Журнал "Компьютерра" №756

Журнал Компьютерра

MJPEG (Motion JPEG) - алгоритм для сжатия потока изображений в реальном времени. По сути представляет собой обычный JPEG, применяемый к каждому кадру в отдельности. Степень сжатия - в 5–10 раз. Например, сжатый таким способом формат SVHS даст поток примерно 4 Мбайт/с (30–40 Мбит/с). Наиболее эффективен для сжатия видео с небольшими значениями fps - 1–4 кадра/с.

AVI (Audio Video Interleave - чередование аудио и видео) - стандарт для представления озвученного видео, представленный Microsoft в 1992 году. Одна из реализаций RIFF-контейнеров (другой пример подобных контейнеров - звуковой формат WAV). Очень редко содержит несжатое видео, значительно чаще использует различные алгоритмы сжатия (от MJPEG до AVC).

SIF (Source Input Format - входной формат источника) - усеченный ТВ-формат,

определенный в спецификациях MPEG-1, и существующий в двух вариантах: происходящий от NTSC 352х240, 30 fps, и от PAL 352х288, 25 fps, оба с прогрессивной разверткой. В компьютерном мире аналогом SIF стал QVGA 320х240. Не путать с CIF (Common Intermediate Format - общий промежуточный формат), 352х288, 30 fps, разработанным специально для видеоконференций по телефонным сетям ISDN, и определенным в стандарте ITU H.261.

VHS (Video Home System - домашняя система видео) - аналоговый формат записи видео на магнитную ленту, разработанный в 1976 году фирмой JVC. До 2003 года, когда впервые продажи DVD в США превысили продажи кассет VHS, считался самым популярным форматом домашнего видео. Имеет пониженное разрешение по горизонтали - 240 линий[Напомним, что телевизионная "линия" эквивалентна двумя рядам пикселов: собственно линии и промежутку до следующей, иначе линии будут сливаться.]. Усовершенствованный вариант - Super VHS, S-VHS, - имел увеличенное разрешение по горизонтали (до 420 линий, фактически - от 330 до 400), но не успел стать популярным, так как его вытеснили более совершенные цифровые форматы.

В 2001 году той же JVC был разработан формат Digital VHS (D-VHS), который был предназначен для записи видео на магнитную ленту. Этот формат так и не стал распространенным, а зря: на стандартную видеокассету можно было уместить 4 часа несжатого видео с разрешением 1080 линий! Однако пользователи предпочли более надежные и дешевые DVD.

VHS-C, S-VHS-C, Video 8, Hi-8 - стандарты аналоговой записи на мини-кассеты, разработанные специально для видеокамер. Последние два предназначены для записи на узкую (8 мм) ленту. Качество Video8 соответствует VHS, Hi-8 имеет увеличенное разрешение по горизонтали, соответствующее S-VHS.

Чересстрочные проблемы

Как мы помним, в аналоговом телевидении передача идет полукадрами с чересстрочной разверткой, что явилось следствием компромисса между необходимостью, с одной стороны, уменьшить полосу частот, с другой - обеспечить немерцающее изображение на экране кинескопа. Но компьютерные мониторы, даже традиционные на основе ЭЛТ, ничего про чересстрочность "не знают": в них используется прогрессивная развертка, когда все строки кадра выводятся за один раз (это не говоря уж о плоских, где понятие развертки вообще практически теряет смысл)[Большинство ЭЛТ-мониторов чересстрочный режим все же понимали, хотя различий в принципе развертки для разных режимов не было, просто для чересстрочного режима требовалось установить больший размер изображения по вертикали, чтобы полукадр занимал не половину экрана, а полный его размер, при этом сдвиг между полукадрами автоматически обеспечивался сигналами кадровой синхронизации.
– С.Л.]. Буквы i и p в упомянутых стандартах ТВЧ и обозначают - первая чересстрочную развертку (interlacing), вторая - прогрессивную (progressive).

При приеме аналогового ТВ на цифровой монитор приходится как-то превращать чересстрочную развертку в прогрессивную - или, как говорят, производить деинтерлейсинг (deinterlacing). Лобовое решение заключается в объединении двух полукадров (полей) в один полный кадр, который и выводится на экран. Но такое простое решение на деле оказывается самым плохим и более-менее проходит лишь для небольших экранов (порядка 14 дюймов и менее). Дело в том, что при даже не слишком быстром движении объекта в поле зрения камеры соседние полукадры начинают отличаться друг от друга: начало первого полукадра от начала второго при 25 fps отстоит по времени на 40 мс; легко подсчитать, что при

скорости объекта 1 м/c (спокойно идущий человек), он успевает за это время сдвинуться на 4 см. Поэтому простое объединение полей приводит к образованию так называемой гребенки на границах движущихся объектов, особенно заметной в динамичных сценах.

По этим причинам устройства преобразования чересстрочной развертки в прогрессивную (деинтерлейсеры) используют различные способы сглаживания: простейшим из них является усреднение между полукадрами (Motion Adaptive Deinterlacing), в более продвинутых системах используется способы синтеза изображений с предсказанием движения. Это особенно важно при демонстрации фильмов, где на все эти проблемы накладывается еще и необходимость как-то синхронизировать 24-герцовую частоту повторения кинокадров с 60-герцовой (или более высокой) частотой обновления экрана дисплея. Соответствующая "технология распознавания фильмов" в технических характеристиках телевизоров обозначается, как "режим 3/2 - 2/2 Motion Pull Down".

Все эти ухищрения ничего хорошего в смысле качества картинки не приносят - любой способ деинтерлейсинга и подгонки частоты кадров размывает изображение и приводит к потере четкости.[Кроме всего прочего, в свете сказанного становится понятной бессмысленность приобретения широко рекламируемых 100-герцовых телевизоров: все равно исходные полукадры идут с частотой 50/60 Гц, а преобразования лишь ухудшают картинку даже при самом современном аппаратном обеспечении, причем в том, что в каждый такой телевизор установлено именно "самое современное аппаратное обеспечение", существуют понятные сомнения.] Соответствующие исследования показали, что человеческое зрение лучше приспособлено к четким стробоскопичным изображениям, которые показываются друг за другом с достаточной скоростью, чем к постепенно перетекающим друг в друга размытым картинкам (это, кстати, объясняет феномен ухудшения качества движущихся изображений на ЖК-дисплеях по сравнению с ЭЛТ, даже если время реакции ячейки формально достаточно для отображения кадров с частотой 50 или 60 Гц). В современные видеопроцессоры даже закладывают возможность синхронного выключения подсветки между кадрами или отображения каждого второго кадра темным - как показали эксперименты, это значительно увеличивает четкость, хотя, естественно, порождает иные проблемы: снижение яркости, стабильности цветопередачи и т. п.

Заметим, что 1080i и 720p при одинаковой частоте повторения полей дают примерно одинаковый поток данных: в 1080i 1920 точек по ширине дают 2-мегапиксельную картинку на каждый кадр, получается примерно 1 мегапиксел на каждое поле; в 720р по горизонтали укладывается 1280 точек, что также дает около 1 мегапиксела, и с этой точки зрения они одинаковы. Однако есть формальный критерий, так называемый kell-фактор, согласно которому разрешение i-режима по вертикали составляет 70% от номинального. То есть для 1080i фактическое разрешение составит около 750 строк! Кроме того, эксперименты показали, что с увеличением степени сжатия MPEG, качество изображения формата 1080i деградирует быстрее, чем 720p. Потому в конечном счете 1080i однозначно выигрывает в качестве только для неподвижных изображений, а в динамичных сценах 720р оказывается даже впереди, с учетом несовершенства существующих систем деинтерлейсинга.

По этим причинам выбор между чересстрочным стандартом 1080i и прогрессивным 720p оказывается, мягко говоря, неоднозначным. Очевидный с точки зрения повышения качества режим 1080p используется фактически лишь на носителях Blu-ray (и не факт, что во всех записях), а в эфирном вещании в обозримом будущем придется выбирать из двух зол. И не глупо ли усложнять аппаратуру всякими "чересстрочностями", если компьютерные дисплеи изначально были заточены под прогрессивную развертку?

Оказывается, нет, для кое-кого совсем не глупо - как и в случае с мегапикселами фотоматриц или - еще недавно - с гигагерцами тактовой частоты процессоров, большая цифра лучше продается. И хотя Европейский союз вещателей (EBU) рекомендовал для использования в Европе HD-формат 720p, считая это наиболее эффективным и экономически оправданным, большинство вещателей выбрали формат 1080i.