Общие сведения о цифровом видео
Первый урок посвящен знакомству с принципами компьютерного видеомонтажа и графики и адресован, в первую очередь, новичкам в области цифрового видео. В нем в сжатой форме объясняются принципы хранения и обработки видео – и звукозаписей на компьютере, описываются основные параметры видеофайлов (размер, частота кадров и т. п.).
Чего мы хотим:
- понять основные принципы хранения и обработки цифрового видео и звука;
- изучить наиболее важные свойства медиа-файлов.
Уже довольно давно персональные компьютеры используются в качестве средства воспроизведения и редактирования цифрового видео. Технология, позволяющая отображать на экране монитора видео и воспроизводить с помощью акустических систем звук, получила название мультимедиа. С точки зрения хранения мультимедийной информации на компьютере (вообще говоря, любые данные представляются на нем в виде файлов определенного типа), можно выделить несколько основных типов файлов:
- audio (звуковые, или аудио) – только звук, который проигрывается через акустическую систему (например, файлы с расширениями wav, mp3, aiff и т. п.);
- video (анимационные, или видео) – видео может быть беззвучным, а может и звуковым, т. е. сопровождаться синхронным звуком (файлы с расширением avi, mov и т. п.);
- image (рисунки, или статические изображения) – обычные картинки (несколько условный тип, однако нам будет удобно говорить о нем в книге как о полноценной разновидности мультимедиа). Это файлы с расширениями gif, jpeg, tiff, bmp и т. п.);
Общее название перечисленных типов файлов – это мультимедиа-, или просто медиа-файлы (рис. 1.1). Коротко остановимся на принципах хранения информации в медиа-файлах, начав с самого простого их типа – рисунков (статических изображений).
Статические изображения
Вероятно, сегодня практически каждый пользователь представляет себе основной принцип хранения и отображения графической информации на компьютере. Тем не менее, скажем об этом несколько слов, чтобы последующие сведения о цифровом видео (которое представляет собой сменяющую друг друга последовательность изображений) были для нас понятнее.
Разрешение
На первый взгляд, качественный рисунок, будучи отображенным на экране хорошего монитора, мало чем отличается от обычной фотографии. Однако на уровне представления изображения это отличие просто огромно. В то время, как фотографический снимок создается на молекулярном уровне (т. е. составляющие его элементы принципиально не различимы человеческим зрением независимо от увеличения), рисунки на экране монитора (и, подчеркнем, в памяти компьютера) формируются благодаря пикселам – элементарным составляющим изображения (чаще всего) прямоугольной формы. Каждый пиксел имеет свой определенный цвет, однако из-за их малого размера отдельные пикселы (почти или вовсе) неразличимы глазом, и у человека, рассматривающего картинку на экране монитора, их скопление создает иллюзию непрерывного изображения.
Примечание
Изображения на экранах компьютеров формируются при помощи пикселов квадратной формы. В отличие от компьютеров, во многих стандартах телевидения используются не квадратные, а прямоугольные пикселы. Параметром, характеризующим отношение размеров пикселов, выступает отношение их горизонтального и вертикального размеров, или пропорции пиксела (pixel aspect ratio).
Каждый пиксел (кстати, слово pixel образовано от первых двух букв английских слов picture element) представляет информацию о некоторой "средней" интенсивности и цвете соответствующей области изображения. Общее число пикселов, представляющих рисунок, определяет его разрешение. Чем больше пикселов создают изображение, тем естественнее оно воспринимается человеческим глазом, и тем, как говорят, выше его разрешение. Таким образом, пределом "качества" компьютерного рисунка является размер формирующих его пикселов. Более мелкие, чем пикселы, детали компьютерного рисунка совершенно теряются и, в принципе, невосстановимы. Если рассматривать такой рисунок в увеличительное стекло, то, по мере увеличения, мы увидим только расплывающееся скопление пикселов, а не мелкие детали, как это было бы в случае качественного фотоснимка.
Здесь стоит оговориться, что, во-первых, мы имеем в виду традиционную (аналоговую, а не цифровую) фотографию (т. к. принцип цифровой фотографии как раз тот же самый, что и обсуждаемый принцип формирования изображения из пикселов), а во-вторых, даже для нее, говоря о качестве изображения, всегда следует помнить о самой технологии фотографии. Ведь изображение на фотопленке появляется благодаря прохождению света через объектив фотокамеры, и его качество (в частности, четкость и различение мелких деталей) напрямую зависит от качества оптики. Поэтому, строго говоря, "бесконечная" четкость традиционного фотографического снимка, о которой мы говорили, является некоторым преувеличением.
Примечание
На самом деле, современные цифровые фотокамеры позволяют зафиксировать изображение, разрешение которого практически не уступает аналоговому (в том смысле, что сейчас возможно оцифровать такое количество пикселов, которое будет "перекрывать" границы разрешения самой оптики). Однако для предмета нашей книги этот факт не играет важной роли, т. к. в настоящее время цифровое видео в подавляющем большинстве случаев передается именно с невысоким разрешением (относительно малым общим числом пикселов), и принимать во внимание такой параметр, как разрешение, просто необходимо.
Итак, немного упрощая, чтобы представить рисунок в цифровом виде, необходимо покрыть его прямоугольной сеткой размера MxN (M точек по горизонтали и N по вертикали). Это сочетание чисел MxN (например, 320x240, 800x600 и т. д.) и называют разрешением (resolution) изображения, или размером кадра (frame size). Затем следует усреднить данные о структуре изображения в пределах каждого пиксела и записать соответствующую информацию о каждом из MxN пикселов изображения в графический файл. Для цветного изображения это будет информация о конкретном цвете каждого пиксела (о компьютерном представлении цвета написано чуть ниже в этом разделе), а для черно-белых изображений – это информация об интенсивности черного цвета. Чтобы объяснить некоторые важные параметры компьютерного представления изображений, остановимся далее чуть подробнее на их последнем типе – рисунках, выполненных в оттенках серого цвета (grayscale), т. е. в градации от белого до черного.