Состояние и перспективы развития цифровых бытовых видеокамер

Размещено на http://www.allbest.ru/

Государственный комитет связи информатизации и телекоммуникационных технологий Республики Узбекистан

Ташкентский университет информационных технологий

Выпускная квалификационная работа

Состояние и перспективы развития цифровых бытовых видеокамер

Выпускник Юлдашев П.Х.

Руководитель Муратов Н.П

Ташкент 2013

АННОТАЦИИ

В данной выпускной квалификационной работе автор рекомендует любительскую бытовую цифровую видеокамеру, который полностью соответствует современным требованием

Описаны параметры данной видео камеры и характеристики. Показаны основные преимущества данной камеры от остальных видео камер этого типа. Целью данной выпускной квалификационной работы является рекомендовать эту видео камеру этого типа как для бытового использование и как любительского пользования.

Ушбу битирув малакавий ишида маиший турмуш хаётда ва хаваскор видеооператорлар ишлатиши учун мўлжалланган ракамли видеокамера ёритилган.

Bидеокамерани техник хактеристикаси ва параметрлари кўрсатилган ва бу камерани бош?а видео камералардан афзаллик томонлари курсатилган. Ушбу битирув диплом ишдан ма?сад бу камерани маиший турмуш хаётда ишлатиш учун ва хаваскор операторлар ишлатиши учун тавсия ?иламан.

In this final qualification work the author recommends an amateur household digital video camera which completely corresponds the modern requirement

Parameters of this video camera and the characteristic are described. The main advantages of this camera from other video cameras of this type are shown. The purpose of this final qualification work is to recommend this video camera of this type as for household use and as amateur using.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ БЫТОВИХ ВИДЕОКАМЕР

1.1 Аналоговые видеокамеры

1.2 Цифровая видеокамера

2. ВИДЕО ФОРМАТЫ И ИХ РАЗЛИЧИЯ

2.1 История появления видео форматов

2.2 Основные характеристики видео форматов

2.3 Использование телевизионных стандартов PAL, SECAM, NTSC

3. БЫТОВЫЕ ВИДЕОКАМЕРЫ НА РЫНКЕ УЗБЕКИСТАНА

3.1 Разновидности бытовых видеокамер

3.2 Техническая характеристика бытовых видеокамер

3.3 Рекомендация по выбору бытовых видеокамер

4. БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ

4.1Защита людей от поражения электрическим током при работе на оборудовании и с электрооборудованием

4.2 Основные причины поражения людей электрическим током

4.3 Меры защиты от поражения электрическим током

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Вряд ли найдется человек, не знающий, что такое видеокамеры. Устройства для создания на светочувствительном элементе, матрице, оптических образов снимаемых объектов или просто предназначенные для съемки движущихся объектов, как правило, параллельно оснащенные еще и микрофоном для фиксации звука, да, хоть и трудно формулируются в понятиях, но элементарно просто работают. Правда, чтобы управление видеокамерами стало таковым, а они сами получили тот внешний вид и функционал, который сейчас имеют, безусловно, прошло немало лет. Техника стремительно эволюционировала. Попытки усовершенствовать аналоговую видеосъемку путем внедрения и использования цифровых технологий предпринимались неоднократно на протяжении второй половины XX века. Однако термин DigitalVideo появился уже на его исходе, когда в 1995 году произошло событие, изменившее ход истории. Ведущие мировые производители видеоаппаратуры и расходных материалов приняли решение об объединении в консорциум с целью совместной разработки нового формата видеосъемки. В плане технологий здесь произошла ситуация, очень похожая на предыдущую. В 2000 году все они были сплошь кассетные, причем разных форматов: аналоговые VHS-C, VideoS и Hi8, а также цифровые miniDV. Цены на последние в новом веке стали активно падать, отчего держатели стандарта VideoS даже пытались вывести на рынок камеры промежуточного формата -- Digitals, но эта затея не имела особого успеха. Потребители требовали от камер компактности, а ее могли обеспечить только относительно миниатюрные miniDV-кассеты. К тому же тогда уже начали появляться процессоры, способные на лету сжимать видеопоток в формате MPEG-2, что дало толчок к появлению камер с записью на DVD и жесткие диски. К середине десятилетия все они мирно сосуществовали друг с другом, но уже б конце 2005-го прогремела очередная революция -- была представлена первая любительская камера высокой четкости стандарта HDV -- Sony HDR-HCL. Запись в ней велась на кассеты miniDV, но со сжатием в MPEG-2. Это был настоящий прорыв в качестве видеосъемки. И уже через год производители представили HD-камеры, которые снимали с тем же качеством, но уже с записью в формате AVCHD на жесткие диски, а еще через год -- камеры с записью HD-видео на флеш-карты, где из движущихся деталей был только трансфокатор в объективе.

С первых дней приобретения Независимости руководство нашей страны большое внимание уделяет развитию техники и технологий для средств массовой информации как для профессионального так и для бытового использования. В целях технического обеспечения развития системы Телерадиокомпании Узбекистана, создания телевизионных и радиопрограмм на высоком уровне, оснащения подразделений компании техническими средствами, отвечающими мировым стандартам 25 августа 1997 года вышел Постановление Кабинета министров Узбекистана за №412 «О комплексном техническим перевооружении системы телерадиокомпании Узбекистана». Согласно Постановления была разработана «Программа поэтапного комплексного технического перевооружения системы Телерадиокомпании Узбекистана». Развитие профессиональной техники параллельно дал толчок и любителям переход с видеокамер формата VHS на видеокамеры с более высоким качеством видео и аудио сигнала. Область изготовления и реализации видеокамер сейчас владеет особой распространенностью и стремительно совершенствуется. Высококачественная техника с разнообразными наборами необходимых функций на рынке предложена в широком ассортименте. Соотношение стоимости видеокамер и их степени качества является наиболее подходящим для сегодняшних покупателей, что обусловлено востребованностью подобного товара. Подтверждением того, что видеоаппаратура сделалась практически совершенной, можно назвать появление оберегающего права, вести видеосъемку собственности граждан видеорегистраторами. Современные любители съемок видео отдают пальму лидерства видеокамерам фирм Рanasonic, Canon и Sony. Перечисленные фирмы-производители можно назвать ровесниками и основоположниками современного рынка видеоаппаратуры. Надо дать должное, что сегодня многие частные телеканалы имеют в своем техническом парке «любительские видеокамеры» с высоким качеством видеосигнала.

Для дальнейшего развития телерадиовещания приняты ряд постановлений кабинетом министров, Олий Мажлисом и Президентом нашей страны. В рамках реализации постановления Президента Узбекистана 1 апреля 2009 года «О мерах по дальнейшему повышению эффективности использования высокотехнологичного теле- и радиооборудования в системе Национальной телерадиокомпании». которым предусмотрены меры по организации производства качественной теле- и радиопродукции на основе современных медиатехнологий и улучшению системы подготовки и переподготовки телевизионных инженерно-технических кадров, с 2009/2010 учебного года в Ташкентском университете информационных технологий будет открыт факультет «Телевизионные технологии» для подготовки телеоператоров, инженеров по спецосвещению, видеомонтажу, компьютерной графике и звукозаписи.

В настоящее время одним из актуальных вопросов телевизионных и информационных технологий в области телевещания является безленточная технология подготовки и передачи в эфир телепродукции. Появление безленточной технологии рассматривается как наиболее востребованное направление в решении от ленты до цифры.

Актуальность исследований в этом направлении подтверждается массой различных применений, например: переход от аналогового к цифровому виду, быстрой передачи информации, использования качественной телепродукции, и многое другое. В настоящей работе рассматривается использование без ленточной технологии подготовки и передачи в эфир телепродукции. Так производители видеосъемочной техники параллельно начали выпуск техники с твердотельными носителями, где необходимость оцифровки видеосигнала была решена. Новый формат назвали просто и доступно: DigitalVideo или DV. Суть его заключалась в простейшем сжатии записанных видеоданных при минимальных потерях в качестве цветопередачи и четкости изображения. Особенностью новой технологии являлось то, что каждый отснятый кадр сжимался отдельно, независимо от предыдущего. С его введением в обиход производители видеоаппаратуры планировали решить некоторые проблемы и неудобства, связанные со сложностью процесса видеомонтажа и обработки отснятого материала, однако именно с возникновения DV ведет отсчет история развития рынка любительских цифровых видеокамер.

В настоящее время одним из актуальных вопросов телевизионных и информационных технологий в области телевещания является безленточная технология подготовки передач. Появление безленточной технологии рассматривается как наиболее востребованное направление в решении от ленты до цифры. Актуальность исследований в этом направлении подтверждается массой различных применений, например: переход от аналогового к цифровому виду, быстрой передачи информации, использования качественной телепродукции, и многое другое. В настоящей работе рассматривается использование бытовых видеокамер от аналоговых до безленточных технологий подготовки передач.

видеокамера цифровой аналоговый

1. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ БЫТОВИХ ВИДЕОКАМЕР

1.1 Аналоговые видеокамеры

История и развития цифровых бытовых видеокамер начинается с второй половины ХХ века. В 1976 году корпорацией JVC разрабатывает VHS Ви-Эйч-Эс, (англ. VideoHomeSystem) -- кассетный аналоговый формат наклонно-строчной видеозаписи и представленный на японском рынке в томже году. Один из первых бытовых форматов, использующих видеокассету. С 1980-х годов занял лидирующую позицию в войне форматов с «Бетамаксом» от Sony и Video 2000 от компаний «Grundig» и «Philips». Основными причинами победы называют отсутствие лицензионных сборов, наполнение рынка дешёвыми и надёжными видеомагнитофонами Также, формат VHS основан на механизме «М-образной» заправки магнитной ленты в лентопротяжный тракт, более простом и надёжном, чем «U-образная» заправка формата «Бетамакс». Широкое распространение формат получил в СССР, с появлением первых советских и зарубежных видеомагнитофонов.

VHS: Видеокамеры формата VHS используют обычную кассету для бытовой видеозаписи с лентой шириной 12,6 мм. С этим связано их главное достоинство - возможность воспроизведения отснятого материала на наиболее распространенных бытовых видеоплеерах и видеомагнитофонах без дополнительного устройства или перезаписи.

Другие плюсы видеокамер VHS: наибольшая продолжительность записи на одну кассету - 240 мин. при стандартной скорости движения ленты SP (StandardPlay) и до 480 при замедленной LP (LongPlay, с соответствующим ухудшением качества), наименьшая удельная стоимость съемки: 1-2 цента/мин. (здесь и далее - из расчета стоимости кассеты при съемке со скоростью SP); возможность использования видеокамеры в качестве переносного видеоплеера (для показа не только отснятого материала, но и приобретенных или записанных видеофильмов).

Главные недостатки: невысокая четкость изображения (около 240 линий по горизонтали) и сильное снижение качества уже при создании первой копии, внушительные цены, сравнительно высокое энергопотребление, а так же большие габариты и вес (съемка, как правило, ведется с плеча или штатива). Абсолютное большинство видеокамер VHS записывают моно звук. Видеокамеры VHS выбирают в основном для съемок на заказ, они мало походят в качестве спутника в туристических походах и экскурсиях.

VHS-C: Видеокамеры VHS-Compact имеют те же характеристики записываемого сигнала, что и VHS, но записывают изображение на компактную кассету (с лентой той же ширины).

- Плюсы: возможность воспроизведения записи на обычном видеоплеере с использованием специального адаптера (как правило, входит в комплект и широко доступен в продаже), наиболее низкие среди любительских видеокамер цены, небольшой вес и габариты, сниженное по сравнению с видеокамерами VHS энергопотребление.

- Недостатки: невысокая четкость изображения (как и у VHS) и неприемлемое снижение качества при копировании, ограниченное время записи (90 мин. SP и 180 мин. LP) и высокая удельная стоимость съемки (5-10 центов/мин.). За очень редким исключением, все видеокамеры VHS-C записывают монозвук.

Эти видеокамеры ориентированы на любителей и сравнительно популярны (в основном благодаря простоте и невысокой цене).

S-VHS: Видеокамеры Super-VHS отличаются от моделей VHS усовершенствованным стандартом записи и более высоким качеством используемой ленты (ее ширина и габариты кассеты те же, что и у VHS).

- Плюсы: S-VHS обеспечивает повышенную четкость записи (до 400-420 линий по горизонтали), приемлемые потери качества при копировании и незначительное увеличение удельной стоимости записи (3-4 цента/мин.). Практически все видеокамеры S-VHS оснащаются S-Video разъемом, который обеспечивает более качественную передачу сигнала для записи или воспроизведения. Все видеокамеры S-VHS способны записывать стереозвук. При съемке можно использовать кассеты VHS (запись в VHS, с соответствующим снижением качества).

- Недостатки: Cтоимость таких видеокамер высока, а габариты и вес не позволяют захватить ее с собой "на всякий случай". Записи S-VHS нельзя воспроизвести на обычном VHS видеоплеере или видеомагнитофоне (просмотр возможен при подключении к TV самой камеры или дорогого S-VHS видеомагнитофона). Относительно недавно появились VHS магнитофоны с поддержкой "квази-воспроизведения" S-VHS, которые успешно проигрывают кассеты этого формата, но обеспечивают качество сигнала только на уровне VHS.

Видеокамеры S-VHS обычно используют для съемок на заказ с последующим монтажом отснятого материала.

S-VHS-C: Видеокамеры Super-VHS-Compact - малогабаритный вариант S-VHS, использующий компактную кассету, с соответствующими общими плюсами и минусами: высокая четкость изображения, запись стереозвука, наличие S-Video-выхода.

- Плюсы: небольшой вес и габариты, сниженное по сравнению с видеокамерами S-VHS энергопотребление. При съемке можно использовать кассеты VHS-C (запись в VHS, с соответствующим снижением качества).

- Недостатки: Как и у VHS-C, ограничено время записи (90 мин. SP и 180 мин. LP). Очень высока удельная стоимость съемки (около 15-20 центов/мин.). Велика и стоимость самих видеокамер.

Видеокамеры формата S-VHS-C ориентированы на полупрофессиональное использование или обеспеченных любителей, желающих получить хорошее качество изображения и звука. На мировом рынке доля видеокамер, использующих VHS, VHS-C, S-VHS, S-VHS-C неуклонно снижается, в конкурентной борьбе побеждают Video-8, Hi-8 и mini-DV. Однако в России эти видеокамеры по-прежнему популярны.

Video 8: Видеокамеры формата Video 8 используют собственный стандарт компактных видеокассет с лентой шириной 8 мм (от которой формат и получил название).

-Несомненные плюсы: небольшие габариты самих видеокамер и большая продолжительность записи на одну кассету (до 120 мин. SP и 240 мин. LP). Другие достоинства: приемлемая удельная стоимость съемки (4-5 цента/мин.), доступная цена самих видеокамер, возможность длительного хранения отснятого материала без перезаписи на специальную дорогую кассету (в кассетах Video8 используется металлизированная лента, и большинство из них по качеству соответствует требованиям архивирования). Многие видеокамеры Video-8 обеспечивают запись стереозвука.

- Недостатки: воспроизведение записей возможно только с самой видеокамеры или дорогого видеоплеера/видеомагнитофона Video 8 (обычный VHS плеер для этого не подходит), четкость изображения не слишком высока (240-250 линий по горизонтали) и уже при создании первой копии качество значительно ухудшается.

В прошлом году SONY улучшила показатели Video-8, доработав формат и выпустив на рынок видеокамеры Video8 XR (eXtendedResolution - "увеличенное разрешение"). При съемке малоконтрастного изображения XR допускает расширение полосы записи яркостного сигнала в область звукового сигнала, за счет чего теоретически можно достичь разрешения 280 линий по горизонтали. Так это или нет (субъективно - так), но доработанная система обеспечивает меньший уровень помех цветности и яркости, т.е. более чистое изображение. Косвенным эффектом новой разработки стало и более чистое звучание (за счет усовершенствованных фильтров разделения каналов звука и изображения). Кассеты, записанные с XR, можно воспроизводить на обычной видеокамере Video 8, и наоборот, но и в том, и в другом случае улучшение разрешения проявляться не будет (в первом случае видеокамера "не видит" расширения полосы, во втором расширения нет изначально). В моделях XR используются те же кассеты.

Видеокамеры Video8 и Video8 XR ориентированы на любительский рынок и пользуются возрастающей популярностью.

Hi 8: Видеокамеры формата Hi 8 используют улучшенный по сравнению с базовым Video-8 стандарт записи и кассеты с более качественной лентой (с теми же габаритами и той же шириной ленты).

-Дополнительный плюс: по сравнению с Video-8, очень хорошая четкость записи (380-420 линий). С появлением на рынке новейших кассет SONY Hi 8 максимальное время записи достигнет 180 мин. SP (360 мин. LP!). Практически все видеокамеры Hi 8 обеспечивают запись стереозвука и имеют разъем S-Video для качественного вывода изображения. -Недостатки: Удельная стоимость съемки выше, чем у Video-8 (в среднем 5-17 центов/мин.), но ниже, чем у S-VHS-C.

SONY выпустила усовершенствованные видеокамеры - Hi8 XR, которые теоретически могут обеспечить разрешение до 440 линий по горизонтали и отличаются меньшим уровнем помех цветности и яркости. При съемке можно использовать и кассеты Video 8 (запись в Video 8, с соответствующим снижением качества).

Видеокамеры Hi8 и Hi8 XR ориентированы на любителей с высоким требованием к качеству изображения и звука, не готовых платить за преимущества цифровой техники mini-DV.

Первый советский VHS-видеомагнитофон «Электроника ВМ-12» (1984)

.Кассета ВК-180 (СССР)

Moveiscamcoder VHS

VN-M1 camcoderVHS 1985



1.2 Цифровая видеокамера

Эра цифровых видеокамер началась в 1995 году, когда Sony выпустила пару своих первых камкордеров формата miniDV. Такие пленочные камеры вмиг обрели популярность, и уже в 1999 году их выпуском вовсю занимались такие компании, как Panasonic, Canon, Sharp, JVC и Samsung.В последние годы выбор цифровой видеокамеры становился все более нелегким делом: количество моделей и форматов увеличивалось и продолжает увеличивается, причем все более быстрыми темпами: miniDV, MPEG-2, DVD, HDD, Flash, HDV, MPEG4, AVCHD, SD, HD... от всего этого действительно может заболеть голова. А ведь хочется подойти к выбору видеокамеры осознанно, имея хотя бы минимальное представление обо всем этом многообразии.

Классификация

Основные различия между бытовых видеокамерами, которые мы будем использовать при классификации, -- это тип носителя видео, формат записи видео и размер кадра полученного видео (стандартное или высокое разрешение). Основные тенденции современного рынка таковы, что объемы продаж специализированных устройств (в том числе и видеокамер независимо от их формата) неуклонно падают, поскольку у широкого круга пользователей все большей популярностью стали пользоваться многофункциональные мобильные телефоны. Да и фотоаппараты с записью видео все более активно теснят видеокамеры (даже с функцией фото). Все больше моделей фото мыльниц выпускаются сегодня со встроенными видеорежимами. Некоторые из них снимают видео уже в довольно высоком разрешении, что во многих странах вызвало даже ввод ряда налоговых ограничений (например, в ЕС повышен налог на фотоаппараты, позволяющие снимать видео в стандартных разрешениях). Тем не менее, например, новый CasioExilim EX-FH20 снимает видео в разрешении 1280x720 (30 кадров в секунду), а это почти HD-формат современных видеокамер, а недавно анонсированная зеркалка Canon EOS 5D Mark II вообще замахивается на «честный» формат Full HD (1980x1080, 30 кадров в секунду), который не по плечу даже многим современным потребительским видеокамерам высокого разрешения.

Можно долго дискутировать по поводу качества видео, полученного с мобильного телефона, или доказывать, что видео, снятое цифровым фотоаппаратом, «неполноценно» (например, видео, отснятое фотоаппаратом, очень сложно монтировать -- оно, как правило, имеет нестандартное разрешение и неподдерживаемый видеомонтажными программами кодек), однако рядовые пользователи голосуют за универсализм рублем и заманить их «настоящими ценностями» не так-то просто.

Подобная рыночная тенденция привела к тому, что и в компаниях -- производителях видеотехники тон начали задавать маркетологи. Стратегия их довольно проста: если внимание потенциальных клиентов невозможно привлечь качеством съемки, поскольку его достаточно сложно оценить и для несведущего человека оно не очень ощутимо, то упор следует делать на те параметры видеокамер, которые должны сразу бросаться в глаза и выражаться точными цифрами (например, уменьшение размера камеры или увеличение числа мегапикселей в ее матрице). При этом совершенно неважно, как это отразится на удобстве использования либо качестве снятого видео и будет ли то или иное нововведение иметь какой-то практический смысл. Ведь основная задача -- это подвигнуть на покупку устройства как можно большее число людей, а не удовлетворить запросы отдельных перфекционистов.

Причем сегодня качество видео, получаемое на камерах, поддерживающих различные форматы записи, отличается не настолько радикально, чтобы делать выбор по этому признаку, -- исключение составляет разве что дилемма, какое разрешение выбрать -- стандартное (SD, 720x576 в стандарте PAL) или более высокое, как в HD-видео или телевидении высокой четкости (HDTV). А преимущества или недостатки носителей можно обсуждать сегодня лишь в контексте удобства пользования.

Видеокассеты различных моделей

Типы носителей видео

Самая простая часть в нашей классификации связана с типами носителей видео, которые в современных цифровых видеокамерах представлены кассетами miniDV, дисками DVD, жесткими дисками (HDD) и flash-карточками. Останавливаясь на каждом из этих типов в отдельности, можно отметить, что кассета до сих пор является бесспорным лидером по соотношению емкость/цена, на одну кассету miniDV можно записать 60 минут (около 13 ГБ) цифрового видео.

МиниDVкассета фирмы Sony

ВидеокамераSony Handycam Hybrid Plus

И сразу хочется развеять один миф, который порой приходится слышать от не очень сведущих людей и который заключается в том, что на кассету записывается "полу цифровая информация" (объяснение этого "термина" оставим на совести его изобретателей). На самом деле, в цифровой видеокамере на кассету пишется чисто цифровая информация, не отличающаяся в этом плане от той, что пишется на DVD или жесткий диск. Главным недостатком кассеты, как носителя цифрового видео, является невозможность прямого доступа к любому участку видео; чтобы просмотреть ваше видео не с самого начала, вам придется воспользоваться перемоткой, что занимает некоторое время и расходует ресурс лентопротяжного механизма. Но, с другой стороны, ничто не мешает "сбросить" видео с кассеты на жесткий диск компьютера, и, таким образом, решить эту проблему. Правда, тут проявляется еще один недостаток кассеты -- перенос видео на компьютер идет в режиме реального времени, то есть, чтобы перенести на компьютер час записанного видео вам понадобится ровно... один час. Описанные выше объективные недостатки (невозможность прямого доступа и относительно большое время, затрачиваемое на перенос записанного видео с видеокамеры на компьютер), а также выдуманный "недостаток" насчет "полуцифрового видео" (он проявляется в разных формах, но всегда сводится к стойкому представлению о кассете как о "не цифровом" носителе), обуславливает стойкую тенденцию, проявляющуюся в потере интереса все большего и большего числа покупателей к моделям видеокамер, использующих кассету.

А альтернатива? Она состоит в моделях видеокамер, использующих для записи видео диски DVD и HDD, а также flash-карточки. Они, разумеется, поддерживают прямой доступ к любому участку записанного видео, да и скорость копирования этого видео на компьютер ограничена только возможностями носителя видео (скоростью чтения) и скоростью интерфейса (чаще всего -- USB 2.0). Правда, по соотношению емкость/цена они сильно проигрывают кассете miniDV.

Емкость DVD-дисков, используемых в современных бытовых видеокамерах, составляет всего 1.4/2.6 ГБ (последняя цифра -- для двухслойных дисков), что позволяет записывать на такой диск около 20-35 минут видео в формате MPEG-2 стандартного разрешения и с максимальным качеством. Прямо скажем, не густо.... Решить эту проблему призваны видеокамеры, носителем видео в которых выступает жесткий диск. В современных видеокамерах объем такого диска составляет от 20 до 100 ГБ, что позволяет записывать уже много часов видео в максимальном качестве. А flash-видеокамеры могут привлечь тем, что при достаточно большом объеме носителя видео (до 4-8 ГБ, что больше, нежели объем дисков miniDVD) они практически лишены движущихся частей в механизме, ответственном за запись и воспроизведение видео (типа лентопротяжного механизма в кассетных видеокамерах или вращающихся дисков DVD/HDD), а значит, обладают пониженным энергопотреблением и большей надежностью. Кроме того, они еще и заметно более компактны.

2. ВИДЕОФОРМАТЫ И ИХ РАЗЛИЧИЯ

2.1 История появления видеоформатов

С середины восьмидесятых годов основные производители электронной техники очень внимательно отслеживали все, что относилось к разработке форматов магнитной записи видео на лентах меньшей ширины, чем половина дюйма. К началу девяностых годов стало ясно, что цифровая обработка сигнала станет доминирующей, в том числе и в видеозаписи. Ясно стало и другое - цифровая видеозапись должна взять очередной рубеж. Перспективные системы магнитной видеозаписи на ленточные носители следует ориентировать на ленты шириной в одну четверть дюйма (6,35 мм). Заметим, что это - ширина магнитной ленты в звуковых компакт-кассетах. Но теперь речь идет не просто о записи видеосигнала, а куда более широкополосных цифровых видеоданных.

Крупнейшие компании мира, заинтересованные в производстве цифровой видеоаппаратуры бытового назначения, решили объединить усилия, создавая следующее поколение кассетных видеомагнитофонов. Их объявленная цель указывала на тропу к единому международному цифровому формату, обеспечивающему лучшее воспроизведение, чем известные национальные стандарты. Этими компаниями были Sony, Matsushita (Panasonic), JVC, Hitachi, Mitsubishi, Toshiba, Sanyo, Sharp, Philips, Thomson и другие. Они создали консорциум DigitalVideoCassette (Цифровая видеокассета) или DVC. Совсем недавно аббревиатура названия консорциума была обрезана до DV. Число членов консорциума в настоящее время приблизилось к шести десяткам. Среди членов консорциума появились и основные разработчики и производители компьютеров: IBM, Apple и другие. Словом, мировая элита электронной техники бросилась осваивать четвертьдюймовую цифровую видеозапись.

МиниDV кассета марки Panasonic

Консорциум заявил о себе и о своей программе работы в июле 1993 г. Результатом коллективной работы DV стало определение основных параметров цифрового формата бытовой видеозаписи. Были сформулированы параметры стандарта сжатия, семейства кассет, механизма и формата ленты, набор микропроцессоров. К слову, самая большая из предусмотренных для DV кассет почти не отличается по размерам от компакт-кассеты.

Структура видеофонограммы формата цифровой видеозаписи DV

Что есть DV ?

Во-первых, DV - это формат записи на магнитную ленту шириной всего 6,35 мм со скоростью движения 18,831 мм/сек. Для сравнения (см. табл. 1): привычные большинству VHS, S-VHS и даже профессиональные Betacam кассеты имеют в 2 раза большую ширину 12,65 мм, а скорость движения ленты для VHS и S-VHS составляет 23,39 мм/сек, для Betacam - аж 101,5 мм/сек. Это означает, что плотность записи DV-информации очень высока - более 0,4 Mb на кв. мм, так что mini-DV кассета на 60 минут видео имеет размеры 66x48x12.2 мм - менее спичечного коробка. Отметим, что ёмкость стандартной DV-кассеты (125x78x14.6 мм) составляет 180 или даже 240 минут против 30 минут Betacam-кассеты. Кроме того, Sony предложила DV-кассеты с интегрированной микросхемой памяти для хранения списка записанных видеосюжетов: временные коды начала и конца каждого видеосюжета, монтажные метки и номера сцен и дублей.

Видеофонограмма формата цифровой видеозаписи DV представлена на рисунке. Форматом предусмотрена только запись наклонных дорожек. Шаг дорожек 10 мкм. Надо подчеркнуть, что в DV реализуется самая высокая сегодня поверхностная плотность магнитной записи на ленточных носителях.

Кадру на ленте соответствует 12 наклонных строк-дорожек (10 для NTSC) шириной всего 10 мкм , на каждой из которых кроме собственно аудио и видео данных, тайм-кода кадра (time-code - час, минута, секунда и порядковый номер кадра) и служебной данных (ITI - InsertandTrackInformation) предусмотрена возможность записи расширенной информации о видеосюжете, в том числе даты его создания/редактирования, параметров съемки/камеры и прочее.

Во-вторых, это компонентный (YUV) формат представления сигнала, обеспечивающий разрешение по горизонтали в 500 линий (против 400 для S-VHS, но 650 у Betacam SP), отношение сигнал/шум 54 дБ (против 51 для Betacam SP), а также ширину частотного диапазона цветопередачи в 1,5 Мгц (как у Betacam SP, против 0,5 Мгц для S-VHS). В совокупности это соответствует понятию профессионального качества записи видеосигнала.

В-третьих, это цифровой формат записи, что само по себе гарантирует идентичность каждой копии оригиналу и возможность цифрового редактирования видео (вплоть до отдельных кадров) без потери качества. Оцифровка осуществляется с разрешением 720х576 согласно схеме 4:2:0 (720х480 4:1:1 для NTSC). Это означает, что каждый кадр содержит 720х576 значений яркости Y и по 360х288 значений U и V .

На рисунке: каждая ячейка имеет собственное значение яркости Y. Однако значения цветности UV определяются только для ячеек, обозначенных символами +, и принимаются фиксированными для каждой группы, аналогичной выделенной серым цветом. В результате при схеме 4:2:2 получается по 360х576 различных значений U и V, при схеме 4:1:1 - 180х576, при схеме 4:2:0 - 360х288.

Существенной чертой цифрового DV-преобразования является адаптивная компрессия видео с фиксированным коэффициентом сжатия 5:1 (но переменным результирующим качеством видео). Аналогично M-JPEG, она основана на внутрикадровом дискретном косинусном преобразовании, но обеспечивает при том же сжатии более высокое визуальное качество. Это достигается путем оперативного анализа блоков 16х16 пикселей изображений и индивидуального подбора для них таблиц квантования. При этом коэффициент компрессии малоинформативных блоков увеличивается, а блоков с большим количеством мелких деталей уменьшается относительно среднего 5:1. Результирующий поток составляет 25 Mbit/s по видео, 1.5 Mbit/s аудио и 3.5 Mbit/s служебной информации (всего около 3.7 MB/s), так что на винчестере емкостью 1GB может быть размещено около 5 минут DV. При этом цифровая запись аудио производится без компрессии согласно одной из трех возможных схем: один стереоканал (т.е. 2 аудиодорожки) 16-бит с частотой 44,1 Кгц (соответствует CD-качеству), один стереоканал 16-бит с частотой 48 Кгц (соответствует DAT-качеству) или 2 стереоканала по 12-бит на частоте 32 Кгц. При этом наличие второго канала по аналогии со стандартом Hi8 обеспечивает возможность наложения звука, дозаписи фона или звуковых эффектов. Благодаря раздельной записи видео и звука формат DV позволяет добавлять звуковое сопровождение после завершения записи/редактирования видео, а также перезаписывать звук в режиме AudioDub.

И, наконец, в-четвертых, в DV предусмотрена специальная схема исправления и маскирования ошибок, позволяющая воспроизводить чистую картинку даже в случае полной потери 2 из 12 дорожек. Дело в том, в отличие от аналоговых типов с линейным процессом записи, в DV информация о последовательных участках изображения равномерно распределяется (причем, с некоторой избыточностью) между различными дорожками кадра. В результате при малой потере информация может быть полностью восстановлена, а при более существенной - аппроксимирована с высокой достоверностью по сохранившимся смежным участкам. В любом случае визуально потеря будет не слишком заметна.

2.2 Основные характеристики видео форматов

Видео -- это обычный ряд записанных друг за другом изображений. Как известно, видео начали записывать за долго до появления первого компьютера, т.е. в аналоговом виде. Это накладывало большие ограничения по его последующей обработке и редактировании. Вплоть до начала 1990-х годов преобладал именно этот тип записи видео. Позже были разработаны цифровые технологии записи и хранения видео. Это дало большой толчок в развитии не только кинематографа, но и домашнего видео. Т.е. запись видеороликов и домашних фильмов стала очень популярным занятием. Все это, на фоне развития компьютерной техники, вынуждало разработчиков совершенствовать технологии записи, хранения и обработки видеоинформации. Вот как раз для хранения такой информации и были разработаны различные видео форматы. Видео формат определяет структуру видео файла, т.е. то как хранится файл на носителе информации. Из-за большого количество форматов видео, многие стали путать совершенно различные понятия - «стандарт видео», «видео кодек» и «медиа контейнер». Давайте разберемся, что же это за понятия.

Кодек (CODEC = COder+DECoder /кодек = кодер + декодер/ ) -- программные или аппаратные средства, преобразующие видеоинформацию в поток уплотненных данных и наоборот. Популярные кодеки -- DivX, Xvid, H.264 и другие.

Медиа контейнер -- формат файла, который хранит в себе информацию о своей внутренней структуре. Медиа контейнер фактически является мета форматом, так как он хранит данные и информацию о том, как данные будут сохраняться непосредственно внутри файла. Популярные медиа контейнеры -- AVI, QuickTime, MPEG-4, 3GP и другие.

MPG (MovingPicturesExpertsGroup) - 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-VideoInterleaved) 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 AppleQuicktime, 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) - потоковыйформатот Microsoft.

Они разработали два варианта ASF, v1.0 и v2.0. v1.0 используется их медиа средствами (WindowsMediaPlayer и WindowsMediaEncoder) 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 (WindowsMediaVideo) - Видеофайл, записанный в формате WindowsMedia.

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

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

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. 3rd generation (mobile) phone - (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 MediaFormat, 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 (FlashVideo) - формат файлов, используемый для передачи видео через интернет. Используется такими сервисами, как YouTube, GoogleVideo, 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 AdobeFlash и плагины к большинству браузеров, а также поддерживается многими программами для воспроизведения видео, например, MPlayer, VLC mediaplayer, MediaPlayerClassic) и другими программами, работающими с помощью DirectShow.Mpeg7 - это не логическое продолжение Mpeg4, просто разработка той же группы MPEG (MovingPictureExpertsGroup) для интернета. Здесь вводится специализированный язык DDL (DescriptionDefinitionLanguage - 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. Как пример:

· музыка - сыграв несколько нот на клавиатуре, можно получить список музыкальных произведений, которые содержат такую последовательность звуков;

· графика - нарисовав эскиз на экране, получим набор рисунков, содержащих подобный фрагмент;

Размещено на http://www.allbest.ru/

Различные форматы и кодеки.

2.3 Использование телевизионных стандартов PAL, SECAM, NTSC

PAL, NTSC, SECAM - это видеостандарты цветного телевидения, принятые в различных странах. В 1953 году в США появился первый из стандартов - система NTSC. Разрешение экрана для этого стандарта составляет 720х480 пикселей, частота 30 кадров в секунду (kps). Такая частота обусловлена тем, что промышленный ток в США имеет частоту 60 Гц. Система NTSC распространена в США, Канаде, Японии, Мексике и некоторых других странах. Немного позже, в 1956 году, Франция разработала стандарт SECAM. Поскольку частота промышленного тока в Европе составляет 50 Гц, частота кадров для SECAM - 25 kps.

В 1967 году началось вещание цветного телевидения данного стандарта во Франции и Советском Союзе. Некоторые считают, что Советский Союз присоединился к вещанию в этом стандарте в противовес США, но не будем забывать, что ток в СССР имеет также частоту 50 Гц, а, кроме того, Франция предложила готовое оборудование для вещания и льготные условия при покупке лицензии. Таким образом эфирное телевидение в России и странах СНГ передается в стандарте SECAM. Это относится также к Франции, ряду стран Африки, Азии и Южной Америки. Сразу хочу оговориться, что кабельное телевидение в России вещает в стандарте PAL.

Стандарт PAL разработан в Германии в 1967 году и используется во всех странах Европы кроме вышеназванных, а также в Азии, Австралии и некоторых странах Африки и Южной Америки. Стандарты PAL и SECAM имеют одинаковую частоту кадров - 25 kps и одинаковое разрешение экрана - 720х576.

Системы телевидения стран мира

PAL

Использование телевизионных стандартов PAL, SECAM, NTSC

Спектр телевизионного сигнала PAL.

Показан PAL-I с разносом частот 6,0 МГц между несущими изображения и звука (используется в Великобритании, Гонконге и Сингапуре). Коричневым цветом показан спектр поднесущей (Chroma)

· PAL (англ. PhaseAlternatingLine -- построчное изменение фазы) -- система аналогового цветного телевидения, разработанная инженером немецкой компании «Telefunken» Вальтером Брухом и принятая в качестве стандарта телевизионного вещания в 1966 году в Германии, Великобритании и ряде других стран Западной Европы[1]. В настоящее время система PAL является самой распространённой в мире. В конце 1990-х годов передачи по этому стандарту смотрели в 62 странах 67,8 % телезрителей всего мира

Технические особенности

Как и остальные системы цветного телевидения, PAL совместим с чёрно-белым телевещанием. Созданная в качестве альтернативы NTSC с присущими последней недостатками, система PAL может рассматриваться, как её удачная модернизация^[2]. Вместо непосредственной передачи основных цветов система предусматривает передачу сигнала яркости Y, как в чёрно-белом телевидении, и двух цветоразностных сигналов R-Y и B-Y, несущих информацию о красном и синем цветах соответственно. Недостающая информация о зелёном цвете G восстанавливается в приёмнике вычитанием цветоразностных сигналов из яркостного. В случае просмотра программы на чёрно-белом телевизоре используется только сигнал яркости, ничем не отличающийся от видеосигнала чёрно-белого телевидения. Сигнал цветности, который содержит информацию о цветоразностных сигналах, чёрно-белыми телевизорами не принимается. Он передается в высокочастотной области спектра сигнала яркости при помощи вспомогательной несущей частоты -- поднесущей, которая принимается блоком цветности цветных телевизоров.

Передача сигнала цветности происходит так же, как в NTSC с использованием квадратурной модуляцииподнесущей. Отличие состоит в том, что фаза одной из квадратурных составляющих (R-Y) сигнала цветности PAL меняется от строки к строке на противоположную^[2]. Для уменьшения видимости помех от поднесущей, её частота выбрана равной сумме нечётной гармоникичетвертьстрочной частоты и частоты кадров^[4]. Учитывая то, что система PAL в большинстве случаев используется в сочетании с европейским стандартом разложения576i, эта частота составляет 4433618,75 Гц (4,43 МГц), обеспечивая «четвертьстрочный сдвиг» поднесущей. Исключение составляют разновидности: PAL-M, используемая в Бразилии и основанная на стандарте разложения 480i, и PAL-N, хотя и основанная на разложении 576i, но с уменьшенной шириной полосы радиосигнала. В этом случае частота поднесущей выбирается близкой к стандарту NTSC, то есть 3,58 МГц, а вместо цветоразностных сигналов U и V передаются модифицированные I и Q.

При передаче сигнала цветности «красный» цветоразностный сигнал повторяют в следующей строке с поворотом фазы на 180 градусов. Для устранения фазовой ошибки декодер PAL складывает текущую строку и предыдущую из памяти, благодаря чему полностью устраняет фазовые ошибки, типичные для системы NTSC. При сложении двух сигналов взаимно уничтожаются «красные» цветоразностные компоненты из-за изменения их знака. При вычитании двух сигналов взаимно уничтожаются «синие». Таким образом, на выходах сумматора-вычитателя получаются разделённые сигналы U и V, являющиеся масштабно изменёнными R-Y и B-Y. Эти особенности системы кроме очевидных преимуществ приводят к удорожанию декодера, поскольку требуют повышенной точности линии задержки. Для правильного суммирования и вычитания необходимо, чтобы прямой и задержанный сигналы находились в фазе или в противофазе. Это достигается только в случае задержки на целое число полупериодов поднесущей. Поэтому, отклонение времени задержки для декодеров PAL не должно превышать 5 наносекунд, что в шесть раз меньше того же показателя для декодеров SECAMПри выборе системы отечественного цветного телевидения этот фактор сыграл немаловажную роль, поскольку такая точность в то время была трудно достижима. В то же время, повышенная точность линий задержки PAL делает их пригодными для использования в мульти стандартных декодерах, поддерживающих систему SECAM. В аналоговых телевизионных приёмниках для запоминания цветоразностного сигнала от предыдущей строки используется ультразвуковая линия задержки, в цифровых -- оперативная память на строку.

Для цветовой синхронизации в системе PAL, так же как и в NTSC на задней площадке строчного гасящего импульса передаётся «вспышка» поднесущей (англ. Colorburst), состоящая из 8--10 периодов колебаний опорного генератора. В отличие от NTSC, где фаза вспышек постоянна, в системе PAL она изменяется на 90° от строки к строке, неся информацию о фазе красной составляющей поднесущей.

Достоинства и недостатки

Система PAL обладает теми же достоинствами, что и NTSC за счёт использования тех же принципов квадратурной модуляции: хорошая совместимость с чёрно-белыми телевизионными приёмниками, низкий уровень перекрёстных искажений сигналов яркости и цветности и высокая помехозащищённость^[6]. Использование линии задержки и фазовой коммутации повышает устойчивость системы к фазовым искажениям поднесущей. Особенности устройства блока задержки декодера PAL позволяют наилучшим образом выполнять разделение сигналов яркости и цветности. По этому параметру PAL значительно превосходит NTSC и, особенно SECAM. А использование задержки сигнала, в отличие от SECAM, не приводит к мерцанию горизонтальных цветовых границ, поскольку усредняется цветность, а не её отдельные составляющие для двух соседних строк. Недостатками системы является относительная сложность приёмника по сравнению с NTSC из-за использования линии задержки, а также уменьшенная по вертикали разрешающая способность по цвету^[6]. Субъективно, в силу большей чувствительности глаза к яркостной составляющей, для большинства сюжетов такое ухудшение почти незаметно. При этом надо понимать, что в передаваемом сигнале цветовое разрешение по вертикали -- полное, ухудшение разрешения происходит лишь в аналоговых декодерах PAL. Применение цифрового декодирования позволяет восстановить как полное цветовое разрешение по вертикали, так и улучшить разделение яркость/цветность за счет использования гребенчатой (или еще более сложной -- так называемой 3D) фильтрации поднесущей.

Распространение разных систем по миру. Жёлтым цветом обозначены страны, использующие PAL

Система PAL является основной системой цветного телевидения в Европе (кроме Франции, России, Белоруссии), Азии, Австралии и ряде стран Африки и Южной Америки:

Острые дискуссии по выбору системы цветного телевидения в ведущих странах Западной Европы закончились в пользу системы РАL -- за ней стоял пятнадцатилетний опыт вещания и производства аппаратуры и телевизоров в США, Японии, Канаде и других странах по системе NTSC. Конечно, и тут не обошлось без политики (эту систему в шутку называли «системой НАТО»). Когда несколько позже к выбору системы цветного телевидения готовилась Италия, правящий в то время президент Франции Ж. Помпиду во время посещения Рима выступал в парламенте с призывом принять французскую систему. Однако Италия не проявила «романской солидарности» и склонилась к системе РАL.

С дальнейшим развитием телевизионной техники недостатки системы SECAM стали проявляться всё отчётливее, и с начала 1990-х годов производство профессиональной видеоаппаратуры этого стандарта было прекращено во всём мире. В настоящее время SECAM существует только как вещательный стандарт, а всё телевизионное производство происходит в системе PAL со стандартом разложения, соответствующим территории вещания. В момент выдачи в эфир телевизионный сигнал транскодируется в SECAM. Некоторые эфирные телеканалы, продублированные в кабельных сетях, по кабелю передают нетранскодированный сигнал в системе PAL. Такая технология уменьшает потери качества при транскодировании.

SECAM

SECAM или SЙCAM (от фр. Sйquentiel couleur avec mйmoire, позднее Sйquentielcouleur а mйmoire -- последовательный цвет с памятью; произносится [секамм]) -- система аналогового цветного телевидения, разработка которой началась во Франции в конце 1950-х годов. В 1965--66 годах совместно с СССР была доработана, став первым европейским стандартом цветного телевидения. В результате дальнейшего совершенствования, проходившего в процессе эксплуатации, начатой в 1967 году одновременно в СССР и Франции, система приобрела окончательный вид и название SECAM--IIIB.

...