Loading AI tools
Из Википедии, свободной энциклопедии
Цифровое видео — совокупность технологий записи, обработки, передачи и хранения изображения и звука. Основное отличие от аналогового видео заключается в том, что видеосигнал и звук кодируются и передаются не в исходном виде, а после аналогово-цифрового преобразования в потоки видео- и звукоданных. В большинстве случаев цифровое видео подвергается компрессии для уменьшения объёма данных, предназначенных для передачи и хранения. Цифровое видео может распространяться на различных видеоносителях, посредством цифровых интерфейсов в виде потока или файлов.
В этой статье может быть слишком много ссылок на другие статьи, и, возможно, их количество нужно сократить. |
Оптическое изображение формируется с помощью объектива на светочувствительной матрице видео- и телевизионных камер, телекинопроекторов, цифровых фотоаппаратов, камерафонов или планшетов, веб-камер, камер систем видеонаблюдения и других подобных устройств. С помощью различных систем производится цветоделение изображения для получения монохромных полутоновых компонент трёх основных цветов.
После применения гамма-коррекции сигналов R, G, B производится их преобразование для получения сигнала яркости Y' и двух цветоразностных сигналов: R'-Y' и B'-Y'. В соответствии с 601-й рекомендацией ITU-R применяется кодирование по следующим формулам для перевода компонентного видеосигнала в цифровую форму:
При передаче таких сигналов, возможно восстановление исходных составляющих цветов: красной (R), синей (B) и зелёной (G), которые используются в большинстве систем отображения видеоинформации, например в мониторах.
Полученные компоненты Y', Cr, Cb квантуются с разрядностью 8 или 10 бит. Однако не все уровни используются для передачи сигналов яркости. Например, для 8 битного кодирования из 256 доступных уровней только 220 используются для передачи сигнала яркости (диапазон 16-235), а остальные — для сигналов синхронизации. При 10-битном кодировании — используется 877 уровней. Для цветовых компонент используется только 225 уровней в 8-битной системе и только 897 дискретных уровней видео в 10-битной системе.
При дискретизации Y', Cr, Cb компонент видеосигнала для сокращения скорости потока применяется так называемая цветовая субдискретизация. Если дискретизация каждого компонента производится с одинаковой частотой, такая схема будет называться 4:4:4. Однако она редко применяется на практике, из-за её избыточности. Для цифровых видеостандартов принято базовое соотношение 4:2:2, которое означает, что цветоразностные компоненты Cr, Cb передаются с горизонтальной чёткостью, в два раза меньшей чёткости яркостного сигнала, потому что человеческий глаз более чувствителен к изменению яркости, чем цвета. При этом частота дискретизации для яркостного сигнала Y' устанавливается равной 13,5 Мегагерц, что в два раза больше, чем для цветоразностных сигналов Cr и Cb — 6,75 Мегагерц.
В целях дальнейшего сокращения избыточности сигналов цветности применяются схемы с соотношением 4:2:0 и 4:1:1. В последнем случае горизонтальная чёткость цветоразностных сигналов снижается до четверти от полного разрешения сигнала яркости. Оба варианта 4:1:1 и 4:2:0 вдвое сокращают пропускную способность по сравнению с представлением без субдискретизации.
Для сигналов ТВЧ согласно части II Рекомендации ITU-R 709-3 установлены частоты дискретизации сигналов яркости 74,25 МГц и цветности 37,125 МГц.
Стандарты разложения цифрового видео определяют следующие параметры:
Также немаловажным параметром является соотношение сторон кадра видеоизображения. Типичными форматами для видео являются стандартный 4:3 (1,33:1) или широкоэкранный — 16:9 (1,77:1). Широкоэкранный режим иногда записывается на видео со сжатием по горизонтали до 4:3, а при воспроизведении растягивается. Такая технология называется цифровым анаморфированием и при записи широкоэкранных фильмов дает возможность более эффективно использовать кадр телевидения стандартной четкости. Корректное отображение закодированного формата обеспечивается его автоматическим распознаванием при помощи служебного бита AR (англ. Aspect Ratio) и пакетов WSS (англ. Wide Screen Signaling) или AFD (англ. Active Format Description)[1]. Вся эта информация о формате изображения и расположении экранных каше (англ. Bar Data) передаётся в 23-й строке кадрового гасящего импульса видеопотока[2][3].
Видеопоток — это временна́я последовательность кадров определённого формата, закодированная в битовый поток. Скорость передачи несжатого видеопотока с чересстрочной разверткой разрядностью 10 бит и цветовой субдискретизацией 4:2:2 стандартной четкости будет составлять 270 Мбит/с. Такой поток получается если сложить произведения частоты дискретизации на разрядность каждой компоненты: 10 × 13,5 + 10 × 6,75 × 2 = 270 Мбит/с. Однако, расчет размера получаемого файла, содержащего несжатый видеопоток, производится несколько иначе. Сохраняется только активная часть строки видеосигнала. Для представления в пространстве Y', Cr, Cb рассчитываются следующие составляющие:
Расчёт скорости передачи данных:
Для формата 4:2:2 BR = BD × (W + 0,5 × W × 2) × H × FR = BD × 2 × W × H × FR Для формата 4:1:1 BR = BD × (W + 0,25 × W × 2) × H × FR = BD × 1,5 × W × H × FR Для формата 4:2:0 BR = BD × (W × H + 0,5 × W × 0,5 × H × 2) × FR = BD × 1,5 × W × H × FR Для формата 4:4:4 BR = BD × 3 × W × H × FR BR - скорость передачи данных, бит/с, W и H - ширина и высота кадра в пикселях, BD - разрядность для каждой компоненты, бит на пиксель FR - кадровая частота, кадров/с
В таблице приведены скорость передачи несжатого видеопотока и размер требуемого пространства для часовой записи наиболее распространенных стандартов.
Размер кадра (пикселей) | Глубина цвета(бит) | Дискретизация | Кадровая частота (Гц) | Битрейт (Мбит/с) | Требуемая ёмкость (ГиБ/час) |
---|---|---|---|---|---|
720 × 576 | 10 | 4:2:2 | 25 | 207 | 86.9 |
720 × 576 | 8 | 4:1:1, 4:2:0 | 25 | 124 | 52.1 |
1280 × 720 | 8 | 4:2:2 | 25 | 369 | 154.5 |
1280 × 720 | 8 | 4:2:2 | 50 | 737 | 309 |
1280 × 720 | 10 | 4:2:2 | 25 | 461 | 193.1 |
1920 × 1080 | 10 | 4:2:2 | 25 | 1037 | 434.5 |
Из-за относительно высокой скорости передачи несжатого видеопотока широко используются алгоритмы видеокомпрессии. Видеокомпрессия позволяет сократить избыточность видеоданных и уменьшить передаваемый поток, что позволит передавать видео по каналам связи с меньшей пропускной способностью или сохранять видеофайлы на носителях с меньшей ёмкостью.
Этот раздел статьи ещё не написан. |
Следующая таблица показывает характеристики большинства видеоформатов и типов применяемой субдискретизации цветоразностных компонент, а также другие связанные с ними параметры, такие как скорость передачи данных и степень сжатия.
Формат | Владелец | Дискретизация | Глубина цвета | Битрейт (Мбит/с) | Тип компрессии | Степень сжатия | Размер кадра (пикселей) |
---|---|---|---|---|---|---|---|
DV/MiniDV | Несколько | 4:2:0 (PAL) 4:1:1 (NTSC) | 8 бит | 25 | ДКП | 5:1 | 720×576(PAL) 720×480(NTSC) |
DVCPRO 25 | Panasonic | 4:1:1 | 8 бит | 25 | ДКП | 5:1 | 720×576(PAL) 720×480(NTSC) |
DVCPRO 50 | Panasonic | 4:2:2 | 8 бит | 50 | ДКП | 3,3:1 | 720×576(PAL) 720×480(NTSC) |
DVCAM | Sony | 4:2:0 (PAL) 4:1:1 (NTSC) | 8 бит | 25 | ДКП | 5:1 | 720×576(PAL) 720×480(NTSC) |
Digital Betacam | Sony | 4:2:2 | 10 бит | 90 | ДКП | 2,3:1 | 720×576(PAL) 720×480(NTSC) |
Betacam SX | Sony | 4:2:2 | 10 бит | 18/170 | MPEG-2 | 10:1 | 720×576(PAL) 720×480(NTSC) |
MPEG IMX | Sony | 4:2:2 | 8 бит | 30 40 50 | MPEG-2 422P@ML | 6:1 4:1 3,3:1 | 720×576(PAL) 720×480(NTSC) |
XDCAM | Sony | 4:2:0/4:1:1 4:2:2 | 8 бит | 30 40 50 | MPEG-2 | 6:1 4:1 3,3:1 | 720×576(PAL) 720×480(NTSC) |
Формат | Владелец | Год выпуска | Дискретизация | Глубина цвета | Битрейт (Мбит/с) | Тип компрессии | Степень сжатия | Размер кадра (пикселей) |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
HDCAM | Sony | 1997 | 3:1:1 | 8 бит | 144 | ДКП | 7:1 | 1440×1080 |
DVCPRO 100 | Panasonic | 2000 | 4:2:2 | 8 бит | 100 | ДКП | 6,7:1 | 1440×1080 960×720 |
HDCAM SR | Sony | 2003 | 4:2:2 4:4:4 | 10 бит | 440 880 | MPEG-4 | 4,2:1 2,7:1 | 1920×1080 |
HDV | Sony JVC Canon | 2003 | 4:2:0 | 8 бит | 19/25 | MPEG-2 | 18:1 | 1440×1080 1920×1080 1280×720 |
XDCAM HD | Sony | 2005 | 4:2:0 | 8 бит | 18/35 | MPEG-2 MP@H14/HL | 1440×1080 1280×720 | |
AVCHD | Panasonic Sony | 2006 | 4:2:0 | 8 бит | 18/24 | H.264/MPEG-4 | 1440×1080 1920×1080 1280×720 | |
ProRes 422 | Apple | 2007 | 4:2:2 | 10 бит | 147/220 | ДКП | 1920×1080 | |
AVC-Intra 100 | Panasonic | 2007 | 4:2:2 | 10 бит | 100 | H.264/MPEG-4 | 1920×1080 | |
AVC-Intra 50 | Panasonic | 2007 | 4:2:0 | 10 бит | 50 | H.264/MPEG-4 | 1440×1080 1280×720 | |
Dirac Pro (VC-2) | BBC Research | 2008 | 4:2:2 | 10 бит | 50/165 | Вейвлет | 1920×1080 | |
DNxHD (VC-3) | Avid | 2008 | 4:2:2 | 10 бит 8 бит | 220 36/145 | ДКП | 1920×1080 1280×720 | |
XDCAM HD422 | Sony | 2008 | 4:2:2 | 8 бит | 50 | MPEG-2 422P@HL | 16,5:1 | 1920×1080 1280×720 |
CineForm (VC-5) | CineForm Inc | 2001-2012 | 4:2:2 4:4:4 | 10 бит 12 бит | -/320 | Вейвлет | 10:1 - 3.5:1 | 1920×1080 |
Этот раздел статьи ещё не написан. |
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.