Структурная схема системы нелинейного видеомонтажа. RAID – внешний спе-циализированный накопитель, SCSI – интерфейс для обмена данными Видеоформаты: ASF, Type 2 AVI, MPEG, MPE, MPG, M2V, QuickTime (MOV требуется плеер QuickTime), DLX, Windows Media File (WMV)


Чтобы посмотреть этот PDF файл с форматированием и разметкой, скачайте его и откройте на своем компьютере.

ИΔСТИТУТ ПОВЫШЕΔИЯ КВАЛИФИКАЦИИ

РАБОТΔ
И
КОВ

ТЕЛЕВИДЕΔИЯ И РАДИОВЕЩАΔИЯ










П. П. ОЛЕФИРЕΔКО


ТЕХΔОЛОГИ
Я


ΔЕЛИΔЕЙΔОГО ВИДЕОМО
Δ
ТАЖА

Учебное пособие









Москва

2009



2





СОДЕРЖАНИЕ



Стр.


Введение
……………………………………………………..


1

Телевизионные с
тандарты

…………………………….


1.1

Разновидности телевизионных стандартов
………………..


1.2

Передача цвета в телевидении
………………………………




Вопросы для самопроверки


2

Цифров
ые

сигналы в
телевидени
и

…………………….


2.1

Типы телевизионных разверток
…………………………….


2.2

Сжатие цифрово
го потока



основа цифрового телевид
е-
ния
………………………
……………………………
……….



Вопросы для самопроверки


3

Принципы формирования изображения в устройствах отоб-
ражения
………………………………………………….



Вопросы для самопроверки


4

Стандарты
ТВЧ

…………………………………………….



Вопросы для

самопроверки


5

Форматы
магнитной

видеозап
и
си
……
……………
……..


5.1

Аналоговые форматы
видеозаписи
………………………….


5.2

Цифровые форматы
видеозап
и
си
…………………………...


5.3

Дисковые видеорекордеры
…………………………………..


5.4

Формат видеозаписи на неподвижном носителе
…………..



Вопросы для самопроверки


6

Структура монтажной сист
е
мы
…………………………
..


6.1

Системы линейного видеомонтажа
…………………………


6.2

Системы нелинейного видеомонт
а
жа
………………………



3

6.3

Одно
-

и двухпотоковая архитектуры систем нелине
й
ного ви-
деомонтажа

………………………………………………
..



Вопросы для самопроверки


7

Требования к элементам системы видеомонт
а
жа

…...


7.1

Форматы компьютерных файлов

…………………………...


7.2

Характеристики накопителей.
Способы организации хр
а
нения
видеоданных
………………………………………….



Вопросы для самопроверки


8


Интерфейсы передачи данных

……………………...
.......


8.1

Аналоговые видеоинтерфейсы
………………………
……


8.2

Цифровые видеоинтерфейсы

……………………………..


8.3

Интерфейсы ТВЧ
……………………………………………


8.4

Интерфейсы управл
е
ния
…………………………………
..


8.4.1

Преобразование интерфейсов
…………
…………………….



Вопросы для самопроверки


9


Импорт и экспорт видеофайлов
…………………
……….


9.1

Захват сигналов внешних источников
………………………


9.2

Экспорт видеофайла
………………………………………….



Литература
…………………………………………………….




Введение

Т
елепрограмма состоит из отдельн
ых
видео
фрагментов, сцен и ка
д-
ров, связанных между собой определенн
ой

идеей

и в совокупности выр
а-
жающих творческий замысел автор
ов
. Процесс объединения фрагментов
программы с целью реализации
поставленной задачи


называется ви-
де
о
монтажом или пр
о
сто монтажо
м. Монтажу свойственны как техниче-
ские, так и творческие а
с
пекты.



4

Так исторически сложилось, что в зависимости от технологических
возможностей оборудования способы монтажа разделились на два вида


л
и
нейный монтаж и нелинейный.

При использовании видеомаг
нитофонов различные фрагменты в
нужно
м

порядке

воспроизводятся с одного или с нескольких видео
плей
е-
ров

и последовательно
,

т.е.

линейно (отсюда термин «линейный монтаж»)
записываются на другом видеомагнитофоне. Сама идея линейного монт
а-
жа простая, но возни
кает проблема обеспечения синхронного перехода от
одного
фрагмента

к другому, так чтобы не было никаких искажений. В
случае использования видеомагнитофонов монтаж называется линейным, а
монтаж в компьютерных системах называется нелинейным. Особого
смысла т
ермины линейный и нелинейный не отражают и используются в
большей степени для обозначения двух тех
нологий.

Техническая сторона
видеомонтажа связана с процессами организации прохождения различных
сигналов в системе, с правильной работой совокупности разност
андартной
и разноформатной аппар
а
туры.


Технология нелинейного видеомонтажа включает выполнение сл
е-
дующих операций:

1)

с
обираются исходные материалы

(фрагменты)

на различных носителях


в
и
деокассетах,
DVD
-
дисках,
CD
-
дисках и др.

Исходные материалы с
точки з
рения электрического
описания

могут
быть
представлены

в разных
тел
е
стандартах
и

форматах записи, с различными пространственными и
временными характеристиками. В дополнение к внешним материалам в
компьютере могут быть файлы с подготовленными рисунками, фот
огр
а
фи-
ями, графикой и др.

П
роцесс загрузки имеющихся файлов в программу
монтажа называется и
м
портом
;

2)
н
осители устанавливаются на соответствующие воспроизводящие
ус
т
ройства (видеоплейеры/видеомагнитофоны, проигрыватели и др.)

и п
о-
средством электрических

сигналов исходные материалы передаются в

5

компьютер, где сохраняются в виде файлов.
Процесс передачи информ
а-
ции с внешних источников в компьютер называется
захватом или оци
ф-
ровкой
.
Чтобы компьютер воспринял электрические сигналы,
его
необх
о-
димо соединить с
пециальными кабелями с внешними устройствами, он
должен быть соответствующим образом настр
о
ен
.

Для копирования с видеомагнитофона в компьютер и наоборот, необх
о-
димо иметь возможность средствами программы
монтажа (например
,

Adobe

Premiere

Pro

2.0
)

управлять

режимами работы видеомагнитофона и
параме
т
рами выходных сигналов компьютера. Управление осуществляется
через соотве
т
ствующие интерфейсы
;


3) п
осле того, как все исходные материалы преобразованы в соответс
т
ву-
ющие файлы, производится непосредственно монтаж
с помощью ра
з
лич-
ных инструментов программы, основные из которых: временная л
и
нейка
или окно монтажа, окно проекта с исходными файлами, окна мон
и
торов
для просмотра исходных материалов и монтируемо
й

программы
, а
у
дио и
видео э
ф
фекты
;


4)

с
монтированная программ
а сохраняется в виде итогового файла.
Процесс сохранения называется экспортом. Для дальнейшего использов
а-
ния итогового файла его необходимо скопировать на определенный нос
и-
тель (видеокассета,
диск
DVD
).

При выборе носителя необходимо опред
е-
литься с
соответ
ствующими

телестандартом
и
форматом сохранения
;

5)

д
ля копирования итогового файла на внешнее устройство компьютер
устанавливается в такой режим, чтобы на его выход подавались сигналы
изображения и звука, соответствующие стандарту и формату внешнего з
а-
пис
ы
ваю
щего устройства.

Мастерство видеомонтажа предусматривает выполнение трех усл
о-
вий:




овладение инструментом (программа, управление
аппаратурой
);




освоение творческих аспектов;


6




обеспечение высокого качества изображения и звука.


В пособии рассматривают
ся технические и технологические аспекты
работы монтажной системы.
Без знания технологии монтажа невозможно
научиться эффективно и качес
т
венно создавать телевизионные сюжеты.

Основная часть излагаемого материала справедлива для систем монтажа
любого типа,
но некоторые вопросы иллюстрируются на примере пр
о-
граммы монтажа
Adobe

Premiere

Pro

2.0
.


Пособие
соответствует учебным планам ИПК и
предназначено для
слушателей курсов видеомонтажа, техники телевидения, телережиссуры
,

а
также для самостоятельного освоени
я виде
о
монтажа.

1.

Стандарты ТВ

Все, что делается монтажными системами, связано с телевидением и
должно соответствовать требованиям телевизионной системы, поэтому
н
е
обходимо знать основные принципы работы телевизионной системы.
Они следующие. Изображение объ
екта с помощью объектива фокусирует-
ся на светочувствительный преобразователь свет/сигнал, состоящий из
больш
о
го числа условных или реальных маленьких светочувствительных
элеме
н
тов (пикселов). Каждый элемент создает электрический сигнал с
уровнем, пропорцио
нальным интенсивности падающего на него света. В
результате на поверхности преобразователя образуется распределение
уровня сигн
а
ла, соответствующее распределению яркости света на изоб-
ражении сфок
у
сированного объекта. Сумма всех элементарных сигналов
от отд
ельных элементов представляет собой электрический сигнал изоб-
ражения или в
и
деосигнал. Если передавать по каналу связи последова-
тельно сигналы от отдельных элементов, а затем преобразовывать в соот-
ветствующие свет
я
щиеся элементы воспроизводить, то при доста
точно
высокой частоте их передачи из
-
за инерционности зрения человек будет
воспринимать слитно все изображение.

Порядок передачи отдельных сиг-
налов с пикселов орг
а
низуется построчно и покадрово, т.е. изображение

7

представляется в виде отдельных кадров и
пе
редача сигналов идет после-
довательно
с каждого пиксела
по строке и от строки к строке, от кадра к
кадру. Такой способ н
а
зывается строчной разверткой

(
более точно

про-
грессивной разверткой). Точно также построчно формируется изображение
на экране
видеомон
и
т
ора (
телевизора
)
. Совокупность строк составляют
телевизионный растр.

При реализации телевизионной системы с необходимой частотой
кадров
40
-
50 кадров/с, возникают серьезные технические проблемы
, св
я-
занные с большой шириной полосы частот видеосигнала
. Преод
олеваются
эти проблемы следующим образом. При частоте кадров около 20
-
30

Гц

каждый кадр передается дважды, но за более короткое время.
В результате
к
адр делится на два так называемые поля, причем первое поле содержит
только нечетные строки, а второе


тол
ько четные.
Рис. 1 иллюстрирует
идею представления
кадров через поля для случая частоты кадров 25 Гц.


Рис.1. Телевизионные поля и кадры. Нечетное поле состоит из нечетных строк (1, 3,
5…), четное из четных (2, 4, 6...).
Длительность кадра
Δ
t

кадра

= 1/25

с;
длительность п
о-
ля
Δ
t

п
о
ля

= 1/50 с.


В процессе развертки сначала передаются нечетные строки, а потом че
т-
ные. Такая развертка называется чересстрочной.

Из
-
за инерционности зр
е-

8

ния зритель воспринимает два поля как один кадр изображения (рис.2).
Таким о
бразом, изображение
делится (
дискретиз
ир
уется
)

во времени

на
поля,



Рис.2.
Деление кадра на два поля.


а каждое поле
(
в пространстве
)

дискретизируется на строки.
Из
-
за инерц
и-
онности зрения телезритель воспринимает изображение с
литно, хотя оно
явл
я
ется суммой нечетных и четных строк и двух полей.


Основными
характеристиками
телевизионной системы являются пар
а-
мет
ры
разложения изображения, а именно число кадров или полей, и чи
с-
ло строк на кадр. В начальный период развития т
елевидения частота полей
была принята равной частоте переменного напряжения в сети питания, т.е.
50 Гц или 60 Гц. Этого достаточно для устранения мельканий изображ
е-
ния, но самое главное, позволяло упростить конструкцию телевизоров. Для
просмотра

статически
х изображения без мельканий, а подвижных без пр
е-
рываний на расстоянии равном 5
-
6 высот экрана телевизора,
частота ка
д-
ровой развертки в телевизионной системе должна быть не менее 25 Гц.
Компьютерные мониторы находятся близко от наблюдателя, поэтому ча-
с
тота

кадровой развертки в них устана
в
ливается от 60 Гц и выше.

1.1
Разновидности телевизионных стандартов

Телевизионным стандартом
(
далее т
елестандартом)
называется сов
о-
купность требований на основные параметры, характеристики и способы

9

преобразования видеоси
гнала
телевизионной
системы. Телестандарты д
е-
лятся на аналоговые и цифровые.
Некоторые

параметры основных анал
о-
говых телеста
н
дартов приведены в табл.
1

.


Таблица 1

Наименование
тел
е-
ста
н
дарта

Размер кадра,

пикселей/строк

Полоса ви-
де
о
канала,
МГц

Частота ка
д-
ров, Гц

NTSC
-
M
/3,58/4,43

720х480

4,2

29,97

SECAM D
/
K

720
х575

6

25

PAL B/C/G/H/I/D/L

720х575

5/5/5/5/5,5/6/6

25


Телестандарты
, относящиеся к разным частотным диапазонам вещ
а-
ния обозначаются латинскими буквами от
A

до
N
. В

России принят ста
н-
дарт
SECAM
D/K

(первая буква относится к диапазону метровых волн,
вторая
-

дециметровых), во Франции
-

SECAM E/L
, Германии
-

PAL B/G
,
Англии
-

PAL A/I
, в США, Японии
-

NTSC M/M
.

Отметим, что с точки зрения модуляции радиосигналов отличий
м
е
жду
PAL B/G

и
SECAM D/K

не
т. Это позволяет использовать телевизи-
о
н
ный тюнер
PAL B/G

для выделения российского
SECAM

D/K

из высо-
к
о
часто
т
ного сигнала. Полученный при этом сигнал необходимо подавать
на телевизор с д
е
кодером
SECAM

D/K
.

Число строк в кадре определяет качество изображени
я. Но сколько
бы их ни было, при близком рассмотрении всегда можно увидеть стро
ч-
ную структуру изображения. Однако при удалении от экрана глаз перест
а-
ет з
а
мечать отдельные строки, и изображение кажется сплошным. В этом
проявляется еще одно свойство зрения


ограниченное
угловое разреш
е-
ние. Суть его заключается в том, если угол под которым видны две тонкие
линии менее одной угловой минуты, то две линии визуально становятся
н
е
различимы. Из этого следует, что число строк должно быть таким, чтобы

10

при определенно
м удалении от экрана строки были неразличимы.
Осн
о-
ванные на этом свойстве расчеты показывают
, что оптимальным рассто
я-
нием до телевизора является расстояние в 5
-
6 раз больше высоты э
к
рана
телевизора. Учитывая реальные размеры экрана и угловое разрешение
з
рения можно показать, что число строк разложения должно быть не мене
400. Это число является основным качественным критерием телевизио
н-
ных систем,
по которому они
делятся на системы стандартной четкости
-

число строк 525 или 625, системы высокой четкости


около 1200 строк. В
России узаконена система 625 строк/25 кадров (50 п
о
лей).

1.2
Передача цвета в телевидении

В соответствии с представлениями трехкомпонентной теории цве
т-
ного зрения для получения цветного изображения на экране телевизора
н
е
обходимо фо
рмировать и передавать
с
телевизионного центра
три сиг-
нала, соответствующим трем основным цветам


красн
ому

R
, зелен
ому

G
,
син
е
му

B
.
При этом

необходимо обеспечить совместимость систем цвет-
ного и черно
-
белого телевидения, определяемой как возможность прин
и-
мать че
р
но
-
белым телевизором цветное изображение (разумеется, в черно
-
белом варианте), а цветным телевизором принимать черно
-
бел
о
е изобра-
жени
е
.
Чтобы обеспечить совместимость

необходимо передавать еще и
четве
р
тый сигнал черно
-
белого изображения, называе
мый сигналом ярко-
сти
Y
.
Сигнал яркости формируется как сумма сигналов трех цветов с
определе
н
ными коэффициентами. Поэтому е
сли передать информацию
только о
б

Y

и о двух других цветах, например
R

и
G
, то в приемном
устройстве инфо
р
мацию о синем цвете
В

можно

получить путем вычита-
ния из
Y

соответс
т
венно
R

и
G
. Таким образом, сокращ
а
ется число пере-
даваемых сигналов из четырех до трех.
Кроме этого
в осно
в
ных цветах со-
держится информация о яркости объекта, поэтому для
дальнейшего
упро-
щения
формируются сигналы
R
-
Y
,
G
-
Y
,
B
-
Y
. Из этих трех цветовых раз-
ностей используют
R
-
Y

и
B
-
Y
,

поскольку искажения этих цв
е
тов мене
е


11

заметны для глаза. Итак, для передачи полной информации о цве
т
ном
изображении
с обеспечением совместимости
систем
достаточно формиро-
вать и передавать т
ри си
г
нала:
Y
,
R
-
Y

и
B
-
Y
.

В соответствии с описанным выше, п
реобразование оптического
изображения в видеосигнал осуществляется следу
ю
щим образом (рис.
3
).





Рис.
3
. Принцип формирования телевизионных сигналов. О


объектив, 1, 3


дихрои
ч-
ные зеркала, 2
, 4


зеркала, 5, 6, 7


преобразователи свет/сигнал,
E
R
,
E
G
,
E
B



сигналы
красного, зеленого и синего цветов,
Y
,
R
-
Y

и
B
-
Y

-

сигналы яркости и цветоразнос
т-
ные
R
-
Y

и
B
-
Y
, С
-

сигнал цветности, ПЦТС


полный цветовой телевизионный си
г-
нал, АЦП


аналого
-
ц
ифровой преобразователь, ЦС


цифровой сигнал.


Изображение
объекта фокусируется объективом и с помощью спец
и-
альных полупрозрачных дихроичных зеркал разделяется на три цвет
ных
изображения
. Зеркало 1 отражает синюю составляющую и пропускает
красную и зелен
ую. Зеркало 4 только изменяет направление синего луча и
направляет его в соответствующий преобразователь свет/сигнал 7. Зеркало
3 отражает красную составляющую, но пропускает зеленую. Все цветовые
составляющие света в преобразователях свет/сигнал преобразу
ются в си
г-
налы
E
r
,
E
g
,
E
b
, пропорциональные яркостям красного, зеленого и синего
изображений каждого отдельного элемента (пиксела). Их также называют
сигналами
R
,

G
,

B
,

хотя это не совсем точно. Сумма этих сигналов с опр
е-

12

деленными коэффициентами дает сиг
нал черно
-
белого изображения
Y =
0,299R + 0,587G + 0,114B
.

Изменяя одновременно уровни сигналов
R
,
G
,
B

можно получать различные градации яркости экрана телев
и
зора от белого
до черного. Для упрощения каналов передачи телевизионной системы и
с-
пользуются не
сигналы
R
,
G
,
B
, а
сигналы

яркости
Y

(или
E
y
) и

цветора
з-
ностные
R
-
Y

(
или
E
r
-
y
)

и
B
-
Y

(
или
E
b
-
y
)
. Преобразование сигналов
R
,
G
,
B

в сигналы яркости и цветоразностные осуществляется кодирующей матр
и-
цей. Совокупность сигналов
Y
,
R
-
Y

и
B
-
Y

называется
компонен
тным
т
е-
левизионным сигналом.
Перед

передач
ей

в эфир сигналы
R
-
Y

и
B
-
Y

объ-
е
диняются (кодируются) в кодере цветности по определенному алгоритму
в сигнал цветности
С
. Сигналы
Y

и
С

суммируются в сумматоре, к ним
добавляются еще сигналы синхронизации и другие

служебные сигналы,
образуя при этом
композитный

или полный цветовой телевизионный си
г-
нал
(
ПЦТС
)
. Композитный сигнал передается передатчиком и принимается
телевизором.
Полный цветной телевиз
и
онный сигнал
иногда обозначается
как

CVBS

(
Chroma
,
Video
,
Blanki
ng
,
Sync
).

Алгоритм
ы

объединения цв
е-
торазностных сигналов
в кодере цветности
мо
гут

быть разным
и

и соотве
т-
ственно
этим алгоритмам
разработаны

три системы цветного телевидения:
SECAM
,
PAL
,
NTSC
.

В системе цифрового телевидения
компонентные
сигналы
Y
,
R
-
Y

и
B
-
Y

оцифровываются,
объединяются в мультиплексоре
и в виде цифрового
сигнала ЦС направляются на передатчик.

Обобщая, приведем возможные типы видеосигналов в телевизио
н-
ной системе:
R
,
G
,
B
; композитный
(
Y
+
C
)
; ко
м
понентный
(
Y
,
R
-
Y
,
B
-
Y
)
;
Y



(
S
-
Video
); цифровой. Отметим здесь, что в телевизионной системе
для подключения различной аппаратуры используются электрические
разъемы, на контактах которых могут быть разные сигналы и поэтому с
о-
ответствующие разъемы называются композитными, ко
м
понентными,
R
-

13

G
-
B
,
S
-
Video

и др. Для практики важно представлять себе преимущества и
недостатки соединений различных типов.


Каким образом указанные сигналы используются в телевизионной
системе? Композитный сигнал распространяется по воздуху или по каб
е-
лю, и принимается т
елевизором, в котором сигналы яркостный и цветора
з-
ностные выделяются с помощью фильтров. Путем сложения цветораз-
н
о
стных с яркостным сигналом находятся сигналы красного и синего цве-
тов, т.е.

(
R
-
Y
)+
Y
=
R

и

(
B
-
Y
) +
Y
=
B
.
Зная

R

и

B
,
сигнал

зеленого

G

находится

из

выражения
Y

= 0,299
R

+ 0,587
G

+ 0,114
B

в виде

G

= (
Y

-

0,299
R
-

0,114
B
)/0,587= 1,704
Y
-
0,509
R
-
0,194
B
.

Полученные с
игналы
R
,
G
,
B

фо
р-
мируют изображение на экране телевизора

или монитора
.


Из приведенного описания следует, что применение композитного
си
г
на
ла связано с многочисленными преобразованиями сигналов основных
цветов

на пути от камеры до телевизора
:
R
,
G
,
B



компонентные → си
г-
нал цветности → композитный → компонентные

R
,
G
,
B
. При каждом
преобразовании в сигнал вносятся искажения, поэтому качество вт
оричн
о-
го изобр
а
жения будет ухудшаться.


Если на
монитор (
телевизор
)

подавать ко
м
понентный
(
Y
,
R
-
Y
,
B
-
Y
)

или
Y

/С (
S
-
Video
)

сигналы, то для получения сигналов
R
,
G
,
B

потреб
у-
ется меньше преобразований, а следовательно качество изображения будет
выше
,

чем д
ля композитного сигнала, причем самое высокое будет в сл
у-
чае компонентных сигналов. Самое же высокое качество достигается при
использов
а
нии цифровых сигналов.


По поводу буквенных обозначений сигналов яркости и цветораз-
н
о
стных необходимо сделать уточнение
, поскольку в литературе и в опи-
с
а
ниях телевизионной аппаратуры встречаются различные обозначения.
Строго говоря, на выходе преобразователей свет/сигнал получаются си
г-
налы
E
r
,
E
g
,
E
b
,
но они

перед преобразованием в яркостной и цветора
з-

14

ностные подвергаютс
я частотной коррекции

для устранения нелинейных
искажений. Скорректированные сигналы обозначаются штрихом, т.е. как
E
/
r
,
E
/
g
,
E
/
b
.
Поэтому
правильно следует писать
E
/
y
,
E
/
r
-
y
,
E
/
b
-
y
. Однако ч
а-
ще всего штрихи опускают, а для обозначения цветоразностных си
гналов
употребляют символы
U
=
R
-
Y

и
V
=
B
-
Y
.

Кроме этого, в системах
PAL
,
SECAM

и
NTSC

цветора
з
ностные сигналы обозначаются соответственно
как
U

и
V
,
Dr

и
Db
,
I

и

Q
.



Важным параметром телевизионной системы является формат из
о
б-
ражения


отношение ширины к вы
соте. Во всех системах аналогового те-
левидения принят формат 4:3 ≈ 1,33. В
цифровом телевидении

использ
у
ет-
ся фо
р
мат 16:9 ≈ 1,78.


Вопросы для самопроверки

1. Укажите принципиальные различия систем
PAL

и
SECAM
.

2. Какие различия по качеству изображения в си
стемах с чересстрочной и
прогрессивной развертками?

3. Почему информация о цвете передается цветоразностными сигнал
а-
ми?


2

Цифров
ые

сигналы в
телевидени
и

На выходе преобразователя свет/сигнал формируются компонентные
аналоговые сигнал яркости
Y

и цветораз
ностные
R
-
Y

и
B
-
Y
,

которые
затем
оцифровываются.
О
цифровка, называемая импульсно
-
кодовой модуляц
и-
ей, предусматривает выполнение трех операций: дискретизацию аналог
о-
вого сигнала во времени, дискретизацию отдельных отсчетов по уровню
-

квантование, кодирован
ие величин квантованных отсчетов.
При дискрет
и-
зации аналоговый видеосигнал заменяется последовательностью его зн
а-
чений в дискретные моменты времени. Чтобы при обратном преобразов
а-
нии из дискретного
сигнала
восстановить аналоговый видеосигнал без и
с-

15

кажений
,

ча
с
тота дискретизации должна не мене чем в два раза превышать
верхнюю частоту аналогового сигнала.
Основные параметры оцифровки:
частота дискретизации, разрядность кодирования.
В соответствии с ме
ж-
дународным ста
н
дартом
CCIR
-
601

яркостной сигнал дискретизи
руется с
частотой 13,5 МГц, а цветоразностные с частотой 6,75 МГц или 3,375 МГц
при разрядности кодирования 10 бит. Такое соотношение частот дискрет
и-
зации связано с тем, что полоса частот цветоразностных сигналов в два ра-
за уже полосы частот сигнала яркост
и. Уменьшение полосы частот цв
е
то-
разностных сигналов во
з
можно потому, что чувствительность зрения к
цвету ниже, чем к белому св
е
ту.

С
труктура дискретизации компонентных видеосигналов
13,5
МГц/6,75 МГц
обозначается как 4:2:2. Смысл
такого

обозначения заключ
а-
ется в том, что условно за единицу частоты дискретизации принимается
величина 3,375 МГц. Тогда цифра 4 соответствует частоте 13,5 МГЦ, а
цифра 2


6,75 МГЦ. Поскольку в телевизионной системе применяется
строчная развертка из
о
бражения, отсчеты сигналов ярк
ости и цветности
последовательно берутся вдоль строк. Так как частота дискретизации си
г-
нала
Y

в два раза больше, то и отсчеты яркостного сигнала будут идти в
два раза чаще, чем цветоразностных. Для наглядности структуру дискрет
и-
зации представляют в виде с
овокупности строк с отсчетами яркости и
цветности (рис.
4
). Крестом обозначены отсчеты яркостного сигнала, а
кружками
-

отсчеты цветоразностных

сигналов
.


16


Рис.
4
. Структуры дискретизации аналогового телевизионного сигнала.


Кроме дискретизации

4:2:2
н
аходят применение структуры или стандарты
дискретизации 4:1:1 и 4:2:0. В первом случае частота дискретизации цв
е-
торазностных сигналов снижена до 3,375 МГц, но их отсчеты берутся по
каждой строке. В структуре 4:2:0 цифра «0» отражает тот факт, что отсч
е-
ты ц
веторазн
о
стных сигналов берутся через строку с частотой 6,75 МГц.

В процессе квантования истинное значение уровня отсчета заменяе
т-
ся ближайшим значением уровня квантования. Разница между истинным
значением уровня и квантованным приводит к помехам, называем
ым ш
у-
мом квантования. Стандартизовано 10
-
разрядное кодирование, т.е. кажд
о-
му отсчету приписывается определенная последовательность из десяти
бит. В результате дискретизации, квантования и кодирования на выходе
соответствующего устройства формируется после
довательность импул
ь-
сов
-

так называемый цифровой поток. Скорость этого потока, т.е. число
бит за секунду, при дискретизации
компонентных сигналов
13,5 МГц/6,75
МГц равна: (13,5+2∙6,75)∙10∙10
6
=270 Мбит/с. При дискретизации 13,5

17

МГц/3,375 МГц формируется по
ток (13,5 +2∙3,375) = 202,5 Мбит/с. Таким
образом, после оцифровки аналоговый видеосигнал преобразуется в ци
ф-
ровой сигнал в виде п
о
тока со скоростью 270 Мбит/с


202,5 Мбит/с.


2.1

Типы телевизионных разверток


Развитие цифрового видеопроизводства привело
к появлению мн
о-
гих стандартов развертки изображения
наряду с

традиционны
ми

частотами
полей
50/60 Гц. Кроме указанных частот полей и кадров широкое прим
е-
нение находят и другие:
60
i
; 60
p
;

59,94
i
; 59,94
p
; 50
i
; 50
p
; 30
p
; 29,97
p
;
25
p
;

24
p
; 23,98
p
;

23,98
psf
; 24

psf
; 25
psf
; 29,97
psf
.
Здесь

символ
ами

i

и
p

обозначены чересстрочная и прогрессивная развертки,
psf

-

развертка с
сегментированными кадр
а
ми.

Нецелочисленные значения частот полей/кадров (59,94 Гц, 29,97 Гц)
использ
уются

в
американской систем
е

NTSC
. В
случае

черно
-
белой си-
с
темы

NTSC

частота полей точно равна 60 Гц при строчной част
о
те
f
Z

=
525х30 = 15750 Гц. Однако в случае цветного
телевидения

NTSC

строчная
частота
f
Z

не равна 15750 Гц. Ее значение выбирается таким образом, чт
о-
бы, во
-
первых, уменьшит
ь заметность помех от сигнала цветности, мод
у-
лирующего цветовую поднесущую (для совмещения спектров сигнала я
р-
кости и цветности частота цветовой поднесущей
f
0

должна равняться ча-
с
тоте нечетной гармоники
сигнала с
половин
ной

строчной частот
ой
, а
именно
f
0

=

3579545
Гц), во
-
вторых, уменьшить биения несущей звука со
спектром сигнала изображения. Поэтому компромиссное значение стро
ч-
ной частоты
f
Z

=
15734,264

Гц. Поскольку число строк в растре не измен
я-
ется, для частоты кадров получается значение
15734,264

Гц /5
25 = 29,97
Гц, а для частоты полей соответственно 59,94 Гц.

Особое значение для
цифрового телевидения и
ТВЧ приобретает
прогрессивная развертка 24
p

(24

кадр/с). Этот режим предпочтителен для

18

такого производства видеофильмов, когда предполагается переводить

фильм на кинопленку для проката в кинотеатрах. Кроме того, последу
ю-
щим преобразованием из
24
p

можно легко получить любой из других
форматов. Использ
о
вание же
24р

только в
телевидении

не очень удобно с
точки зрения синхронизации в телевизионной аппаратуре.

Поэтому прим
е-
няется модифицир
о
ванная частота «киношной» развертки для телевидения
24 х 29,97/30 = 23,976
р

≈ 23,98
р
.

При всех положительных качествах формата с прогрессивной ра
з-
верткой его использование совместно с другой аппаратурой, работающей в
режиме
чересстрочной развертки (видеомагнитофоны, коммутаторы, мо
н-
тажные системы и др.), затруднено. Поэтому был предложен режим ра
з-
вертки с сегментированными кадрами
psf

(segmented frames)
,

в котором
каждый прогрессивный кадр записывается в два
равных поля без

смещ
е-
ния по времени
.

З
атем
эти поля
обрабатываются и снова соединяются вм
е-
сте.

В одном из них располагаются
нечетные строки изображения
, а в др
у-
гом


четные строки этого же изображения.
Например, в системе 50
i

н
е-
четное поле формируется из строк 1
-
го кадр
а, а четные
-

из строк следу
ю-
щего второго ка
д
ра, причем с преобразователя свет/сигнал кадры идут с
частотой 50 Гц
/60 Гц
. При развертке
psf

четное и нечетное поля форм
и-
руются из строк одного кадра

(рис. 5)
.


19





Рис. 5. Схема формирования изображений в стандартах 30
i

и 24
psf
.


Не будучи чересстрочной разверткой, режим
с сегментированными
кадрами обеспечивает совместимость с
инфраструктурой чер
есстрочных
форматов
.
Например, сигнал 1080/25

psf

может
обрабатываться

ви-
де
о
микш
е
р
ом

формата

1080/25

i.


20

Практическое применение находит аппаратура с режимами сегме
н-
тированной развертки
23,98
psf
; 24
psf
; 25
psf
; 29,97
psf
.



Преобразование телевизионных ра
зверток


В настоящее время существует множество форматов
аналогового и
цифрового видео, которые отличаются пространственным
и (частота строк,
фо
р
мат кадра)

и временными
(частота кадров/полей)
характеристиками.
Как следствие, актуальной
стала
задача преобра
зования из одного формата
в другой. Решение данной задачи состоит из двух частей: определения м
е-
тода изменения пространственного разрешения кадров и метода изменения
разрешения видео во времени, т.е.

преобразования частоты кадров (ПЧК).

Стандарт телевещан
ия 30
-
х годов (использ
уемый
и
сейчас) описыв
а-
ет способ
чересстрочной прорисовки кадров
:

для формирования изобр
а-
жения, вместо засветки всех строк кадра, поочередно прорисовываются
только четные или нечетные строки. Это позволило при использовании
ЭЛТ того
времени (с низкой частотой вертикальной развертки), кроме вс
е-
го прочего, достичь частоты обновления экрана равной 50Гц. В настоящее
время стали широко доступны телевизоры и мониторы, поддерживающие
частоту вертикальной развертки 100Гц, причем в данном случ
ае речь идет
о прогрессивной развертке, когда кадр перерисовывается полностью, а не
по полям. Существует множество алгоритмов деинтерлейсинга, позв
о
ля-
ющих преобразовать последовательность полей в последовательность кад-
ров. Однако на выходе таких алгоритмов
, в лучшем случае, частота следо-
вания кадров равна 50Гц, в то время как требуется 100
Гц
. Решить данную
проблему позволяют т.н. алгоритмы FRC (Frame Rate Conversion), задачей
которых является изменение разрешения видео во времени. При использо-
вании алгоритм
а FRC увеличивающего частоту смены кадров вдвое, воз-
можно из 50
p

пол
у
чить 100
p
.


21

П
реобразования частоты кадров
используется и

при компрессии в
и-
део данных. При кодировании видео на низких
скоростях цифрового пот
о-
ка
многие видео кодеки уменьшают разрешение
данных не только в пр
о-
странстве, но и во времени.
Например
,

кодеки
QuickTime
,
Windows

Media
,
RealVideo

используют компрессию с уменьшением числа кадров.
Иначе говоря, вместо кодирования исходных 30

кадров/с
, частота кадров
может быть уменьшена до 20

кадров

. Это о
з
начает, что
один

из каждых
трех

кадров исходной видео последовательности не будет закодирован.
Однако при воспроизведении видео на стороне декодера весьма желател
ь-
но иметь исходную частоту кадров. Для этого необходим механизм во
с-
становления.
Прео
бразователи стандартов могут быть как программными
так и аппаратными.
ПЧК может быть
также
использовано при восстано
в-
лении поврежденных кадров.

2.2.
Сжатие цифрового потока


основа цифрового телевид
е
ния


Как было показано выше,
оцифрованная
программа дл
ительностью в 1
час в стандарте
PAL

занимает около 100 Гбайт.
Это очень м
ного
и кроме
того и
спользование несжатых данных очень расточительный способ ра
с-
ходов
а
ния ресурсов системы.
Цифровой сигнал необходимо передавать по
каналам формирования программ и ка
налам связи. Технически реализовать
это трудно и дорого. Решается проблема аналогично, как и с цифровым
звуковым сигналом, использованием цифрового сжатия или компрессии,
устраняя избыточность видеосигнала, которая является следствием и
н-
формационной избыто
чности изображения. Выбор алгоритма с
жатия или
видеокомпресси


самая актуальная проблема в цифровом

телевидении
.

Изображение характеризуется пространственной и временной изб
ы-
точностью. Пространственная или, по
-
другому внутрикадровая избыто
ч-
ность, обуслов
лена тем, что в пределах кадра имеются относительно
большие одинаковые по яркости и цвету области, поэтому нет необход
и-
мости передавать всю информацию об изображении. Можно путем соо
т-

22

ветствующего анализа определить, где есть одинаковые области, и перед
а-
ва
ть информацию об их наличии и величине их яркости. Это значительно
сократит цифровой поток. Отношение скоростей цифрового потока до и
после сжатия называется коэффициентом сжатия или компрессии. Вр
е-
менная избыточность связана с тем, что соседние кадры отли
чаются не
сильно и поэтому также можно не передавать всю информацию об из
о
б-
ражении каждого кадра, а только информацию о различии изображений
двух соседних кадров. На приемном конце в мониторе (телевизоре) соо
т-
ветствующее устройство, получив сокращенный объ
ем информации, см
о-
жет по известному алгоритму достаточно точно восстановить исходное
изображение. Для цифрового телевидения разработан стандарт сжатия
изображения
MPEG
-
2

с сокращением пространственной и временной и
з-
быточности. Этот стандарт позволяет исход
ный цифровой поток 270
Мбит/с сжать до нескольких десятков Мбит/с с сохранением высокого к
а-
чества изображения. С таким цифровым сигналом достаточно просто раб
о-
тать как при производстве программ, так и при передаче по каналам св
я
зи.

Для сжатия часто приме
няются и другие стандарты
M
-
JPEG
,

MPEG
-
1

и
MPEG
-
4
.

Однако при этом следует иметь в виду, что эти ста
н-
дарты описывает принципы и алгоритмы сжатия цифрового потока, но
конкретная реализация кодера у каждого производителя может быть ра
з-
ной, а значит и каче
ство. Интересно отметить, что даже если системы р
а-
ботают без сжатия, качество изображения у них будет различным из
-
за
различного качества используемых код
е
ков.


Вопросы для самопроверки

1. Укажите на преимущества и недостатки форматов дискретизации
4:1:1
и 4:2:0.

2. Почему используются многие типы телевизионной развертки?


23

3. Что делать, если монтажная система не поддерживает стандарт
развертки

30р
?

4. Привести качественные отличия стандартов сжатия
JPEG

и

MPEG
-
2.


3

Принципы формирования изображения в устр
ойствах отображения

В
монтажной системе могут использоваться видеомониторы разных т
и-
пов: с кинескопом или жидкокристаллические панели. Несмотря на разные
принципы формирования изображений в разных видеомониторах общим
является растровая структура изображен
ий, т.е. изображение представляет
собой совокупность отдельных кадров/полей, которые образуются гор
и-
зонтальными строками, заполняющими кадр сверху вниз и состоящих из
отдельных элементов


пикселей. Для получения цветного изображения
ка
ж
дый пиксел состоит
из трех ячеек, излучающих основные цвета
R
,
G

и
B



красный, зеленый и синий. Сложение этих цветов с разной яркостью
позв
о
ляет воспроизвести любой свет.

Информация о яркости изображения и
о
его цвете в
телевизионной
си-
с
теме передается с помощью сигналов
R
,
G
,
B
. Количество передаваемых
цветов определяется возможным числом градаций яркости (интенсивн
о-
сти) к
а
ждого из основных цветов. Если используется
n

бит для описания
яркости пиксела, тогда максимальное число возможных градаций яркости
пиксела (т.е. число цве
тов) равно
2
n
. Число
n

часто называют глубиной
цвета. В компьютерных системах
n

= 24
,

поэтому может отображаться 2
24

= 16777216 различных цветовых оттенков.
Для примера р
ассчитаем
,

сколько необходимо информации, чтобы описать цветное изображение
кадра разм
ером 720х576 пикселов: 720х576х24 = 9953280 бит ≈ 1,24
Мбайт. Для описания сюжета длительностью 1 мин потребуется

24

1,24х25х60 = 1860 Мбайт. Соответственно часовая программа займет
1,86х60 = 111,6 Гбайт.

Изображения на экране монитора формируются пикселами



мин
и-
мальными элементами квадратной или прямоугольной формы. Каждый
пиксел отображает среднюю в данной точке яркость и цвет. Общее число
пикселей определяет такое свойство изображения как четкость. Спосо
б-
ность системы воспроизводить мелкие детали изображ
ения характеризуе
т-
ся ее разреша
ю
щей способностью или просто разрешением. Очевидно чем
больше пикселей, тем выше разрешение. Поэтому
часто
разрешением
н
а
зывают общее число пикселей в кадре или произведение чисел пикселей
по горизонтали и вертикали, например
, 800х600.

Разрешение компьютерных мониторов выражается через произведение
числа точек (пикселей) в строке на число строк. Мониторы обычного (4:3)
формата
в зависимости от разрешения
име
ю
т следующ
и
е
обозначения
:
SVGA

(800
x
600),
XGA

(1024
x
768),
SXGA

(1280
x
1024),
UXGA

(1600
x
1200).
Для широкоформатных дисплеев предусмотрены разрешения
WXGA

(1366
x
768),
WXGA
+

(1400
x
800),
WSXGA

(1600
x
1024),
WUXGA

(1920
x
1200).

Формат

пиксела


отношение ширины к высоте, он не одинаков в
разных видеосистемах, поскольку в разных ви
деосистемах требуется ра
з-
личное число пикселей для заполнения кадра. Во многих компьютерных
видеоста
н
дартах
с форматом кадра 4:3

= 1,33

отношение числа пикселей в
строке к числу строк
число пикселей
равно
4:3

(640:480 =
800
:
600

=
1024
:
768

=
1600
:
1200

=1,33)
, поэтому пиксели квадратные.
Отметим, что
пиксели матрицы ПЗС телекамеры квадратные, ч
асто п
иксели в монит
о-
рах сделаны
также
квадратными. Изображение в стандарте
DV

PAL

с
о-
держит 576 строк

по 720
элементов. В мониторе же при числе строк 576 в
каждой содер
жится
по 576х1,33 = 768 пикселей.
Чтобы 720 пикселей
DV


25

PAL

занимали по ширине экрана

ту же длину что и 768 квадратных пикс
е-
лей, они растягиваются по ширине в 768:720 ≈ 1,067 раз.

В случае
DV

NTSC

изображение содержит 480 строк по 720 элеме
н-
тов. На монито
ре в каждой из
480
строк будет 480х1,33 ≈ 640 пикселе
й
.
Поэтому в этом случае пиксели
сжимаются по ширине в

720
:

640 = 1,125
раз
.
Т.е. в этом случае отношение ширины к высоте элемента должно быть
1 : 1,125 ≈ 0,9.

Если
же
форм
а

элементов изображения
на мони
торе
не

будет согл
а-
сована с формой пиксела, то на мониторе изображение будет вытянутым
по горизонтали или по вертикали

-

круги превратятся в овалы.

Чтобы эт
о-
го не было, в программе осуществляется коррекция формы пикселей.

Программа
видеомонтажа
Adobe

Pre
miere

Pro

2.0

отображает фо
р-
мат пиксела в соответствии с установками формата в окне

Project
.

Эта
программа
может отображать и выдавать
сигналы
с различными формат
а-
ми пикселей
,

поскольку он
а

корректирует их в соответствии с установками
P
roject
.
Adobe

Premi
ere

Pro

2.0

стремится
автоматически

сохранить

фо
р-
мат

изобр
а
жения
,
иногда

изменяя

при

этом

формат

пиксела
,
размеры

кадра

или

и то и другое
,

чтобы

не

было

искажений
.
Делается

это на

основании

созданных

метаданных

(служебных данных, описывающих свойства
фра
г-
ме
нта
)
.
При

потере

таких

данных

Adobe

Premiere

Pro

2.0

применяет

опр
е-
деленные

правила

для

интерпрет
а
ции

формата

пиксела
.

Довольно часто цветовые характеристики монтируемых сюжетов
различаются, а в итоговой программе этого не должно быть. Для устран
е-
ния тако
го несоответствия предназначена функция
ц
ветокоррекци
и
.

Зад
а-
чами цветокоррекции являются достижение цветового соответствия между
различн
ы
ми
сюжетами, снятыми
,

например,
разными камерами с разным
освещением, корректировка изменений цветового баланса, вызван
ных н
е-
достаточным освещени
ем
, изменение общего стиля цветового решения
для достижения поставленной творческой задачи.


26

Для настройки правильной цветопередачи системы и уровня звука
монтажная программа генерирует сигналы цветных полос и звуковой си
г-
нал ча
стотой 1 кГц. Такое контрольное изображение можно также испол
ь-
зовать для проверки влияния разных факторов при монтаже (сжатие, ра
з-
рядность и др.).


Вопросы для самопроверки



1.
К каким искажениям приводит несоответствие форматов пикс
е-
ла телевизионного ста
ндарта и видеомонитора?

2. Для чего применяется цветокоррекция?


4

Стандарты ТВЧ

К
телевидению высокой четкости (
ТВЧ
)

относятся системы с числом
строк разложения и числом элементов/пикселей в строке существенно
большем, чем в системе стандартного ТВ, и с фо
рматом изображения
16:9. Стандартизованы две системы ТВЧ


1080
i
/1080
p

и
720
p

с разли
ч-
ными типами развертки
.

В стандарт
ах

1080
i


используется чересстрочная/прогрес
c
ивная ра
з-
вертка, изображение формируется 1080 активными строками по 1920
пикселей в каждой
. В пределах данного стандарта есть спецификации:
1080
i
/25

для систем с частотами 50 полей/с и
1080
i
/30



для систем с ча-
стотами 60 полей/с.

Часто для описания разрешающей способности стандартов ТВЧ в
единицах пикселей (не следует отождествлять с визуальн
ым разреш
е-
нием) используется символическая величина
К
, соответствующая ра
з-
решению 1000 строк/1000 пикселей в строке. Символ


соответствует
разрешению 1556 строк/2048 пикселей. Ра
з
решение по горизонтали

27

стандарта
1080
i

почти равно

. Для систем с больши
м разрешением
применяются обозначения


(3112 строк/4096 пи
к
селей).


В стандарте
720
p

используется прогрессивная развертка при 720 а
к-
тивных строках и 1280 пикселей в строке. Прогрессивная развертка
о
з
начает, что все строки кадра отображаются за время 1/50

с
,

при этом
обесп
е
чивает
ся

более качественное изображение, чем чересстрочная. В
этом случае достигается большая плавность движущихся объектов. П
о-
этому прогрессивная развертка применяется в компьютерных монит
о-
рах, в видеопроекторах, в плазменных и жидкокри
сталлических от
о
б-
ражающих дисплеях.


В случае чересстрочной развертки при сложении полей с четными и
нечетными строками может наблюдаться дрожание объекта. Эти др
о-
жания затем устраняются электронной обработкой. Широкое примен
е-
ние чересстрочной развертки в

ТВ обусловлено тем, что она позволяет
уменьшить полосу частот видеосигнала, что очень важно при практич
е-
ской реализации ТВ системы.

Рассмотрим преимущества и недостатки стандартов

1080
i

и 720
p
.

В системе с чересстрочной разверткой
1080
i

больше строк,
однако
эффективное разрешение по вертикали из
-
за чересстрочности будет
равно примерно 1080 х 0,7 ≈ 760 ТВЛ, т.е. ненамного больше чем 720
ТВЛ. Преимущества и недостатки этих стандартов в другом. Все
ус
т
ройства отображения


проекторы, плазменные дисплеи, ж
идкокр
и-
сталлические мониторы, а также системы нелинейного монтажа изн
а-
чально работают с прогрессивным сигналом. Поэтому при подаче на т
а-
кие устройства сигн
а
ла
1080
i


потребуется преобразование стандартов,
что может привести к снижению качества. С техническ
ой точки зрения
сигнал
720р

проще преобразовывать в
1080
i

чем наоборот. Однако у
оборудования
1080
i

есть свое важное преимущество


оно более пр
о-
стое в производстве и поэтому меньше по стоимости.


28


Вопросы для самопроверки

1. Какой из форматов ТВЧ лучше


1
080
i


или

720
p
?

2. Используется в ТВЧ формат кадра 4:3
?


5

Форматы
магнитной
видеозаписи

Совокупность всех основных параметров и требований, характер
и-
зующих способ видеозаписи
,

называется стандартом видеозаписи. Расп
о-
ложение и размеры строчек и дорожек за
писи на сигналограмме, ширина
магнитной ленты и другие параметры видеофонограммы называется ее
форматом. О
д
нако часто в литературе под термином «формат» понимается
именно стандарт. К основным параметрам стандарта видеозаписи относя
т-
ся ширина магнитной лен
ты, угол наклона сточек записи, их ширина, ра
с-
стояние между сточками, частота вращения видеоголовок, скорость ма
г-
нитной ленты, способ записи (аналоговый, цифровой), тип записываемого
сигнала, некоторые электрические параметры каналов записи и воспрои
з-
веде
ния.

Видеозапись является основой видеопроизводства
,

и

непосредстве
н-
но для записи телевизионного сигнала в разное время было предложено
немало различных способов, составивших основу разнообразных форм
а-
тов.


5.1
Аналоговые форматы
видеозаписи



В процессе
развития магнитной видеозаписи было разработано мн
о-
го аналоговых форматов
,

о
сновные
из которых
и
некоторые
их признаки
прив
е
дены в табл.
2
.

Таблица
2



29

Название
формата

Тип записываемого
в
и
деосигнала

Ширина
МЛ, мм

Q

Компози
т
ный

50,8

C

Компози
т
ный

25,4

V
HS

композитный

12,65

S
-
VHS

Y/C

12,65

Betacam

SP

Компонен
т
ный

12,65


Самым первым форматом видеозаписи, реально используемым в т
е-
левид
е
нии, стал
четырехголовочный
формат
Q

(от слова
Quadruplex
). В
этом формате реализована поперечно
-
строчная запись видео
сигнала ч
е-
тырьмя вращающимися

магнитными головками на магнитную ленту
шириной 50,8 мм (2 дюйма). Один кадр изображения записывается на 40
строчках и поэт
о
му формат называется сегментным. Видеомагнитофоны
формата
Q

записывают и воспроизводят композитный ви
деосигнал, т.е.
сигналы яркости
Y

и цветности
С
записываются вместе на одну строчку.
На магнитной ленте наряду с видеосточками имеется продольные дорожки
для записи отдельн
ы
ми неподвижными магнитными головками звукового
сигнала, режиссерских пояснений и

сигнала управления. Ширина строчек
254 мкм, а расстояние между ними 143 мкм. Чтобы при воспроизведении
быстро вращающиеся г
о
ловки следовали по строчкам, в видеомагнитофоне
имеется специальная следящая система. Для работы этой системы на д
о-
рожке управлен
ия записан специальный сигнал управления. Формат
Q

был
очень распространен на т
е
левидении в течение около 20 лет и поэтому в
архивах накопилось огромное количество

программ этого формата
.

В
и-
деомагнитофоны формата
Q

представляли собой сложное электромехан
и-
ческое устройство с габаритами около 1,7 м х 1,8 м и массой более 500
кг. Масса рулона магнитной ленты на 1,5 час записи составляет около 10
кг.


30

Следует отметить, что
главным

элементом видеомагнитофона, опр
е-
деляющим его технические характеристики, разм
еры и массу является
магни
т
ная лента. Совершенствование магнитных лент дало возможность
уменьшить
их
ширину с двух до одного дюйма, а скорость ее движения
существенно снизить. Так появился формат наклонно
-
строчной видеозап
и-
си
С
. При наклонно
-
строчной запис
и длина видеострочек значительно
увеличивается и поэтому на одной строчке можно записать больше и
н-
формации, чем в случае поперечно
-
строчной записи. В формате
С

комп
о-
зитный видеосигнал записывается на ленту шириной 25,4 мм
тремя
вр
а-
щающимися видеоголовками.

З
а счет
малого

угла наклона видеострочек
их
длина увеличена так, что на одной строчке записывается одно видеополе.
Благодаря этому в видеомагнитофонах формата
С
достаточно просто ре
а-
лизуются такие важные для произво
д
ства программ режимы как стоп
-
кадр,
зам
едленное и ускоренное воспроизведение
, электронный видеомонтаж
.

Для реализации электронного видеомонтажа на одной из продол
ь-
ных дорожек
на магнитной ленте
записывается а
дресно
-
временной код
(часто его называют тайм
-
кодом)
.

Он

предназначен для обозначения

или
идентификации каждого кадра изображения, записанного на магнитной
ленте или если точнее, он обозначает место строчек записи определенного
кадра. Каждому кадру ставится в соответствие группа из четырех дв
у-
значных чисел, обозначающих текущее время в ча
сах, минутах, секундах и
номер кадра в пределах последней секунды.
Значения к
од
а

могут изм
е-
ня
т
ь
ся от 00:00:00:00 до 23:59:59:24, т.е. максимальная длительность код
и-
руемого сюжета составляет 24 часа (от 00 час 00мин 00с до 23 час 59 мин
59 с), а номер кадра

изменяется в пределах от 00 до 24 (общее число ка
д-
ров 25, что соответствует кадровой частоте 25Гц).

Например
,

код
02:25:13:18 интерпретируется так: 18
-
й кадр на 13
-
й секунде 25 минуты 2
-
го часа от начала
сюж
е
та
.


31

В дальнейшем запись временного кода ста
ла

н
еотъемлемой функц
и-
ей всех последующих
способов

записи на разные носители.





Форматы
Q

и
С

относятся к профессиональным. Они обесп
е-
чивают высокое качество изображения (разрешение по горизонтали около
550
ТВЛ
) и звука, имеют специальные режимы работы (стоп
-
кадр, воспр
о-
изведение с неноминальной скоростью, разъемы для подключения разн
о-
образной аппаратуры), характеризуются очень высокой надежностью р
а-
боты.

Д
ля бытовых целей
был разработан
формат
VHS

(
Video

Home

Sy
s-
tem
). В базовом варианте формата запись компо
зитного видеосигнала пр
о-
водится двумя вращающимися магнитными головками на ленту шир
и
ной
25,4 мм

(1/2 дюйма)
. Качество записи соответствуют разрешению по гор
и-
зонтали 240
ТВЛ
. Стереозвук записывается на две продольные доро
ж
ки.
Поскольку скорость ленты малая

(2,339 см/с), качество записи звук
о
вого
сигнала весьма низкое. Поэтому в ряде моделей видеомагнитофонов
этого
формата
имеется режим высококачественной записи звука
Hi
-
Fi
, при кот
о-
ром звуковой сигнал записывается на наклонных строчках. Специально
для мало
габаритных видеокамер имеется модифицированный формат
VHS
-
C
, отличающийся кассетой малых размеров. Проиграть малую касс
е-
ту на обычном видеомагнитофоне можно с помощью специального ада
п-
тера. Многие модели видеомагнит
о
фонов
VHS

могут работать в режимах
станд
артной длительности
SP
, повышенной
LP

и высокой длительности
EP
.
Многообразие режимов достигается тем, что
к двум основным вр
а
ща-
ющимся
магнитным
головкам добавляются одна или две, а скорость ленты
соответственно уменьшается.

Формат
VHS

усовершенствован пу
тем использования более каче-
с
т
венной магнитной ле
н
ты и перехода от записи композитного сигнала к
S
-
Video
, т.е. записываются не единый композитный сигнал, а два сигнала
Y

и
C
.

Так появился формат
S
-
VHS
. Относительно невысокая стоимость

32

аппаратуры этого фо
рмата и достаточно высокое качество записи (разр
е-
шение по горизонтали 400
ТВЛ
) способствовали очень широкому его ра
с-
пространению

в телевещании
. На аппаратуре
S
-
VHS

можно пр
о
игрывать
кассеты
VHS
, но не наоборот
.

Дальнейшее улучшение

ленты позволил
о

значите
льно улучшить к
а-
чественные параметры видеозаписи (разрешение по горизонтали
около

500
ТВЛ
) и привел
о

к новому
профессиональному
формату
Betacam

SP
.


5.2
Цифровые форматы
видеозаписи

Цифровая видеозапись позволяет устранить недостатки аналоговой
видеозапи
си, проявляющиеся
,

прежде всего,
в телевизионной технологии.
При подготовке программ возникает необходимость многократно переп
и-
сывать сюжеты, копировать их, подвергать различным преобразованиям
(наносить титры, вводить спецэффекты и др.). При каждой такой
операции
качество аналогового сигнала ухудшается из
-
за неизбежных искажений. В
случае цифровой видеозаписи эти проблемы практически исключаются
благодаря тому, что на цифровом видеомагнитофоне можно сделать н
е-
сколько десятков копий без заметной потери каче
ства. Второе важное о
б-
стоятельство состоит в том, что цифровые технологии дают
больше
во
з-
можност
ей

при производстве и распределении программ. Кроме этого
,

цифровая аппаратура более надежна в работе, проще в эксплуатации.

Было разработано
также
много цифров
ых форматов видеозаписи и
связано это с двумя обстоятельствами. Прежде всего, также как и в случае
аналоговых форматов, не существует некого универсального формата,
приго
д
ного для всех видов задач. В
о
-
первых
, для решения
каждой
задачи с
учетом

конкретных

технических и экономических условий требуется свой
формат. Во
-
вторых, сильная конкуренция среди производителей приводит
к разнообразию форматов. Для производителей телепрограмм обилие фо
р-
матов является важным положительным фактором, поскольку дает им во
з-

33

м
ожность оптимизировать свою технологию по максимуму эффективн
о-
сти. Основные цифровые форматы видеозаписи
с некоторыми признаками
приведены в табл.
3
.

Таблица
3

Название фо
р-
мата

Тип запис
ы
ва-
емого виде
о-
си
г
нала

Ш
и-
рина
МЛ,
мм

Структура
дискретиз
а-
ции

К
о-
эф.
сж
а-
тия

Digital Betacam

Компонен
т
ный

12,65

4:2:2

2

D8

(Betacam
SX)

Компонен
т
ный

12,65

4:2:2

10

DV

Компонен
т
ный

6,35

4:1:1 (
NTSC
)

4:2:0 (PAL)

5

(
D7
)

DVCPRO

Компонен
т
ный

6,35

4:1:1

5

DVCPRO

50

Компонен
т
ный

6,35

4:2:2

3,3

DVCAM

Компонен
т
ный

6,35

4:1:1 (NTSC
)

4:2:0 (PAL)

5

D9(Dig
i
tal S)

Компонен
т
ный

12,65

4:2:2

3,3

D
10 (
IMX
)

Компонен
т
ный

12,65

4:2:2

3,3


Запись видеосигнала без сжатия или с малым сжатием сопряжена с
высокой сложностью аппаратуры, поэтому соответствующие видеомагн
и-
тоф
о
ны не находят широкого

применения.
В
аппаратуре
Digital

Betacam

применяется самый низкий уровень сжатия.
Во всех последующих форм
а-
тах
используется

значительное сжатие. Однако из этого не следует ко
м-
промисс с качеством, поскольку алгоритмы сжатия таковы, что не заметно
никаких у
худшений

качества изображения
. В формате
Betacam

SX

коэ
ф-
фициент сжатия равен 10 и при этом записываемый цифровой поток равен
18 Мбит/с, что довольно мало по сравнению с 125Мбит/с в
Digital

Betacam
. На аппаратуре
Betacam

SX
,

также как и на
Digital

Betacam
,

можно проигрывать кассеты
Betacam

SP
. Это свойство частичной совме-
с
тимости очень важно для практики, поскольку в телекомпаниях имеется

34

много качественных программ в формате
Betacam

SP
. В результате дост
а-
точно иметь только цифровой видеомагнитофон, чтобы пр
и производстве
программ использовать аналоговые и цифровые мат
е
риалы.

К классу вещательного относится формат
D
9 (
Digital
-
S
).

Особенн
о-
стью аппаратуры этого формата является возможность проигрывания ка
с-
сет
S
-
VHS

и наличие режима предварительного чтения
Pre
-
read
.

Существенным шагом в развитии аппаратуры магнитной видеозап
и-
си стала разработка м
е
таллизированных и металлопорошковых магнитных
лент шириной 6,35 мм (1/4 дюйма). Первым форматом на узкой ленте стал
DV
. Видеосигнал стандарта
PAL

записывается на метал
лизированную
ленту с дискретизацией 4:2:0, а сигнал
NTSC

с дискретизацией 4:1:1. В
обоих случаях цифровой поток получается одинаковый
-

25 Мбит/с, но
структура 4:2:0 лучше подходит для системы с 625 строк, а 4:1:1 для си-
с
темы с 525 строк. При коэффициент
е сжатия 5 и цифровом потоке 25
Мбит/с обеспечивается разрешение по горизонтали 500
ТВЛ
. Данный
формат разрабатывался изн
а
чально как бытовой, т.е. аппаратура данного
класса не предусматривает ряда функций, необходимых для професси
о-
нальной работы и недостат
очно н
а
дежна. Видеомагнитофоны
DV

имеют
аналоговые и цифровые вх
о
ды/выходы. В качестве цифрового интерфейса
применяется интерфейс
IEEE

1394 (
FireWire
).


В формате
D
7 (
DVCPRO
) используется металлопорошковая лента и
структура дискретизации 4:1:1 при записи с
игналов обоих систем
PAL

и
NTSC
. При коэффициенте сжатия 5 результирующий цифровой поток
также равен 25 Мбит/с. Однако в этом формате скорость магнитной ленты
и ширина строчек записи
по сравнению с
DV

увеличены в 1,8 раз. Это сд
е-
лано для повышения надежно
сти работы, поскольку формат
D
7

предназн
а-
чен для профессиональной работы. Более высокими качественными пок
а-
зателями характеризуется формат
DVCPRO

50
. Качество повышено за
счет дискретизации 4:2:2, уменьшения коэффициента сжатия до 3,3 (р
е-

35

зультирующий ци
фровой поток 50 Мбит/с). Качественный уровень апп
а-
ратуры
DVCPRO

50

выше
DVCPRO

и соответствует вещательному
классу.

Формат
DVCAM

очень близок к
DV
. В нем используется такая же
цифровая обработка, как и у
DV
, но увеличены ширина строчек записи и
скорость

ленты. Благодаря этому повышена надежность работы аппарат
у-
ры
,

и формат относится к полупрофессиональн
о
м
у
. Важным отличием а
п-
паратуры
DVCAM

является использование интерфейса
QSDI
, обеспеч
и-
вающего увеличение скорости передачи данных в четыре раза по сравн
е-
н
ию с номинальной. Это позволяет в четыре раза сократить время копир
о-
вания сюжета в компьютерную систему.

Аппаратура форматов на узкой ленте в определенной мере совме-
с
тима между собой. Так кассеты
DV

можно проигрывать на аппаратуре
D
7

и
DVCAM
, на аппаратур
е
D
7

проигрываются кассеты
DVCAM
, на аппар
а-
туре
DVCPRO

50

можно проигрывать кассеты
D
7
. Говоря о частичной
с
о
вмест
и
мости, следует иметь в виду, что такими свойствами обладают не
все модели видеомагнитофонов данного формата, а только некоторые.
Н
а
личие любо
й функции в видеомагнитофоне напрямую сказывается на
его стоим
о
сти.

Формат
D
10 (
IMX
)

обеспечивает наибольшее время записи среди и
з-
вестных форматов. В стандарте
PAL

на большую кассету можно записать
программу длительностью до 220 мин. Отдельные модели видео
магнит
о-
фонов
IMX

могут проигрывать кассеты форматов
Betacam
,
Betacam

SP
,
Betacam

SX

и
Digital

Betacam
. Видеомагнитофоны
IMX

наделены сет
е-
выми функциями, обеспечивающими обмен данными в сети на базе фа
й-
лов форм
а
та
MXF

(
Material

Exchange

Format
). Формат
MX
F



механизм
обмена фа
й
лами для передачи различных данных по сети, он не зависит от
сети передачи данных, от операционной системы, от формата сжатия.


36

Особую группу форматов занимают форматы, предназначенные для
записи сигналов ТВЧ

1080
i

и

720
р
.
Это фор
маты

HDV
,
HDCAM
,
HDCAM

SP
,
DVCPRO

HD

и др
.

5.
3

Дисковые видеорекордеры

Запись видеосигнала на дисковый носитель (магнитный или оптич
е-
ский диски) имеет существенные преимущества, обусловленные прои
з-
вольным и быстрым доступом к записанному материалу и вы
сокой
н
а
дежностью дисковых накопителей. Устройства записи на диск со всеми
функциями видеомагнитофона называются не совсем правильно дисков
ы-
ми видеомагнит
о
фонами. Не правильно потому, что в видеомагнитофоне
запись проводится на магнитную ленту. Поэтому дис
ковые устройства в
и-
деозаписи называют дисковыми виде
о
рекордерами.

Специализированным форматом с записью на оптический диск явл
я-
ется
XDCAM
.

В этом формате з
апись
сигналов
в стандартах
DVCAM

или
MPEG

IMX

проводится на оптический диск емкостью 23, 3 Гбайт. В
ремя
записи составляет в стандарте
DVCAM

85 мин, в стандарте
IMX

от 45
мин до 68 мин в зависимости от в
ы
бираемой скорости цифрового потока.

Формат
XDCAM

принципиально отличается от других
форматов
прежде всего тем, что это файловая система, устраняющая в
се ограничения
записи на магнитную ленту. Файлы высокого разрешения можно загр
у-
жать в монтажную систему непосредственно с диска или по сети с пят
и-
кратным ускорением. В этом формате реализована функция непрерывной
циклической записи последних 10 с, что очен
ь важно при съемке докуме
н-
тальных или спортивных программ, когда возможны неожиданные ситу
а-
ции. Благодаря этой функции оператор не пропустит важную сцену
,

п
о-
скольку
10 с
непрерывной записи достаточно
,

чтобы не потерять момент
начала события. Кроме перечис
ленных функциональных преимуществ
данный формат имеет и другие положительные свойства. При примерно

37

той же стоимости, что и видеомагнитофонная кассета, оптический диск
допускает значительно большее количество циклов записи (более 1000 для
диска и около 50
для кассеты), а это уменьшает обычно не малые расходы
на кассеты. Ресурс оптического блока камкордера более чем в два раза
превышает ресурс блока магнитных головок видеомагнитофонов, к тому
же привод оптического диска в два раза меньше требует затрат на те
хнич
е-
ское обслуживание по сравнению с лентопротяжным механизмом. Аппар
а-
тура
XDCAM

совместима с телевизионными стандартами
PAL
/
NTSC

и,
следовательно, не возникает необходимости иметь комплекты оборудов
а-
ния на разные стандарты. В этом формате нет как в дру
гих форматах
ж
е
стких огранич
е
ний на формат записываемого сигнала, по
э
тому аппара-
тура допускает запись сигналов ТВЧ

(формат
XDCAM

HD
)
,

тем самым
пр
е
вращая формат в универсальный с предоставлением возможности про-
и
з
водства программ для телевидения стандартной

и высокой четк
о
сти.


Для обмена видеоматериалами
и

просмотра, в монтажных системах
широко используется запись на оптические диски
DVD
. Эти диски, анал
о-
гично дискам
CD
, бывают следующих типов: диски только для воспрои
з-
ведения
DVD
-
ROM
, диски однократной за
писи
DVD
-
R
, перезаписыва
е-
мые или р
е
версивные диски
DVD
-
RW

и
DVD
+
RW
, диски с произвольным
доступом
DVD
-
RAM
. Форматы
DVD
-
RW

и
DVD
+
RW

отличаются спос
о-
бами защиты от ошибок. В зависимости от информационной емкости
DVD

диски имеют следующие модификации:
DVD
-
5



емкость 4,7 Гбайт,
DVD
-
9



емкость 8,5 Гбайт,
DVD
-
14



емкость 13,2 Гбайт,
DVD
-
18



емкость 17
Гбайт.

Реверсивные диски
DVD

(за исключением
DVD
-
RAM
) допускают до
1000 циклов записи/стирания, а диски
DVD
-
RAM



до 100000 циклов.

5.4 Формат видеозаписи на н
еподвижном носителе

Все недостатки аппаратуры видеозаписи на подвижный носитель
связаны со сложной электромеханической частью этой аппаратуры. П
о-

38

этому вместо традиционных видеокассет или дисков предложено испол
ь-
зовать компактные твердотельные карты памяти

Р2

емкостью 1Гбайт и б
о-
лее.
В результате
появился формат видеозаписи
Р2
.
Запись на карту
P2

может вестись в любом из стандартов:
DVCPRO50
,
DVCPRO

или
DV
. Вся
информация сохраняется в виде
MXF

файла.

На одну
P2

карту емкостью
4GB можно записать 18 минут с
качеством
DVCPRO

или 9 минут с кач
е-
ством
DVCPRO

50
. Важное достоинство
P2
карты


большая скорость п
е-
редачи данных (около 600 Мбит/с).
Карта
P2

надежно защищена от вне
ш-
них воздействий типа толчков или вибраций, а также надежно работает в
температурных диап
азонах от
-
20° до +60°C. Это как раз то, что необход
и-
мо для производства новостей.
С

учетом профессионального использов
а-
ния носителя, контакты карты рассчитаны на 30000 циклов установки / и
з-
влечения из устройства. Более того, в отличие от других носителей
инфо
р-
мацию на
P2

можно перезаписывать до 100 000 раз! Только практически
это не нужно.

Видеокамера с пятью слотами для
P2

карт (по 4 GB) может запис
ы-
вать

программу длительностью

90 минут в формате
DVCPRO
.

Без движ
у-
щихся частей, видеокамера чрезвычайно усто
йчива к ударам и вибрации и
имеет более низкое энергопотребление по сравнению с другими системами
виде
о
записи. Аппаратура
Р2

обеспечивает безленточную технологию по
сбору новостей, редактированию и видеопр
о
изводству.


Современные программы видеомонтажа
по
ддерживает все
телевиз
и-
онные
стандарты и форматы

SD

и

HD
, включая такие как
DV, Digital
Betacam, HDV, HDCAM, DVCPRO HD, D5 HD
и др. Однако это во
з-
можно при использовании рекомендуемых производителями программ
конфигурации компьютера и плат вода/вывода.

В
опросы для самопроверки

1. Какие принципиальные преимущества цифровых форматов видеозаписи
над аналоговыми?


39

2. Особенности видеозаписи на дисковые носители.


6

Структура монтажной системы

6
.1
С
истемы
линейного
видеомонтажа


Чтобы ознакомиться с известными
системами монтажа и лучше п
о-
нять преимущества и возможности СНМ кратко рассмотрим наиболее ра
с-
пр
о
страненные ранее системы линейного монтажа.
Самая простая система
(рис.
6
) состоит из пле
й
ера, видеомагнитофона, двух видеомониторов и
упра
в
ляющего монтажного
контроллера.
Монтажер отбирает на кассете
плейера


Рис.
6
.

Схема простейшей системы линейного видеомонтажа
.

нужные видеофрагменты по адресно
-
временному коду, которые послед
о-
вательно копируются на видеомагнитофоне (мастере). На кассете
,

уст
а-
навливаемой на

мастере, предварительно по всей длине магнитной ленты
прописывается временной код. С помощью монтажного контроллера
ос
у-
ществляется синхронное включение плейера и мастера по интерфейсу
управления
в нужные моменты времени без возникновения помех в местах
с
тыков. Такие монтажные переходы называются
«
склейкой
»

по аналогии с

монтажо
м кинопленки.
Результат монтаж можно проиллюстрировать сл
е-

40

дующей схемой

(рис.
7
).

На исходной кассете между нужными фрагмент
а-
ми
К

и
Н

располагается ненужный фрагмент
С
.


Рис.
7
.
А
лгоритм линейного монтажа.

Под

управлением монтажного контроллера н
а кассете
-

мастере последов
а-
тельно («склейка») копируются фрагменты
Н

и
К

в требуемом порядке.


Для получения не только простой склейки в виде последовательно
со
б
ранных видеофрагментов (конец первого скачком переходит в начало
второго), а сделать этот переход плавным
с визуальным эффектом
,

разр
а-
ботана
система
A
/
B
-
Roll


в которой используются два плейера
-
источник
а
,
видеома
г
нитофон
-
мастер, видеомикшер и монтажный кон
троллер (рис.
8
).







Рис.
8
.
Система линейного видеомонтажа типа
A
/
B
-
Roll
.





В том месте
,

где требуется создать склейку с плавным переход
ом
,

плейеры
п
од управлением контроллера
включаются
одновременно в режим воспр
о-

41

изведения ранее отмеченных по врем
енному коду видеофрагментов. В р
е-
зультате на
видео
микшер подаются два сигнала (два потока) которые
микшир
у
ются с созданием различных видеоэффектов в области перехода
от одного видеофрагмента к другому. Процесс монтажа
A
/
B
-
Roll


иллю-
с
т
рируется на рис.
9
.

Ви
деоплейеры
А

и
В

запускаются с перекрытием во
времени на продолжительность эффекта, их выходные сигналы подаются
на два входа видеомикшера
.

Существенное отличие этой схемы состоит в
одн
о
временном



Рис.
9
. Принцип монтажа
A
/
B
-
Roll
.

А, В



фрагменты
,
d



длительность монтажного
п
е
рехода.


и
с
поль
зован
ии

двух информационных потоков, их специальной обработке
в виде
о
микшере и записи результата на мастере.


В линейных системах
может использоваться профессиональная и п
о-
лупрофессиональная аппаратура разных фо
рматов
,

в связи с чем возникает
проблема управления от монтажного контроллера. Дело в том, что мо
н-
тажные контроллеры управляют по интерфейсу
RS
-
422
, профессионал
ь-
ные видеомагнитофоны имеют такой интерфейс
,

тогда как другая аппар
а-
тура может
его
не иметь. В
частности
,

широко используемая аппаратура
DV

управляется по бытовому интерфейсу
,

например
LANC
.
Решением,
п
о
зволяющим объединить в одной монтажной линейке профессиональное
видеооборудование с интерфейсом управления
RS
-
422

и оборудование с
интерфейсом
LANC
,

является использование
преобразовател
я

и
н
терфейса
RS
-
422
в
LANC
.

6
.2 Системы нелинейного видеомонтажа


42

Любая система нелинейного видеомонтажа (СНВ) состоит из апп
а-
ратной и программной составляющих. Аппаратная часть характеризуется
следующими признаками и
свойствами: компьютерная платформа, на к
о-
торой работает система; типы входных/выходных интерфейсов; способ
управления внешними устройствами; параметры кадра, форматы компре
с-
сии; ТВ
-
стандарты, типы развертки; спецэффекты в реальном времени;
формат
ы

звук
овог
о сигнала
. Программное обеспечение СНВ оценивается
по удобству интерфейса, по количеству
используемых
видеослоев, во
з-
можностям экспорта/импорта графики, разнообразию эффектов, возмо
ж-
ност
ям

по обработке звука. Оптимальным вариантом считается, когда ра
з-
рабо
тчик
программного обеспечения
поставляет его вместе с платой вв
о-
да/вывода

и дает рекомендации по конфигурации компьютера.

В этом сл
у-
чае достигается максимальная производительность системы при макс
и-
мальной надежн
о
сти.

СНВ могут работать с любыми аналоговым
и и цифровыми источн
и-
ками сигналов, с разнообразной аппаратурой для записи итоговой пр
о-
граммы.

Основные инструменты видеомонтажа
:

временная линейка на кот
о-
рой монтируемая программа представляется в виде последовательно ра
с-
положенных
фрагментов

(клипов),

здесь же отражаются все произведе
н-
ные изменения в структуре программы
;

окно библиотеки используемых
клипов, о
к
но
Source

для просмотра источников и окно
Master

просмотра
результата монтажа.

Масштаб

горизонтальной шкалы временной линейки

задается в соответ
ствующих установках, но чаще всего отображается вр
е-
ме
н
ной код.

Совершенствование СНВ привело к тому, что любая из них
выполняет не только операции монтажа (склейка, переходы, эффекты)
,

но
и многие опер
а
ции по обработке видео и звука, нанесение титров и др
.

Все оборудование, входящее в СНВ должно быть совместимо друг с
другом, информация от одного элемента к друг
о
му должна передаваться

43

без искажений.
Видеосигналы (аналоговые и цифровые) с внешних исто
ч-
ников поступают на плату ввода/вывода. Взаимодействие пр
ограммы в
и-
деомонтажа с платой ввода/вывода осуществляется с помощью драйверов.
Плата вв
о
да/вывода


устройство, позволяющее компьютеру принимать,
обрабатывать и передавать на внешние устройства видеоданные. Сов
о-
купность инструкций, предписывающих компьюте
ру определенные опер
а-
ции по обработке данных, называется программой. Программа работает с
данными, хранящимися в компьютере в виде организованной по опред
е-
ленному алгоритму совокупности данных, называемых файлом. Во время
работы программы требуется не толь
ко выполнять операции над файлами,
но и обращаться к различным устройствам компьютера, в частности, к
плате ввода/вывода.




44


Рис.
10
. Схема обработки видеосигн
а
лов

в
СНМ
.



Взаимодействие программы с устройствами обеспечивается спец
и-
альной программой, на
зываемой драйвером. Драйвер должен уметь обр
а-
щаться не только с устройствами, но и с операционной системой компь
ю-
тера.
П
о
этому в общем случае для разных операционных систем требуются
разные драйверы. Эффективность внешнего или внутреннего устройства
компью
тера в бол
ь
шой степени зависит от качества драйвера.


Схематически алгоритм обработки видеоданных в СНМ можно
представить следующим образом (рис.
10
). На вход платы ввода/вывода
подаются аналоговые и цифровые данные, которые поступают в процессор
обработк
и.

После оцифровки цифровые данные компрессируются, кодируются и зап
и-
сываются в виде файла на жесткие диски. При импорте файла в программу
данные воспроизводятся с диска, декодируются, декомпрессируются и в
и-
зуализируются в программном окне. Воспроизведенн
ые данные программа
хранит в оперативной памяти ОЗУ, а если ее не хватает, то на свободном
пространстве диска. Чтобы часто не обращаться
к диску (а это медленный
процесс по сравнению с ОЗУ) фрагмент данных, обрабатываемых в да
н-
ный момент заносится в специа
льно выделенную область оперативной п
а-
мяти в которой он обрабатывается и уже в обработанном виде записыв
а-
ется на диск. Такая технология ускорения обработки называется кэшир
о-
ванием, а выделенная область оперативной памяти, в которую загружается
блок обр
а
ба
тываемых

данных, называется кэш
-
памятью.

Все операции по
обработке ведутся не над записанным на диске файлом, а над его копией,
которая хр
а
нится на диске или в ОЗУ как временный файл. При импорте
файла программа создает полную его копию

и одновременно отоб
ражает
его в окне программы.

Процесс оцифровки (захвата) означает компрессию

45

видеоданных, их кодирование
в формат файла (например,
AVI
)
и запись на
диск. Точно такие же операции выполняются и при сохранении файла.

Процесс выполнения склейки проводится сле
дующим образом. После
у
с
тановки на временную линейку окна программы двух фрагментов наме-
ч
а
ется только план дальнейших действий: при сохранении сюжета с диска
воспроизводится сигнал 1
-
го фрагмента и записывается в новый файл, з
а-
тем воспроизводится сигнал 2
-
го фрагмента и

записывается
последов
а-
тельно
с первым фрагментом. При каждом цикле воспроизведение/запись
происходят декодирование
-

декомпрессия


компрессия


кодирование,
что может привести к потери информации.

Экспорт файла с диска на
внешнее устройств
о предусматривает импорт его в программу, а затем п
е-
редачу видеосигнала

на внешнее устройс
т
во. Формат сигнала в котором
он будет подаваться на внешнее устройство задается установками виде
о
за-
хвата (
Project
).

Таким образом, экспорт на внешнее устройство отл
ич
а
ется
от экспорта в файл тем, что параметры сигнала задаются в установках
Pro-
ject
, а не в установках экспорта.

Обобщенная схема программно
-
аппаратного комплекса СНВ прив
е-
дена на рис.
1
1
.




46


Рис
.

1
1
. Структурная схема системы нелинейного видеомонтажа.

R
AID



внешний сп
е-
циализированный накопитель,
SCSI



интерфейс для обмена данными компьютера с
накоп
и
телем.


В систему может также входить внешний пульт управления режим
а-
ми работы. Вся коммутация сигналов видео и звука обычно осуществляе
т-
ся через выносной
блок. В компьютер устанавливается интерфейсная плата
ввода/вывода видео и звука для связи с высокоскоростной шиной компь
ю-
тера, через которую передаются данные на диски, сигналы управления на
внешние устройства. На плате находятся схемы коммутации видеосигн
а-
лов,
DV
-
кодек и др. кодеки, микшер и ускоритель эффектов, разъем для
подключения внешнего пульта управления, выход на видеомонитор. К
компьютеру подключается два монитора


один для отображения окон
программы монтажа, другой


для просмотра результата мо
нтажа.
Для
просмотра исходных материалов может использоваться третий видеомон
и-
тор.
В общем случае можно обойтись без платы

ввода/вывода
,

если есть
высокоскоростной сетевой интерфейс, через который можно осуществлять
связь с сервером.


47

Программы видеомонта
жа обеспечивают вывод программы не тол
ь-
ко в окно программы, но и на качественный внешний видеомонитор. Это
дает возможность увидеть, как реально выглядит программа на экране и не
пер
е
гружать оконный интерфейс.

Платы ввода/вывода видео и звука имеют
,

прежд
е всего
,

аналоговые
и цифровые интерфейсы для подключения к различным устройствам. На
них также устанавливаются аппаратные кодеки для ввода и вывода мат
е-
риала в нужном формате и стандарте. Кодеки производят оцифровку видео
и звука, компрессию/декомпрессию,

тем самым
,

освобождая центральный
процессор от части задач.
Часто платы имеют внешнюю выносную панель
с разными входами/выходами для видеосигналов и сигналов синхрониз
а-
ции.
В резул
ь
тате производительность и возможности системы монтажа
значительно п
о
вышаю
тся.

При монтаже

также используется звуковая система
,

для реализации
которой необходима звуковая плата /карата.

Платы бывают однопотоковыми
,

двух и более потоковыми. Одноп
о-
токовые платы работают только с одним видеопотоком, а двухпотоковые
позволяют ра
ботать одновременно с двумя потоками. Двухпотоковый р
е-
жим дает возможность проводить микширование в реальном времени.

6.3 Одно
-

и двухпотоковая архитектуры систем нелинейного ви-
де
о
монтажа


На начальном этапе СНМ

в основном использовались для задач
постп
роизводства
, поскольку
цифровая система
была построена
аналоги
ч-
но монтажному комплексу

линейного монтажа
,
т.е.

по однопотоковой а
р-
хитектуре. Это означает, что при
работе

задействуется только одна копия
исходного в
и
део
файл
а
. В то же время, если требуется н
есколько больше,
чем просто разрезать/склеить имеющиеся фрагменты, необходимо сфо
р-
мировать и задействовать вторую копию
исходного ви
део
файл
а

(по кра
й-
ней мере, е
го

части). Т.е. для создания любого микшер
н
ого перехода

или

48

эффекта между двумя
фрагментами
(
A

и

B
) в оперативной памяти компь
ю-
тера необходимо одновременно содержать кадры как заканчивающегося
фрагмента

A
, так и начинающегося
B
, последовательно загружая их с
ж
е
сткого диска,
декодируя,

декомпрессируя и производя просчет новых
ка
д
ров результирующего кл
ипа, затем осуществляя обратную компрессию
и запись на диск.
Необходимость в
декодировании и
д
е
компрессии связана
со следующим. Цифровое представление видеосигнала в аппаратуре в
и-
деозаписи отличается от компьютерных форматов, например,
AVI
.
На
ж
е
сткий диск

видеосигнал копируется в
компьютерном
формате
, потому
н
е
посредственно прочитать его программой редактирования невозможно.
В результате каждый кадр монтируемых видеофрагментов при загрузке с
ж
е
сткого диска
декодируется/
декомпрессируется, в процессоре компь
юте-
ра производится просчет новых кадров результирующего

сюжета. Чтобы
з
а
писать новые кадры снова на диск нужно снова произвести

компре
с-
сию
/кодирование

сигнала
.

Этот процесс называе
тся

рендерингом

(
rendering
)
.

В результате
для

просчет
а
даже сравнительно п
ростых эффе
к-
тов и переходов требуется в
несколько

раз больше времени (а порой и в
десятки

раз


все
зависит от сложности эффекта), чем собственно время их
проигрывания. Нередки ситуации, когда оператор, задав на первый взгляд
правильные параметры перехода
, вынужден подолгу ожидать окончания
процесса его просчета, чтобы потом отвергнуть полученный результат и
повторить весь цикл заново с новыми п
а
раметрами.

Обработанный на компьютере видеосюжет не может быть непосре
д-
ственно записан на видеокассету без допо
лнительного декодирования.
Осуществить декодирование можно двумя способами: с помощью пр
о-
граммного кодека или аппаратного кодека.

Двухпотоковая архитектур
а

систем нелинейного видеомонтажа


Современные платы нелинейного монтажа для операций компре
с-
сии и д
екомпрессии
, кодирования

видео эффективно задействуют уст
а-

49

новленные на них микросхемы, что, безусловно, ускоряет рендеринг, но не
приводит к его выполнению в реальном времени. Для достижения после
д-
него необход
и
мо использование специализированного вычислит
ельного
устройства, "заточенного" на просчет определенного класса эффектов и
переходов.
О
тметим, что поскольку набор аппаратно выполняемых эффе
к-
тов фиксирован для ка
ж
дого устройства и зависит от его специализации и
модели, то всегда будут возникать нестанд
артные задачи, полностью или
частично загружающие процессор ко
м
пьютера.

Однако наличие подобного специализированного устройства само по
себе не
устраняет

проблему рендеринга
-

на его вход необходимо одн
о-
временно подавать два потока декомпрессированного ви
део.
С
истемы н
е-
линейного монтажа реального времени используют двухпотоковую плату
компрессии/декомпрессии видео и дополнительную плату собственно
цифровых эффектов. Оперируя с двумя потоками, подобные цифровые си-
стемы могут выполнять в реальном времени и д
ругие необходимые функ-
ции, присущие классическим монтажно
-
микшерским аналоговым ком-
плексам

типа
A
/
B
-
Roll


, например, титрование
,

различные виды рир
-
проекций.

Двухпотоковый процесс
нелине6йного видео
монтажа
осуществляе
т-
ся

следующим образом
. Видеофайлы с
жесткого диска
декодируются,
д
е-
компрессируются,
превращаются в
два потока данных
,

которые
затем
о
д-
новременно подаются на устройство микширования и эффектов.
Далее о
б-
работанный видеосигнал в реальном времени
подается на устройство зап
и-
си (жес
т
кий диск,

вид
еомагнитофон) или отображается на видеомониторе.
Преимущества двухпотоковой СНМ над однопотоков
о
й следующие. В
и-
деоэффекты, переходы, титры и рирпроекция выполняются в реальном
времени. Монтажер получает возможность оперативно изменять параме
т-
ры эффектов
бе
з затрат времени на просчет многочисленных вариантов.


50

Повышается качество программы за счет уменьшения числа операций
к
о-
дирования/декодирования и
компрессии/декомпрессии
.

В двухпотоковых
СНМ

первый раз
сигнал

компрессируется при оцифровке
, кодируется

при

з
аписи на жесткий диск, второй раз
декодируется/
декомпрессируется п
е-
ред подачей на
устройство

эффектов
,

тогда как в

однопотоковых сист
е-
мах этот цикл выполняется, дважды: первый раз при записи на диск и
с-
ходного
сигнала

и последующем восстановлении перед пр
осчетом эффе
к-
та, второй раз при записи на диск результата просчета и его восстановл
е-
нии для окончательного выв
о
да.


7

Требования к элементам системы видеомонтажа

В аппаратные средства входят: центральный процессор, шина, ОЗУ,
видеоплата, графический ускори
тель, интерфейсы ввода/вывода, дисковые
накопители. Обработка видеофайлов затруднена не с
т
олько большими
объемами данных, сколько необходимостью обеспечить непрерывность
обработки. Видеоплата компьютера предназначена
,

прежде всего
,

для в
ы-
вода на экран изоб
ражения пользовательского интерфейса. Видеоплата
о
с
нащается специализированными микросхемами для просчета видеоизо
б-
ражений
,

за счет чего центральный процессор разгружается
,

и тем самым
,

повышается скорость его работы. В этом и состоит функция графического
ускорения.

Плата ввода
-
вывода

для подключения
различной аналоговой и ци
ф-
ровой аппаратуры должна содержать от 10 и более различных разъемов.
Однако небольшая площадка
слота

на компьютере не позволяет этого сд
е-
лать. Решений здесь может быть два. Первый и са
мый простой способ з
а-
ключается в использовании многожильного длинного кабеля с многоко
н-
тактным разъемом (например,
D
-
SUB
)
на одном конце и отдельных аудио
и видео разъемов на другом. Недостатки такого способа: ненадежность и
неудобство в эксплуатации конст
рукции;
повышенный уровень помех.

51

Второе решение з
а
ключается в использовании выносного блока
,

в котором
всевозможные ан
а
логовые видеосигналы (композитный, компонентный,
S
-
Video
)
преобразуются в один формат, например, компонентный для видео
и симметричный д
ля звука. В результате уменьшается количество соед
и-
нительных линий, повышается надежность работы. Во внешнем блоке м
о-
гут устанавливаться предварительные усилители сигналов, аналого
-
цифровые преобразователи, так что обмен данными с компьютером ос
у-
ществляетс
я в цифровом формате, что устраняет многие пр
о
блемы.

Важное значение
для СНМ
имеет дисковая система компьютера.

Фрагменты

записываются в файлы очень больших размеров, поэтому
н
е
обходимы жесткие диски большой емкости. Обработка видеоданных з
а-
труднена не т
олько большими объемами данных и скоростями (скорость
цифрового п
о
тока
до
270 Мбит/с), но и тем
,

что эти данные должны быть
обработаны за строго определенное время. Цифровые данные записываю
т-
ся на жесткие диски, поэтому последние должны успевать их запис
ывать, в
противном случае данные теряются. Диски должны быть оптимизированы
для записи именно видеопотока, чтобы поддерживать нужную скорость
записи достаточно долго. В обычных дисковых накопителях магнитные
головки периодически останавливаются во время за
писи для проведения
так называемой термокалибровки. Потеря данных за время термокали
б-
ровки приведет к выпадению кадров из
о
бражения.

7.
1
Форматы компьютерных файлов

Процесс записи сигнала на диски компьютера называется захватом
или оцифровкой. В компьютер
е все данные
кодируются и
представляются
в виде файлов определенного типа. Используются следующие основные
типы фа
й
лов:

video

с расширением
.
avi
,
.
mov


и др


содержат видео
фрагменты

со зв
у-
ком или без него;


52

audio

с расширением
.
wav
, .
mp
3, .
aiff


и др


со
держат звуковые програ
м-
мы;
iamge

с расширением
.
gif
, .
jpag
, .
tiff
, .
bmp

и др.


содержат рисунки,
статические изображения. В общем случае эти файлы называются меди
а-
файлами.
Любая
система монтажа может работать с
многими
типами фа
й-
лов.


Самымый распростран
енный формат хранения в компьютере это
AVI

(
Audio

and

Video

Interleave
)
с чередованием звуковых и видео да
н-
ных.
Чередование данных необходимо для обеспечения непрерывности
звукового сигнала, поэтому д
ля
AVI
-
файлов характерно непрерывное во
с-
произведение зву
ка даже при прерывании видео. В эти файлы в основном
записываются данные без сжатия, но можно и со сжатием при наличии с
о-
ответствующего кодека. Для того чтобы воспроизвести сжатый файл, н
е-
обходим соответствующий видеокодек. Система поддерживает те ви-
де
о
фор
маты, для которых имеются соответствующие видеокодеки. Чтобы
у
з
нать перечень этих кодеков, достаточно открыть панель видеокодеков
монтажной системы по обычной схеме: панель управления → Звук и мул
ь-
тимедиа

→Устройства→ Видеокодеки→Свойства. Звуковое сопрово
жд
е-
ние в
AVI
-
файлах может быть со сжатием имеющимися кодеками
MP
3,
ADPCM
,
WMA
(
Windows

Media

audio
)
, или без сжатия.


Популярным форматом видеофайлов является также
QuickTime

,
особенностью которого является возможность использования нескольких
дор
о
жек, п
ричем форматы данных на дорожках могут быть различными.
Другим достоинством

QuickTime

является поддержка элементов интера
к-
тивности. Можно, например, выключать голос исполнителя и др. Звук в
QuickTime

представляется в формате
MP
3
.


Файлы, сжатые в стандарт
е
MPEG
1

имеют расширение
.
mpg
, а с
помощью
MPEG
2

соответственно
.
mp
2
.



53

Каждая программа видеомонтажа работает с определенным типом
файлов. Перечни
файлов,

поддерживаемых
программой
Adobe Premiere
Pro 2.
0

в режимах импорта и экспорта, пр
и
ведены

ниже.

Файлы
,
поддерживаемые

при

импорте


Adobe

Premiere

Pro

позволяет импортировать
в программу
большое
число видео и звуковых форматов, в том числе 10
-
битовые форматы ста
н-
дартной и высокой четкости. Соответствующие

программные

модули

вх
о-
дят

в

Adobe

Premiere

Pro
.

Кон
кретный перечень
импортируемых
видео и
анимационных форм
а
тов
следующий
.

Видеоформаты
:
ASF
,
Type

2
AVI
,
MPEG
,
MPE
,
MPG
,
M
2
V
,
QuickTime

(
MOV
;
требуется

плеер

QuickTime
)
,
DLX
,
Windows

Media

File

(
WMV
),
Animated

GIF
,
Filmstrip

(
FLM
),
Adobe

Premiere

6.0
or

6.5
(
PPJ
),
Adobe

Premiere

Pro

(
PRPROJ
),
Advanced

Authoring

Format

(
AAF
),
After

E
f-
fects

Project

(
AEP
),
EDL
,
PLB
.

Звуковые форматы
:
Audio

Interchange

File

Format

(
AIFF
),
AVI
,
MP
3,
MPEG
,
MPG
,
QuickTime

(
MOV
; требует плеер
QuickTime
),
WAVE

(
WAV
),
WMA
.

Форматы ста
тических изображений
:

Adobe

Illustrator

(
AI
),
Adobe

Pho-
t
o
shop

(
PSD
,
Bitmap

(
BMP
,
DIB
,
RLE
),
EPS
,
GIF
,
ICO
,
JPEG
,
JPE
,
JPG
,
JFIF
,
PCX
,
PICT
,
PIC
,
PCT
,
Portable

Network

Graphics

(
PNG
),
PTL
,
PRTL
, (
Adobe

Title

Designer
),
Targa

(
TGA
,
ICB
,
VDA
,
VST
),
TIFF
,
PSQ
.

Примечание
: можно импортировать многослойные файлы
Illustrator

и
Photoshop

как фильмы.


Файлы
,
поддерживаемы
е

при

экспорте
:

Advanced

Authoring

Format

(
AAF
),
Macromedia

Flash

Video

(
FLV
),
Microsoft

AVI

and

DV

AVI
,
Animated

GIF
,
MPEG
-
1 (
and

MPEG
-
1
-
VCD
),
MPE
G
-
2 (
and

MPEG
-
2
-
DVD
),
RealMedia
,
QuickTime
,
Windows

Media


54

Audio
-
only

formats
,
Microsoft

AVI

and

DV

AVI
,
MPG
,
PCM
,
Dolby
©
Dig-
ital
/
AC
3,
WMA
,
RealMedia
,
QuickTime
,
Windows

Audio

Waveform

(
WAV
),
Still
-
image

formats
,
Targa

(
TGF
/
TGA
),
TIFF
,
Windows

Bitmap

(
BMP
),

Sequence

formats

GIF

sequence
,
Targa

sequence
,
TIFF

sequence
,
Windows

Bitmap

sequence
.



Примечание:
следует иметь в виду, что поддержка конкретных файлов
зависит от типа используемых плат ввода/вывода
, от наличия
дополн
и-
тельных программных модулей
.

Пра
ктика показывает, что

производительност
ь

Adobe Premiere Pro

2.0

с аппаратной поддержкой
, например,

плат
ой

Matrox RT.X2

суще-
с
т
венно выше (до уровня реального времени)
,

чем в случае использования
программных мод
у
лей.


7.2
Характеристики накопителей
.
Способ
ы организации хранения в
и-
деоданных

Для

работы в монтажных
системах
предпочтительно иметь высок
о-
скоростные диски
Ultra

3
Wide

SCSI

(до 160 Мбайт/с). Использование
SCSI

ж
е
лательно не только из
-
за большой скорости передачи по шине, но
и из
-
за поддержки мног
опотокового режима на аппаратном уровне. Рек
о-
мендуются диски с частотой вращения не менее 7200 об/мин. При мен
ь-
шей частоте вращения будут иметь место выпадения кадров в момент п
е-
рехода магни
т
ных головок на другую дорожку. Но и при большой частоте
вращения
кадры
могут

выпадать, если диск фрагментирован. Следует та
к-
же иметь в виду то обстоятельство, что из
-
за особенностей функционир
о-
вания компьютера р
е
альная скорость записи на диски не превышает
75%

от скорости п
е
редачи по шине.

Проблема большой скорости ви
деопотока решается путем его расп
а-
раллеливания и одновременной записи каждого потока на свой диск. По

55

такому принципу работают
RAID
-
массивы, представляющие собой сист
е-
му из нескольких дисков с управляющим контроллером. В зависимости от
способа организации
записи по дискам
RAID
-
массивы классифицируются
по
н
е
скольким
уровням.

Идея объединения нескольких сравнительно дешевых жестких ди
с-
ков в одно логическое устройство с целью повышения общей емкости,
б
ы
стродействия и надежности была высказана еще в конце 80
-
х
годов
пр
о
шлого века
, а

RAID

стали

интерпретировать

как

Redundant

Arrays

of

Independent

Discs

-

резервированный набор независимых дисководов.

С
тоимость вне
ш
них
RAID

-
систем снижается не так быстро, как цены на базовые диски


п
о-
следние определяют лишь
част
ь

затрат на создание полной системы. Вес
ь-
ма существенную ее
долю

составляют специализированный контроллер
(со встроенным процессором) и программное обеспечение, собственно и
обеспечивающие совместную эффективную работу дисков как единого ц
е-
лого.

Способы ор
ганизации хранения
данных

Первые

видеомонтажные рабочие станции строились по принципу
самодостаточности


мощная вычислительная база сочеталась в одном
корпусе с многодисковой подсистемой памяти.
Со временем рабочая ста
н-
ция
быстро устаревала, при этом пере
ход со старой
системы
на новую, п
е-
ренос программного обеспечения и данных был весьма трудоемок и дл
и-
телен.
П
оэтому
появилась идея

«отвязать» дисковую память от конкре
т-
ной станции,
поскольку
замена
дисков
при

необходимости наращивания
вычислительных мощно
стей оказывалась более простой задачей
.

В резул
ь-
тате появились

системы

DAS
(
D
irect
A
ttached
S
torage )


независимые
дисковые системы хранения, напрямую подключаемые к рабочим станц
и-
ям и серверам по
SCSI

интерфейсу.

Конструктивно это
RAID

-
массивы на

56

4
-
16

дисков в отдельном корпусе со своим процессором и оперативной п
а-
мятью, надежным (избыточным) питанием и охлаждением, встроенной си-
стемой управления и самодиагностики. Несмотря на сложную внутре
н
нюю
организацию
,

компьютерами они видятся как обычные
SCSI

ус
тро
й
ства.
Р
абочие станции
могут
объединят
ь
ся в локальную
Ethernet

сеть
, обесп
е-
чивающую работу над одним и тем же материалом нескольким пользов
а-
телям
.



Практика показала,

что пока объем общих данных невелик, а число
рабочих

станций (серверов) не превышает
2
-
3, такая классическая архите
к-
тура построения сети вполне удовлетворяет реальным потребностям ст
у-
дии. Однако, по мере ее развития, приобретения под новые задачи допо
л-
нительных станций (опять же со своими
RAID

массивами) и соответс
т
ву-
ющего роста объема дан
ных даже гигабитная сеть не справляется с п
е
ре-
сылаемыми потоками и регулярно становится узким местом, существе
н
но
снижающим общую производительность.
Кроме

того, в связи с резким ро-
стом объемов производства видеопродукции, и особенно с многокра
т
ным
увеличе
нием числа телевизионных сериалов, особую остроту прио
б
рела
проблема эффективной обработки исходного видеоматериала посл
е
дова-
тельно несколькими специ
а
листами. Пересаживать их с одной рабочей
станции на другую? Перегонять рабочий материал по сети (а это тер
аба
й-
ты)? Или даже переносить (если не перевозить)
DAS

систему хранения (от
15 до 40 килограмм ) от одного ко
м
пьютера к другому?

Все эти способы
известны из практики, но они только увеличивают время и сложность р
а-
боты над проектом.

Выход
найден

в использов
ании преимуществ
интерфейса
Fibre
Channel

и построении на его основе специализированной сети только для
передачи данных между рабочими станциями (серверами), отделив ее от
л
о
кальной сети прочих пользователей.
Э
то не просто обычный интерфейс
ме
ж
ду двумя уст
ройствами. Очень упрощенно его идею можно изложить

57

так: высокоскоростная передача потоков данных (подобно
SCSI
) по посл
е-
довательным каналам с возможностью коммутации и маршрутизации (п
о-
добно обычным
Ethernet
сетям) и работой на больших расстояниях (до д
е-
ся
тков километров). Физическая реализация канала может быть и на осн
о-
ве медного кабеля (но с существенными ограничениями по скорости и
дальности), однако в основном используется оптоволокно с дальность р
а-
боты до 300 м на оптических многомодовых кабелях
и до

10 к
м

на одн
о-
модовых кабелях). Ск
о
рости передачи данных
-

1 Гбит/сек, 2 Гбит/сек и 4
Гбит/сек. C учетом того, что для соединения устройств применяются два
оптических кабеля, каждый из которых работает в одном направлении, при
сбалансированном наборе операц
ий записи/чтения скорость обмена да
н-
ными удваивается, т.е.
Fibre Channel

работает в полнодуплексном реж
и-
ме. Топология
FC
напоминает сетевую


это может быть и последовател
ь-
ное соединение устройств в кольцо, и точка
-
точка соединение (в результ
а-
те практическ
и ничем не отличается от
SCSI
, разве что расстояния между
устройствами могут быть на порядки больше). Но самая популярная и пе
р-
спективная топология
Fibre Channel



это подключение через коммут
и
ру-
емую матрицу
Switched Fabric
.

Несмотря на определенную функци
о
наль-
ную схожесть с хабом или маршрутизатором обычного
Ethernet, FC

мат-
рица принципиально от них отличается по производительности. Через нее
различные устройства одновременно и параллельно работают на по
л
ной
скорости, нисколько не мешая друг другу, как есл
и бы они были с
о
едине-
ны друг с другом напрямую. Таким образом, применение


дает возмож-
ность принципиально изменить архитектуру компьютерной сети любой
организации.


58


Рис. 1
2
.
Архитектура конфигурации сети большой монтажной системы.


В этом варианте

конф
игурации (рис. 1
2
)

любая станция (сервер) может о
б-
ращаться к любому, разрешенному администратором системы дисковому
ресурсу. Более того, возможен доступ к одному и тому же диску нескол
ь-
ких устройств одновременно, причем с высокой скоростью, не идущей ни
в
какое сравнение со скоростью передачи данных по
Ethernet
.


И что ос
о-
бенно важно


будущее наращивание и масштабирование вычислительных
средств студии перестает быть головоломной задачей. В зависимости от
того, нехватка каких возможностей возникла, достаточ
но добавить либо
новую рабочую станцию
,

либо новую систему хранения, подключив их к
сети через
FC

коммутатор
-
матрицу. При таком построении отпадают и
проблемы «переноса» данных с одного рабочего места на другое. По з
а-
вершении очередного этапа работы над
пр
ограммой
другой сотрудник ср
а-
зу начинает заниматься
этой же программой
, никуда не перемещая файлы

59

и нисколько не теряя в скорости доступа к данным. Более того, вполне
во
з
можна и одновременная работа нескольких пользователей над одним
пр
о
ектом, что существе
нно ускоряет производственный процесс. Фактич
е-
ски, все подключенные таким образом дисковые массивы при использов
а-
нии специального программного обеспечения образуют единую совмес
т-
ную систему хранения студии. Эта прогрессивная технология получила
назв
а
ние
SA
N
(
S
torage
A
rea
N
etwork, сеть систем хр
а
нения).

Кроме всего прочего, переход

на
FC

позволяет

устрани
ть

шум из
видеомонтажной.
Множество

жестких дисков, блоков питания
с

вентил
я-
тор
ами

охлаждения

шумит
весьма
заметно
.


Для людей,
работающих в
монтажной

с
утра до вечера, этот шум является весьма серьезной пробл
е-
мой.

Применение же
Fibre Channel

позволяет
решить эту проблему
. Д
о
пу-
стимого расстояния в сотни метров в любом здании хв
а
тит для удаления
рабочих компьютеров от систем хранения (
SAN

сети)

чтобы не слы
шать
шум
.

Единственный недостаток
FC



сравнительно высокая стоимость
оборудования (особенно коммутаторов
).

Поэтому

надо признать, что
примен
е
ние
Fibre Channel

для малых студий на две
-
три рабочих станций
(сервера) все еще экономически неоправданно. И дл
я них пока более р
а-
зумным остае
т
ся классическая
DAS

архитектура.


RAID

массивы

О
сновные задачи, которые призван решить
RAID

массив как система
объединения нескольких дисков в одно логическое устройство, это увел
и-
чение емкости, скорости записи/
воспроизведе
ния

и повышение надежн
о-
сти хранения данных.
О
беспечени
е

высокой
надежности хранения данных
достигается
как на аппаратном уровне (избыточные блоки питания и ве
н-
тиляторы охлаждения, выделение нескольких дисков для «горячего» р
е-
зервирования, во
з
можность устан
овки специального модуля с батареей
-

60

аккумулятором для сохранения данных кэш
-
памяти при аварийном откл
ю-
чении питания), так и программном (интеллектуальная система самодиа-
г
ностики дисков, контроля напряжения и температуры).
Важным
является
выбор
RAID

уровня,

обесп
е
чивающего необходимый компромисс между
эффективностью работы массива (доступный объем и быстродействие) и
его надежностью хранения (допустимым числом отказавших дисков).

В современных дисковых массивах используются специализирова
н-
ные ко
н
троллеры, п
оддерживающие следующие
RAID



уровни.

RAID 0



простое распараллеливание

данных по нескольким дискам
,
веерная запись/
воспроизведение

блоками на все установленные диски.
В
р
е
зультате получается
высокая производительность, минимальная цена на
гигабайт хран
ения, но
слабая
защит
а

от сб
о
ев
.

RAID 1
-

зеркалирование, т.е. дублирование всех
файлов
записей на
две идентичные группы дисков. Обеспечивается самая высокая степень
защиты критически важных данных, но как следствие
-

вдвое меньший до-
ступный объем хран
е
ния
.

RAID 3



входной поток данных разбивается на блоки, по всем б
и-
там которых вычисляются контрольные значения четности. З
а-
пись/
воспроизведение

осуществля
ю
тся параллельно на все диски, но при
этом для контрольных данных выделяется отдельный диск. При сохран
е-
нии высокого быстродейс
т
вия (сравнимого с
RAID 0
) данные не теряются
при выходе из строя одного (любого) из дисков. Данный уровень показ
ы-
вает хорошее быстродействие при
воспроизведении
/записи больших фа
й-
лов, что характерно для различных задач обработки ви
део. Однако в пр
и-
ложениях, характеризующихся большой интенсивностью коротких запр
о-
сов эффективная скорость быстро падает. В частности, это обусловлено
хранением всей резервной информации только на одном выделенном ди
с-
ке,
так что

он становится «узким» мест
ом
-

все последующие запросы
ждут завершения обработки пред
ы
дущего.


61

RAID 5



аналогичен
RAID 3
, но запись значений четности распр
е-
делена между всеми дисками. Кроме того, уменьшен размер блоков зап
и-
сываемых данных, что увеличивает быстродействие системы пр
и большом
количестве запросов на запись/
воспроизведение

небольших файлов.

Уровни

RAID 0+1, 30 (3+0), 50 (5+0)

-

это комбинированные вариа
н-
ты, в которых роль отдельных дисков играют
RAID

массивы соответ-
с
т
венно
0, 3

или
5

уровня.

Жесткие д
иски для RAID мас
сивов

Несмотря на все хитроумные способы организации
записи
-
/
воспроизведения

данных
,

надежность хранения в первую очередь зав
и
сит
от стабильности работы используемых в системе жестких
магнитных
ди
с-
ков.
Для

RAID
-
массив
ов

не подходят

стандартные диски, пре
дназначе
н-
ные для обычных компьютеров
,

хотя они

обладают большой емкостью,
высокой надежностью и сравнительно низкой стоимостью.
Связано это с
тем
, что во все современные жесткие диски для повышения надежности
хранения данных встроена автоматическая функция

коррекции ошибок.
При ее разработке исходили из

того
, что жесткий диск не до
л-
жен

отправлять куда
-
либо сообщение о каждой обнаруженной ошибке
чтения, загружая тем самым другие устройства (в том числе процессор
компьютера) ненужной дополнительной работой. Н
апротив, он должен
предпринять все возможное для самостоятельной


коррекции обнаруже
н-
ной ошибки, для начала многократно пытаясь прочитать сбойный блок, а
потом исключив его из использования, сделав переназначение
«
плохого
»

сектора на
«
хороший
»
. Погрузившис
ь в данную "внутреннюю" операцию,
диск начинает отвечать на внешние запросы с большой задержкой, тем
большей, чем интенсивней поступают на него команды зап
и-
си/
во
с
произведения
. И это
хорошо
до тех пор, пока этот диск функцион
и-
рует сам по себе, являясь самос
тоятельным

устройством хранения данных
,
не входящим ни в какие
RAID

массивы. Однако когда
такой диск
является

62

частью сложной системы
управляемой специализированным интеллект
у-
альным
RAID
-
контроллером
,

он может тормозить всю си
с
тему
.

Одной из важнейших зада
ч аппаратного контроллера
RAID

является
постоянный анализ распределяемых между дисками данных на предмет
возможного появления и немедленной коррекции ошибок.


Поэтому
RAID

ко
н
троллер, отвечая за работоспособность всей системы, ожидает ответа
от ка
ж
дого дис
ка строго определенное время (обычно не более 8 секунд),
по истечении которого считает, что вовремя не ответивший диск неиспр
а-
вен, и принимает решение об его исключении из системы с последующим
перераспределением данных между оставшимися дисками. При этом
н
а
грузка на них возрастает, и в этих условиях и второй диск может вовре-
мя не ответить, что уже приведет к крушению всей системы с потерей дан-
ных (напомним, что в наиболее популярных
RAID

уровнях
3

и
5

резерв-
ные данные хранятся только на одном диске и выход

сразу двух фатален
-

все данные теряются).

Основным
параметром надежности жестких дисков

является

время
н
а
работки на от
каз

MTBF (Mean Time Between Failure



среднее время
м
е
жду отказами)
. К сожалению
,

сведений о корреляции
MTBF

с реальной
статистикой от
казов нет
,

о
днако понятно, что чем
MTBF

больше, тем ди
с-
ки должны быть надежнее. Для
дисков
SATA

параметр
MTBF

не прев
ы-
шает 500 000 часов
,

д
ля
SCSI

дисков этот показатель
по данным произв
о-
дителей

равен 1 200 000 ча
сов

(более 100 лет непрерывной р
а
боты!
)


Пр
ограммы видеомонтажа обычно поставляются вместе с определе
н-
ным типом плат ввода/вывода

и рекомендацией по конфигурации компь
ю-
тера
. Это означает, что возможности системы реализу
ются наиболее полно
именно в такой связке. В частности
,

разработчик
программы
Ad
obe
Premiere Pro 2.0

рекомендует следующую конф
и
гурацию компьютера:

-

п
роцессор:
Intel Pentium 4

1,4ГГц для работы с
DV

(
Pentium 4

3,4ГГц
для работы с
HDV

и
Dual Intel Xeon

2,8ГГц для работы с
HD
видео, или

63

аналогичные по производительности процессоры
AMD

с поддержкой
SSE
2)
;


-

о
перационная

система
:
Microsoft Windows XP Professional

или

Home
Edition Service Pack 2
;


-

512МБ оперативной памяти для работы с
DV

и 2ГБ для работы с
HDV

и
HD
;


-

4
ГБ

дискового пространства для инсталляции
;


-

ж
есткий диск с
часто
той
вращения 7200

об/мин

для работы с
DV
, и ма
с-
сив дисков
Raid

0

для работы с
HD
;



-

п
ривод
DVD
-
ROM
;


-

Microsoft DirectX

совместимая звуковая карта (
ASIO

совместимая для
создания
surround sound
)
;


-

п
рограммное обеспечение
Apple QuickTime 6.5
;


-

м
онитор

с поддержкой разрешения 1280х1024

и

с видеокартой,

обесп
е-
чивающей 32
-
битную глубину цвета
;


-

OCHI

совместимый контроллер
IEEE1394

для
DV

и
HDV

(для
HD



а
п-
паратная карта
ввода/вывода
AJA Xena HS
).

Вопросы для самопроверки

1. Принципиальные различия си
стем линейного и нелинейного ви-
де
о
монтажа.

2. Основные требования к платам ввода/вывода.

3. Недостатки однопотоковой системы нелинейного видеомонтажа.

4. Чем различаются дисковые массивы
RAID

0

и

RAID

1
?


8

Интерфейсы передачи данных

СНМ
представляют соб
ой
сложный комплекс аппаратуры. В пр
о-
цессе работы должны осуществляться вводы и выводы сигналов разных
стандартов и форматов, а также управление режимами работы одних
ус
т
ройств другими. Решаются эти задачи с помощью интерфейсов переда-

64

чи данных и управлени
я.
Чтобы система работала надежно и эффективно,
н
е
обходимо устанавливать некоторые правила по упорядочению обменом
информацией, согласовывать входные и выходные параметры этих
ус
т
ройств
.
Совокупность линий связи, соединителей (разъемов), правил
орг
а
низации

информационных потоков и соответствующих управляющих
а
л
горитмов (программ) называется интерфейсом.

По типу передаваемых
сигналов интерфейсы делятся на аналоговые и цифровые, по назначению


на видео и звуковые, а по выполняемым функциям
-

на интерфейсы

пер
е-
дачи данных и интерфейсы управления.

Структурная схема любого интерфейса приведена на рис.

13.


Рис.
13.
Структурная схема интерфейса.

А



передающая сторона,
Б



приемная
сторона.



Входной сигнал
Вх

кодируется в процессоре, обрабатывается в переда
тч
и-
ке для согласования с соединительным кабелем. На приемной стороне
си
г-
нал
принимается приемником, обрабатывается в процессоре и поступает на
п
о
следующие блоки аппаратуры.

8.1

Аналоговые
видео
интерфейсы


Аналоговые

интерфейсы предназначены для согласован
ной передачи
следующих аналоговых сигналов телевизионной системы: композитного,

65

S
-
Video (
Y
/
C
)
,
компонентных
Y
,
R
-
Y
,
B
-
Y

и сигналов основных цветов
RG
B
, звуковых сигналов
.

Композитный интерфейс


Интерфейс для композитного сигнала
,

иногда называемого

CVBS

(
Chroma
,
Video
,
Blanking
,
Sync
),

реализуется через разъем типа
RCA

(Radio Corporation of America)


тюльпаны
»)

или
BNC

(
рис. 1
4
)
.


Рис. 14.
Разъемы
RCA

(1)
и
BNC

(2).

Композитный видеосигнал (или то

же самое, что полный цветовой виде
о-
сигнал)
перед
ается по одному кабелю

и

состоит из полного сигнала ярк
о-
сти и сигнала цветности. Полный сигнал яркости включает сигнал яркости
Y
, несущий информацию о яркости изображения, и сигналы синхрониз
а-
ции.

На аппаратуре разъем
композитного сигнала
может обознача
ться как
VIDEO

или
COMPOSITE
. Полное соединение по композитному инте
р-
фейсу осущ
е
ствляется с помощью трёх 3,5
-
миллиметровых
RCA
-
разъёмов: белого (
звуковой

сигнал
левого канала), красного (
звуковой
си
г-
нал правого канала) и жёлтого (видеосигнал).

В

профессион
альной аппар
а-
туре вместо
RCA

используются
BNC
-
разъемы, называемые «байонетн
ы-
ми». Данный интерфейс в современной профессиональной аппаратуре и
монтажных системах применяется для подключения недорогих видеом
о-
ниторов (телевизоров) или при оцифровке видеомате
риалов бытовых
форм
а
тов.

Интерфейс

S
-
Video

(
Y
/
C
)


66


В «раздельном» интерфейсе
S
-
Video

(
Separate

Video
) сигналы ярк
о-
сти (вместе с ним передается сигнал синхронизации) и цветности перед
а-
ются по двум кабелям с применением различных разъемов: четыр
ех ко
н-
тактный
MiniDIN
, два
RCA

или два
BNC

(рис.
15
).

Строго говоря, разъ-
е
мом
S
-
Video

называется

разъем

четырехконтактный

Mini DIN4

но вообще
имеются разъемы
Mini DIN

до 9 контактов
.
В дополнение к сигналам
Y
/
C



Рис. 15.
Разъемы
S
-
Video

(Mini DIN 4
)



1
, 7
-
контактного разъема
MiniDIN 7

(2).

по
этому интерфейсу может переда
ваться сигнал идентификации формата
изображения. Постоянное напряжение +2,3 В на шине
C

соответствует
формату 4:3, а напряжение +5 В свидетель
ствуют о формате 16:9.


Компонентный инте
рфейс

П
од общим обозначением
COMPONENT

могут быть сле
дующие
интерфейсы:
Y
/
R
-
Y
/
B
-
Y
;
YUV
;
Y
/

Pr/ Pb;
Y
/

Сr / Cb
. Для соедине
ний
«по компоненте» используются три отдельных коаксиальных кабеля с
разъемами типа
RCA


или
BNC
.

Строго говоря, это четыре разли
чных ин
-
терфейса, различающихся параметрами и форматом сигналов яркости и
цве
торазностных, в сигналы могут входить или не входить сигналы си
н-
хрониза
ции, сами сигналы яркости и цветности могут иметь неодинаковые
размахи

по напряжению
. У разных производите
лей одни и те же обознач
е-
ния компонентных сигналов могут отличаться по значениям электрич
е-
ских параметров. Часто на вхо
дах/выходах различной аппаратуры встреч
а-
ется комбинация
Y
-
Cb
/
Pb
-
Cr
/
Pr
.

Она может означать (но не всегда
!
), что
есть два режима работы:
с чересст
рочной разверткой
Y
-
Cb
-
Cr

и с прогре
с-

67

сивной
Y
-
Pb
-
Pr
.
В то же время ком
бинация
Y
-
Cb
-
Cr

может использоват
ь-
ся
и
для обозначения компонентных сигналов в цифровом представлении в
виде отсчетов квантования. Сигналы синхронизации передаются вместе с
си
гналом ярк
о
сти.

Интерфейс
RGB

В зависимости от структуры передаваемых сигналов применяются
три типа интерфейса: просто
RGB

-

по трем кабелям передаются сигналы
основных цветов, а сигналы синхронизации в виде так называемой си
н
хро-
смеси совмещаются с сигнал
ом зеленого
G
;
RGBS



четыре кабеля


три
для сигн
а
лов
R
,
G
,
B

и один для синхросмеси;
RGBHV



пять кабелей
-

три
для сигналов
R
,
G
,
B
, а кадровые и строчные синхроимпульсы перед
а
ются
по отдел
ь
ным двум кабелям. В качестве разъемов используются
BNC

или
в некото
рых случаях
SCART
.
Сигналы
R
,
G
,
B

могут также перед
а
ваться и
через разъ
е
мы типа
D
-
Sub

(рис. 1
7
)
, семи
-

или девятиконтактные
MiniDIN
.

Интерфейс
SCART


Широкое распространение
в бытовой и полупрофессиональной а
п-
паратуре получил многоконтактный
«евроразъем»
S
CART

(
рис.
1
6
)

благ
о-
даря


Рис. 16. Разъем
SCART
.

своей универсальности. Универсальность интерфейса достигнута простым
объ
е
динением многих кабелей в один жгут в общем экране с 21
-

68

контактными разъемами. Для уменьшения взаимного влияния каналов
к
а
ждый кабель

им
е
ет отдельный заземляющий проводник. Несмотря на то,
что массивные разъемы изготовлены из пластмассы, интерфейс имеет н
е-
плохие качественные характеристики. Частотный диапазон звуковых кан
а-
лов составляет 20


20000 Гц, полоса видеоканала до 8 МГц, по
RGB

кан
а-
лу могут передаваться сигналы с частотами до 10 МГц. В результате по
этому интерфейсу передаются не только звуковые и видеосигналы разли
ч-
ных форматов, но и импульсные сигналы управления режимами работы
видеоустройств. В зависимости от комбинации перед
аваемых сигналов
стандартом
МЭК933
-
1

пред
у
смотрено четыре типа интерфейсов
SCART
:
A



без видеосигналов и
RGB
,
C



без сигналов
RGB
,

V
-

без звуковых
сигналов,
U



универсальный на все соединения. В качестве видеосигналов
могут быть композитный или
S
-
Video
.

У различных производителей кроме
указанных могут быть и другие варианты набора сигналов, о чем указыв
а-
ется в документации на конкретный кабель и это обстоятельство нужно
учитывать при выборе кабеля. Нужно отметить, что через
SCART

могут
передаваться два в
ида сигналов основных цветов: трехпроводный
RGB

(
сигнал синхронизации передается вместе с зеленым), четырехпроводный
RGBS
.
Сигналы
RGBVH

по этому интерфейсу не пер
е
даются, поскольку в
аппаратуре работающей с такими сигналами используются другие разъемы


B
NC


или
VGA
.


В

спецификацию

SCART

возможность передачи
ко
м-
понентных

сигналов не
пред
у
смотрена.

Интерфейс D
-
SUB

/VGA


Интерфейс
D
-
Sub

HD
15

(
чаще его называют
D
-
Sub

или
VGA
)

испол
ь-
зуется для передачи аналоговых сигналов
R
,
G
,
B

и синхронизации на в
и-
деом
онитор

(рис. 1
7
)
. Чаще всего все электронно
-
лучевые мониторы


69


Рис. 17. Разъем
D
-
Sub

HD
15.

имеют 15
-
контактный разъем
D
-
Sub
, а жидко
-
кристаллические подключ
а-
ются через цифровой разъем
DVI
-
I
.
К цифровому выходу
DVI
-
I

можно
подключить м
о
нитор с разъемом
D
-
Sub

через специальный переходник.


8.2
Цифровые интерфейсы

Интерфейс
SDI


Параметры однонаправленного последовательного интерфейса
SDI

(
Serial

Digital

Interface
)
определены в стандарте
SMPTE

259
M
. Он позв
о-
ляет формировать и передавать не компрессированные
данные по коакс
и-
альному кабелю с разъемами
BNC
.
Структура передаваемых данных
включает четыре стандарта оцифровки компонентного видеосигнала с 10
-
битовым кодированием: 4:2:2/4:3/13,5 МГц; 4:4:4/4:3/13,5 МГц;
4:2:2/16:9/18 МГц; 4:4:4/16:9/18 МГц. Скорость
цифрового потока для этих
стандартов соотве
т
ственно равна 270Мбит/с, 405 Мбит/с, 360 Мбит/с и 540
Мбит/с. Максимал
ь
ная длина кабеля зависит от его свойств и параметров
приемника, поскольку по мере увеличения длины кабеля происходит з
а-
метное уменьшение разм
аха импульсов и повышается нестабильность
временных параметров импульсов (джиттер). В случае высококачестве
н-
ного кабеля дальность передачи составляет до 350 м на скорости 270
Мбит/с и до 200 м на скорости 540 Мбит/с.

Интерфейс
SD
T
I


Широкое распростране
ние аппаратуры видеозаписи со сжатием
(
DVCAM
,
DVCPRO
,
DIGITAL
-
S


и др.) привело к необходимости пер
е-
дачи компрессированных видеоданных между различными устройствами.

70

Поэт
о
му был специально принят стандарт
SMPTE

305
M
, ставший основой
инте
р
фейса
SDTI
, обеспе
чивающего передачу не компрессированных или
сжатых данных с четерехкратной скоростью, восемь звуковых каналов,
временной код и другие данные.

Скоростные параметры интерфейса
SDTI

аналогичны
SDI
. В нем
также применяются разъемы
BNC
.

Интерфейс
IEEE 1394

Дв
унаправленный последовательный интерфейс
IEEE 1394

(
извес
т-
н
ый

также как
FireWire

и
i
-
Link
)
предназначен для работы с сигналами
DV

и рекомендован для применения в цифровом телевидении, в мульт
и-
медийных комплексах, в компьютерных системах.
В конструкции сое
д
и-
нительного кабеля
IEEE 1394

приняты многие меры для уменьшения з
а-
тухания сигнала и повышения помехоустойчивости. Кабель содержит две
витые пары для пер
е
дачи сигналов в одну и другую стороны, два провода
подачи напряжения питания на приемное устройство.
Провода питания
обеспечивают напряжение 8
-
40 В и ток до 1,5 А. По витым парам перед
а-
ются парафазные сигналы, что заметно повышает помехозащищенность.
Стандартные разъемы интерфейса шестиконтактные, однако широко ра
с-
пространены и четырехконтактные

(рис. 18)
. Длина кабеля не более 4,5 м.


Рис. 18. Разъемы
IEEE
-
1394

(1);
USB

(2) и его знак (3).

Широкому распространению
IEEE
-
1394

способствуют многие его
особенности. Это в частности
высокая скорость передачи данных

(100,

71

200, или 400 Мб/с для
IEEE 1394a
; 800 М
б/с для
IEEE 1394b
, в перспе
к-
тиве 1,6 и 3,2 Гб/с); поддержка «горячего» (
Fire
) (то есть без отключения
питания и/или перезагрузки операционной системы) периферийного об
о-
рудования, с автоматическим распознаванием присоединения и отсоедин
е-
ния аппаратуры и во
зможности делать это при

работающем компьютере,
т.е. даже тогда, когда шина работает в полном режиме;

возможность пит
а-
ния подключаемых
ус
т
ройств от блока питания отправителя через кабель
IEEE
-
1394
;

поддержка асинхронной и изохронной передачи данных. В о
т-
ли
чие от других

интерфейсов
IEEE
-
1394

дает в
озможность строить
л
о-
кальные
сети
из многих устройств и самой различной конфигурации. Это
означает, что оборудование с интерфейсом
IEEE
-
1394

можно соединять не
только с
компьютером
, но и друг с другом, причем конфи
гурирование сети
выполняется автоматически
.

Интерфейс
USB

Интерфейс
USB (Universal Serial Bus
)

был

созда
н

раньше
,

чем по-
я
вился

IEEE 1394

и
он также широко используется, прежде всего,
для р
а-
боты с накопителями

данных и другой периферией вроде принтеров и
ск
а-
неров.

Все современные компьютеры оснащены портами
USB 2.0.


USB 2.0

как и
USB 1.1

использует 4
-
контактные разъемы

(рис. 19)
,
полностью совместимые между

собой. Единственное отличие в подключ
е-
нии
USB 2.0

и
USB 1.1

заключается в том, что

новый стандарт т
ребует
э
к
ранир
о
ванных кабелей. Теоретическая скорость по
USB 2.0

составляет
480 Мб/с, максимальная передаваемая мощность на питание внешних
ус
т
ройств
-

2,5 Вт. Общение устройств
с интерфейсом
USB 2.0

происходит
по схеме

Master/Slave
, т. е. все потоки данны
х управляются компьютером,
что замедляет работу

интерфейса. Длина кабеля для соединения двух
ус
т
ройств по
USB 2.0

не должна

превышать 5 м.

Интерфейс
USB

не обес-
п
е
чивает г
о
рячее подключение
.

Системный интерфейс SCSI


72

Интерфейс
SCSI

предназначен для подключе
ния к компьютеру п
е-
риферийных устройств, в том числе
накопителей

на
жестких диск
ах
. Это
один из основных типов интерфейсов, обеспечивающий одновременную
работу различных групп периферийного оборудования без сокращения
производ
и
тельности системы в целом.

Р
азъем
SCSI

интерфейса показан на



.
Рис
. 19.
Разъемы

SCSI: 1
-


DB
-
25
; 2
-

DB
-
9
; 3
-

High density 80 pin
.


рис. 19.
Д
ля подключения
устройств
SCSI

могут
применя
ться

3 типа раз
ъ-
емов:
D
-
типа

(
DB
-
9

и
DB
-
25
)
,
Centronics

и
IDC
.

Разъемы
D
-
типа прим
е-
няются в ко
мпьютерной технике для подключения
COM
-
портов и принт
е-
ров
,

кот
о
рые могут
имет
ь

разъем
Centronics
.

Разъемы
IDC

применяются
для подключения
IDE
-
дисков и
CD
-
ROM
. В
RAID

накопителях для по
д-
ключения си
г
нальных линий и питания применяется разъем
High density
80
pin
.


8.3
Интерфейсы ТВЧ


В комплексах аппаратуры ТВЧ применяются интерфейсы
HD
-
SDI
,
HD
-
SDTI

на скорость 1,485 Гбит/с,
DVI
,
HDMI

на скорость до 5 Гбит/с.

В
интерфейсах
HD
-
SDI
,
HD
-
SDTI

сигнал передается по одножил
ь-
ному кабелю с разъемами
BNC
.
HD
-
SDI

соотве
тствует стандарту
SMPTE

292
M
. Интерфейсы
SDI

и
HD
-
SDI

имеют одинаковые разъемы и электр
и-

73

ческие параметры. Для передачи сигнала ТВЧ предъявляются весьма жес
т-
кие требования к качеству кабелей, разъемов, распайке. Расстояние, на к
о-
торое сигнал может передават
ься по кабелю, определяется условием
,

чт
о-
бы затухание на частоте 750 МГц не превышало 20 дБ.

Это расстояние с
о-
ставляет 50
-
70 м, а на большие расстояние нужно использовать оптические
к
а
бели.

Интерфейсы
DVI

и
HDMI

Жидкокристаллические мониторы
,

плазменные п
анели и проекцио
н-
ные телевизоры, предназначенные для работы в среде ТВЧ, оборудов
а
ны
одним из двух или обоими специализированными интерфейсами
DVI


и
HDMI

(рис.

2
0
)
.


Рис. 20. Разъемы
DVI

(1) и
HDMI

(2).

Цифровой интерфейс высокого разрешения
DVI

(
Digita
l

Video

Inte
r-
face
)

с высокой скоростью передачи данных (до1,65 Гбит/с) позволяет п
е-
редавать видеосигнал без сжатия в любом из ТВЧ
-
форматов и стере
о
звук.

В рамках

DVI

предусмотрено три модификации:
DVI
-
D

только для ци
ф-
ровых сигналов;
DVI
-
A



только для ана
логовых сигналов
R
,
G
,
B
;

DVI
-
I

(Integrated)



для цифровых и аналоговых сигналов.
С помощью инте
р-
фейса
DVI

монитор или
телевизор можно подключать к компьютеру для
использования в качестве компьютерного монитора.

Физически кабель
DVI

состоит из соответствую
щего числу передаваемых сигналов колич
е-
ства витых пар.

Дл
и
на кабеля не должна превышать
5 м
.

Развитием интерфейса
DVI

является
м
ультимедийный интерфейс выс
о-
кой четкости
HDMI

(
High

Definition

Multimedia

Interface
)
.

Он обеспеч
и-

74

вает передачу данных со скорост
ью до 5 Гбит/с и многоканальный звук
Dolby Digital

или
DTS

по единому многожильному кабелю. В отличие от
DVI

э
тот интерфейс поддерживает систему защиты данных от несанкци
о-
нированного копирования
HDCP

(
High
-
bandwidth

Digital

Content

Prote
c-
tion
).


8.4

Интерф
ейсы управления.

В монтажных системах находят применение

следующие наиболее ра
с-
пространенные
интерфейсы управления
: RS
-
232C
,
RS422
A
,
RS
-
485
,
LANC

и
SIRCS

Control
-
L

(
LANC
),
DV
-
интерфейс (
i.Link
)
.
Интерфейс
RS
-
232
-
C

(
RS
-

Recommended Standart, C
-

веpсия)
обеспечивает несим-
метpичную

пеpедачу данных
по двум линиям
в pежиме последов
а
тельного
обмена со скоpостями до 20 кбит/с.
Сигналы этого интерфейса передаются
перепадами напряжения величиной (3…15) В

по несимме
т
ричной или не-
балансной (
unbalanced
)
линии
, по
этому длина линии связи
RS
-
232
C
, как
правило, ограничена расстоянием до 15 м из
-
за низкой пом
е
хоустойчиво-
сти.

Число подключаемых пpиемников и пеpедатчиков к о
д
ной линии
-

1/1,
(в отличие от интерфейсов
RS422
А

-

1 передатчик/ 10 пpиемников или
RS485

-

32/32
)
.

Hизк
ие

скоpость и дал
ь
ность
этого интеpфейса огpаничены
в пеpвyю очеpедь его несимметpичностью.

Интерфейс
RS
-
232
C

принципиально не позволяет создавать сети, так
как соединяет только
два

устройства (так называемое соединение “точка
-

то
ч
ка”).
Для соедин
ений
RS
-
232C

используется два типа разъемов: 9
-
ти
штыр
ь
ковый
DB
-
9

и 25
-
ти штырьковый
DB
-
25

(
рис. 2
1
)
.


75


Рис. 2
1
. Разъемы
DB
-
9

и
DB
-
25.


В дуплексном (или полнодуплексном) интерфейсе
RS
-
422
A

передача
и прием данных идет по двум отдельным витым парам. На каж
дой витой
паре проводов может быть только по одному передатчику и до 10 прие
м-
ников. Предельное расстояние передачи данных зависит от скорости ци
ф-
рового п
о
тока. Для скорости 100 кбит/с это расстояние составляет 1200 м,
а для 10 Мбит/с соответственно 15м.

И
нтерфейс
RS
-
485

имеет много общего с
RS
-
422
A
, в нем также и
с-
пользуется витая пара. В
RS
-
422
A

есть две витые пары


одна для перед
а-
чи и одна для приема.
Изначально

RS
-
485

-

полудуплексный интерфейс.
Однако в
RS
-
485

благодаря тому, что передатчик может пер
еводиться в
отключаемое состояние, полудуплексный режим реализуется на одной в
и-
той паре. Стандарт
RS
-
485

предусматривает модификацию с двумя вит
ы-
ми парами, так что получается полный дуплекс.

По ск
о
рости и дальности
RS
-
485

и
RS
-
422
A

экв
и
валентны
, в них испо
льзуются разъемы
DB
-
25
.

Двунаправленные интерфейсы
LANC

(
Local

Application

Control
),
SIRCS

(
Sony

Integrated

Remote

Control

System
), иначе называемые
Co
n-
trol
-
L
,

Control
-
S

и
Control
-
M

соответственно, применяются для диста
н-
ционного управления видеокамерами и

видеомагнитофонами.
LANC

и
SIRCS

используются в аппаратуре
Sony
, а
Control
-
M

в аппаратуре
Pan
a-

76

sonic
. В аппаратуре фирмы
JVC

применяется интерфейс
JLIP

(
Joint Level
Interface Protocol
) как для передачи оцифрованных да
н
ных, так и для
управления видеокамерой

и видеомагнитофоном в процессе редактиров
а-
ния (контролируются показания счетчика ленты, доступны функции
Play
,
Stop, Pause, FF, REW, REC
, обеспечивается синхрониз
а
ция работы).

DV
-
интерфейс
(i.Link)

также используется как для ввода/вывода оци
ф-
рованного ви
део/аудио, так и для управления камерой с других
DV
-
устройств в монтажной системе.

8.4.1
Преобразование интерфейсов


При создании монтажных систем часто встречаются ситуации
,

когда
имеющиеся в аппаратуре интерфейсы разного типа
и
вследствие чего
н
е
посредс
твенное подключение одного устройства к другому невозможно.
Для таких случаев выпускается большое разнообразие преобразователей
одн
о
го интерфейса в другой, позволяющи
х

создать любую систему.


Вопросы для самопроверки


1. Привести классификацию видеоинтерф
ейсов.

2. Провести сравнение интерфейсов

IEEE

1394
и

USB

2.0
.

3.
Для каких задач предпочтительнее применять интерфейсы

RS
-
232
C

и

RS
-
422
A
.

9
Импорт и экспорт видеофайлов

9.1 З
ахват сигналов внешних источников

Видеозахватом или оцифровкой называется процес
с передачи и о
б-
работки сигналов с внешних источников (видеокамера, видеомагнитофон,
проигрыватель
DVD

и др.
)
в компьютер.
В


программе
Adobe

Premiere

Pro

2.0

захват можно осуществить двумя способами: без аппаратного ко
н-
троля


управлять воспроизведением с
внешнего устройства
вручную
н
е
посре
д
ственно на этом устройстве; с аппаратным контролем


управлять
внешним устройством средствами
программы
. В первом сл
у
чае внешний

77

источник включается в режим воспроизведения
,

а в програ
м
ме в нужный
момент включается режим

оцифровки. При правильном соединении ко
м-
пьютера с источником в диалоговом окне
Capture

появляе
т
ся изображение
источника.

Управляя режимами перемотки и воспрои
з
ведения внешнего
источника находим нужный фрагмент и останавливаем за несколько с
е-
кунд до начала

требуемого

фрагмента. Затем нажимаем кнопку
Record

на
панели управления окна
Capture

и режим воспроизведения на внешнем
устройстве. В конце записываемого фрагмента останавливаем процесс
оцифровки кнопкой
Stop

в окне
Capture

или клавишей

Esc


на клави
а-
т
уре.

Во втором случае
управление режимами работы внешних источн
и-
ков и захват осуществляются
командами компьютера. В программе
Adobe

Premiere

Pro

2.0

захват осуществляется командой
File

Capture
.

Все ин-
с
т
рументы и параметры для управления оцифровкой распол
ожены в окне
Capture
.
Кнопкой
Play

запускается внешнее устройство в режим воспр
о-
изведения
,

а кнопкой
Record

запускается процесс захвата и запись
фра
г-
мента

в компь
ю
терный файл.

9.2
Экспорт
видеофайла

Экспорт
видеофайла

означает

сохранение его в соответству
ющем
медиафайле, записи на внешнее устройство
.
В
Adobe

Premiere

Pro

2.0

име
ю
тся возможност
и

экспортировать
программу
в файлы следующих т
и-
пов:

-

Movie



форматы

AVI, DV AVI, MPEG, RealMedia, Animated GIF,
QuickTime (MOV), Windows Media;

-

г
рафические

файлы



GIF, Targa, TIFF, Windows Bitmap (BMP);

-

з
вуковые

файлы

-

AVI, DV AVI, MPEG, RealMedia, QuickTime (MOV),
WAV (Windows Audio Waveform);

-

ф
айлы

статической

графики

-

Targa, TIFF, Windows Bitmap (BMP),
Filmstrip, FLC/FLI.


78

Экспорт
видеофайла

на внешнее ус
тройство означает запись виде
о-
сигнала на видеомагнитофон, рекордер
DVD
, просмотр на видеомониторе
или телевизоре. Внешние устройства могут быть аналоговыми или цифр
о-
выми, поэтому необходимо предварительно обеспечить соединение
апп
а-
ратуры
соответствующим
и

и
нтерфейсами.

Экспорт в основные аналог
о-
вые
и цифровые

форматы включ
ает

такие как
SD

и
HD
,
NTSC

и
PAL,
Interlaced и Progressive, DV, Digital Betacam, HDV, HDCAM, DVCPRO
HD и D5 HD

(для некоторых форматов, возможно, потребуется
дополн
и-
тельное
специальное об
орудов
а
ние).

Для правильной работы внешних устройств нужно установить соо
т-
ветствующие параметры видеосигнала, подаваемого на внешнее устрой-
с
т
во. Для

этого

выбираем

команду

Project

Project

settings

General
,
в

сп
и
ске

Editing

Mode

выбираем тип внешнего устро
йства (например,
DV
).
В диалоговом окне
Playback

Settings


устанавливаются параметры воспро-
и
з
ведения на внешнем устройстве.
Параметры задаются в установках про-
е
к
та, поэтому перед экспортом их нужно проверить.
Чтобы видеосигнал
и
звуковой сигнал
п
е
редавал
ис
ь

с компьютера на внешнее устройство нужно
установить флажок на функцию
Desktop

Video

и
активизировать перекл
ю-
чатель
External

Device

Audio
.

При экспорте файла на внешнее устройство параметры
видео
-

и зв
у-
кового сигналов, поступающих с компьютера на внешни
е устройства,
у
с
танавливаются в установках проекта, тогда как при экспорте в файл па-
р
а
метры задаются в установках экспорта. Почему так? Установки проекта


это установки на интерфейсной плате для захвата. При экспорте на
вне
ш
нее устройство также задействов
ана плата, поэтому требуются ее
устано
в
ки. Для экспорта в файл требуются внутренние программные уста-
новки.

Производя экспорт необходимо учитывать то, что в разных станда
р-
тах могут различаться параметры отдельного пиксела.
Список
Aspect

R
a-

79

tio

Conversion

пре
дназначен для установки пропорций пиксела в соотве
т-
ствии со стандартом внешнего ус
т
ройства.

Экспорт
(
также как и
захват)
на внешние устройства может осу-
щес
т
вляться в активном (т.е. с управлением с программы) и пассивном
реж
и
мах. Для экспорта в активном р
ежиме выбираем команду
File

Export

Export

to

Tape

и в открывшемся окне активировать внешнее
устройство кнопкой
А
ctivate

Recording

Device
. Дальше кнопками упра
в-
ления внешним устройс
т
вом из программы производится запись.

Если невозможно управлять внешним уст
ройством из программы,
запускается режим просмотра фильма на внешнем мониторе и в нужный
м
о
мент включается режим записи внешнего устройства.



Литература

1.

Кирьянов Д.В., Кирьянова Е.Н. Самоучитель
Adobe

Premiere

Pro


2.0
.
СПб, 2007.

2.

Олефиренко П.П.
Телеви
дение высокой четкости. Новые возможн
о-
сти.

Учебное пособие. М., ИПК, 2007.

3.

Луганский А. Интерфейсы. 625, №9, 2007.

4.

Хаимов В.З. Современные последовательные интерфейсы
IIIE

1394
и
SDI
/
SDTI
.
Broadcasting

№6, 2002.

5.

Хаимов В.З. Современные последовательные инт
ерфейсы управл
е-
ния.
Broadcasting

№3, 2003.





Приложенные файлы

  • pdf 45578823
    Размер файла: 1 MB Загрузок: 0

Добавить комментарий