Видеоформаты, форматы видео, аналоговое видео, VHS

Стандарты и форматы видеозаписи

Существует два основных класса форматов записи видеоизображения: аналоговые и цифровые.

1. Аналоговое видео
Прежде чем говорить о передаче изображения техническими средствами, скажем пару слов о физиологии человека. Известно, что почти все цвета, воспринимаемые человеческим глазом, можно получить, смешивая в разных сочетаниях три основных — красный (Я), зеленый (6) и синий (В). В простейшем случае отраженный от объекта свет; проходя через красный, зеленый и синий светофильтры, попадает на светочувствительные элементы видеокамеры и генерирует сигналы, соответствующие этим цветам. Записывая эти сигналы на какой-нибудь носитель, например ленту. можно сформировать кадр изображения. Если большое количество кадров сохранять последовательно, то в результате получится фильм. Но оказывается, человеческий глаз устроен так, что именно в изображении, выполненном в зеленом цвете (С), он лучше всего воспринимает перепады яркости и различает мельчайшие детали. Поэтому был разработан стандарт телевизионного сигнала для более оптимального использования технических средств, где картинка стала передаваться с помощью яркостного сигнала (У), содержащего информацию обо всех трех цветах, и двух так называемых цветоразностных сигналах: (V — Р) и (V — В). Таким образом, яркость как бы привязывалась к зеленому цвету, что позволило сэкономить значительную часть полосы частот при записи и передаче изображения.
Аналоговые форматы для видеосъемки исторически разрабатывались на основе телевизионного стандарта. Аналоговый видеосигнал в телевидении содержит 625 (525) (720-576) строк в кадре при соотношении размеров кадра 4x3. Этот сигнал является составным (композитным) и образуется в результате сложения яркостного сигнала и двух модулированных цветоразностных сигналов. Последние два называют сигналом цветности. Этой информации будет вполне достаточно, чтобы продолжить разговор об основных аналоговых стандартах видеозаписи.

SECAM, PAL, NTSC…

Наверное, никому не нужно объяснять, какое место в нашей жизни занимает телевидение. Новости, развлекательные и учебные программы, репортажи из горячих мест, фильмы, сериалы, детские передачи, реклама, наконец… Но как известно, к хорошему привыкаешь быстро, а представить мир без телепрограмм (эфирных, кабельных, спутниковых или видеозаписей) и даже телевизионных игровых приставок уже просто невозможно. Производитель (вещатель) заботится о содержании программ, зритель потребляет — казалось бы, что еще надо… Но если вещатель думает о том, кому передавать, а зрителю — что передают, то есть еще и третий «участник» ТВ-общения — телевизор, которому важно, как передают.
Вспоминают об этом чаще всего тогда, когда в руки попадает кассета с записью в стандарте, который ваш питомец в упор не хочет видеть, точнее, показывать, а если и показывает, то в черно-белом виде. Вот тогда на свет и всплывают словечки ПАЛ, СЕКАМ и НТСЦ.
До недавнего времени (примерно, конец 80-х) рядовой неподготовленный телезритель совершенно не подозревал о существовании великого многообразия систем телевещания, а терминами (аббревиатурами) NTSC, PAL или SECAM пользовались исключительно профессионалы-телевизионщики. О единственной в Советском Союзе системе SECAM тоже знали только специалисты да радиолюбители.
Но с массовым появлением на нашем рынке (конец 80-х — начало 90-х) импортных видеомагнитофонов, а позже и видеокамер, ребром встал вопрос о совместимости импортного оборудования (работающего, как правило, в стандарте PAL, реже в NTSC) с отечественными SECAM-телеприемниками. В те годы спрос на видеомагнитофоны породил целую подпольную индустрию по производству и распространению PAL-декодеров. Число 4510 (название микросхемы PAL-декодера пр-ва Philips) знают и помнят все радиолюбители, так или иначе приложившие руку к «оПАЛиванию» нашей страны. А к середине 90-х даже школьник знал «кто такой SECAM», и многие, наверное, помнят КВН’овскую фразу «Как низко PAL SECAM…»

Появление каждой новой системы цветности в мире сопровождалось шутливыми комментариями «общественности». Приведем наиболее
известные, касающиеся расшифровки аббревиатур-названий систем:
NTSC — Never Twice the Same Colour (никогда дважды один и тот же цвет);
SECAM — System Essentially Contrary to the American Method (система, противоположная по сути американскому методу)
PAL — Picture At Last (наконец-то картинка), Pay for Added Luxury (плати за дополнительную роскошь).

Электронный луч движется по горизонтальным строкам слева направо и сверху вниз. Количество строк на экране определяет вертикальное разрешение кинескопа. Когда луч достигает конца строки, он гасится и возвращается в начало. Затем процесс повторяется. Так формируется кадр изображения.

Чересстрочная развертка
В ТВ изображение формируется сканированием сначала нечетных (1, 3, 5 и т.д.) строк, а потом четных (2, 4, 6 и т.д.) строк. Одно сканирование формирует полукадр. В 50-герцовых телевизорах оно занимает 1/50 секунды, соответственно полный кадр формируется за 1/25 секунды, т.е. каждую секунду на экране формируется 25 полных кадров (для систем PAL, SECAM). Этого достаточно, чтобы движения на экране воспринимались как плавные. Частота строк равна 25і625=15.625 Гц. При этом мерцания изображения менее заметны, чем при построчной развертке, зато заметны краевые сдвиги строк на быстрых движениях.

В сегодняшней статье мы попытаемся приоткрыть занавес и познакомить читателя со всем многообразием систем и стандартов телевизионного вещания. Но перед тем, как приступить к изложению сути, достоинств и недостатков каждой из систем, напомним основные принципы, лежащие в основе формирования телевизионного изображения вообще и цветного в частности. (Здесь есть смысл уточнить, что подразумевается под стандартом, а что — под системой. Под стандартом подразумевается набор технических характеристик видеосигнала: частота кадров, частота строк, частотный диапазон вещания (МВ, ДМВ), частота поднесущей звука, частота поднесущей цвета (4,43 или 3,58 — только для NTSC). Система же цветности определяет только способ кодирования цветовой информации — это и есть PAL, SECAM, NTSC)
Начать, пожалуй, стоило бы с кинематографа, который во многом наложил свой отпечаток на развитие телевидения. Принцип работы кинопроекции заключается в последовательной смене кадров изображения на кинопленке и основан на инерционности человеческого зрения, не замечающего на экране смену неподвижных изображений с определенной частотой (24 кадра в секунду и выше) и воспринимающего этот дискретный процесс как плавный. Такой же подход использован в телевидении — на экране сменяют друг друга неподвижные кадры изображения с частотой, «обманывающей» глаз телезрителя, заставляющей верить, что все движения на экране непрерывны. Но вот дальше начинаются расхождения. Если в кино каждый кадр формируется за один раз, целиком, то в телевидении используется строчное сканирование — каждый кадр разбивается на последовательные горизонтальные строки, из которых на экране ТВ-приемника складывается изображение. В отличие от киноэкрана, на который проецируется изображение извне, экран ТВ-приемника воспроизводит изображение «изнутри».

Формат VHS
Формат VHS был разработан фирмой JVS в 1976 г. и представляет собой всем известный бытовой формат, используемый в обычных видеомагнитофонах. Запись осуществляется на кассету с пленкой шириной 12,6 мм. Для простоты декодирования объем информации в сигнале \/Н8 ограничен. Это ведет к снижению по сравнению с обычным телесигналом числа строк в кадре до 240 и, естественно, к уменьшению четкости изображения. Монтировать же такой материал неудобно, для этого требуется дополнительная аппаратура. Кроме того, при монтаже и перезаписи фильма на другой носитель теряется качество. Камеры формата VHS довольно громоздки.
Формат Video 8
Формат разработан фирмой Sony. С точки зрения способа кодирования изображения этот формат идентичен формату VHS — тот же способ обработки единого композитного сигнала, те же 240 строк в кадре, только пишутся видеоматериалы здесь на маленькую кассету с шириной пленки 8 мм. Поэтому камеры формата Video 8 значительно компактней, чем модели УНЗ. В свое время на рынок такие устройства продвигались под маркой Sony Handycam, С бытовым видеомагнитофоном восьмимиллиметровые кассеты, к сожалению, не совместимы, поэтому вам придется или смотреть отснятые фильмы прямо с камеры. предварительно подключив ее к телевизору, или переписать.

Формат S VHS
В отличие от VHS в формате S VHS параметры яркости и цветности передаются двумя разными сигналами, что приводит к уменьшению потерь качества при перезаписи и повышению разрешающей способности до 400 строк в кадре. При этом изображение получается более четким. Запись ведется на кассету, очень похожую на кассету VHS, но отснятый материал просмотреть на бытовом видео-магнитофоне невозможно — необходима перезапись. Более высокая четкость картинки позволяет монтировать и копировать видеоматериалы без тех катастрофических потерь качества, которые присущи формату VHS. К тому же на видеокассетах S VHS запись сохраняется дольше.
Формат HI-8
Если VIDEO 8 является «уменьшенным» вариантом VHS, то формат HI-8 — это «маленький» SVHS. Его автором также является SONY. Два раздельных сигнала цветности и яркости и 400 строк в кадре обеспечивают повышенную по сравнению с VHS и \/1с1ео 8 четкость изображения. Наверное, из аналоговых бытовых видеокамер устройства формата HI-8 являются наиболее удобными и качественными аппаратами. Необходимость перезаписи материала при монтаже и кодировании компенсируется малыми габаритами камеры и довольно высоким качеством изображения.
Формат BETACAM
Только при переходе к сигналу, в котором все три составляющих — яркостных и два цветоразностных — передаются раздельно. можно достичь наиболее высокого качества аналогового видео. Такой сигнал используется в профессиональной аппаратуре формата BETACAM, разработанном уже не раз упоминаемой нами фирмой SONY, и позволяет получить разрешение до 650 строк в кадре. Формат до сих пор в ходу у профессионалов. Это своеобразный high end мира видео. И хотя под напором цифровых технологий BETACAM потеснился, но окончательно свои позиции не сдал, Есть условия съемки, где на аналоговую камеру BETACAM снимать предпочтительнее, чем на цифровую. Качество картинки при этом оценивается экспертами как эталонное. Но чтобы сохранить это эталонное качество при монтаже, необходима профессиональная, очень дорогая монтажная аппаратура. К тому же камеры BETACAM, как правило, обладают приличными размерами и весом.

2. Цифровые форматы
В цифровых форматах записи видеоизображения на магнитную ленту аналоговые сигналы, поступающие со светочувствительных элементов (ПЗС-матриц). проходят через специальные устройства, называемые аналого-цифровыми преобразователями, и превращаются в поток данных. где информация о параметрах изображения хранится и передается в виде цифровых кодов. Причем хранить и передавать эту информацию стало возможно в сжа-том виде. Системы правил, по которым изображение кодируется, хранится на носителе, а потом декодируется при воспроизведении, и называются цифровыми форматами видеозаписи.
Формат Digital Betacam
Это цифровой Betacam. Яркостный и два цветоразностных сигнала в этом формате оцифровываются раздельно. Так же. как и аналоговый Betacam. это сугубо профессиональный формат, используемый телевизионщиками. Камеры Digital Betacam очень дороги и доступны только для профессионалов.
Формат DV
В 1993 г, компании Sony, Matsushita (Panasonic), JVS, HITACHI, MITSUBISHI, TOSHIBA, SANYO, SHARP, PHILIPS и другие создали консорциум DIGITAL VIDEO CASSETTE («Цифровая видеокассета») или DVC. Позже аббревиатура названия сократилась до DV. Совместными усилиями эти фирмы разработали бытовой цифровой стандарт видеозаписи на ленту шириной 6,35 мм (четверть дюйма). Этот формат обеспечивает разрешение 500 строк. Оцифровка при записи осуществляется с разрешением 720x576 (каждый кадр содержит 720x576 значений яркости и по 360x288 значений цветоразностных сигналов). Видеоизображение и звук в формате DV пишутся раздельно. Это дает возможность добавлять звуковое сопровождение после завершения записи или редактирования видео, а также перезаписывать звук. Формат DV обеспечивает высочайшее качество фото- и видеосъемок и позволяет сохранять все данные в цифровом виде на кассете, карте памяти или на жестком диске компьютера.
Формат MiniDV
Сохраняя все характеристики DV, MiniDV значительно компактнее за счет того, что в данном формате используются кассеты меньших размеров. при этом ширина пленки в кассете осталась прежней. В руках такие камеры смотрятся немного несерьезно, но это обманчивое впечатление. Большинство из них обладают блестящими возможностями. Разрешение картинки великолепное. Монтаж отснятого материала может осуществляться на персональном компьютере, что очень удобно. При перезаписи и монтаже качество материала нисколько не ухудшается, Фильмы в цифровом виде могут храниться сколь угодно долго. При этом на одну кассету можно поместить 14,7 Гб информации. Это в двадцать раз больше, чем на CD! Различное качество и цена продающихся сегодня на рынке цифровых камер зависит уже не столько от формата, сколько от совсем других параметров, таких, как наличие и возможность ручных настроек, спецэффектов, количество и размер ПЗС-матриц и т. д. Наличие стабилизатора изображения для легких компактных камер является очень важным требованием, ведь с практически невесомой моделью в руке мы обладаем несравнимо большей свободой маневра, чем, например, с увесистой VHS камерой на плече, а значит, больше подвергаем риску получаемый видеоматериал. Все варианты камер формата DV и MiniDV записывают стереозвук, причем с качеством DV. Единственным недостатком аппаратов формата MiniDV является их высокая цена.
Камеры формата MiniDV обладают блестящими возможностями и очень небольшими размерами.
Формат DIGITAL 8
Это тот же самый формат DV, только запись происходит на кассету с пленкой 8 мм.
Формат DVCAM И DVCPRO
Это форматы профессиональных цифровых видеокамер. Любительских аппаратов, работающих в этих форматах. нет. По принципам обработки сигнала данный формат не отличается от DV но он адаптирован под нужды профессионального теле производства: изменена скорость пленки и ее тип; на пленке используется другое расположение дорожек, есть и иные, не принципиальные отличия. Камеры форматов DVCAM И DVCPRO имеют прекрасную оптику. звук и все мыслимые и немыслимые настройки. Цена, впрочем, соответствующая.
Как мы уже говорили, история форматов видеозаписи берет свое начало в алгоритмах передачи телевизионного сигнала. Но кроме форматов записи на пленку, существуют форматы сжатия. Причиной рождения последних стал компьютер.
ормат MPEG
MPG (Moving Pictures Experts Group) - Видеофайл, в котором содержится видео, закодированные:

· Mpeg1 - стандарт разработан в 1992 году с учетом возможностей 2-х скоростных CD-ROM и 486 компьютеров.

· Mpeg2 - стандарт принят в 1994 году. Первично разрабатывался для цифровой передачи видео вещательного качества. Используется в DVD, цифровом TV и HDTV.

· Mpeg3 - для телевидения высокой чёткости (HDTV), но позже стал частью стандарта Mpeg2 и отдельно теперь не упоминается.

· Mpeg4 (распространено краткое написание MP4) - стандарт рассчитан на очень низкие потоки данных для применения в видеотелефонах, мультимедийной электронной почте, электронных информационных изданиях и т.п.

AVI (Audio-Video Interleaved) разработан Microsoft для хранения и воспроизведения видеороликов, представляет собой контейнер, в котором может быть что угодно, начиная от MPEG1 и заканчивая MPEG4. Он может содержать в себе потоки 4 типов - Video, Audio, MIDI, Text. Причем видеопоток может быть только один, тогда как аудио - несколько. В частности, AVI может содержать и только один поток - либо видео, либо аудио. Сам формат AVI не накладывает совершенно никаких ограничений на тип используемого кодека, ни для видео, ни для аудио - они могут быть любыми. Таким образом, в AVI файлах могут совершенно спокойно сочетаться любые видео- и аудиокодеки.

MOV - Формат Apple Quicktime, может содержать любой кодек, CBR или VBR. Обычно у них расширение.QT или.MOV. Заметьте, что поскольку MPEG4 Group выбрала QuickTime в качестве рекомендованного формата для MPEG4, их MOV файлы идут с расширением.MPG или.MP4 (Интересно, что видео и аудио потоки в этих файлах - настоящие MPG и AAC файлы. Вы даже можете извлечь их, используя опции -dumpvideo и -dumpaudio.).

RealVideo формат, созданный компанией RealNetworks. RealVideo используется для живой телевизионной трансляции в Интернете. Например, телекомпания CNN одной из первых стала вещать в Сети. Обладает небольшим размером файла и самым низким качеством, зато вы, не особенно загружая свой канал связи, сможете посмотреть последний выпуск теленовостей на сайте выбранной вами телекомпании. Расширения RM, RA, RAM.

ASF (Active Streaming Format) - потоковый формат от Microsoft.
Они разработали два варианта ASF, v1.0 и v2.0. v1.0 используется их медиа средствами (Windows Media Player и Windows Media Encoder) и сильно засекречены. v2.0 опубликована и запатентована. Конечно они различаются, совсем нет никакой совместимости (это просто другая правовая игра). MPlayer поддерживает только v1.0, поскольку никто никогда не видел v2.0 файлов. Заметьте, что ASF файлы теперь появляются с расширениями.WMA или.WMV.

WMV (Windows Media Video) - Видеофайл, записанный в формате Windows Media.

DivX (Digital video express) - кодек стандарта Mpeg4. С Версии 5 стал платным (для кодирования).

Xvid (ранее XviD) - библиотека сжатия видео стандарта Mpeg4.
Xvid является основным конкурентом кодека DivX Pro (Xvid это DivX наоборот). В противоположность кодеку DivX - проприетарному программному обеспечению, разработанному компанией DivX, Inc., Xvid это свободная программа, распространяемая под лицензией GNU General Public License.

MP4 - это короткое написание стандарта Mpeg4, рассчитан на очень низкие потоки данных для применения в видеотелефонах, мультимедийной электронной почте, электронных информационных изданиях и т.п.

*.3gp (сокращение от англ. 3 rd g eneration (mobile) p hone - (мобильные) телефоны третьего поколения);
видеофайлы для мобильных телефонов 3-го поколения. Некоторые современные мобильные телефоны (не обязательно 3G) имеют функции записи и просмотра аудио и видео в формате.3GP.
Этот формат - упрощённая версия ISO 14496-1 Media Format, который похож на MOV, используемый QuickTime.
3gp сохраняет видео как Mpeg4 или H.263. Аудио сохраняется в форматах AMR-NB или AAC-LC.
Готовые видео ролики в формате 3gp имеют малый размер по сравнению с другими форматами видео, но к сожалению это сильно отражается на качестве (оно очень низкое).

FLV (Flash Video) - формат файлов, используемый для передачи видео через Интернет. Используется такими сервисами, как YouTube, Google Video, RuTube, Tube.BY, Муви, Obivu и другими. Хотя описание формата контейнера было открыто, кодеки защищены патентами, и остаются собственническими.
Файлы в формате FLV можно просматривать в большинстве операционных систем, поскольку он использует широко распространённый Adobe Flash и плагины к большинству браузеров, а также поддерживается многими программами для воспроизведения видео, например, MPlayer, VLC media player, Media Player Classic) и другими программами, работающими с помощью DirectShow. Mpeg7 - это не логическое продолжение Mpeg4, просто разработка той же группы MPEG (Moving Picture Experts Group) для Интернета. Здесь вводится специализированный язык DDL (Description Definition Language - язык описания определений).
Основная цель применения нового стандарта - эффективный поиск мультимедийной информации аналогично тому, как сейчас мы осуществляем поиск текстов по ключевым словам или фразе.

Дата добавления: 2015-07-08