В последнее время
компьютер все чаще используется для работы с
видеоинформацией. Простейшей работой является просмотр
кинофильмов и видеоклипов, а также многочисленные видеоигры.
Более правомерно данным термином называть создание и
редактирование такой информации с помощью компьютера.
Следует четко
представлять, что обработка видеоинформации требует очень
высокого быстродействия компьютерной системы, причем не
только процессора, но и CD-ROM, с которого считываются
данные, конечно, видеосистемы, а также всех информационных
шин, по которым данные передаются от одного устройства к
другому.
В частности, когда при
весьма скромном размере окна видеоизображения 360x240 и 16
битах цветовой информации на каждый пиксел скорость передачи
данных превышает один мегабайт в секунду. То есть за десять
минут должно быть передано более 600 Мбайт данных, что
эквивалентно немного немало почти целому диску CD-ROM!
Таким образом, если для
прочих видов информации сжатие лишь повышает удобства
работы, то для видеоинформации технологии сжатия имеют
поистине жизненно важное значение.
Что представляет собой
фильм с точки зрения информатики? Прежде всего, это
сочетание звуковой и графической информации. Кроме того, для
создания на экране эффекта движения используется дискретная
по своей сути технология быстрой смены статических картинок.
Исследования показали, что если за одну секунду сменяется
более 10-12 кадров, то человеческий глаз воспринимает
изменения на них как непрерывные. В любительской киносъемке
использовалась частота 16 кадров/сек., в профессиональной –
24.
Традиционный кадр на
кинопленке "докомпьютерной" эпохи выглядел так, как показано
на рисунке 7.
(рис. 7)
Основную его часть,
разумеется, занимает видеоизображение, а справа сбоку
отчетливо видны колебания на звуковой дорожке. Имеющаяся по
обоим краям пленки периодическая система отверстий
(перфорация) служит для механической протяжки ленты в
киноаппарате с помощью специального механизма.
Казалось бы, если
проблемы кодирования статической графики и звука решены, то
сохранить видеоизображение уже не составит труда. Но это
только на первый взгляд, поскольку, как показывает
разобранный выше пример, при использовании традиционных
методов сохранения информации электронная версия фильма
получится слишком большой. Достаточно очевидное
усовершенствование состоит в том, чтобы первый кадр
запомнить целиком (в литературе его принято называть
ключевым), а в следующих сохранять лишь отличия от
начального кадра (разностные кадры).
Принцип формирования
разностного кадра поясняется на следующем рисунке, где
продемонстрировано небольшое горизонтальное смещение
прямоугольного объекта.
(рис. 8)
Отчетливо видно, что
при этом на всей площади кадра изменились всего 2 небольшие
зоны: первая сзади объекта возвратилась к цвету фона, а на
второй – перед ним, фон перекрасился в цвет объекта. Для
разноцветных предметов произвольной формы эффект сохранится,
хотя изобразить его будет заметно труднее.
Конечно, в фильме
существует много ситуаций, связанных со сменой действия,
когда первый кадр новой сцены настолько отличается от
предыдущего, что его проще сделать ключевым, чем разностным.
Может показаться, что в компьютерном фильме будет столько
ключевых кадров, сколько новых ракурсов камеры. Тем не
менее, их гораздо больше. Регулярное расположение подобных
кадров в потоке позволяет пользователю оперативно начинать
просмотр с любого места фильма: "если пользователь решил
начать просмотр фильма с середины, вряд ли он захочет ждать,
пока программа распаковки вычислит все разности с самого
начала". Кроме того, указанная профилактическая мера
позволяет эффективно восстановить изображение при любых
сбоях или при "потере темпа" и пропуске отдельных кадров на
медленных компьютерных системах.
Назад
Вперёд
