Компьютерные устройства для работы с видео
Виктор Шпиль
Два последних десятилетия уходящего века ознаменовалось бурным
развитием цифровых видеотехнологий на базе компьютеров. Графическое
компьютерное изображение в 256 цветов сделало это направление
привлекательным для широкого круга разработчиков. В первую очередь
эту нишу стали осваивать разработчики компьютерных видеоигр.
В неокрепших умах витало загадочное слово Multimedia. Персоналки
становились все мощнее и доступнее. Параллельно развивалась индустрия
систем специального применения (охранных, медицинских, научных,
военных и пр.). В профессиональном телевидении чрезвычайно популярным
стало направление компьютерной графики. Появились первые программы
для компьютерной анимации и титров. Фирмы, производящие устройства
для работы с видео на компьютере, начали возникать как грибы
после дождя. Платы ввода-вывода видеоизображения появились для
компьютеров AMIGA, MAC и PC. Переход на работу с видеоизображением
профессионального разрешения и 24-разрядной цветовой гаммой требовал
поиска новых подходов. Так как шины ISA (PC) и NuBus (Mac) обладали
довольно низкой пропускной способностью, то для работы с видео
на профессиональном уровне пришлось идти на различные компромиссы.
Самым простым и распространенным методом стал покадровый ввод
и вывод видео. Этот метод позволял обеспечить высокое качество,
но приводил к быстрому износу дорогой видеотехники и большим
потерям времени.
Через некоторое время все заговорили о компрессированном видео.
Начались споры о том, какой вид компрессии лучше - JPEG или Wavelet.
В системах передачи видео на расстояние начали внедрять MPEG.
Развитие элементной базы, обеспечивающей аппаратную компрессию
видеосигнала, явилось толчком для развития систем ввода-вывода
и монтажа видео в реальном времени. В это же время обозначились
и три подхода к реализации подобных систем.
В первом варианте видео через шину компьютера записывается на
системные диски. Несмотря на то, что такой подход при низкой
пропускной способности шин компьютеров был достаточно рискованным,
производители плат для корпоративного видео пошли именно этим
путем. Последующее появление и модернизация шин EISA и PCI позволили
реализовать на базе этой технологии и профессиональные системы
вещательного качества, такие как TARGA2000, Matrox Digi Suite
и т.д. Сейчас запись видео непосредственно на системный диск
возможна также и с внешних устройств через интерфейсы USB и IEEE-1394
Во втором варианте видео непосредственно записывается на диск,
подсоединенный к контроллеру, интегрированному в плату, минуя
шину компьютера. Наибольшее распространение, среди систем этого
направления получили видеоплаты канадской фирмы DPS. Плата Personal
Animation Recorder со встроенным EIDE-контроллером была выпущена
сначала для компьютеров AMIGA, a затем и для PC. Такое решение
позволило на компьютерах с шиной ISA в реальном времени записывать
и сбрасывать на магнитофон видео профессионального качества.
Применение этой платы в полноценных системах нелинейного видеомонтажа
было невозможно из-за ограниченной емкости EIDE-дисков (1 ГБ).
Затем были выпущены платы Perception, Perception RT, Reality
и Velocity. Такое же решение использовалось в системе нелинейного
видеомонтажа на базе PC Video Machine немецкой фирмы FAST. К
сожалению, такой подход, наряду с явными преимуществами, ведет
к удорожанию системы и значительно ограничивает возможности обмена
видеоданными по компьютерной сети.
В третьем варианте компьютер используется просто как графический
интерфейс, а работа с видео происходит в отдельном блоке, подсоединенном
к компьютеру через интерфейс SCSI, а в некоторых случаях - просто
через Ethernet-соединение или порт LTP (а сейчас и через IEEE-1394
и USB). Дисковый массив для записи видео подсоединяется непосредственно
к этому блоку. Последний вариант является идеальным с точки зрения
надежности, но ведет к удорожанию системы.
Много споров до сих пор ведется о том, какой вид компрессии
лучше. На самом деле, лучше работать вообще без компрессии. Любая
компрессия приводит к потерям качества. В ряде случаев может
выясниться, что выбранный тип и коэффициент компрессии категорически
противопоказан именно в определенном конкретном случае. У каждого
вида компрессии есть свои достоинства и недостатки, однако это
тема для отдельного обзора.
Перечислю ряд типичных ошибок и заблуждений при выборе той или
иной системы ввода-вывода видео на базе компьютера:
- в описании на бытовую видеоплату написано, что она поддерживает
разрешение 720~x~576 точек, использует компрессию JPEG, коэффициент
сжатия 1:3. На основе этого заявления можно сделать вывод, что
устройство обеспечивает профессиональный уровень качества по
баснословно низкой цене. Но если почитать описание дальше, то
выяснится, что полоса сигнала соответствует бытовым стандартам,
отношение сигнал/шум выходит за пределы, определенные для вещательного
качества, а система имеет только аналоговые композитный и компонентный
(S-Video) входы-выходы;
- есть цифровое видеоборудование, построенное на использовании
аппаратной компрессии JPEG (DV, Digital8, DVCAM, DVCPRO, DVCPRO-50,
Digital-S) или MPEG-2 (Digital VHS, DVD, Betacam SX). В описании
на приобретаемое устройство написано, что оно использует такой
-же тип компрессии, что и имеющееся видеооборудование, а значит
- идеально подходит. На самом деле это далеко не так. Eсли оборудование
имеет только профессиональные аналоговые (YUV) или цифровые профессиональные
интерфейсы (SDI), видеоcигнал на выходе подвергается декомпрессии
и поступает на вход другого устройства в несжатом виде. Поэтому
в этом случае при выборе устройства ввода-вывода важен не тип
внутренней компрессии, а уровень потерь, происходящих при вводе-выводе
на данном устройстве;
- бытует мнение, что при работе по интерфейсу 1394 потери отсутствуют,
так как видео записывается на диск в том виде, в котором оно
хранилось на ленте. На самом деле это соответствует действительности
только при отсутствии обработки исходного видеофайла, либо при
монтаже прямой склейкой. При монтаже с использованием спецэффектов
та часть изображения, которая непосредственно подвергается спецэффекту,
декомпрессируется, затем снова компрессируется и записывается
на диск отдельным фрагментом. В этом фрагменте и будут присутствовать
искажения. Искажения будут присутствовать и тогда, когда в результате
монтажа создается новый видеофайл, как это происходит при работе
с пакетом программ Adobe Premiere. В этом случае происходит декомпрессия,
монтаж и повторная компрессия при просчете конечного видеофайла;
- часто в литературе встречаются высказывания о том, что самым
прогрессивным методом компрессии является MPEG-2. Это точка зрения
при более глубоком рассмотрении вопроса оказывается справедливой
только для задач передачи или записи видеоданных с большими коэффициентами
компрессии. При малых коэффициентах компрессии стандарт MPEG-2
не дает никаких преимуществ перед другими.
На сегодняшний день споры о том, какой подход к реализации подобных
систем и какой вид компрессии лучше, постепенно отходят на второй
план. Микросхемы, осуществляющие компрессию-декомпрессию, начинают
поддерживать одновременно несколько алгоритмов компрессии. Шина
PCI и внешние интерфейсы, такие как IEEE-1394 и USB, постоянно
развиваются и потенциально уже готовы к работе с несжатым видео.
Быстро растет пропускная способность компьютерных сетей. Современные
3D-ускорители потенциально могут реализовывать самые сложные
видеомонтажные эффекты. Системы компьютерного видеомонтажа домашнего
и корпоративного класса активно осваивают технологии монтажа
в реальном времени. Но из вышесказанного не следует, что профессиональные
компьютерные видеотехнологии сильно уступят свои ценовые позиции.
На стоимость системы в первую очередь влияет не уровень новаторских
решений, а удобство в работе. Основным критерием при ценообразовании
становится уровень технологии производства, а следовательно,
и высокое качество видеосигнала, удобный интерфейс пользователя,
наличие вспомогательных профессиональных панелей управления и
надежность программного обеспечения.
[дальше]
«625»
«Звукорежиссер»
«ТТК»
