Бесплатная техническая библиотека

MPEG-2 и домашнее видео

Справочник / Искусство видео

 Комментарии к статье

Предварительные замечания

В "MPEG-мире" принято скорость потока видеоданных выражать не в мегабайтах/сек, а в килобитах/сек. Чтобы не смешивать разные скорости, все дальнейшие величины приводятся в килобитах/сек.

Требования к качеству у всех разные. Наглядно это видно в "аудиомире": молодежь (определенного рода, не буду углубляться в классификацию...) слушает бумбоксы за 200$ на дикой громкости и "торчит", а аудиофилы слушают компонентную систему за 2000$ и вздыхают - "недостаточно прозрачна верхняя середина". То же самое и с видео, поэтому все нижеследующие оценки качества отражают мое личное мнение "продвинутого чайника" и ни в какие споры ни с "ламерами", ни с "профессионалами" я вступать не намерен! Я также сознательно упростил "теорию" и не надо меня учить что такое "на самом деле" кодирование MPEG-2.

Эксперименты с JPEG. Начало

Эксперименты с реальными фильмами требуют заметного количества времени, поэтому основные закономерности гораздо быстрее и проще проиллюстрировать на примере неподвижных изображений. Возьмите качественный "несжатый" TIFF, "естественный" (например, пейзаж), с достаточным количеством резких границ и мелких деталей, размером примерно 600х800 (чтобы смотреть на экране в режиме 100%). В нем цвет каждой точки кодируется отдельно, "по-честному". Это - максимальное (эталонное) качество в рамках 24-битной цветовой модели. Но человеческий глаз имеет некоторые особенности, и воспринимает не всю информацию, и поэтому можно удалить (навсегда!) часть данных без заметной потери качества (формат JPEG).

В фотошопе или даже в ACDSee попробуйте посжимать картинку с разными параметрами "качества" и найдите отношение размеров исходного файла и JPEG-а при котором искажения еще практически незаметны. Получится коэффициент в диапазоне 10-25 в зависимости от картинки и Вашей "строгости". При большем сжатии артефакты явно заметны (цветные ореолы, квадратная структура), а ведь в динамике это "безобразие" еще и шевелится... Теперь сожмите другой программой. Заметной разницы в значении порогового коэффициента скорее всего не будет. Максимум - 10-20%. Я осмелюсь утверждать что невозможно (и в будующем) повысить этот коэффициент в разы - чудес не бывает, информация никуда не девается, нельзя все богатство пейзажа уместить в несколько байт... Все фрактальные игрушки любят демонстрировать на специально подобранных исходных картинках, а речь здесь идет про случайное, произвольное изображение.

Что отсюда следует для видео? Разрешение видеосигнала определено TV-стандартом, его "компьютерный" аналог примерно 720х576. Отсюда при 25 кадрах в секунду получим примерно 250 000 кбит/c ("несжатое" видео). Применим к каждому кадру JPEG с тем самым "безопасным" коэффициентом 10-25. Получим 10000-25000 кбит/с (в зависимости от оригинала). Как известно, DV-формат - аналог JPEG-сжатия, и поток у него 28000 (узнаете? - чтобы наверняка для любого оригинала). Таким образом, в большинстве случаев, дальнейшее покадровое сжатие DV-формата нецелесообразно, т.к. приводит к заметным артефактам.

Почему MPEG компактнее и что для этого нужно

Получается, что 20000-30000 кбит/с - предел? Это 3-4 минуты на CD-R и 20-30 минут на DVD-болванке. Строго говоря, для любого произвольного изображения из независимых между собой кадров - ДА! А как же прекрасное качество DVD (5000-8000)? Ответ: в реальных фильмах последовательные кадры обычно взаимозависимы и формат MPEG это использует. Грубо говоря, мы сжимаем JPEG-ом не каждый кадр, а разницу между соседними кадрами. Поскольку камера в профессиональных фильмах всегда стоит на штативе либо на рельсах, то часто изменения заднего плана незначительны либо однообразны, и поэтому легко жмутся. Динамичные же сцены (взрывы и пр.) обычно "занимают" скорость у "спокойных" кусков за счет применения переменного битрейта...

Представим как выглядит разностный кадр для объекта движущегося на неподвижном фоне (используется штатив). Очевидно, весь фон представляет из себя однотонную плоскость (в RGB модели - черную), и лишь небольшая часть кадра ("объект") имеет контрастный с фоном цвет. Вернемся к экспериментам с JPEG в Фотошопе. Подберите сами аналогичную картинку и попробуйте - результаты впечатляют... Итак, я подобрал картинку из Берлина (фрагмент фотографии из альбома "Европа-98") - однотонный фон (небо) и небольшой контрастный объект. Размеры 720х546. Выглядит она примерно так:

Далее я сжал ее в JPEG так, что артефакты только-только начали появляться. Получилось 12К. После этого три раза проделывалась однотипная операция: к исходной картинке (несжатой) применялся фильтр "добавить шум" (с разными значениями шума) и затем она сжималась JPEG так чтобы получилось 12К. Фрагменты того что получилось:

Наглядно видно, какие "дикие" артефакты появляются на зашумленной картинке после сжатия. На фрагментах не очень, но на целом кадре (а лучше на нескольких) можно заметить, что даже шум в 20 единиц на несжатом изображении практически не раздражает. Он как-то сам фильтруется глазами и мы все равно ясно представляем себе что там за объект (то же самое происходит когда мы смотрим старую VHS-ленту или слушаем кассету на магнитофоне). Наоборот - артефакты сжатия, грубые полосы и квадраты раздражают, и к ним глаз привыкать "не хочет". Чтобы артефакты не росли с зашумленностью приходится жать не с одинаковым размером, а с одинаковым "качеством". Тогда размеры заметно растут с ростом шума. В данном примере при одном и том же параметре "quality" получалась примерно такая линейка размеров: 12:24:36:48.

Что это означает для видео? Только то, что само по себе значение битрейта - не гарантия высокого качества, многое зависит от качества исходного материала. Например если исходный материал содержит шумы, то чтобы не появились артефакты приходится поднимать битрейт в разы...

При идеальных условиях профессионального DVD-производства MPEG-2 дает выигрыш (к JPEG) примерно в 4-5 раз (назовем это "MPEG-добавка"). Еще раз сформулируем эти идеальные условия в виде таблицы:

Я допускаю мысль что дальнейшее улучшение алгоритмов увеличит "MPEG-добавку" раза в полтора, но скорее всего не больше. Кстати, MPEG4 вопреки шумихе несильно лучше чем MPEG2 - процентов на 10 на высоких битрейтах. А пресловутые компакты с DivХ положа руку на сердце никто не назовет настоящим DVD-качеством.

И что выходит на практике?

Практика показывает, что "домашнее" видео на любительских камерах (из-за невыполнения вышеперечисленных условий, прежде всего из-за шума и тряски) жмется примерно вдвое хуже профессионального, т.е. при одном и том же качестве должно занимать вдвое больший объем.

Полученные данные легко представить в виде таблицы.

Выводы и советы

1. Если фирменная мелодрама влезает по часу на один CD-R, это не значит, что туда можно запихать Ваши панорамные съемки пейзажей и архитектуры с мелкими деталями, снятые с рук дешевой трясущейся камерой из окна автобуса... Точнее, можно, но только либо 10 минут, либо препоганейшего качества.
2. MPEG - не средство хранения. В лучшем случае - средство окончательной демонстрации (DVD). Перемонтировать с него без дальнейших потерь врядли удастся. Для хранения оригиналов качественнее и проще, и часто даже дешевле цифровые видеокассеты (miniDV, D8).
3. MPEG4/DivX - не панацея и годится лишь для очень "гладких" сюжетов ("медленные младенцы" крупным планом и пр.) Революционной разницы с MPEG2 он не дает. Небольшое количественное улучшение...
4. ...и поэтому если ваши шедевры короткие (10-15 минут), а записать их на болванку все равно не терпится - не экономьте на болванках (плюньте на DivX), а жмите их сразу в MPEG2 c битрейтом 6000-8000 (в т.н. "DVD-совмеcтимом" формате). Позже, когда купите DVD-RW, Вы легко создадите на основании этих клипов полноценный DVD-диск не перекодируя их, а, следовательно, не теряя больше в качестве.
5. Кстати, DVD-R уже давно не роскошь. Устройство - менее 100$, хорошая болванка - менее 2$, "просто" болванка - менее 1$.
6. Жать в MPEG2 лучше всего CanopusPr °Coder-ом.
7. Если планируется собственные съемки жать в МПЕГ, полезно чаще вспоминать таблицу "идеальных условий" - купить и научиться пользоваться штативом и/или наплечным штативом, не делать резких "скачков" камерой, не увлекаться длинным фокусом с рук, обращать внимание на освещение и т.п...

Автор: Афанасенков М.А; Публикация: pctuner.ru

 Рекомендуем интересные статьи раздела Искусство видео:

▪ Классический набор источников света

▪ Использование планов при видеосъемке

▪ Видеомонтаж свадьбы

Смотрите другие статьи раздела Искусство видео.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Кислотность океана разрушает зубы акул 03.10.2025

Мировые океаны выполняют важнейшую функцию - они поглощают около трети углекислого газа, выбрасываемого в атмосферу. Это помогает замедлять темпы глобального потепления, но имеет и обратную сторону. Растворяясь в воде, CO2 образует угольную кислоту, которая повышает концентрацию водородных ионов и приводит к снижению pH. Вода становится более кислой, а последствия этого процесса уже заметны для морских экосистем. Средний показатель кислотности океана сейчас равен примерно 8,1, тогда как еще недавно за условную норму брали значение 8,2. По прогнозам, к 2300 году уровень может упасть до 7,3 - это сделает океан почти в десять раз кислее нынешнего состояния. Для обитателей морей подобные изменения означают не просто сдвиг химического равновесия, а реальную угрозу физиологическим процессам, начиная от формирования раковин у моллюсков и заканчивая охотничьим поведением акул. Чтобы выяснить, как именно кислотная среда отражается на зубах акул, группа немецких исследователей провела эксп ...>>

Почтовый космический корабль Arc 03.10.2025

Космические технологии становятся частью инфраструктуры, способной повлиять на логистику, медицину и даже военную сферу. Идея использовать орбиту как глобальный склад для срочных поставок звучала еще недавно как научная фантастика, но стартап Inversion пытается превратить ее в практическое решение. Компания Inversion появилась в начале 2021 года благодаря Джастину Фиаскетти и Остину Бриггсу, которые на тот момент были студентами Бостонского университета. Их замысел состоял в том, чтобы сделать возможной доставку грузов не только через спутниковые сети данных, но и в буквальном смысле - физических предметов. В основе лежит простая мысль: если космос обеспечивает доступ к любой точке Земли, то и грузы должны перемещаться тем же маршрутом. Уже за три года работы команда из 25 специалистов успела построить демонстрационный аппарат "Ray". Его запуск состоялся в рамках миссии SpaceX Transporter-12. Устройство весом 90 килограммов проверяло ключевые технологии Inversion, включая двухком ...>>

Лазерное обогащение урана 02.10.2025

Ядерная энергия остается одним из ключевых источников стабильного электричества, особенно для стран с растущими потребностями в энергоснабжении. Однако обеспечение бесперебойных поставок топлива для атомных станций требует современных технологий обогащения урана, которые одновременно эффективны и безопасны. Американская компания Global Laser Enrichment (GLE) делает значительный шаг в этом направлении, завершив масштабное тестирование лазерной технологии обогащения урана. Демонстрационная программа была проведена на объекте в Уилмингтоне, Северная Каролина. Тестирование технологии SILEX (Separation of Isotopes by Laser EXcitation), разработанной австралийской Silex Systems, стартовало в мае 2025 года и продлится до конца года. В ходе экспериментов компания планирует получить сотни фунтов низкообогащенного урана (LEU), который может быть использован в качестве топлива для атомных электростанций. GLE была создана в 2007 году для коммерциализации лазерных методов обогащения урана в С ...>>

Случайная новость из Архива Бактерии превращают цемент в аккумулятор энергии 21.09.2025 Цемент традиционно воспринимается как нечто прочное, неподвижное и лишенное всякой динамики. Однако достижения современной науки позволяют взглянуть на него под другим углом. Группа исследователей показала, что строительные материалы могут не только выдерживать вес и формировать основу зданий, но и накапливать энергию, словно живые организмы. Необычный проект объединил специалистов из Орхусского университета в Дании и Чунцинского университета транспорта в Китае. Они использовали микроорганизм Shewanella oneidensis, известный своей способностью передавать электроны, и превратили его в основу для создания "живого цемента". Эта бактерия, выступающая в роли биологического проводника, придала привычному строительному материалу совершенно новые функции. Процесс изготовления включал добавление в цемент сульфата натрия, служившего электролитом, и последующее растворение микроорганизмов в стерильной воде. Полученный раствор формировал гибридный материал, в котором возникала внутренняя сеть для управления электрическими зарядами. Таким образом, цемент обретал свойства аккумулятора, но при этом сохранял прочность, необходимую для строительства. Испытания показали, что материал устойчив даже при длительных нагрузках. После десяти тысяч циклов использования он сохранял примерно 85% своей емкости. Если же колонии бактерий ослабевали, их можно было "подкормить" питательными веществами, и тогда они восстанавливали до 80% первоначальной мощности. В отличие от традиционных батарей, где потерянную емкость вернуть невозможно, здесь микроорганизмы буквально оживляли материал заново. Важным преимуществом оказался и экологический аспект. Такой цемент не содержит токсичных металлов, которыми изобилуют современные аккумуляторы, а значит, его использование потенциально менее опасно для окружающей среды. Более того, материал работал в широком диапазоне температур - от минус 15 до плюс 33 градусов Цельсия, что открывает возможности для применения в самых разных климатических зонах, от холодных регионов до жарких мегаполисов. Ученые уже рисуют картины будущего, где здания не просто потребляют энергию, но и сами становятся ее накопителями. Стены или мостовые конструкции могли бы интегрироваться в городскую энергосистему, а комната из такого цемента способна хранить до десяти киловатт-часов энергии, чего хватило бы для обеспечения работы серверной в течение суток. Тем не менее до практического внедрения еще далеко. Высокая щелочность цемента неблагоприятна для бактерий, а эффективность Shewanella oneidensis зависит от условий внешней среды. Исследователи ищут пути решения - модифицируют штаммы микроорганизмов и экспериментируют с пористостью материала, чтобы обеспечить им оптимальное питание и стабильную активность. Таким образом, "живой цемент" стал ярким примером того, как биология и инженерия могут объединяться ради создания новых материалов. В будущем можно представить себе дома, которые не только защищают человека от непогоды, но и снабжают его энергией, превращая архитектуру в часть живой энергетической сети.

Другие интересные новости:

▪ Первая успешная роботизированная трансплантация печени

▪ Робот-курьер Hyundai

▪ Спутники полетят зеркальной парой

▪ Камерофон Panasonic Lumix DMC-CM1

▪ Двухслойный пишущий DVD+/-RW привод с возможностью апгрейда от Benq

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Сварочное оборудование. Подборка статей

▪ статья Соответствие моделей и шасси видеомагнитофонов GRUNDIG. Справочник

▪ статья В какой стране заключенные могут сокращать свои сроки, читая книги и работая на велотренажерах? Подробный ответ

▪ статья Гинандропсис тычинко-пестичный. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Модулятор для АМ радиостанции. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Перестраиваемый полосовой фильтр. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025