Введение

Электронное движущееся изображение – средство хранения и воспроизведения.

Видео – это электронная среда для записи, копирования, воспроизведения, вещания и отображения движущихся визуальных медиа. Видео впервые было разработано для механических телевизионных систем, которые быстро были заменены системами с электронно-лучевой трубкой (ЭЛТ), которые, в свою очередь, были заменены плоскими дисплеями различных типов. Видеосистемы различаются по разрешению, соотношению сторон, частоте обновления, цветовым характеристикам и другим параметрам. Существуют аналоговые и цифровые варианты, которые могут передаваться по различным носителям, включая радиовещание, магнитную ленту, оптические диски, компьютерные файлы и потоковое вещание по сети.

Этимология

Слово «видео» происходит от латинского «video» (я вижу).

Аналоговое видео

Видео возникло из факсимильных систем, разработанных в середине XIX века. Ранние механические видеосканеры, такие как диск Нипкова, были запатентованы еще в 1884 году, однако для создания практических видеосистем потребовались десятилетия, спустя многие десятилетия после изобретения кино. Кино фиксирует изображения в виде последовательности миниатюрных фотографических кадров, которые можно увидеть при непосредственном просмотре пленки. Видео, в отличие от кино, кодирует изображения в электронном виде, преобразуя их в аналоговые или цифровые электронные сигналы для передачи или записи. Видеотехнологии изначально разрабатывались для механических телевизионных систем, которые вскоре были заменены телевизионными системами с электронно-лучевой трубкой (ЭЛТ). Первоначально видео было исключительно технологией прямой трансляции. Чарльз Гинзбург возглавил исследовательскую группу Ampex для разработки одного из первых практических видеомагнитофонов (VTR). В 1951 году первый VTR записал живое изображение с телевизионных камер, преобразовав электрический сигнал камеры в магнитную запись на видеоленте. В 1956 году видеомагнитофоны продавались по цене 50 000 долларов США, а одна часовая видеокассета стоила 300 долларов США. Однако со временем цены постепенно снижались; в 1971 году компания Sony начала продавать видеомагнитофоны (VCR) и кассеты на потребительском рынке.

Цифровое видео

Цифровое видео способно обеспечить более высокое качество и, в конечном итоге, значительно более низкую стоимость по сравнению с более ранними аналоговыми технологиями. После коммерческого появления DVD в 1997 году и Blu-ray Disc в 2006 году продажи видеокассет и записывающей аппаратуры резко сократились. Достижения в компьютерных технологиях позволяют даже недорогим персональным компьютерам и смартфонам захватывать, хранить, редактировать и передавать цифровое видео, что еще больше снижает стоимость видеопроизводства и позволяет производителям программ и телевещателям переходить на безленточное производство. Развитие цифрового вещания и последовательный переход на цифровое телевидение приводят к тому, что аналоговое видео постепенно становится устаревшей технологией в большинстве стран мира. Разработка видеокамер высокого разрешения с улучшенным динамическим диапазоном и цветовой гаммой, а также внедрение цифровых промежуточных форматов данных с расширенной цветовой глубиной, привели к сближению цифровой видеотехнологии и кинотехнологий. Начиная с определенного момента, использование цифровых камер в Голливуде превысило использование пленочных камер.

Количество кадров в секунду

Скорость кадров, количество неподвижных изображений в единицу времени видео, варьируется от шести или восьми кадров в секунду (кадров/с) для старых механических камер до 120 и более кадров в секунду для новых профессиональных камер. Стандарты PAL (Европа, Азия, Австралия и т.д.) и SECAM (Франция, Россия, части Африки и т.д.) предусматривают 25 кадров/с, а стандарты NTSC (США, Канада, Япония и т.д.) – 29,97 кадров/с. Киноплёнка снимается с более низкой частотой кадров – 24 кадра в секунду, что несколько усложняет процесс переноса кинематографического фильма на видео. Минимальная частота кадров, необходимая для создания комфортной иллюзии движения, составляет около шестнадцати кадров в секунду.

Переплетенные против прогрессивных

Видео может быть строчным (интерлейсным) или прогрессивным. В системах прогрессивной развертки каждый период обновления последовательно обновляет все строки развертки в каждом кадре. При отображении изначально прогрессивного вещательного или записанного сигнала достигается оптимальное пространственное разрешение как неподвижных, так и движущихся частей изображения. Строчная развертка была изобретена как способ уменьшить мерцание в ранних механических и ЭЛТ-дисплеях без увеличения количества полных кадров в секунду. Строчная развертка сохраняет детали, требуя меньшей полосы пропускания по сравнению с прогрессивной разверткой. В строчном видео горизонтальные строки развертки каждого полного кадра рассматриваются как последовательно пронумерованные и захватываются в виде двух полей: нечетного поля (верхнего поля), состоящего из строк с нечетными номерами, и четного поля (нижнего поля), состоящего из строк с четными номерами. Аналоговые дисплеи воспроизводят каждый кадр, эффективно удваивая частоту кадров с точки зрения воспринимаемого общего мерцания. Когда устройство захвата изображения получает поля по одному, а не разделяет полный кадр после его захвата, частота кадров для движения также эффективно удваивается, что приводит к более плавному и реалистичному воспроизведению быстро движущихся частей изображения при просмотре на ЭЛТ-дисплее с строчной разверткой. При отображении изначально строчного сигнала на устройстве прогрессивной развертки общее пространственное разрешение ухудшается из-за простого удвоения строк – возникают артефакты, такие как мерцание или эффект «гребенки» в движущихся частях изображения, которые проявляются, если специальная обработка сигнала не устраняет их. Процедура, известная как деинтерлейсинг, может оптимизировать отображение строчного видеосигнала с аналогового, DVD или спутникового источника на устройстве прогрессивной развертки, таком как ЖК-телевизор, цифровой видеопроектор или плазменная панель. Однако деинтерлейсинг не может обеспечить качество видео, эквивалентное исходному материалу с истинной прогрессивной разверткой. Пиксели на компьютерных мониторах обычно квадратные, но пиксели, используемые в цифровом видео, часто имеют неквадратное соотношение сторон, например, те, которые используются в вариантах PAL и NTSC цифрового видеостандарта CCIR 601 и соответствующих анаморфных широкоэкранных форматах. Растр 720x480 использует узкие пиксели на дисплее с соотношением сторон 4:3 и широкие пиксели на дисплее 16:9.

Цветовая модель и глубина

Цветовая модель использует видеопредставление цвета и сопоставляет закодированные цветовые значения с видимыми цветами, воспроизводимыми системой. Существует несколько таких представлений, широко используемых на практике: YIQ обычно используется в телевидении NTSC, YUV – в PAL, YDbDr – в SECAM, а YCbCr – для цифрового видео. Количество различных цветов, которые может отображать пиксель, зависит от глубины цвета, выраженной в битах на пиксель. Распространенным способом уменьшения объема данных, необходимого для цифрового видео, является субдискретизация цветности (например, 4:4:4, 4:2:2 и т. д.). Поскольку человеческий глаз менее чувствителен к деталям цветности, чем к яркости, данные о яркости для всех пикселей сохраняются, а данные о цветности усредняются для группы пикселей в блоке, и это же значение используется для всех пикселей в блоке. Например, это приводит к сокращению объема данных о цветности на 50% при использовании блоков из 2 пикселей (4:2:2) или на 75% при использовании блоков из 4 пикселей (4:2:0). Этот процесс не уменьшает количество возможных цветовых значений, которые могут быть отображены, но снижает количество точек, в которых происходит изменение цвета.

Форматы

Различные уровни передачи и хранения видео предлагают свой собственный набор форматов на выбор. Для передачи используются физический разъем и протокол передачи сигнала (см. Список видеоразъемов). Определенный физический канал может поддерживать определенные стандарты отображения, которые задают частоту обновления, разрешение экрана и цветовое пространство. Существует множество аналоговых и цифровых форматов записи, а цифровые видеоклипы также могут храниться в компьютерной файловой системе как файлы, имеющие собственные форматы. Помимо физического формата, используемого устройством хранения данных или средой передачи, поток единиц и нулей, который передается, должен быть закодирован в определенном цифровом формате видео, которому присвоен номер.

Аналоговое видео

Аналоговое видео — это видеосигнал, представленный одним или несколькими аналоговыми сигналами. Аналоговые цветные видеосигналы включают в себя яркость (Y) и цветность (C). При объединении в один канал, как, например, в стандартах NTSC, PAL и SECAM, это называется композитным видеосигналом. Аналоговое видео может передаваться по отдельным каналам, как в двухканальном S-Video (YC) и многоканальных компонентных видеоформатах. Аналоговое видео используется как в любительских, так и в профессиональных телевизионных приложениях.

Цифровое видео

Были приняты форматы цифровых видеосигналов, включая последовательный цифровой интерфейс (SDI), цифровой визуальный интерфейс (DVI), высокоопределяющий мультимедийный интерфейс (HDMI) и интерфейс DisplayPort.

Транспортное средство

Видео может передаваться или транспортироваться различными способами, включая беспроводное наземное телевидение в виде аналогового или цифрового сигнала, коаксиальный кабель в системе замкнутого телевидения в виде аналогового сигнала. Вещательные или студийные камеры используют одно- или двухкабельную коаксиальную систему, применяющую последовательный цифровой интерфейс (SDI). Подробную информацию о физических разъемах и соответствующих стандартах сигналов см. в списке видеоразъемов. Видео может передаваться по сетям и другим общим цифровым каналам связи, например, с использованием MPEG transport stream, SMPTE 2022 и SMPTE 2110.

Компьютерные дисплеи

Стандарты компьютерных дисплеев определяют сочетание соотношения сторон, размера экрана, разрешения, глубины цвета и частоты обновления. Список распространенных разрешений доступен.