уменьшении цветов в изображении. При меньшем сжатии с потерями увеличивается скорость передачи видео, но снижается качество, при большем - наоборот


Кадры (frames) и скорость кадров (fps)


В цифровой форме видео состоит из серии кадров, или фреймов. Последовательно проигрывая серию кадров, возможно имитировать движение. Подобный принцип используется в кинематографии. Скорость проигрываемых кадров измеряется в fps (кадров в секунду). Чем больше fps устанавливается, тем более качественное видеоизображение получается, но и тем больше нагрузка на систему.


Стандарты аналоговых видеосистем (видеокамер) PAL и NTSC


Обыкновенно используются два стандарта - PAL (Западная Европа) и NTSC (США).
NTSC (National Television System Committee) - Разработана в США и принята для вещания в 1953 г.
Вещание по этой системе ведется кроме США также в Канаде, Японии, Южной Корее и ряде стран
американского континента.
Основной недостаток системы - возможность появления искажений в передаче цвета. Они вызывают
изменение цветового тона на экране телевизора в зависимости от яркости данного участка изображения.
Например, человеческие лица на экране окрашиваются в красноватый цвет в тенях и в зеленоватый - на освещенных участках. Для уменьшения этих искажений телевизоры NTSC оснащаются регуляторами цветового тона TINT CONTROL. Этот регулятор позволяет добиться более естественной окраски деталей с какой-то одной яркостью, однако искажения цветового тона более ярких или более темных участков изображения при этом даже возрастают.
Разрешения NTSC: четверть кадра (QF) - 320x240, полукадр (HF) - 640x240, полный кадр (FF) - 640x480
PAL (Phase Alternation Line) разработана фирмой Telefunken (ФРГ) в 1962-1966 г.г. Телевизионное
вещание по этой системе ведется, в большинстве стран Западной Европы, в Австралии и ряде стран Азии и Африки. По сути представляет собой усовершенствованный вариант системы NTSC. PAL использует метод добавления цвета к телевизионному сигналу черного и белого цвета. Создает на экране 625 строк с частотой 25 кадров в секунду. Система менее чувствительна к фазовым искажениям, чем NTSC, но в то же время в телеприемнике происходит усреднение сигналов цветности в двух соседних строках, что приводит к понижению вертикальной четкости цветовой составляющей.
Разрешения формата PAL: 384x288,768x288, 768x567
Режимы 768x567 для PAL и 640x480 для NTSC представляют собой телевизионный
стандарт разделенных по времени (20 мс) полукадров (чересстрочная развертка или interlaced).
Чересстрочное (Interlaced) видео В режимах 640x480 для NTSC и 768x567 для PAL кадр разделяется на два полукадра. Второй полукадр отсылается следом за первым и содержит то же изображение, смещенное построчно – то есть каждая строка второго полукадра располагается между строками первого. Из этих кадров впоследствии собирается целый кадр с вертикальным разрешением вдвое больше стандартного (электронный луч в первом проходе , работая с полукадром, рисует все нечетные строки, затем возвращается в начало и рисует все четные) - и за счет этого лучшего качества.
Этот режим применим только, если захватываемое изображение статично - то есть в камере нет быстрого движения, в противном случае появляются специфические искажения за того, что второй кадр"снимается" позже первого.

Искажения при быстром движении в режиме “чересстрочной развертки”.


Ключевые кадры и delta сжатие

Дельта сжатие представляет собой упаковку последовательности кадров (например, видео) следующим образом: Выбирается некий базовый кадр (допустим, первый). Он будет называться ключевым кадром. Следующий за ним кадр (второй) после дельта-сжатия будет содержать не полную информацию оригинального второго кадра, а только отличия второго кадра от первого. Следующий (третий) дельта-кадр будет содержать отличия третьего оригинального кадра от второго оригинального кадра и так далее. За третьим дельта-кадром будет находится еще, скажем, 7 дельта-кадров, и затем - следующий ключевой кадр. Зачем он нужен ? Если в силу технических причин передача видео будет кратковременно обрываться (ситуация помех) - то последовательность продолжится нормально со следующего ключевого кадра, иначе пришлось бы восстанавливать всю последовательность кадров с первого ключевого кадра.

             



 



      
 



      
 
      
 
      

на главную страницу


вы искали