Информационные технологии в проектировании Использование видео-графики в инженерной

Информационные технологии в проектировании Использование видео-графики в инженерной деятельности Шарипов И. К. 2016

План лекции Аналоговое видео Цифровое видео Аппаратная реализация Оборудование для создания видео файлов Прикладное программное обеспечение Формат MPEG Web-видео 2

Аналоговое видео 3

Самым ранним методом передачи видеосигналов является аналоговый метод. Одним из первых видеоформатов на основе этого принципа стал композитный видеосигнал. Композитное аналоговое видео комбинирует все видеокомпоненты (яркость, цвет, синхронизацию и т. п. ) в один сигнал. Из-за объединения этих элементов в одном сигнале качество композитного видео далеко от совершенства. 4

Композитное видео быстро уступило дорогу компонентному видео, в котором различные видеокомпоненты представлены как независимые сигналы. Дальнейшие усовершествования этого формата привели к появлению различных его вариаций: S-Video, RGB, Y, Pb, Pr и др. 5

Цифровое видео 6

На смену аналоговому видео пришло цифровое. В области профессионального видео применяется несколько цифровых видеоформатов: D 1, D 2, Digital Beta. Cam и др. В отличие от аналогового видео, качество которого падает при копировании, каждая копия цифрового видео идентична оригиналу. Хотя современный видеоряд базируется на цифровой основе, практически все цифровые видеоформаты до сих пор в качестве носителя исходного сигнала используют пленку с последовательным доступом. Поэтому большинству профессионалов в области видео все еще привычней работать с пленкой, чем с компьютером. 7

Для цифрового видеомонтажа использование компьютеров дает ряд существенных преимуществ: не только обеспечивает прямой доступ к любому видеофрагменту (что невозможно при работе с пленкой, поскольку к необходимым участкам можно добраться лишь последовательно просматривая видеоматериал), но и предполагает широкие возможности обработки изображения (редактирование, сжатие). Это достаточно веские причины для перехода видеопроизводства с традиционного оборудования на компьютерное. 8

Аппаратная реализация 9

СИСТЕМА ТЕЛЕВИЗИОННОЙ ИНСПЕКЦИИ See. Snake COMPACT 10

Назначение Системы теле инспекции способны выполнять обследование инженерных коммуникаций различного назначения и трубопроводов с последующей видео записью. Комплект оборудования подбирается под конкретные задачи заказчика, что позволяет подобрать лучший вариант по соотношению цена/необходимые функции системы. 11

12

13

14

Система телевизионной может комплектоваться следующим набором принадлежностей Цветной или черно-белый монитор Модуль видео записи на кассету VHS или DVD диск Видеокамера с кабелем различной длины 15

Оборудование для создания видео файлов 16

Видеокамера Всех сегодняшних или будущих видеолюбителей условно можно разделить на три категории У него есть цифровая видеокамера У него есть обычная аналоговая видеокамера. У него еще нет никакой камеры 17

Для монтажа фильмов на компьютере владелец аналоговой видеокамеры может пойти по одному из следующих путей а) использовать видеовход обычной видеокарты или ТВ-тюнера для сброса видео на компьютер (от 50 долл. ); б) купить специальную плату для захвата видео (от 130 долл. ); в) купить плату или внешнее устройство для конвертации аналогового видеосигнала в DVформат (от 230 долл. ); г) купить цифровую видеокамеру с возможностью конвертации аналогового видео в DV-формат (от 550 долл. ). 18

Сегодня предпочтительнее использовать только камеру форматов mini. DV или Digital 8. Видеокамеры форматов Micro. MV или DVD (а также любые другие, использующие MPEG-формат) представляют собой в большей степени маркетинговые решения или дань моде, поскольку результаты их съемки крайне неудобно обрабатывать на компьютере. 19

Процессор Влияет при видеомонтаже на всё. При любых изменениях оригинального изображения компьютер будет создавать новое, используя для этого процессор на полную мощность. Например, изменение яркости или контрастности фрагмента фильма требует пересчета каждого кадра. Если изменить яркость и контрастность всего в одной минуте своего фильма, то компьютеру придется изменить 25 х60 = 1500 кадров. Если планируется создавать диски DVD Video, для чего потребуется кодирование в формат MPEG-2, то именно мощность процессора будет определять скорость создания MPEG-файлов. 20

Память также влияет на все процессы. Чем больше объем памяти, тем быстрее будет работать и сам видеоредактор, и связанные с ним программы. 1 Гбайт оперативной памяти — вполне допустимый размер, но если предполагается работа с видео под Windows XP/7, то правильным решением будет установка большего объема. Впрочем, память всегда можно добавить, увеличивая ее объем по мере необходимости. 21

Видеокарта Влияет только на скорость выполнения 3 Dэффектов (3 D-переходы, 3 D-титры в соответствующих программах и т. п. ), однако не все видеоредакторы и/или модули для них (plug -in) используют аппаратную поддержку подобных эффектов. Необходимая для видеомонтажа аппаратная поддержка Direct 3 D и Open. GL присутствует практически во всех современных изделиях. 22

Имеет смысл использовать видеокарту с видеовыходом (его наличие мало влияет на стоимость, и у большинства современных видеокарт он есть), для подключения к компьютеру телевизор в качестве второго монитора и контролировать цвет изображения (телевизионная картинка всегда ярче компьютерной), а также его целостность при последующем показе. Наиболее корректно с телевизионным выходом работают видеокарты от Matrox. 23

Накопитель на жестких магнитных дисках Имеет только один главный критерий с точки зрения цифрового видео — емкость. С DV-видео работают любые современные IDE-диски со скоростью вращения от 5400 об. /мин и выше При расчете объема следует учесть, что общая продолжительность исходных фрагментов для создания фильмов всегда будет по крайней мере не меньше продолжительности итогового фильма. Один час видео в DV-формате занимает 12 Гбайт 24

Системная плата Для работы с видео ничем особенным не отличается, и никаких специфических требований на нее не налагается. От материнской платы требуется только одно — стабильная, устойчивая работа. Единственное, на что следует обратить внимание – на наличие встроенного контроллера IEEE-1394. Отсутствие лишней карты внутри, несомненно, улучшит охлаждение компьютера, что не помешает при долгих просчетах видеороликов 25

Прикладное программное обеспечение 26

Adobe Premiere / Premiere Pro Adobe Systems, Inc. , http: //www. adobe. com — самый распространенный редактор видео. Первоначально Premiere входил в состав подавляющего большинства плат для видеомонтажа на компьютере, чем во многом и объясняется его широкая популярность. Одно из основных достоинств этой программы — наличие на рынке множества подключаемых модулей (plug-in), многократно расширяющих его возможности. 27

Ulead Media. Studio Pro Ulead Systems, Inc. , http: //www. ulead. com Среди достоинств данного видеоредактора — простой и понятный интерфейс, быстрота и устойчивость в работе. По возможностям работы в реальном времени эта программа является одним из лидеров на рынке. В последнюю версию добавлена программа Ulead DVD Movie Factory 2 LE, позволяющая «в два щелчка мыши» создавать Video. CD-, SVCD-, mini. DVD- и DVD-диски, не задумываясь ни о параметрах формируемых MPEG-файлов, ни о служебных файлах, которые необходимо сделать. В тех форматах, которые это разрешают, можно создавать меню, пояснения и т. п. Программа сама записывает результат на диск, не требуя никакой внешней программы для работы с CD/DVDрекордерами. 28

Vegas Video Sonic Foundry, Inc. , http: //www. sonicfoundry. com, набравший заметную популярность за последний год, имеет весьма своеобразный, но вполне удобный после освоения интерфейс. Разработчик программы, компания Sound Foundry, широко известна своим звуковым редактором Sound Forge, поэтому в Vegas Video встроены богатейшие возможности для работы со звуком, которых нет даже во многих профессиональных программах видеомонтажа. 29

Формат MPEG Motion Picture Experts Group — Группа экспертов по движущимся изображениям 30

Формат MPEG не является методом сжатия как таковым, а представляет собой набор стандартных средств и алгоритмов, которые могут комбинироваться при реализации цифрового сжатия. Поэтому существует огромное многообразие различных форматов, основанных как на изменении самого MPEGкодирования, так и на постоянном усовершенствовании его реализаций 31

Области применения MPEG Области применения формата MPEG сегодня очень широки — начиная с маленьких видеороликов, размещаемых в Интернете, и заканчивая высококачественными изображениями на громадных экранах телевидения высокой четкости. Требования к качеству изображения могут быть самыми разными — как весьма низкими для охранных и видеотелефонных сетей, так и очень высокими для кинофильмов на DVD-видео. 32

Профили и уровни MPEG Необходимость иметь широкий диапазон качественных показателей и уровней сложности диктует разделение MPEG-стандартов на так называемые профили с последующим подразделением профиля на уровни. Профиль предоставляет метод (простой, основной, адаптивный по шуму, адаптивный по разрешению, высокий) 33

Уровень определяет конкретные ограничения метода • низкий уровень — с разрешением до 352 х288 отсчетов с потоком до 4 Мбит/с; • основной уровень — с разрешением до 720 х576 отсчетов с потоком до 15 Мбит/с; • высокий уровень — с разрешением до 720 х576 (до 1440 отсчетов) с потоком до 60 Мбит/с; • высокий уровень — с разрешением до 1920 х288 отсчетов с потоком до 80 Мбит/с. 34

Web-видео 35

Качество клипа Частота кадров изображения при видеообщении зависит не столько от характеристик вашей видеокамеры или от качества исходного ролика, сколько по-прежнему от загруженности сервера, через который идет передача изображения, и от скорости доступа в Интернет. В реальных условиях даже с быстрым каналом не всегда удается достичь лучших результатов, чем при использовании обычного модема, который позволяет получать до трех кадров в секунду изображения с разрешением 160 х120. При благоприятных условиях можно добиться более 15 кадров в секунду при разрешении 320 х240, что уже вплотную приближается к качеству бытового видео в формате VHS после многократного копирования 36

Web-камера Изображение, которое можно получить с современной Web-камеры, не отличается насыщенностью цветов и низким уровнем шума. Количество кадров, передаваемых Webкамерой, как правило, пропорционально освещенности снимаемой сцены из-за увеличения экспозиции в случае затемнения. При наилучших условиях съемки Web-камеры выдают 20 -30 кадров в секунду при разрешении 640 х480, а с ухудшением условий съемки падают и скорость, и качество картинки. 37

На хороших телефонных линиях модемное соединение позволит пропустить видео в лучшем случае с частотой 15 или даже 12 кадров в секунду. При подготовке видео для трансляции в Интернете следует учитывать, что качество и размер ролика зависят от качества исходного материала и от выбранного кодека почти в той же степени, что и от разрешения. 38

Как подготовить видео для трансляции в Сети Осуществить показ можно посредством загружаемого с Web-страницы файла или потокового видео, предназначенного для передачи с видеосервера. Поток компрессированного видео состоит из последовательности кадров изображений и синхронных звуковых отсчетов. Видео разбивается на два типа кадров: ключевые кадры, которые являются полными изображениями, и дельта-кадры, которые содержат только ту визуальную информацию, что отличает следующий кадр от предыдущего. 39

Вместо стандартного протокола TCP (Transmission Control Protocol) потоковое видео обычно использует протокол UDP (Universal Datagram Protocol). При передаче видео доставка всей информации, до последнего байта, не важна, а фактическая скорость передачи важнее целостности данных. Протокол UDP обеспечивает более быструю доставку информации конечному пользователю. Возможность потери пакетов означает, что технологии Web-видео должны предусматривать какой-то способ замещения пропавших данных. Все кодеки для потокового Web-видео используют сложные методы компрессии с тем, чтобы пересылать информацию, которую можно интерпретировать как поток видео даже при потере большого количества данных. 40

Ситуацию на российско-финской границе можно узнать заранее – наличие очередей покажет Webкамера 41

Web-видео при общении в Сети При размещении видеооборудования (Web-камеры или системы видеоконференции) в помещении необходимо учитывать те же факторы, что и проведении постановочной видеосъемки: необходимо подготовить помещение и подобрать источники искусственного или естественного освещения. Размеры и разрешение передаваемой видеокартинки определяются в терминах CIF-формата (Common Interchange Format) и его производных. Обычно используемый в Web-видео и видеоконференциях стандарт видеоизображения CIF PAL имеет размеры кадра 352 х288 пикселов и частоту кадров – 7, 5; 10; 15 или 30 кадров в секунду. 42

Дополнительные форматы SQCIF 128 х96 пикселов ( «почтовая марка» – сегодня практически не применяется); QCIF 176 х144 ( «четвертушка» от стандартного); 4 CIF 704 х576 (формат полноэкранного цифрового видео); 16 CIF 1408 х1152 (формат телевидения высокой четкости – HDTV). 43