Современные видеоформаты
УРАЛЬСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ФАКУЛЬТЕТ МЕТАЛЛУРГИИ
КАФЕДРА ТЕПЛОФИЗИКИ
И ИНФОРМАТИКИ
«Современные видеоформаты»
Реферат по «Введению в информатику» студента
1-го курса
очной формы обучения
Руководитель:
Перминов А.И.
Екатеринбург
2010
Содержание.
- Введение.
- Основные характеристики:
- Качество изображения
- Эксплуатационные возможности
- Плотность записи, стоимость одной минуты записи
- Затраты на приобретение и эксплуатацию техники
- Количество кадров в секунду
- Развертка
- Разрешение
- Соотношение сторон экрана
- Количество цветов и цветовое разрешение
- Ширина видеопотока (для цифрового видео)
- Стереоскопическое видео
- Аналоговый и Цифровой сигналы.
- Стандарты воспроизведения видео.
- NTSC
- PAL
- SECAM
- DVB
- ATSC
- ISDB
- Форматы цифровых оптических дисковых носителей.
- DVD
- Blu-rayDisc
- Video CD
- EVD
- HD DVD
- CD-i
- Цифровые форматы видеокассет.
- DigitalBetacam
- D-VHS
- DV
- Форматы цифрового кодирования и сжатия.
- MJPG
- MPEG-1
- MPEG-2
- MPEG-4
- H.261
- H.263
- H.264, MPEG-4 Part 10 или AVC
- MiniDV
- RealMedia
- Расширение компьютерных видеофайлов.
- 3gp
- FLV-файл
- AdobeFlash
- WindowsMediaVideo
- Mkv
- Заключение.
- Основные термины.
- Список используемой литературы.
Введение.
В 1895 году в Париже братьями Люмьер был продемонстрирован один из первых документальных короткометражных фильмов : «Прибытие поезда на вокзал Ла-Сьота». В течение 1896—1897 годов публичные демонстрации короткометражных фильмов были произведены во всех мировых столицах. В России первые показы были организованы в апреле 1896 года. Сейчас кажется странным, говорить: «фильм» о черно-белом немом ролике. Ведь на витринах магазинов в изобилии представлены всевозможные «цветные» киноновинки, а интернет постоянно предлагает посмотреть очередное «сенсационное» видео. Разумеется, прогресс не стоит на месте и на сегодняшний день изобретено уже намного большее, чем кинескоп, но все-таки изначально видео отличалось от кинематографа только тем, что использовало для записи или воспроизведения любой другой носитель, кроме киноплёнки. Впрочем, всё большее распространение цифровых технологий при киносъёмке и цифровых кинопроекторов окончательно стирает грань между видео и кино.
Так что же представляет собой современное видео?
Ви́део (от лат. video — смотрю, вижу) — множество технологий записи, обработки, передачи, хранения и воспроизведения визуального или аудиовизуального материала, а также распространённое название для собственно видеоматериала, телесигнала или кинофильма, в том числе записанного на физическом носителе (видеокассете, видеодиске и т. п.).
Обычные телевизионные
видеоданные представляют собой
поток аналоговых сигналов. Компьютерная
обработка видеоинформации
При хранении оцифрованных данных в несжатом формате для показа 5-минутного ролика в указанном формате потребуется информационное пространство, превышающее 1,6 Гб. Естественно, что при работе с такими данными невозможно обойтись без сжатия, однако и в этом случае потребуется время, определенные вычислительные мощности на распаковку данных. Достичь оптимального сжатия можно путем совершенствования аппаратных , программных средств. Под аппаратными средствами подразумевают специальные видеопроцессоры, которые поддерживают высокоскоростную компрессию и декомпрессию данных, не загружая центральный процессор компьютера. Также возможно использование специализированных методов программного сжатия и распаковки предварительно сжатых видеоданных.
Аналоговый видеосигнал включает в себя несколько различных компонентов, объединенных в единое целое. Такой составной видеосигнал малопригоден для оцифровки. Предварительно его следует разделить на так называемые базовые компоненты. Обычно компоненты представляют собой три различных сигнала, соответствующие определенной модели представления цветового пространства. Если в статической графике используется RGB-цветовое представление, то в цифровом видео чаще используется модель YUV. Видеопоследовательности отображаются в виде серии кадров или фреймов, каждый из которых является графическим изображением и включает в себя определенное число пикселов. Такой видеофрейм может быть сжат с помощью одного из алгоритмов сжатия изображений.
1.Основные характеристики.
К основным характеристикам видео относят:
- Качество изображения
- Эксплуатационные возможности
- Плотность записи, стоимость одной минуты записи
- Затраты на приобретение и эксплуатацию техники
- Количество кадров в секунду
- Развертка
- Разрешение
- Соотношение сторон экрана
- Количество цветов и цветовое разрешение
- Ширина видеопотока (для цифрового видео)
- Стереоскопическое видео
Рассмотрим каждую в отдельности.
Качество изображения
Качество видео
(анг.Videoquality) — это характеристика
обработанного видео, как правило,
по сравнению с оригиналом. С момента
записи первой видео последовательности,
было разработано большое число
систем обработки видео. Различные
системы могут оказывать
Под качеством изображения обычно понимается разрешение, то есть количество воспроизводимых вертикальных линий. Это оценка, по существу, поверхностная, так как существует много других, не менее важных, заметных человеческому глазу параметров.
Качество видео измеряется с помощью формальных метрик, таких, как, например, PSNR, или с использованием субъективного сравнения с привлечением экспертов.
Объективное качество видео.
Объективные техники измерений — это математические модели, которые удачно моделируют результаты субъективной оценки качества, они основаны на критериях и метриках, что могут быть измерены объективно. Объективные методы классифицируются в соответствии с полезностью исходного видеосигнала, для которого обеспечивается высокое качество. Поэтому они классифицируются по трем категориям: полные референсные , сокращенные референсные и нереференсные методы.
Наиболее традиционным методом измерения качества системы обработки цифрового видео (таких как видеокодеки DivX, XviD) является измерение отношения сигнала к шуму между исходным сигналом и сигналом на выходе системы. PSNR — это одна из метрик объективного качества видео. Она может быть автоматически вычислена компьютерной программой. Но хороший PSNR не всегда гарантирует хорошее качество, из-за того что зрительная система человека обладает нелинейным поведением. Были разработаны и другие несколько более сложные и точные метрики, например VQM и SSIM.
Все рассмотренные ранее объективные методы требуют скорость очень маленькой, такие методы являются очень сложными и непрактичными для реализации в коммерческих приложениях. Поэтому, большинство исследований направлено на разработку новых методов объективной оценки качества, которые позволят предсказывать воспринимаемый уровень качества закодированного видео перед кодированием.
Метрика PSNR
Пиковое отношение
сигнала к шуму (англ. peaksignal-to-noiseratio)
обозначается аббревиатурой PSNR и является
инженерным термином, означающим соотношение
между максимумом возможного значения
сигнала и мощностью шума, искажающего
значения сигнала. Поскольку многие
сигналы имеют широкий
Существуют и другие метрики:
- MSAD - Значением данной метрики является усреднённая абсолютная разность значений цветовых компонент в соответствующих точках сравниваемых изображений. Используется, например, для отладки кодеков или фильтров.
- Delta - Значением данной метрики является усреднённая разность значений цветовых компонент в соответствующих точках сравниваемых изображений.
- Bluringmeasure - Данная метрика позволяет сравнить степень размытия двух изображений, относительно друг друга. Чем ближе её значение к 0, тем больше размыто изображение.
- Blockingmeasure - Метрика строилась так, чтобы ее значение было пропорционально визуальной степени "блочности". Например, в контрастных областях кадра границы блоков почти незаметны, а в однородных та же граница будет хорошо видна.
- SSIM Index - Основывается на замере трёх компонент (сходности по яркости, по контрасту и структурного сходства) и объединения их значений в итоговый результат.
- VQM наиболее приближена к оценке человеческим зрением, однако проводит анализ гораздо более широко и автоматизировано.
Субъективное качество видео.
Главной целью множества объективных метрик оценки качества является автоматическая оценка предполагаемого восприятия пользователями обработанного системой видео. Однако иногда, субъективное измерение качества видео является трудной задачей, так как требует опытных экспертов для его оценки. Субъективное качество видео измеряется по следующей методике:
- Выбираются видеопоследовательности для использования в тесте;
- Выбираются параметры системы измерения;
- Выбирается метод показа видео и подсчета результатов измерения;
- Приглашается необходимое число экспертов (обычно не меньше 15);
- Проводится сам тест;
- Подсчитывается средняя оценка на основе оценок экспертов.
Несколько методов
субъективной оценки описаны в рекомендациях
ITU-T BT.500. Один из широко используемых методов
оценки - это DSIS (англ. DoubleStimulusImpairmentScale)
Эксплуатационные возможности
В это понятие входит все, что касается работы устройства в системе, рабочие функции, удобство в эксплуатации, возможности интеграции, наличие интерфейсов и входов и выходов, те или иные особенности настроек и т.п.
Плотность записи, стоимость 1 минуты записи.
Это немаловажные
параметры для формата
Затраты на приобретение и эксплуатацию техники
Данная характеристика
учитывает стоимость
Количество кадров в секунду
Количество кадров
в секунду, или просто частота, - это
число неподвижных изображений,
сменяющих друг друга при показе
1 секунды видеоматериала и создающих
эффект движения объектов на экране. Чем
больше частота кадров в секунду,
тем более плавным и
Развертка.
Развёртка видеоматериала может быть:
- Чересстрочной (интерлейс (англ. interlace) или интерлейсинг): показываются попеременно чётные и нечётные строки (называемые также полями кадра)
- прогрессивной: все горизонтальные линии (строки) изображения отображаются одновременно.
Чересстрочная развёртка — метод отображения, передачи или хранения изображений (как правило, движущихся), при котором каждый кадр разбивается на два полукадра (или поля), составленные из строк, выбранных через одну. Альтернативный вариант развёртки — прогрессивная (построчная) развёртка. Чересстрочная развёртка применяется в тех или иных случаях для ускорения вывода изображений при ограниченной полосе пропускания (в аналоговой) или ширине канала (в цифровой технике). В видеосигнале, при сохранении количества строк изображения, применение чересстрочной развёртки в 2 раза повышает кадровую частоту по сравнению с прогрессивной.
Разрешение
Любой видеосигнал, как и мониторы, также имеет разрешение (англ. resolution). Существует горизонтальное и вертикальное разрешение, измеряется в пикселях. В выражении 640×480 первым числом обозначается количество точек в горизонтальной линии (горизонтальное разрешение), а вторым числом количество самих линий (вертикальное разрешение).Обычное аналоговое телевизионное разрешение составляет 720×576 пикселей для стандартов PAL и SECAM, при частоте кадров 50 Герц (одно поле, 2×25) и 640×480 пикселей для NTSC, при частоте 60 Герц (одно поле, 2×29,97). Высоко-чёткое (англ. high-definition) цифровое телевидение HDTV предполагает разрешения до 1920×1080 при частоте мелькания 60 Герц с прогрессивной развёрткой. То есть 1920 пикселей на линию, 1080 линий. Разрешение в случае трёхмерного видео измеряется в вокселях - элементах изображения, представляющих точки (кубики) в трёхмерном пространстве. Например, для простого трёхмерного видео сейчас используется в основном разрешение 512×512×512.
Соотношение сторон экрана
Соотношение сторон экрана или соотношение ширины и высоты кадра (англ. aspectratio) — важнейшее понятие в фотографии, кинематографе и в видеотехнологиях в целом.
Ещё с 1910 года кинофильмы
имели соотношение сторон экрана
4:3 (4 единицы в ширину к 3 единицам
в высоту; иногда ещё записывается
как 1,33:1 или просто 1,33). Считалось, что
зрителю удобнее смотреть фильм
на экране такой формы. Когда появилось
телевидение, то оно переняло это
соотношение и почти все
Количество цветов и цветовое разрешение
Количество цветов
и цветовое разрешение видеосигнала
описывается цветовыми
Битрейт или ширина видеопотока
Битрейт (англ. bitrate) — буквально, скорость прохождения битов информации. Битрейт принято использовать при измерении эффективной скорости передачи информации по каналу, то есть скорости передачи «полезной информации» (помимо таковой, по каналу может передаваться служебная информация — например, стартовые и стоповые биты при асинхронной передаче по RS-232 или контрольные символы при избыточном кодировании). Скорость передачи информации, учитывающую полную пропускную способность канала, измеряют в бодах.
Чем выше ширина видеопотока, тем в общем лучше качество видео. Например, для формата VideoCD ширина видеопотока составляет всего примерно 1 Мбит/с, а для DVD составляет около 5 Мбит/с. Конечно, субъективно разницу в качестве нельзя оценить как пятикратную, но объективно это так. Формат же цифрового телевидения HDTV использует ширину видеопотока около 10 Мбит/с. При помощи скорости видеопотока также очень удобно оценивать качество видео при его передаче через Интернет.
Различают два вида управления шириной потока в видеокодеке — постоянный битрейт (англ. constantbitrate, CBR) и переменный битрейт (англ. variablebitrate, VBR). Концепция VBR призвана максимально сохранить качество видео, уменьшая при этом суммарный объём передаваемого видеопотока. При этом на быстрых сценах движения, ширина видеопотока возрастает, а на медленных сценах, где картинка меняется медленно, ширина потока падает. Это очень удобно для буферизованных видеотрансляций и передачи сохранённого видеоматериала по компьютерным сетям. Но для безбуферных систем реального времени и для прямого эфира (например, для телеконференций) это не подходит — в этих случаях необходимо использовать постоянную скорость видеопотока.
Стереоскопическое видео
Стереоскопическое видео или просто стереовидео (англ. stereoscopicvideo или 3D video) было очень популярно в конце XX века. По всему миру есть кинотеатры, которые при помощи той или иной технологии воспроизводят стереоскопическое видео. Для стереовидео нужно два видеоканала, часто называемых слоями: один для левого глаза, другой для правого. Также необходимо обеспечить, чтобы в "свой" глаз попадала своя картинка. Таким образом у зрителя возникает чувство объёмности, трёхмерности видеоматериала, повышается реалистичность ощущения просмотра. Примерно такой же, но более слабый по качеству эффект даёт просмотр видео в пластиковых очках, где одна линза красная, а другая голубая или зелёная. Технологии, представленные в 2006 году, в частности HD DVD и диски Blu-Ray, позволили переносить больше стереовидеоматериала и сделал домашнее стереоскопическое видео более доступным.
2.Аналоговый
и Цифровой сигналы.
- Аналоговый сигнал.
Аналоговый сигнал — сигнал, область определения которого есть непрерывное пространство, то есть пространство, не являющееся дискретным.
Различают два
пространства сигналов - пространство
L (непрерывные сигналы), и пространство
l (L малое) - пространство последовательностей.
Пространство l (L малое) есть пространство
коэффициентов Фурье (счетного набора
чисел, определяющих непрерывную функцию
на конечном интервале области определения)
Аналоговые сигналы описываются непрерывными функциями времени, поэтому аналоговый сигнал иногда называют непрерывным сигналом. Аналоговым сигналам противопоставляются дискретные (квантованные, цифровые).
Свойства аналоговых сигналов в значительной мере являются противоположностью свойств квантованных или цифровых сигналов.
Отсутствие чётко отличимых друг от друга дискретных уровней сигнала приводит к невозможности применить для его описания понятие информации в том виде, как она понимается в цифровых технологиях. Содержащееся в одном отсчёте «количество информации» будет ограничено лишь динамическим диапазоном средства измерения.
Отсутствие избыточности. Из непрерывности пространства значений следует, что любая помеха, внесенная в сигнал, неотличима от самого сигнала и, следовательно, исходная амплитуда не может быть восстановлена. В действительности фильтрация возможна, например, частотными методами, если известна какая-либо дополнительная информация о свойствах этого сигнала (в частности, полоса частот).
Аналоговые сигналы
часто используют для представления
непрерывно изменяющихся физических величин.
Например, аналоговый электрический
сигнал, снимаемый с термопары, несет
информацию об изменении температуры,
сигнал с микрофона — о быстрых
изменениях давления в звуковой волне,
и т. п.
- Цифровой сигнал.
Под цифровым сигналом понимается дискретный сигнал, квантованный по амплитуде. Сигналы представляют собой дискретные электрические или световые импульсы. При таком способе вся емкость коммуникационного канала используется для передачи одного сигнала. Цифровой сигнал использует всю полосу пропускания кабеля. Полоса пропускания – это разница между максимальной и минимальной частотой, которая может быть передана по кабелю. Каждое устройство в таких сетях посылает данные в обоих направлениях, а некоторые могут одновременно принимать и передавать. Узкополосные системы (baseband) передают данные в виде цифрового сигнала одной частоты. Дискретный цифровой сигнал сложнее передавать на большие расстояния, чем аналоговый сигнал, поэтому его предварительно модулируют на стороне передатчика, и демодулируют на стороне приёмника информации. Использование в цифровых системах алгоритмов проверки и восстановления цифровой информации позволяет существенно увеличить надёжность передачи информации.
Реальный цифровой сигнал
по своей физической природе является
аналоговым. Из-за шумов и изменения параметров
линий передачи он имеет флуктуации по
амплитуде, фазе/частоте, поляризации.
Но этот аналоговый сигнал (импульсный
и дискретный) наделяется свойствами числа.
В результате для его обработки становится
возможным использование численных методов
(компьютерная обработка).
- Стандарты воспроизведения видео
Аналоговые:
- NTSC (от англ.
NationalTelevisionStandardsCom
mittee — Национальный комитет по телевизионным стандартам) — система аналогового цветного телевидения, разработанная в США. 18 декабря 1953 года впервые в мире было начато цветное телевизионное вещание с применением именно этой системы.
NTSC — англ. NeverTwicetheSameColor
(никогда дважды не
Передача цветоразностных сигналов в системе NTSC осуществляется в спектре яркостного сигнала на одной поднесущей. Два цветоразностных сигнала ER-Y и EB-Y передаются с помощью квадратурной модуляции.
Цветоразностные сигналы
подаются на балансный модулятор, на
котором они модулируются по амплитуде
с подавлением поднесущей. Модулированные
цветоразностные сигналы
Применение амплитудной
модуляции с подавленной

- Современные виды аэробики
- Современные виды вооружения авиации
- Современные виды вооружения военно-морского флота
- Современные виды и методы кредитования
- Современные виды и методы кредитов в России
- Современные виды кондитерских изделий
- Современные виды неравенства
- Современные валютные биржи
- Современные ветровые электростанции
- Современные ветровые электростанции
- Современные взгляды на место этики в деловом общении
- Современные взгляды на солнечную систему
- Современные взрывчатые вещества
- Современные видеокарты