одирование видеоизображений основано на разложении видеоряда в виде последовательности отдельных изображений (кадров). На этом, в частности, основано телевидение (25 кадров в секунду для Европы и 30 кадров с секунду для Японии и США) и кинотехника (24 кадра в секунду). То есть кодирование видеоряда заключается в кодировании каждого из составляющих его кадров как отдельного изображения, с последующей записью последовательности кадров.
Цифровая запись видеоизображений имеет две особенности.
• Кодирование данных и их запись рассматриваются порознь и определяются разными стандартами.
• Запись видеоизображений обычно сопровождается записью звука, то есть речь идёт о синхронной записи как минимум двух потоков данных.
Одним из наиболее известных форматов записи (не кодирования) видео является формат AVI, введённый в действие компанией Microsoft для компьютеров, работающих под управлением операционной системы Windows. Согласно стандарту AVI, в начале записи размещается заголовок, описывающий всю структуру записи. Он позволяет узнать, из каких блоков звука и видео состоит запись, как они чередуются между собой и какой метод кодирования использован при записи каждого из блоков. Формат AVI не определяет способ кодирования звука и видео, а только указывает на него, поэтому его ещё называют метаформатом или форматом-контейнером.
Формат кодирования данных в записанных блоках может быть любым, но в начале записи AVI обязательно есть сведения о том, какой именно формат использован. Соответственно, для декодирования записи при её воспроизведении следует использовать не любой метод, а только тот, который соответствует избранному формату кодирования.
КОДЕК
Для воспроизведения видеозаписей и звукозаписей, записанных в каком-либо метаформате, например AVI, необходимо иметь специальную программу, которая называется кодеком. Слово кодек происходит от сочетания двух слов: кодер-декодер. То есть кодек — это программа, предназначенная для кодирования последовательности кадров в виде наборов чисел перед их записью или для декодирования числовой последовательности перед воспроизведением записи. Когда мы приобретаем видеофильм, записанный на компакт-диске, к нему, как правило, прикладывается программа-кодек. При первом воспроизведении фильма кодек устанавливается на компьютере. При последующих воспроизведениях установка кодека уже не происходит, пока нам в руки не попадёт фильм, закодированный другим кодеком. В этом случае будет установлен новый кодек. Постепенно на компьютере собирается коллекция кодеков на все случаи жизни.
ФОРМАТ MPEG
Существует множество различных форматов кодирования видеоизображений при их записи. Изобилие форматов связано с тем, что одновременно с преобразованием записи в числовую форму решается вопрос о сжатии полученной последовательности, а сжимать её можно по-разному.
Одним из наиболее распространённых является метод, получивший название MPEG. В основе стандарта MPEG лежит идея о том, что соседние кадры видеоряда, как правило, имеют сравнительно небольшие отличия друг от друга и, записав полностью один кадр, мы можем при записи следующего кадра записывать не всё изображение, а только его отличия от предыдущего кадра. В общей последовательности видеоряда выявляются так называемые опорные кадры и промежуточные кадры, которые кодируются по-разному. Опорные кадры обычно являются начальными кадрами новых сцен. Промежуточные кадры соответствуют одной сцене и имеют много общего с опорным кадром сцены.
Формат MPEG был разработан для записи видеоданных, хранимых на персональных компьютерах и переносимых на лазерных компакт-дисках. В те времена, когда начиналась разработка формата, компьютеры не отличались производительностью, поэтому для записи видеоданных были введены искусственные ограничения:
• размер кадров: 352 х 288 точек;
• частота кадров: 30 кадров в секунду.
Несколько позже был введён более совершенный формат MPEG 2, позволяющий кодировать видеозаписи с разрешением отдельных кадров до 720 х 576 точек. Этот формат нашёл очень широкое применение и используется:
• для записи видеофильмов на цифровых видеодисках (DVD-ROM);
• для передачи телевизионных программ по каналам спутниковой связи (спутниковое телевидение);
• для передачи телевизионных программ в цифровом формате через эфир или по кабельным сетям (цифровое телевидение).
Формат MPEG 2 обеспечивает степень сжатия исходного видеоряда примерно в 40-50 раз, что позволяет разместить двухчасовой видеофильм (200 Гбайт) на одном диске DVD-ROM (4,7 Гбайт). Но для того, чтобы разместить его на компакт-диске CD-ROM (650 Мбайт), нужна ещё более высокая степень сжатия. При определённой потере качества её позволяет получить формат сжатия MPEG 4. От формата MPEG 2 формат MPEG 4 отличается более изощрённой математикой, используемой при кодировании. В частности, математические процедуры позволяют различать элементы сцены, обладающие различной активностью, и кодировать их по-разному. Потом, при воспроизведении фильма, сцена для каждого кадра формируется из разных объектов.
