: архив : архив журнала "625" : 1995 : #5

Несколько советов
Андрей Городийчук. Фирма СТОИК

Бум цифрового видео предоставил новые средства самовыражения для очень широкого круга людей с разными финансовыми возможностями. Компьютерная техника, придя в видеостудии, полностью изменила всю технологию их работы. Практически, все классические студийные видеофункции, такие как монтаж, микширование, видеоэффекты, титры и графика могут выполняться компьютером, причем с качеством, удовлетворяющим любым телевизионным стандартам.

Вполне естественно, что затраты на создание такой студии сильно отличаются в зависимости от уровня качества выходного материала и функциональных возможностей оборудования и программного обеспечения. Информации о компьютерном видеооборудовании много. Это одна из излюбленных тем передач о компьютерах на телевидении. Статьи в специализированных изданиях идут непрерывным потоком. Тот же "625" постоянно печатает массу материалов по этой теме. Но каков же характер этих публикаций. Умильные репортажи с выставок по типу "Ой, Вань, гляди" в счет не идут, там информации
ноль. Специализированные издания грешат заумностью. Неспециалист просто ничего не поймет из этих статей. Я хочу сейчас дать те начальные, необходимые сведения о движущихся картинках на экране компьютера, без которых просто невозможно начать работать в этом направлении. Есть еще пара мыслей, которые я хочу донести до читателя. Для решения многих задач не надо тратить десятки тысяч долларов. Много можно сделать даже не имея видеомагнитофона.

Есть категория пользователей персонального компьютера, которую я буду представлять себе при написании статьи. Этот человек работает в офисе. Пользуется персональным компьютером в своей повседневной работе. Создает документы, электронные таблицы, отчеты. Возможно он может сделать слайд-шоу с помощью какой-нибудь программы презентаций. Эта статья для него.

Технология Video for Windows и др.
Концепция компьютерного видео не так уж и нова. Специализированные видеокомпьютеры давно используются на телевидении. Сообщения фирмы Intel о проекте DVI попадались мне на глаза несколько лет назад. Полуигрушечные компьютеры с видеовыходом приспосабливали для титров и заставок. Но настоящая революция произошла пару лет назад с появлением Quick Time на Макинтошах (файлы *.mov) и Video for Windows (*.avi -Audio Video Interleave) для PC. Хотя Quick Time и существует для IBM совместимых компьютеров, VfW более распространен и поддерживается большим числом производителей аппаратуры и программ. Впрочем обе эти технологии со стороны пользователя очень похожи. И решают одну и ту же задачу. Записать видео на диск и воспроизвести его на экране. С одиночными кадрами особых проблем
не было. Видеосигнал преобразовывался в цифровую форму и помещался в буфер. Затем считывался из него, изображение записывалось на диск, воспроизводилось на экране и вообще использовалось при всякой надобности, так же как и полученное со сканера. Расположенные на одной плате аналого-цифровой преобразователь и буфер памяти успевали "схватить" кадр (grab frame, отсюда и фрейм-граббер) за время пока он передавался - в PAL'e, например, за 1/25 секунды.

Такие устройства выпускаются в огромных количествах и сейчас находят свое применение. Например, есть факт о войне в Персидском заливе. Тогда газеты по всему миру выходили с фотографиями бомбежек Багдада, а снимки брались из репортажей CNN, чья команда телевизионщиков была единственной оставшейся в Ираке.

Когда же попытались захватывать видеопоследовательности, дело застопорилось. При теоретической пропускной способности 16 мегабайт в секунду через ISA шину PC больше двух мегабайт не протолкнешь, а на обычный винчестер (твердый диск) - около одного мегабайта. Поток качественного цветного видео, если без ухищрений, составляет около 30 МБ.

Можно, конечно, уменьшить картинку до размера почтовой марки (скажем, до 160 на 120), да проредить кадры до восьми в секунду, да цвета подрезать. Тогда получается. Но для того, чтобы получить приемлемые размеры (на экране побольше, на диске поменьше) и качество, без сжатия не обойтись.
Сжатие (или компрессия) может быть с потерей качества или без таковой. Если сжать изображение программой pkzip, то получится типичное сжатие без потерь. "Раззипованная" картинка будет точно такой же как и оригинал. Но, кто пробовал это проделать над отсканированной фотографией, тот знает, что занятие это малоперспективное. Сжатие будет раза в полтора. А видео, из-за зашумленности сжимается еще хуже. Впрочем, рисованные картинки жмутся довольно хорошо.

Алгоритмы сжатия с управляемой потерей качества были отработаны над единичными изображениями. Существует по крайней мере один широко распространенный стандарт таких файлов - JPEG. Сокращение от Joint Photographic Expert Group, которая этот формат и стандартизировала. Основан он на косинусных преобразованиях и последующем хафмановском кодировании. При этом происходит подрезание пространственного спектра, больше по цветам, меньше по яркости. Слова эти большинству непонятны, но это неважно. Важно то, что файл таким образом можно сжать в несколько десятков раз, а визуально разницы не заметно. Модули сжатия-распаковки, или кодеры-декодеры (кодеки), для видео строятся по такому же принципу. Еще одно свойство видео, применяемое для сжатия, заключается в том, что следующий кадр от предыдущего, как правило, отличается мало. Поэтому, с какой-то периодичностью пишутся ключевые кадры, а между ними только разности.

В поставку Video for Windows входит шесть кодеков. А так как свободно распространяемая часть VfW (run-time) включена во все программы обработки видео на PC и прилагается ко многим платам захвата видео, они практически всегда доступны для пользователя. Обычно их используют при подготовке роликов к распространению, например, на дисках CD-ROM, чтобы не зависеть от аппаратуры. Рассмотрим несколько кодеков.

Microsoft Video 1. Этот кодек поддерживает цветовую глубину 8 и 16 бит на точку и достаточно быстро работает. Но сжимает он не очень сильно, а при большом сжатии здорово портит картинку.
Microsoft RLE стоит использовать для записи рисованной анимации, так как поддерживает он только 256 цветов и может работать без потери качества. В нем используется тот же алгоритм, как в PCX графике (RLE-run-length encoding).

Intel Indeo Video. Проблема компрессии видео прорабатывалась фирмой Intel задолго до появления Video for Windows. Этот кодек лучше сжимает, быстрее проигрывает ролики, чем Microsoft Video 1. Он поддерживает 24-битовые цвета и, помимо чисто программной реализации, имеются платы, ап-паратно реализующие Indeo. Есть вариант и для Мас'ов.

Intel Indeo Video Raw. To же самое, что и None. Получаются огромные файлы, но потери качества не происходит, так как сжатия нет.

Cinepak кодек. Чисто программный. Медленно сжимает, но очень быстро распаковывает. Именно его стоит применять, если ролики надо распространять. Ролики подготовленные для CD-ROM (15 кадров в секунду, с потоком данных 300 kb/s) проигрываются практически на любой 486 машине без потери кадров и очень неплохо смотрятся. К тому же он доступен и для Windows и для Macintosh.

Во многие, как правило достаточно дорогие, платы встраивают микросхемы, ускоряющие сжатие и/или распаковку. Поток данных через шину и винчестер радикально уменьшается и можно работать с видеороликами полноэкранного размера, большого цветового содержания и без потери кадров.

Аппаратные средства производства видео на IBM PC
Без этого раздела при написании статьи обойтись не удалось. Она предназначена для новичков, только начинающих вникать в задачу обработки видео на PC. Но для всестороннего и объективного обзора сейчас у меня нет ни места, ни возможности. Поэтому изложу только личные впечатления о тех из- I делиях с которыми сам работал.

Одна из самых дорогих и лучших (что не всегда совпадает) плат для ввода-вывода видео на PC - это TARGA 2000 фирмы Truevision. Великолепные возможности для расширения. Качество вполне достаточное для хорошей студии формата S-VHS, хотя и не дотягивает до ВЕТАСАМ SP. Плата - профессиональная, у неё очень жесткие требования к компьютеру, работать с ней непросто. Так что покупать её стоит только если Вы готовы к большим затратам денег и труда и четко представляете, как их окупить.

Плата miro Video DC1 TV мне лично очень нравится. Она не очень дорогая, меньше тысячи долларов, с хорошо сбалансированными возможностями как ввода, так и вывода. Качество на уровне 300 линий. Это лучше, чем VHS. Работает со всеми программами, поддерживающими Video for Windows. Пишет и воспроизводит AVI файлы, но только с собственным кодеком Motion-JPEG. Поставляется с программой Video Studio 2.0 или Adobe Premiere.

Для тех, кому не нужен вывод на видео, есть другие изделия. Например Intel Smart Video Recorder (Pro). На этой плате стоит специальный процессор I750, обеспечивающий сжатие по стандарту Indeo аппаратно. На выходе получаются AVI файлы 320x240 15 кадров в секунду. Эти показатели оптимальны для multimedia приложений, так как без специальных ускорителей именно такие видеофайлы может воспроизводить 486-я машина. Smart Video Recorder Pro может писать без потери кадров 30 кадров в секунду, как раз для воспроизведении на Pentium компьютерах. И, в отличии от других плат, перекомпрессия не нужна.

Компьютерное видео как элемент презентации
С компьютерными презентациями и обучающими программами сталкивались, наверное, все, кто пользуется персональным компьютером или хотя бы бывает на компьютерных выставках. Выглядят они по разному, но принцип один и тот же. "Сцены" сменяют друг друга, пользователь иногда может вмешаться в развитие событий на экране, чтобы получить информацию, которая его интересует. Очевидно, что простые текстовые экраны не привлекут такого внимания, как красочная графика с музыкой и звуковым сопровождением. Если же, помимо статичных картинок будет фильм, восприятие материала улучшится многократно.

Сейчас любая программа для создания презентаций умеет вставить видеоролик в шоу. Но как быть тем, у кого пока нет платы захвата видео? На самом деле очень многое можно сделать и без неё. Примером ролика, созданного без специальной аппаратуры может быть, например, морфинг. Это эффект плавного перетекания одного изображения в другое. При этом каждый промежуточный кадр выглядит осмысленно. Когда лицо одного человека морфируют в лицо другого, промежуточные кадры представляют собой фотографии людей похожих на них. Эта технология последнее время стала очень популярной на телевидении и в кино (начиная с клипа Майкла Джексона "Black or White"), и представляется обычному зрителю очень сложной. На самом деле, при наличии компьютера, двух картинок в нем и соответствующей программы сделать ролик с морфингом совсем не сложно.

Создание простого компьютерного ролика
Как это сделать, я хочу показать на примере программы Picture Man, так как сам принимал участие в разработке, хорошо её знаю, а по количеству легально установленных копий ей в этой стране нет равных.
Picture Man это большая система обработки изображений и морфинг - лишь одно из возможных действии над картинками в нём. Picture Man полностью покрывает потребности в мощном растровом редакторе от сканирования до цветоделения и печати со всевозможными цветокоррекциями, ретушированием, стилизациями и трансформациями изображений. В нем можно создавать сложные графические композиции и монтировать видео.

Какие же функции Picture Man будут полезны в нашем опыте? Понятно, что нужен материал, по крайней мере два изображения -начальное и конечное в морфопоследова-тельности. Если Вы художник - нарисуйте их. Можно сосканировать или захватить кадры из видео. Но, так как на моем компьютере ни фреймграббера, ни сканера нет, а есть CD-ROM, я взял фотографии "трабанта" и "мерседеса" с диска с картинками. CD дисков продается великое множество и стоят они недорого.

Первое, что я с ними сделал - это смасшта-бировал к одинаковому размеру. Затем пришлось заняться тоновыми коррекциями, чтобы картинки стали одинаково контрастными. Очертив контуры автомобилей, я залил фон "краской", устранив пейзаж. Только теперь можно заняться собственно морфингом.
Приемы здесь несложные. Главное надо понимать, что компьютер туп и без Вас ничего не сделает. Он не знает, что на картинке - самолёт или кастрюля. Поэтому надо расставить реперные точки, что во что переходит. Как на картинке, фары в фары, бампер в бампер... В Picture Man эти точки можно соединять линиями, очерчивая контуры объектов. Чем больше таких точек и линий поставить, тем более гладким и точным получится переход.

Теперь очередь поработать передается машине. Надо только задать куда сохранять морфопоследовательность. Что же, собственно говоря, происходит внутри когда машина считает? Начальные и конечные положения реперных точек известны. Считаются их положения в промежуточных кадрах, а промежуточные точки начального и конечного изображения тянутся за реперными, как если бы картинки были нарисованы на резине. От кадра к кадру конечное изображение проглядывает через начальное. Когда полученный ролик прокручивается в динамике получается очень здорово, даже если промежуточные кадры не очень хорошо смотрятся по отдельности.

В Picture Man входит программа Video Man. Полученную видеопоследовательность можно конвертировать в нужный формат, смонтировать с другими, наложить фильтры, короче получить целый фильм. И это всё из нескольких статичных изображений.