До сих пор мы рассматривали только задачу захвата и сохранения отдельных ТВ-кадров. Но нередко возникает необходимость оцифровки фрагмента реального видео продолжительностью от нескольких секунд до минут. Прямое решение поставленной задачи ввода видеопоследовательности пока не представляется возможным. Дело в том, что кадр 768х576 в представлении YUV 4:2:2 требует 864 KB (в RGB 8:8:8 - 1296 KB), соответственно 25 кадров секунды видео - 21 MB (32 MB). К сожалению, реально достижимая скорость записи/считывания видео на современных винчестерах составляет 8-10 MB/сек, (хотя в специальных RAID-системах путем распараллеливания цифровых потоков удается поддерживать 20-50 MB/сек). Снижения потока до указанных величин удается достичь за счет следующих приемов:

  • уменьшения размера кадров - вплоть до 352x288 и числа цветов до 8-16 bit,
  • уменьшения частоты кадров до 6-12 в секунду,
  • использование компрессии видео.

Первые два являются наиболее очевидными, но приводят к драматическому ухудшению визуального качества видео. Действительно, трудно примириться с “дергающейся” картинкой в урезанном окне. В связи с этим последний метод представляется наиболее эффективным.

Существует множество различных алгоритмов видеокомпрессии - от сравнительно простых как RLE, Cinepak до сложных как Intel Indeo, MPEG, M-JPEG и весьма изощренных как фрактальный метод фирмы Iterated Systems. При этом компрессия отдельных кадров без потери информации на реальных сюжетах, содержащих много мелких деталей и цветовых неоднородностей, обеспечивает сжатие не более 2 раз. Дальнейшее продвижение неизбежно связано с потерей информации и определенным понижением качества: размыванием границ, искажением цветов, возникновением различного рода артефактов. Наиболее продвинутым здесь оказывается метод фрактальной компрессии, но он не получил широкого распространения по ряду причин, в том числе из-за закрытости математической схемы и слишком сложной реализации и несимметричности - эффективное сжатие отдельных кадров требует десятки минут даже на высокопроизводительных рабочих станциях, тогда как восстановление легко и быстро выполняется на обычных PC. Общепризнанным стандартом сжатия отдельных кадров стал JPEG-алгоритм, основанный на разбиении изображения на блоки 8х8, их дискретном косинусном преобразовании и высокочастотной фильтрации полученного спектра. Так как в результате на границах отдельных блоков нарушается гладкость представления, то характерным признаком jpeg-изображения является его видимая блочная структура. К счастью, при коэффициенте сжатия не более 1:15 данные погрешности почти незаметны. Более того, считается, что сжатие до 1:3 (видеопоток 7-10 MB/сек) соответствует профессиональному качеству, обеспечиваемому видеоаппаратурой класса Betacam, а до 1:5 (видеопоток не менее 5 MB/сек) - качеству, характерному для S-Video. Существенным достоинством данного алгоритма является его симметричность - восстановление производится обратным косинусным преобразованием и требует тех же ресурсов и временных затрат, что и компрессия.

Следующим шагом к уменьшению потока передаваемых данных стал MPEG алгоритм, принципиально основанный на устранении временной избыточности в последовательности видеокадров. Дело в том, что смежные кадры чаще всего содержат одни и те же объекты cцены, что принципиально позволяет ограничиваться передачей только межкадровых различий. В основных чертах MPEG подобен JPEG, но большей частью оперирует не с самими изображениями, а с их разностями. В результате получивший широкое распространение стандарт MPEG-1 (352х288 25 кадр/сек) обеспечивает VHS-качество при потоках в 200 KB/сек, а развиваемый в последнее время MPEG-2 (704x576 25 кадр/сек) ограничивает потоки 1-1,5 MB/сек, но обеспечивает видео профессионального уровня. К сожалению, MPEG несимметричен и для достижения эффективного уровня компрессии требует математически сложного анализа. В то же время восстановление оказывается сравнительно простым, что обеспечивает дешевизну карт MPEG-воспроизведения.

В заключение отметим, что большинство современных видеоплат, предназначенных для редактирования видеофильмов, основаны на M-JPEG компрессии, но на смену им идет новое поколение устройств, активно использующих более эффективный MPEG-2 алгоритм.