Штатным средством Windows для записи звука является MS Sound Recorder, позволяющий записать с микрофона и сохранить без компрессии звук в формате WAV (при этом должны быть корректно установлены низкоуровневые драйвера звуковой платы). Подобные файлы имеют очень большие размеры и их приходится в дальнейшем компрессировать с использованием вышеуказанных методов.
Для вывода звука на внешние устройства возможно использование (также штатного для Windows) Media Player (версия 8.0 для Windows’XP); при этом поддерживаются все установленные в системе кодеки сжатия аудиоинформации.
Указанное ПО является фактически надстройками над системными средствами поддержки записи и воспроизведения звука (драйверами физических аудиоустройств и кодеками) и не обладают развитыми средствами редактирования звука.
Этими возможностями наделены специализированные системы записи, редактирования и конвертации (с применением известных методов сжатия) между форматами аудиоданных. Ниже будут упомянуты лишь некоторые из множества систем цифровой обработки звука; часть из них использует собственноразработанные кодеки, иногда являющимися более эффективными стандартных.
Для потокового приема и воспроизведения аудиофайлов из InterNet наиболее часто применяют RealPlayer (фирма RealNetworks, www.real.com), см. подраздел 3.9.
Система Cakewalk Pro Audio (www.cakewalk.com) является программой профессиональной обработки звука, реализует огромное количество возможностей: многопоточность, микширование цифрового звука и MIDI, возможность обработки звука различными фильтрами, создание различных имитаций и эффектов.
Известная фирма Ulead Systems, Inc. (www.ulead.com) предлагает пакет Ulead MediaStudio, в состав которого входит достаточно мощный Ulead Audio Editor.
Удобен (созданный на основе MP3 Fraunhofer-кодека, см. подраздел 3.2) редактор звуковых файлов Cool Edit (support.syntrillium.com) со встроенной поддержкой 24-битного цифрового аудио (частота дискретизации до 96 kГц) и большим количеством звуковых эффектов, имеются возможности для записи с аналоговых и цифровых источников и редактирования с помощью набора фильтров.
Также распространены пакеты Gold Wave (www.goldwave.com), Music Guru (www.), Steinberg WaveLab (www.steinberg.net) и многие другие – обычно пользователь самостоятельно выбирает нужный пакет на основе анализа возможностей, интерфейса и доступности.

4.1. Основные стандарты записи и воспроизведения аудиовидео-информации

Исторически первыми форматами аудиовидео явились разработанные для нужд телевидения стандарты PAL (Phase Alteration Line, принят в Германии, Великобритании, Южной Америке. Австралии и многих странах Западной Европы и Азии, предполагает размер изображения из 625 строк при 50 полукадрах/сек), NTSC (National Television Systems Committee, принят в США, Японии, Канаде, Мексике, размер изображения 535 строк при 60 полукадрах/сек) и SECAM (Sequence de Coulers Avec Memoire, распространен во Франции, размер изображения 818 строк при 50 полукадрах/сек). Общим во всех известных системах является метод передачи последовательных статических изображений, разным является способ передачи информации о цвете.
Претензии высокого уровня к качеству видео призвана удовлетворить система HDTV (High-Defenition Television, разрешение 1150 строк по 2035 пикселов в строке, 50 полукадров/сек, формат кадра 16:9).
Даже стандарт HDTV (1150 2035=2340250 пиксел) недостаточен для современных цифровых фото- и видеокамер, обычным становится применение т.н. 4-х мегапиксельных камер.
Для записи видеоинформации на магнитную ленту (видеомагнитофоны) используются форматы VHS (Video Home System, не более 240 строк при аналоговом способе записи), S-VHS (Super VHS, усовершенствованная VHS, разрешение до 400 строк; вариант S-VHS C предполагает более компактный вариант оборудования), Video 8 (цифровая запись методом импульсно-кодовой модуляции, 260 строк) и Hi-8 (усовершенствование Video 8, до 400 строк). Современными цифровыми системами являются DV, miniDV и Digital 8 (не менее 500 строк в кадре).
Распространенной цифровой системой профессионального уровня является Betacam, предложенная и активно поддерживаемая c 1982 г. фирмой Sony (www.sony.com). Betacam является не просто форматом видеозаписи (625 строк при 50 полукадрах/сек или 525/30), но цифровой системой, объединяющей различные носители и технологии (Betacam и Betacam SP для аналоговой и Betacam XP для гибридной – аналоговой или цифровой записи):

• магнитную ленту (шириной 12,65 мм и толщиной 14,5 10-3 мм, время записи 62/194 мин) для съемки и линейного монтажа в полевых условиях
• магнитный диск для нелинейного в студийных условиях
• цифровые интерфейсы для подключения к сетям передачи данных и линиям телекоммуникаций, стандарты SDI (Serial Digital Interface) и SDTI (Serial Digital Transport Interface)
• компрессию (степени 10:1 по методу MPEG-2, см. подраздел 4.2) с целью повышения эффективности обмена данными.

Линейный монтаж предусматривает простейшие манипуляции с исходным видеоматериалом; нелинейный монтаж позволяет произвольным образом компоновать отдельные фрагменты видеоряда, снабжать их титрами и видеоэффектами, озвучивать и переозвучивать фрагменты и др. В случае нелинейного монтажа новый вариант видеофильма создается (компилируется) на основе существующего ролика и файла проекта, содержащего информацию о всех необходимых манипуляциях с видеоданными (к сожалению, стандартизация форматов файлов проектов в настоящее время только зарождается).
Для записи аудиовидео CD используются форматы VCD (Video Compact Disc, качество видео сравнимо с VHS, используется сжатие по методу MPEG-1), SVCD (Super VCD, длительность записи 35-60 мин на стандартном CD) и DVD (Digital Compact Disc, сжатие по MPEG-2); подробнее см. следующий подраздел. В нижерасположенной таблице приведены распространенные форматы записи аудиовидео-информации на CD :

Тип CD Стандарт NTSC Стандарт PAL Способ сжатия и скорость передачи данных для видео Способ сжатия и скорость передачи данных для аудио
DVD 720 480
720 576
MPEG-2, переменная до 9,8 Mб/сек MPEG-2 (AC-3),
768 kб/сек
Mini
DVD 720 480
720 576
MPEG-2, переменная до 9,8 Mб/сек MPEG-2 (AC-3),
768 kб/сек
SVCD 480 480
480 576
MPEG-2, переменная до 2,6 Mб/сек MPEG-1,
384 kб/сек
VCD 352 240
352 288
MPEG-1,
1,15 Mб/сек MPEG-1,
224 kб/сек

4.2. Сжатие и распаковка видеоданных

Согласно современным понятиям видео представляет собой последовательность статических изображений, сменяющих друг друга с частотой не менее 25-30 раз в секунду, при этом поток данных для видео весьма велик. Например, для разобранного в подразделе 3.2 случая (изображение 640 480 пикселов, глубина цвета 16 бит) видеопоток при 25 кадрах/сек (FPS – Frame Rep Second) равен 50 Мбайт/сек ! Ясно, что в случае видео сжатие данных еще более важно, чем для статических изображений.
Концепция одновременной записи видео и звука была предложена еще MS в формате AVI (Audio Video Interleave), принципом является запись аудио- и видеосигналов в одном файле отдельно для каждого кадра (frame) – сначала звук первого видеокадра, затем изображение, затем звук следующего кадра и т.д. При этом информация внутри кадров или последовательности кадров может быть не сжата вообще (в прошлом применялось часто вследствие ограниченной мощности процессоров для сжатия в реальном времени) или скомпрессована любым известным методом (при сохранении расширения AVI). Одним из распространенных ПО конвертации несжатых AVI в MPEG-1 является XingMPEG Encoder (www.xingtech.com). Аппаратные методы компрессации видео в настоящее время применяются не столь часто (можно упомянуть, например, мощный аппаратно-программный комплекс miroVideo DC1000 фирмы Pinnacle Systems, www.pinnaclesys.com, подробнее см. раздел 6). В настоящее время обычным является сохранение в файлах с расширением AVI сильно скомпрессированных видеофайлов DivX (см. ниже).
При сжатии файлов видео обычно применяются методы, подобные известным технологиям компрессии файлов изображений; часто учитывается особенность видео, заключающаяся в (относительно малом) изменении содержащейся в последовательных кадрах информации. Звук в аудиовидеофильмах записывается в виде отдельной дорожки (дорожек) и располагается вперемешку с кадрами видео, при этом используются специальные механизмы синхронизации видео и аудио. Мощность аудиопотока значительно (на порядки) ниже видеопотока, поэтому в случае ограничения пропускной способности канала передачи информации первым страдает видео; при всех системах кодирования принята идеология возможного пропуска видеокадров при обязательном сохранении аудиопотока (пропуск части аудиопоследовательности значительно заметнее для зрителя, нежели кадров видео вследствие значительной запоминающей способности глаза).
На сегодняшний день повсеместно распространенным является стандарт MPEG сжатия видеоинформации. Термин MPEG является аббревиатурой Moving Picture Expert Group – название международной экспертной группы, действующая в направлении разработки стандартов кодирования и сжатия видео- и аудио- данных. MPEG состоит из трех частей: Audio, Video и System (объединение и синхронизация двух других).
Алгоритм MPEG-компрессии принципиально ориентирован на обработку последовательностей кадров и использует высокую избыточность информации в изображениях, разделенных малым временным интервалом. Между смежными изображениями обычно меняется только малая часть сцены – например, происходит плавное смещение небольшого объекта на фоне фиксированного заднего плана. В этом случае полную информацию о сцене достаточно сохранять только выборочно - для опорных изображений. Для остальных изображений достаточно передавать только разностную информацию: о положении объекта, направлении и величине смещения, о новых элементах фона (открывающихся за объектом по мере его движения). Эти разности можно формировать не только по сравнению с предыдущими изображениями, но и с последующими (поскольку именно в них по мере движения объекта открывается часть фона, ранее скрытая за объектом). Таким образом, в MPEG-кодировке принципиально формируются три типа кадров: I (Intra), выполняющие роль опорных и сохраняющие полный объем информации о структуре изображения; P (Predictive), несущие информацию об изменениях в структуре изображения по сравнению с предыдущим кадром (типов I или P); B (Bi-directional), сохраняющие только самую существенную часть информацию об отличиях от предыдущего и последующего изображений (только I или P). Последовательности I-, P- и B-кадров объединяются в фиксированные по длине и структуре группы кадров - GOP (Group of Pictures). Каждая GOP обязательно начинается с I-кадра и с определенной периодичностью содержит P-кадры. Ее структуру описывают как M/N, где M – общее число кадров в группе, а N – интервал между P-кадрами. Так, типичная для Video CD и DVD IPB группа 15/3 имеет следующий вид: IBBPBBPBBPBBPBB. Здесь каждый B-кадр восстанавливается по окружающим его P-кадрам (в начале и конце группы - по I и Р), а в свою очередь каждый Р-кадр – по предыдущему Р- (или I) кадру. В то же время I-кадры самодостаточны и могут быть восстановлены независимо от других, однако являются опорными для всех P и тем более B- кадров группы. Соответственно у I наименьшая степень компрессии, у В - наибольшая. Установлено, что по размеру типичный Р-кадр составляет 1/3 от I, а B – 1/8 часть. В результате MPEG последовательность IPPP (GOP 4/1) обеспечивает 2-кратное уменьшение требуемого потока данных (при том же качестве) по сравнению с последовательностью только из I кадров, а использование GOP 15/3 позволяет достичь 4-кратного сжатия.
Известны следующие стандарты (или фазы) общего стандарта: MPEG-1, MPEG-2, MPEG-3, MPEG-4, MPEG-7.
MPEG-1 предназначен для записи синхронизированных видео- и звукового сопровождения на CD ROM с учетом скорости считывания 1,5-3,5 Мбит/сек (при большей пропускной способности канала желателен переход к MPEG-2).
При демонстрации такого фильма однотонные поверхности зачастую кажутся составленными из рассыпающихся квадратиков, явно заметны квадратики и в имеющих много действий сценах (результат принципа компрессии MPEG-1). Качество видео по стандарту MPEG-1 лишь немного лучше обычного VHS-видео, однако возможность практически неограниченного проигрывания CD ROM (качество медиа-ролика не снижается против ленты видеомагнитофона) поддерживают существование этого формата.
Форматы кодирования звука в MPEG разделяются на три части – Layer I, Layer II и Layer III. Прообразом для Layer I и Layer II явился стандарт MUSICAM, также иногда называют Layer II. Наибольшее сжатие достигается в Layer III, однако требует больших ресурсов на кодирование.
Принципы кодирования основаны на известном факте наличия в несжатом звуке множества избыточной информации. Принцип сжатия основан на эффектах маскировки некоторых звуков для человека (например, если идет сильный звук на частоте 1000 Гц, то более слабый звук на частоте 1100 Гц уже не будет слышен человеку, также будет ослаблена чувствительность человеческого уха на период в 100 мс после и 5 мс до возникновения сильного звука). Используемая в MPEG психоакустическая (psycoacustic) модель разбивает весь частотный спектр на части, в которых уровень звука считается одинаковым, а затем удаляет не воспринимаемые человеком звуки (согласно описанным выше эффектам).
Синхронизация и объединение звука и видео, осуществляется с помощью системных потоков (system stream, рис. 4.1), который включает в себя:

• Системный слой, содержащий временную и иную информацию с целью разделения и синхронизации видео и аудио
• Компрессионный слой, содержащий видео и аудио потоки

Видео поток (рис. 4.2) содержит заголовок, несколько групп изображений (заголовок и несколько изображений необходимы для того, что бы обеспечить произвольный доступ к изображениям в группе в независимости от их порядка). Звуковой поток состоит из пакетов, каждый из которых включает заголовок и нескольких звуковых кадров (audio-frame).
Для синхронизации аудио и видео потоков в системный поток встраивается таймер, работающий с частотой 90 kГц (SCR, System Clock Reference), т.е. метка, по которой происходит увеличения временного счетчика в декодере) и метка начала воспроизведения (PDS, Presentation Data Stamp) вставляются в изображений или в звуковой кадр, чтобы ‘объяснитьэ декодеру, когда их воспроизводить. Размер PDS составляет 33 бита, что обеспечивает возможность представления любого временного цикла длиной до 24 часов).

Рис. 4.1. Принцип синхронизации и объединения звука и видео

Рис. 4.2. Схема видеопотока при MPEG-компрессии

MPEG-2 предназначен для обработки видеоизображения, соизмеримого по качеству с телевизионным при пропускной способности системы передачи данных в пределах 3-15 Мбит/сек (в профессиональной аппаратуре используют потоки скоростью до 50 Мбит/сек). На базирующиеся на стандарт MPEG-2 переходят многие телеканалы, сжатый в соответствии с этим стандартом сигнал транслируется через телевизионные спутники, используется для архивации больших объемов видеоматериала. Метод столь эффективен, что позволяет ‘убирать’ до 97% цифровых данных, являющихся избыточными вследствие дублирования.

По сравнению с MPEG-1 внесены изменение в аудиоканал:

1. Реализованы новые виды частот 16, 22,05, 24 kГц
2. Добавлена поддержка многоканальности (возможно иметь 5 полноценных каналов - left, center, right, left surround, right surround + 1 низкочастотный (subwoofer)
3. Появился стандарт AAC (Advanced Audio Coding, прогрессивное кодирование звука), обеспечивающий очень высокое качество звука со скоростью 64 Кбит/сек на канал; возможно использовать 48 основных каналов, 16 низкочастотных каналов для звуковых эффектов, 16 многоязыковых каналов и 16 каналов данных. Может быть использовано до 16 программ с использованием любого количества элементов звуковых и иных данных

Системный уровень MPEG-2 обеспечивает два уровня объединения данных:

1. PES (Packetized Elementary Stream) - разбивает звук и видео на пакеты.
2. Второй уровень делится на:
• MPEG-2 Program Stream (совместим с MPEG-1 System) - для локальной передачи в среде с низким уровнем ошибок
• MPEG-2 Transport Stream (рис. 5.3) - внешнее вещание в среде с высоким уровнем ошибок; передает транспортные пакеты (длиной 188 или 188+16 бит) двух типов (сжатые данные - PES - и сигнальную таблицу PSI - Program Specific Information)

MPEG-3 предназначался для использования в системах телевидения высокой четкости HDTV (High-Defenition Television) при разрешении 19201080 при 30 кадр/сек со скоростью потока данных 20-40 Мбит/сек, но позже фактически стал частью стандарта MPEG-2 и отдельно теперь не упоминается. Формат MP3 (который иногда путают с MPEG-3), предназначен только для сжатия аудиоинформации и полное название MP3 звучит как MPEG-Audio Layer-3.

Рис. 4.3. Передача транспортных пакетов по стандарту MPEG-2 Transport Stream
MPEG-4 является стандартом для низкоскоростной передачи и задает принципы работы с цифровым представлением медиа-данных для трех областей: интерактивного мультимедиа (включая продукты, распространяемые на оптических дисках и через Сеть), графических приложений (синтетического контента) и цифрового телевидения. Существует MPEG-J, использующий элементы JAVA-технологии. Формат MPEG-4 дал толчок созданию популярного кодека DivX (см. ниже).
При функционировании MPEG-4 позволяет:

1. Разделять картинку на различные элементы, называемые media objects (медиа-объекты)
2. Описывать структуру этих объектов и их взаимосвязи чтобы затем собрать их в видеозвуковую сцену (рис. 4.1)
3. Изменять сцену, обеспечивая этим высокий уровень интерактивности для конечного пользователя

Рис. 4.4 иллюстрирована видеозвуковая сцена, состоящая из объединенных иерархической структурой медиа-объектов; сцена состоит из:

1. Неподвижных изображений (например, фона сцены)
2. Видео-объектов (говорящий человек)
3. Аудио-объектов (связанный с этим человеком голос)
4. Связанного с данной сценой текста
5. Синтетических объектов – объектов, которых не было изначально в записываемой сцене, но которые туда добавляются при демонстрации конечному пользователю (например, синтезируется ‘говорящая голова’)
6. Связанного с ‘головой’ текста, на основе которого синтезируется голос

Рис. 4.4. Согласно MPEG-4 видеозвуковая сцена состоит из медиа-объектов, объединенных иерархической структурой

На рис. 4.5 схематически показана возможность интерактивного изменения видеозвуковой сцены.

Рис. 4.5. Возможности изменения сцены конечным пользователем в интерактивном режиме

MPEG-7 не является продолжением ‘линейки MPEG’ и начал разрабатываться сравнительно недавно. MPEG-7 должен обеспечивать стандарт для описания различных типов мультимедийной информации (а не для ее кодирования), чтобы обеспечивать эффективный и быстрый ее поиск. MPEG-7 официально называют Multimedia Content Description Interface (Интерфейс описания мультимедиа данных). MPEG-7 определяет стандартный набор дискрипторов для различных типов мультимедиа информации, также он стандартизует способ определения своих дискрипторов и их взаимосвязи (description schemes). Для этой цели MPEG-7 вводит DDL (Description Definition Language, язык описания определений). Основная цель применения MPEG-7 - поиск мультимедиа информации (так же как сейчас возможно найти текст по определенному словосочетанию), например:

1. Музыка. Сыграв несколько нот на клавиатуре, можно получить список музыкальных произведений, которые содержат такую же последовательность
2. Графика. Нарисовав несколько линий на экране, получим набор рисунков, содержащих данный фрагмент
3. Картины. Определив объект (задав его форму и текстуру), получим список картин, содержащих такой объект
4. Видео. Задав объект и движение, получим набор видео или анимации
5. Голос. Задав фрагмент голоса певца, получим набор песен и видео роликов, где он является исполнителем

MHEG (Multimedia & Hypermedia Expert Group, экспертная группа по мультимедиа и гипермедиа) определяет стандарт для обмена мультимедийными объектами (видео, звук, текст и другие произвольные данные) между приложениями и передачи их разными способами (локальная сеть, сети телекоммуникаций и вещания) с использованием MHEG object classes. Он позволяет программным объектам включать в себя любую систему кодирования (например, MPEG), которая определена в базовом приложении. MHEG был принят DAVIC (Digital Audio-Visual Council, совет по цифровому видео и звуку). MHEG-объекты обрабатываются мультимедиа-приложениями c использованием multimedia scripting languages. Утверждается, что MHEG - будущий международный стандарт для интерактивного телевидения, так как он функционирует на любых платформах и его документация свободно распространяема.
Базовым объектом кодирования в стандарте MPEG является кадр телевизионного изображения. Поскольку в большинстве фрагментов фон изображения остается достаточно стабильным, а действие происходит только на переднем плане, сжатие начинается с создания исходного кадра. Исходные (Intra) кадры кодируются только с применением внутрикадрового сжатия по алгоритмам, аналогичным описанным для формата JPEG (см. подраздел 2.3). Кадр разбивается на блоки 8 8 пикселов, над каждым блоком производится дискретно-косинусное преобразование (ДКП) с последующим квантованием полученных коэффициентов. Вследствии высокой пространственной корелляции яркости между соседними пикселами изображения ДКП приводит к концентрации сигнала в низкочастотной части спектра, который после квантования эффективно сжимается с использованием кодирования кодами переменной длины. Обработка предсказуемых (Predicted) кадров производится с использованием предсказания вперед по предшествующим исходным или предсказуемым кадрам. Кадр разбивается на макроблоки 16 16 пикселов, каждому макроблоку ставится в соответствие наиболее похожий участок изображения из опорного кадра, сдвинутый на вектор перемещения. Эта процедура называется анализом и компенсацией движения. Допустимая степень сжатия для предсказуемых кадров превышает возможную для исходных в 3 раза. В зависимости от характера видеоизображения, кадры двунаправленной интерполяции (Bi-directional Interpolated) кодируются одним из четырех способов: предсказание вперед, обратное предсказание с компенсацией движения (используется в том случае, когда в кодируемом кадре появляются новые объекты изображения), двунаправленное предсказание с компенсацией движения, внутрикадровое предсказание (применяется при резкой смене сюжета или при высокой скорости перемещения злементов изображения). С двунаправленными кадрами связано наиболее значительное сжатие видеоданных, но поскольку высокая степень сжатия снижает точность восстановления исходного изображения, двунаправленные кадры не используются в качестве опорных. В случае точной передачи коэффициентов ДКП восстановленное изображение полностью совпадало бы с исходным. Однако связанные с квантованием ошибки восстановления коэффициентов ДКП приводят к искажениям изображения. Чем грубее производится квантование, тем меньший объем занимают коэффициенты и тем сильнее сжатие сигнала, но и тем больше визуальных искажений.
Наиболее эффективным в настоящее время можно считать DivX (один из кодеков с таким названием разработан MS, технология сжатия является несколько измененным методом MPEG-4). Благодаря DivX стало возможным размещать видеоинформацию вместе со звуком при высоких разрешениях и с высоким качеством и при этом добиться приемлемых размеров файлов. Для просмотра таких фильмов достаточно установить в систему DivX кодек, выгрузить который можно с адреса www.3dnews.ru/download/dvd/divx-codec. В настоящее время действуют версии кодека до 5.2; кодеки интенсивно используют процессорные технологии MMX/SSE (см. раздел 5). Процесс перекодировки в DivX весьма ресурсоемок и (даже на мощных ПЭВМ) может длиться несколько часов (именно поэтому DivX-кодирование в реальном времени в высшей степени затруднительно).
Реально качество DivX-фильмов хуже DVD, однако оно зачастую выше того, что встречается на видеокассетах. Windows Media Player легко детектирует присутствие DivX-кодека в системе и успешно применяет его (расширения файлов AVI, DIVX, MP4), из специализированных плееров можно рекомендовать Playa и DivX Player (оба производства фирмы DivXNetworks, Inc, www.divx.com).
Технологии сжатия изображений не ограничиваются вышеперечисленными; напр., фирма AT&T (www.att.com) продвигает метод эффективного сжатия Wavelet transform. Ряд фирм активно ведет разработку алгоритмов сжатия видеоинформации, стремясь достичь коэффициента сжатия порядка 200:1 и выше. В основе наиболее эффективных алгоритмов лежат различные адаптив¬ные варианты: DOT (Discrete Cosine Transform, дискретное косинус-преоб¬разование), DPCM (Differential Pulse Code Modulation, разностная импульсно-кодовая модуляция), а также фрактальные методы. Алгоритмы реали-зуются аппаратно — в виде специальных микросхем или записан¬ной в ПЗУ программы, либо чисто программным путем.

4.3. Программное обеспечение создания и воспроизведения видеофильмов

Процесс создания видеофильмов фактически повторяет основные этапы технологии получения обычных фильмов – реальная съемка (или компьютерная генерация) первичных кадров, их монтаж (обрезка и вставка кадров в нужное место), генерация титров и спецэффектов, редактирование звука, сборка готового фильма и конвертирование его в нужный цифровой формат, запись в аналоговом или цифровом виде на внешние носители (магнитную ленту, CD или DVD). Все эти процедуры в высшей степени удобно выполняются в интерактивном режиме пользователя с ПЭВМ, причем вероятность необратимой порчи информации минимальна.
Сказанное относится к производству снятых ‘на натуре’ видеофильмов. При создании фильмов, содержащих элементы искусственно созданных изображений, применяется технология анимации (генерация последовательности кадров методом моделирования во времени определенных процессов). Анимация может быть как простейшей (реализуется посредством покадровой смены части изображений - спрайтов), так и весьма сложной - с использованием систем моделирования виртуальной реальности (см. раздел 6 данной работы) и интерактивности).

4.3.1. Пакет VIDEO FOR WINDOWS и его основные возможности

Появившийся в начале 90-х г.г. пакет Video For Windows (VFW) явился первым интегрированным пакетом поддержки обработки медиаинформации и предназначался для MS Windows’3.1, уже в Windows’95 отдельные его компоненты были переработаны и интегрированы в ОС. Тем не менее нижеприводимая информация важна с точки зрения истории развития мультимедиа.
В состав пакета входило 5 самостоятельных модулей для работы с видео и аудио:

1. VidEdit - ядро пакета VFW, позволяет загружать, сохранять, воспроизводить и обрабатывать (вырезать и синхронизировать части видеоклипа, вносить отдельные кадры, устанавливать частоту кадров при демонстрации и метод сжатия) видеоданные. Поддерживались форматы записи видеофайлов на диск MS Video 1 (без сжатия), MS RLE (8-ми битовая глубина цвета и ограничение длины видеофайла) и Intel Indeo (наибольшая степень сжатие видеопоследовательности при глубине цвета 24 бита).
2. VidCap – программа для записи (захвата - capture) последовательности видеокадров от источника видеосигнала (видеокамеры, видеомагнитофона, телевизора) через видеоадаптер (специальную плату).
3. BitEdit – модуль обработки отдельных видеокадров, имеется возможность попиксельного изменения цветов, копирования фрагментов видеоизображения, сохранения изображения в BMP-формате в файле и внесение BMP-изображения в видеофайл.
4. PalEdit – программа изменения цветовой палитры видеофайла (сохранение, изменение и загрузка цветовых палитр).
5. WaveEdit – редактор звуковой информации, позволяет обрабатывать аудиоинформацию (аудиотрак) независимо от видеотрака. Возможна запись и обработка (вырезание, изменение громкости) последовательности звуков, поддерживаемый формат – WAV.

Демонстрация медиафайлов производилась с помощью Media Player (или VidEdit), упорядочивание медиафайлов (создание коллекций) осуществлялось программой Media Browser.
Т.о., несмотря на примитивную (с сегодняшней точки зрения) организацию модулей (отсутствие интегрированности), пакет VFW представлял практически идентичные современным системам возможности записи, редактирования и демонстрации медиаинформации.

4.3.2. Современные пакеты работы с мультимедиа

Ниже описываются проверенные практикой пакеты для создания, редактирования и воспроизведения мультимедиа для ПЭВМ класса IBM PC; системы высокопрофессиональной графики обычно эксплуатируются на аппаратной платформе Silicon Graphics (www.sgi.com).
Как было сказано, основным модулем воспроизведения медиаинформации в ОС Windows является Media Player; для Windows’XP известна версия 8.0, поддерживающий практически все известные форматы аудио- и видеоданных и впитавший много полезного (в архитектуре построения) от известного аудиоплеера WinAmp, см. подраздел 3.9. Создание любительских видеофильмов поддерживает штатный (начиная с Windows’2000) пакет Movie Maker (к сожалению, указанное ПО не позволяет сохранять смонтированные ролики на видеомагнитофон – они сохраняются исключительно в разработанном MS специфичном формате ASF).
Для просмотра DVD часто используется PowerDVD (фирма CyberLink, www.gocyberlink.com, www.cli.co.jp, поддерживаются форматы MPG, VOB, ASF, M1V, M2V, AVI, WMV, DAT, VRO, WAV, MID, WM, WMA, MP2, MP3, RMI), удобен также пакет WinDVD (фирма InterVideo, www.intervideo.com).
Распространенным пакетом создания и редактирования аудиовидеофайлов является Adobe Premiere (www.adobe.com), позволяющий компановать аудиовидеофайлы как из отдельных изображений, так и готовых аудио- и видеоклипов, поддерживаются несколько аудио- и видеодорожек; пакет обладает также развитыми возможностями конвертации медиаформатов; близкими возможностями обладает Ulead MediaStudio (Ulead Systems, Inc., www.ulead.com). Известен удобный пакет Cinema (Avid Technology, www.avid.com).
Современные пакеты создания и редактирования аудиовидеофайлов интегрированы со средствами полного цикла подготовки и выпуска DVD (включая ‘захват’ информации с аналоговых и цифровых видеокамер, разбиение исходной оцифрованной ленты на клипы, редактирование аудио и видеоклипов, подготовку титров, эффекты плавного перехода между кадрами, привычные для DVD средства навигации внутри видеофильма) включая физическую запись DVD. Из известных систем такого рода можно назвать PowerDirector (фирма CyberLink, www.gocyberlink.com, поддерживаются входные форматы изображений BMP, GIF, JPG, TIF и видео Windows AVI, DV AVI, MPEG-1, MPEG-2, RealVideo, QuickTime, WMV) и WinDVD Creator (фирма InterVideo, Inc., www.intervideo.com, функционирует только на MB фирмы ASUSTek Computer Int., www.asus.com). Наряду с созданием DVD (объемом 4,7-17 Гбайт на диск) указанные системы (часто) позволяют записывать смонтированный видеофильм на видеомагнитофон (форматы PAL и NTSC) и создавать ‘обычные’ компакт-диски объемом 640/700 Mбайт длительностью 74/80 мин (VCD, Video Compact Disc).

4.3.3. Особенности мультимедиа на DVD

Технология DVD на сегодняшний день является наиболее мощной в деле сохранения и демонстрации мультимедиа. Большие объемы записываемой на стандартного размера CD, развитая система поиска и доступа к хранимой информации, поддержка многоязычности в озвучивании и титрах потребовали серьезного развития технологии записи и ПО для обслуживания DVD. При подготовке материалов данного подраздела использованы данные c адресов www.dvd.da.ru, dvdsoft.online.fr/main.html и www.3dnews.ru; на указанных адресах приведено большое количество практически полезной информации в области записи, копирования, снятия региональной защиты DVD и др.
Аббревиатура DVD первоначально расшифровывалась как Digital Video Disk, соответствующий стандарт разработан в 1996 г. консорциумом компаний Hitachi (www.hitachipc.com), JVC (www.jvc.com), Matsushita (www.mei.co.jp), Mitsubishi (www.mitsubishi.com), Phillips (www.philips.com), Pioneer (www.pioneerelectronics.com), Sony (www.sony.com), Toshiba (www.toshiba.com) и др. На DVD можно записывать любую информацию, поэтому современная расшифровка звучит как Digital Versatile Disk (цифровой универсальный диск). Основное отличие DVD от CD-дисков заключается в объеме записываемой информации, который может достигать 17 Гбайт. Достигается это уменьшением длины волны считывающего лазера с 780 нм (инфракрасный) до 635/650 нм (красный), что позволяет существенно увеличить плотность записи (ширина дорожки 0,74 против 1,6 нм, размер пита 0,4 против 0,83 нм), использованием т.н. двуслойных дисков (один слой полупрозрачный, а второй читается ‘сквозь’ первый) и записью информации на обе стороны диска.
Основные виды DVD дисков (известны также диски диаметром 80 см):

1. DVD-5, диаметр 12 cм, объем 4,7 Гбайт данных или свыше 2 часов видео, один слой на одной стороне
2. DVD-9, 12 cм, 8,5 Гбайт данных или около 4 часов видео, два слоя на одной стороне
3. DVD-10, 12 cм, 9,4 Гбайт данных или около 4,5 часов видео, на обоих сторонах по одному слою
4. DVD-14, 12 cм, 13,24 Гбайт данных или около 6,5 часов видео, два слоя на одной стороне, один слой на другой
5. DVD-18, 12 cм, 17 Гбайт данных или более 8 часов видео, на обоих сторонах по два слоя (в настоящее время слишком дороги в производстве, поэтому применяются ограниченно).

DVD-формат представляет собой цифровое видео, сжатое по алгоритму MPEG-2 и записанное на DVD-диск. Формат - 25 кадров в секунду с разрешением 720 576 точек при глубине цвета 24-бит (PAL) или 30 кадров 720 480 24-бит (NTSC); из за разницы в разрешении и числе кадров в секунду фактический поток информации одинаков в обоих случаях и равен 10368000 пикселов в секунду. В несжатом виде это поток 30 Мбайт в секунду, а двухчасовой фильм будет занимать более 100 Гбайт. Это огромный объем, и обеспечение необходимого для воспроизведения такого видео непрерывного потока данных на скорости 30 Мбайт/сек затруднительно. Поэтому используется сжатие по стандарту MPEG-2; кроме уменьшения размеров файлов это позволяет снизить поток данных до приемлемых 3-4 Мбайт/сек. Чем сложнее сцена, тем хуже она поддается сжатию, и тем выше поток данных. Формат MPEG-2 первоначально разрабатывался для использования с высококлассной студийной аппаратурой и существуют варианты с записями в разрешениях гораздо более высоких чем 720 576 пиксел, но оказалось, что этот формат идеально подходит для записи фильмов на DVD-диски.
Алгоритм сжатия MPEG-2 весьма эффективен - удаляется примерно 97% избыточной информации практически без ущерба для качества картинки, благодаря чему на DVD-диске можно разместить до 4-х часов высококачественного видео плюс до 8 вариантов звукового сопровождения, плюс до 32 вариантов субтитров на разных языках. У DVD существует масса других интересных возможностей, таких, как возможность задания возрастных ограничений на просмотр, интерактивность, быстрый переход в нужное место фильма, возможность наблюдать сцену с различных точек (этот режим получил название multi-angle view и очень любим изготовителями продукции порнографического содержания).
Кроме этого, MPEG-2 отлично подходит как для сжатия киноматериала, так и для сжатия видео. Для работы с видео в MPEG-2 существует возможность хранить кадр не целиком, а в виде двух полей (как он записывается на видеокамеры, и как он показывается в большинстве телевизоров), что делает его идеальным выбором для этих целей. Не случайно именно в MPEG-2 транслируются современные спутниковые каналы, и именно MPEG-2 передается по сетям цифрового кабельного телевидения.
Отношение длины к высоте (aspect ratio) видеокадров DVD стандартизирован и равен телевизионному 4:3 (хотя встречаются от 1,55:1 до 2,55:1). При демонстрации таких кадров на реальных видеомониторах (с отличным от 4:3 соотношением сторон) используется два основных способа. Первый (Letterbox anamorph) реализуется путем закрытия части изображения сверху и снизу черными полосками (чем дальше текущее отношение сторон экрана от 4:3, тем шире полосы), второй способ (PAN&SCAN) состоит в постановке специальных меток по ширине экрана на наиболее важных (в художественном смысле) частях изображения, в дальнейшем ширина кадра урезается по ширине при условии попадания метки в центр экрана.
Звук на DVD-дисках записывается в различных форматах. Это и PCM (для записей, где требуется точность передачи звуковой картины, например - музыкальное видео), и Dolby ProLogic, и Dolby Digital (от 2.0 до 5.1 и Dolby Digital EX), и даже Audio MPEG 2.0 (этот стандарт для записи звука изначально предназначался для Европы, но не получил широкого распространения). Эти три формата объединяет одно - они воспроизводят несколько независимых каналов пространственного компрессированного звука, создавая тем самым реалистичную картину происходящего.
На DVD-Video диске в каталоге VIDEO_TS (AUDIO_TS обычно используется в DVD-Audio дисках) содержатся 3 типа файлов : *.IFO, *.BUP и *.VOB. Назначение этих файлов следующее :

• IFO (InFOrmation) - содержат в себе навигационную информацию для DVD-проигрывателей
• BUP (BackUP) - резервные копии *.IFO
• VOB (Video OBjects) - файлы, содержащие мультиплексированные (‘собранные’ из отдельных составляющих) субтитры, аудио-видео потоки (возможно, позволяющие реализовать мультиугловой - multiangle - просмотр) и служебную информацию

Современные мощные процессоры ПЭВМ без перенапряжения осуществляют программное декодирование DVD. Аппаратные декодеры обычно применяются лишь в аппаратуре домашних кинотеатров или при работе ПЭВМ с несколькими мониторами (один из которых является тел