Циклопедия скорбит по жертвам террористического акта в Крокус-Сити (Красногорск, МО)

Видео

Материал из Циклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Видео (от лат. video — смотрю, вижу) — это электронный носитель для записи, копирования, воспроизведения, трансляции и отображения движущихся визуальных носителей.[1] Видео впервые было разработано для механических телевизионных систем, которые были быстро заменены системами с электронно-лучевой трубкой (ЭЛТ), которые позже были заменены плоскими дисплеями нескольких типов.

Видеосистемы различаются по разрешению экрана, соотношению сторон, частоте обновления, цветовым возможностям и другим качествам. Существуют аналоговые и цифровые варианты, и их можно переносить на различных носителях, включая радиовещание, магнитную ленту, оптические диски, компьютерные файлы и потоковую передачу по сети.

История[править]

Аналоговое видео[править]

Видеотехнология впервые была разработана для механических телевизионных систем, которые были быстро заменены телевизионными системами с электронно-лучевой трубкой (ЭЛТ), но с тех пор было изобретено несколько новых технологий для устройств отображения видео. Видео изначально было исключительно живой технологией. Чарльз Гинзбург возглавлял исследовательскую группу Ampex, разрабатывающую один из первых практических видеомагнитофонов (VTR). В 1951 году первый видеомагнитофон регистрировал живые изображения с телекамер путем преобразования электрических импульсов камеры и записи информации на магнитную видеоленту.

В 1956 году видеомагнитофоны продавались за 50 000 долларов США, а видеокассеты стоили 300 долларов США за часовой ролик.[2] Однако с годами цены постепенно падали; в 1971 году Sony начала продавать на потребительском рынке деки и кассеты для видеомагнитофонов (VCR).[3]

Цифровое видео[править]

Использование цифровых технологий в видео создает цифровое видео. Первоначально оно не могло конкурировать с аналоговым видео из-за того, что раннее цифровое несжатое видео требовало непрактично высоких битрейтов. Практическое цифровое видео стало возможным благодаря кодированию с дискретным косинусным преобразованием (DCT)[4], процессу сжатия с потерями, разработанному в начале 1970-х годов.[5][6][7] Кодирование DCT было адаптировано для сжатия видео DCT с компенсацией движения в конце 1980-х годов, начиная с H.261[4], первого практического стандарта цифрового кодирования видео.[8]

Позднее цифровое видео стало иметь более высокое качество и, в конечном итоге, было намного дешевле, чем предыдущие аналоговые технологии. После изобретения DVD в 1997 году, а затем Blu-ray Disc в 2006 году продажи видеокассет и записывающего оборудования резко упали. Достижения компьютерных технологий позволяют даже недорогим персональным компьютерам и смартфонам захватывать, хранить, редактировать и передавать цифровое видео, дополнительно снижая стоимость производства видео, позволяя разработчикам программ и телевещательным компаниям перейти на безленточное производство. С появлением цифрового вещания и последующим переходом к цифровому телевидению аналоговое видео в большинстве частей мира понижается до статуса унаследованной технологии. Начиная с 2015 года, с ростом использования видеокамер высокого разрешения с улучшенным динамическим диапазоном и цветовой гаммой, а также цифровых промежуточных форматов данных с расширенным динамическим диапазоном и улучшенной глубиной цвета, современные технологии цифрового видео сходятся с технологией цифровой пленки.

Характеристики видеопотоков[править]

Количество кадров в секунду[править]

Частота кадров, количество неподвижных изображений на единицу времени видео, колеблется от шести или восьми кадров в секунду (кадр/с) для старых механических камер до 120 или более кадров в секунду для новых профессиональных камер. Стандарты PAL (Европа, Азия, Австралия и т. д.) и SECAM (Франция, Россия, части Африки и т. д.) указывают 25 кадров с, а стандарты NTSC (США, Канада, Япония и т. д.) определяют 29,97 кадров/с.[9] Фильм снимается с более низкой частотой кадров 24 кадра в секунду, что немного усложняет процесс преобразования кинематографического фильма в видео. Минимальная частота кадров для создания комфортной иллюзии движущегося изображения составляет около шестнадцати кадров в секунду.[10]

Чересстрочное или прогрессивное[править]

Видео может быть чересстрочным или прогрессивным. В системах с прогрессивной разверткой каждый период обновления последовательно обновляет все строки развертки в каждом кадре. При отображении вещательного или записанного сигнала с исходной прогрессивной разверткой результатом является оптимальное пространственное разрешение как неподвижных, так и движущихся частей изображения. Чередование было изобретено как способ уменьшить мерцание на ранних механических и ЭЛТ-дисплеях без увеличения количества полных кадров в секунду. Чередование сохраняет детали, но требует меньшей полосы пропускания по сравнению с прогрессивной разверткой.

В чересстрочном видео строки горизонтальной развертки каждого полного кадра обрабатываются так, как если бы они были пронумерованы последовательно, и фиксируются как два поля: нечетное поле (верхнее поле), состоящее из строк с нечетным номером, и четное поле (нижнее поле), состоящее из четных строк. Аналоговые устройства отображения воспроизводят каждый кадр, эффективно удваивая частоту кадров, что касается заметного общего мерцания. Когда устройство захвата изображения получает поля по одному, а не разделяет весь кадр после его захвата, частота кадров движения также эффективно удваивается, что приводит к более плавному и реалистичному воспроизведению быстро движущихся частей изображения при просмотре на ЭЛТ-дисплее с чересстрочной разверткой.

NTSC, PAL и SECAM — это чересстрочные форматы. Сокращенные спецификации разрешения видео часто включают an i to для обозначения чересстрочной развертки. Например, видеоформат PAL часто описывается как 576i50, где 576 указывает общее количество горизонтальных строк развертки, i означает чересстрочную развертку, а 50 указывает 50 полей (полукадров) в секунду.

При отображении сигнала с исходной чересстрочной разверткой на устройстве прогрессивной развертки общее пространственное разрешение ухудшается из-за простого удвоения строк — таких артефактов, как мерцание или эффекты «гребешка» в движущихся частях изображения, которые появляются, если их не устраняет специальная обработка сигнала. Процедура, известная как деинтерлейсинг, может оптимизировать отображение чересстрочного видеосигнала от аналогового, DVD или спутникового источника на устройстве с прогрессивной разверткой, таком как ЖК-телевизор, цифровой видеопроектор или плазменная панель. Однако деинтерлейсинг не может обеспечить качество видео, эквивалентное исходному материалу с прогрессивной разверткой.

Соотношение сторон[править]

Сравнение обычных кинематографических и традиционных телевизионных (зеленых) соотношений сторон

Соотношение сторон описывает пропорциональное соотношение между шириной и высотой видеоэкранов и элементов видеоизображения. Все популярные видеоформаты имеют прямоугольную форму, поэтому их можно описать соотношением ширины и высоты. Отношение ширины к высоте для традиционного телевизионного экрана составляет 4:3, или примерно 1,33:1. Телевизоры высокой четкости используют соотношение сторон 16:9 или около 1,78:1. Соотношение сторон полного кадра 35-мм пленки со звуковой дорожкой (также известное как коэффициент Академии) составляет 1,375:1.

Пиксели на компьютерных мониторах обычно квадратные, но пиксели, используемые в цифровом видео, часто имеют неквадратное соотношение сторон, например, используемые в вариантах PAL и NTSC стандарта цифрового видео CCIR 601 и соответствующих анаморфных широкоэкранных форматах. В растре 720 на 480 пикселей используются тонкие пиксели на дисплее с соотношением сторон 4:3 и толстые пиксели на дисплее 16:9.

Популярность просмотра видео на мобильных телефонах привела к росту вертикального видео. Мэри Микер, партнер венчурной компании из Кремниевой долины Kleiner Perkins Caufield & Byers, подчеркнула рост вертикального просмотра видео в своем отчете о тенденциях в Интернете за 2015 год — рост с 5 % просмотров видео в 2010 году до 29 % в 2015 году. Вертикальные видеорекламы, такие как Snapchat в целом смотрят в девять раз чаще, чем горизонтальную видеорекламу.[11]

Цветовая модель[править]

Цветовая модель представления цвета видео и сопоставляет закодированные значения цвета с видимыми цветами, воспроизводимыми системой. Обычно используется несколько таких представлений: обычно YIQ используется в телевидении NTSC, YUV используется в телевидении PAL, YDbDr используется в телевидении SECAM, а YCbCr используется для цифрового видео.

Количество различных цветов, которые может представлять пиксель, зависит от глубины цвета, выраженной в количестве бит на пиксель. Распространенный способ уменьшить объем данных, требуемых в цифровом видео, — это субдискретизация цветности (например, 4:4:4, 4:2:2 и т. д.). Поскольку человеческий глаз менее чувствителен к деталям в цвете, чем к яркости, данные яркости для всех пикселей сохраняются, в то время как данные цветности усредняются для количества пикселей в блоке, и то же значение используется для всех из них. Например, это приводит к уменьшению данных цветности на 50 % при использовании 2 блоков пикселей (4:2:2) или на 75 % при использовании блоков из 4 пикселей (4:2:0). Этот процесс не уменьшает количество возможных значений цвета, которые могут отображаться, но уменьшает количество отдельных точек, в которых цвет изменяется.

Качество видео[править]

Качество видео можно измерить с помощью формальных показателей, таких как пиковое отношение сигнал/шум (PSNR), или путем субъективной оценки качества видео с помощью наблюдения экспертов. Многие методы субъективного качества видео описаны в рекомендации ITU-T BT.500. Одним из стандартизованных методов является Шкала двойного раздражения (DSIS). В DSIS каждый эксперт просматривает эталонное видео без искажений, а за ним — исправленную версию того же видео. Затем эксперт оценивает искаженное видео по шкале от «ухудшения незаметны» до «ухудшения очень раздражают».

Форматы[править]

Каждый из уровней передачи и хранения видео предоставляет свой собственный набор форматов на выбор.

Для передачи есть физический разъем и сигнальный протокол. Данная физическая ссылка может нести определенные стандарты отображения, которые определяют конкретную частоту обновления, разрешение экрана и цветовое пространство.

Используются многие аналоговые и цифровые форматы записи, и цифровые видеоклипы также могут храниться в файловой системе компьютера в виде файлов, которые имеют свои собственные форматы. В дополнение к физическому формату, используемому устройством хранения данных или средой передачи, отправляемый поток единиц и нулей должен быть в определенном формате цифрового видеокодирования, количество которых доступно.

Транспортная среда[править]

Видео можно передавать или транспортировать различными способами, включая беспроводное наземное телевидение в виде аналогового или цифрового сигнала, коаксиальный кабель в замкнутой системе в качестве аналогового сигнала. В вещательных или студийных камерах используется система с одним или двумя коаксиальными кабелями с использованием последовательного цифрового интерфейса (SDI).

Видео может транспортироваться по сетям и другим совместно используемым каналам цифровой связи, используя, например, транспортный поток MPEG, SMPTE 2022 и SMPTE 2110.

Источники[править]

  1. Video – HiDef Audio and Video. Проверено 30 марта 2017.
  2. Elen, Richard TV Technology 10. Roll VTR.
  3. Vintage Umatic VCR – Sony VO-1600. The worlds first VCR. 1971. Проверено 21 февраля 2014.
  4. 4,0 4,1 Standard Codecs: Image Compression to Advanced Video Coding. — Institution of Engineering and Technology. — P. 1–2. — ISBN 9780852967102.
  5. Ahmed, Nasir (January 1991). «How I Came Up With the Discrete Cosine Transform». Digital Signal Processing 1 (1): 4–5. DOI:10.1016/1051-2004(91)90086-Z.
  6. Ahmed, Nasir; Natarajan, T. & Rao, K. R. (January 1974), "«Discrete Cosine Transform»", IEEE Transactions on Computers Т. C-23 (1): 90–93, DOI 10.1109/T-C.1974.223784 
  7. Rao, K. R. & Yip, P. (1990), «Discrete Cosine Transform: Algorithms, Advantages, Applications», Boston: Academic Press, ISBN 978-0-12-580203-1 
  8. The History of Video File Formats Infographic (22 April 2012). Проверено 5 августа 2019.
  9. What's the difference between 59.94fps and 60fps?. Проверено 12 июля 2017.
  10. Andrew B. Watson. Temporal Sensitivity.
  11. Constine, Josh. The Most Important Insights From Mary Meeker's 2015 Internet Trends Report, TechCrunch (май 2015 года).

Ссылки[править]