Zpracování videa na PC

Systémy pro nelineární editaci videa na PC NLE (Non Linear Editing) mají za sebou několik úspěšných let svého vývoj...


Systémy pro nelineární editaci videa na PC NLE (Non Linear Editing) mají za
sebou několik úspěšných let svého vývoje. Zpracování videa na počítači, jak lze
tento typ práce s PC jednoduše označit, se dnes stává oblíbenou činností
nejednoho videoamatéra. Editovat svoje videopořady v klidu domova, bez velkých
nároků na prostor a špičkové technické vybavení této možnosti odolá málokterý
ryzí filmař.
Stejně jako v jiných oblastech lidského konání je však potřebné vědět, co od
zařízení chci, jaké využití svojí techniky předpokládám, s jakými záznamovými
médii budu pracovat a neuškodí ani pohled do budoucna.
Proto v článku naleznete specifikaci multimediálního počítače pro potřebu
zpracování videa na PC, a součástí textu je i krátký rejstřík nejčastěji
používaných výrazů, popíši vám kompresní standardy digitálního videa a formáty
spotřebních digitálních videokamer, následuje popis videokaret na bázi M-JPEG
určených především pro analogové zdroje signálu, později si povíme o
videokartách pro přímé zpracování digitálního výstupu z videokamer, no a to je
vlastně v kostce všechno.Parametry multimediálního PC určeného pro NLE
U každé videokarty se v návodu k použití objevuje požadavek tzv. minimální
konfigurace počítače, což je však většinou údaj, který není pro vaši práci
zcela relevantní, neboť právě takto minimálně vybavený počítač obvykle nestačí
ani pro spuštění základních funkcí videokarty.
Pro zájemce o vážnou a profesionální práci se systémy NLE s dostatkem
finančních prostředků (v řádech statisíců Kč) může být zajímavou nabídkou
zakoupení celé počítačové sestavy pro NLE (jednou z takových sestav je např.
sestava STX firmy Canopus nebo Blue Line firmy Fast), kterou doma jenom
vybalíte z krabic a nemusíte se v zásadě starat o další.
Ale zpátky k tomu, jak by měl být váš počítač pro zpracování videa vybaven. Pro
stručnost popíšeme počítač, který je výkonově "někde uprostřed" to znamená ne
absolutní špička, ale také ne "fungující minimum":
Základní deska odpovídající vašemu CPU s moderním intelovským chipsetem (LX
nebo BX). Zde mám pouze jednu praktickou radu hledejte takový typ M/B, který má
dostatek PCI rozšiřujících slotů, protože některé M/B se vyrábějí jen se třemi
PCI sloty.
Procesor (CPU) Pentium II nebo spíše Intel Celeron (nebo klony), taktovací
rekvence kolem 300 MHz.
Paměť RAM 64 MB čím více, tím lépe.
Grafická karta s topologií AGP, nejlépe na čipu nVidia Riva 128 (nebo jiném
rychlém).
Rychlý CD-ROM drive nebo spíše DVD-ROM drive je dobré myslet do budoucna a na
počítači mít nainstalován hardwarový kodek MPEG-2 (kartu pro PCI slot), jenž je
součástí cenově výhodných DVD-ROM kitů.
SVGA kvalitní monitor s alespoň 15 palci nebo lépe ještě větší.
Doporučuji počítač vybavit i externím faxmodemem.
Dobrá zvuková karta je dnes téměř samozřejmostí, měla by mít co největší odstup
signálu od šumu (budete-li ale kupovat videokartu s vestavěným zvukových čipem,
není externí zvukovka potřeba).
Nakonec jsem si nechal jednu z nejdůležitějších věcí pevný disk.
Doporučuji mít HDD v počítači několik, nejméně dva. Budete-li mít jeden velký
disk, hrozí nebezpečí, že Windows mohou zapisovat do odkládacího prostoru disku
zrovna v okamžiku, kdy zapisujete (digitalizujete) obraz na disk. Jeden disk
obě tyto činnosti nestačí bez budoucích výpadků zaznamenaného obrazu
uskutečnit. Disk pro digitalizovaná obrazová data by se měl starat pouze o
tento zápis, a neměl by na něm tudíž být nainstalován operační systém, další
programy a podobně. Podle mých zkušeností je vhodné používat SCSI disky se 7
200 otáčkami/min, k čemuž ale ještě potřebujete SCSI řadič (pozor, v případě
karty softwarového kodeku DV-soft založené na Adaptec 8945 je SCSI řadič
součástí této karty!). Každopádně maximální přenosová rychlost zápisu a čtení
dat z vašeho HDD bude zásadním způsobem ovlivňovat nejnižší dosažitelný
kompresní poměr videokarty založené na M-JPEG kodeku. V případě karty se
softwarovým kodekem DV-soft, která vlastně pracuje jen jako řadič pro DV
rozhraní, musí disk s rezervou zvládnout souvislý tok dat 3,7 MB/s, protože u
nahrávání digitálních dat po DV rozhraní se nenastavuje kompresní poměr nebo
datový tok. Tento datový tok je pevně dán filozofií DV záznamu a váš HDD musí
tento datový tok akceptovat. Několik slov k potřebné kapacitě HDD:
V zásadě platí, že pro kvalitní obraz s rozlišením okolo 400 horizontálních
řádků (tzn. kompresní poměr M-JPEG kolem 1 : 5, čím vyšší poměr, tím nižší
datový tok) zabere cca 9 minut záznamu 2 GB diskového prostoru. V případě toku
dat z DV zařízení (standardně 3,7 MB/s) je tento poměr téměř identický.
A nakonec jednu zásadní věc: zaznamenáte-li např. 5 minut videa na PC, musíte
mít identický prostor (tzn. dalších 5 minut, což je asi 1 GB ) na disku
počítače pro nahrání zpracovaných (sestříhaných) dat. Málokdo si uvědomuje, že
při nelineární editaci vytvoří sestříhaný pořad nový avi videosoubor o stejné
kapacitní náročnosti, jakou měly záběry určené ke střihu! Protože střihem
většinou původní záběry zkrátíte, není velikost potřebného prostoru přesně
totožná se součtovou kapacitou všech vstupních záběrů.
Kompresní formáty DCT, MPEG-1 a MPEG-2
Dříve,než se budeme podrobněji zabývat zpracováním obrazu a zvuku na PC, si
projdeme specifikaci kompresního standardu DCT (Discrete Cosine Transformation
diskrétní kosinová transformace) používaného u digitálních kamer a rekordérů,
dále pak standardu MPEG-1 a MPEG-2, neboť tyto formáty s problematikou
počítačového zpracování obrazu a zvuku úzce souvisejí.
DCT obvod zpracovává digitální informaci tak, že ji nejprve transformuje pomocí
algoritmu DCT a následně komprimuje systémem VLC (Variable Lengthle Coding),
což je komprimování s proměnnou délkou s kompresním poměrem 5 : 1 a je jakýmsi
mezistupněm mezi Motion-JPEG (M-JPEG) a MPEG kompresí. Každý snímek obsahuje
kompletní obrazové informace, a tudíž lze střihové funkce provádět bez potíží.
Zkratka MPEG obecně označuje Motion Picture Expert Group jako standard pro
digitální kompresi, ukládání a přenos pohyblivých obrázků. Je jasné, že jeden
standard nemůže vyhovovat celé šíři aplikací, a proto byl MPEG rozdělen do čtyř
subsystémů. Každý subsystém je optimalizován pro určité spektrum aplikací.
MPEG-1 je navržen pro multimediální aplikace a pracuje s nízkými datovými toky.
Dosažitelná kvalita MPEG-1 je srovnatelná s VHS.
MPEG-2 je určen pro profesionální využití v postprodukci a vysílání. Pro různé
aplikace existují různé profily a úrovně MPEG-2.
MPEG-3 byl definován pro HDTV aplikace. Časem s rozšířením MPEG-2 byla MPEG-3
specifikace zahrnuta do MPEG-2. MPEG-3 je nyní součástí MPEG-2 a neexistuje
jako samostatný standard.
MPEG-4 se používá pro různé aplikace vyžadující nízké datové toky. Je vhodný
např. pro telekomunikace. V MPEG-4 je nyní zahrnut i QuickTime formát.
Ve vývoji jsou samozřejmě další následné verze tohoto kompresního formátu, ale
jejich popis a využití není pro naši problematiku aktuální.
Rozdíl mezi M-JPEG a MPEG
V minulosti většina digitálních nelineárních systémů využívala Motion-JPEG
metody prokompresi digitálních videodat. JPEG technologie však byla původně
navržena pro statické snímky, proto M-JPEG komprimuje každý snímek zvlášť. Data
jednotlivých snímků jsou tedy dostupná odděleně bez potřeby dalších snímků.
Tato vlastnost umožňuje snadné zpracování a střih M-JPEG sekvencí. Různí
výrobci definují své vlastní varianty, které jsou většinou nekompatibilní s
jinými. Lze je však interpretovat pomocí softwarových kodeků na monitoru
jakéhokoliv výkonově odpovídajícího systému PC (nikoli však na obrazových
výstupech vzájemně neodpovídajících videokaret).
V MPEG je zřetelný posun ke standardizaci, která umožňuje přímo přenášet
zkomprimovaná data z jednoho systému (např. DVD přehrávače) na druhý. Největší
rozdíl oproti M-JPEG je ve způsobu analýzy a komprese signálu. V MPEG nejsou
zpracovávány jednotlivé snímky odděleně, nýbrž jsou komprimovány celé sekvence.
Zvuková složka záznamu je ve standardu MPEG-1 a 2 rovněž komprimována, zpětně
reprodukovaná dosahuje kvality zvukového CD, a není tedy kompresí degradována.
Výhody této technologie jsou ve výrazně efektivnější kompresi. Potřebujeme
mnohem menší množství dat, a tudíž i záznamového prostoru pro dosažení stejné
nebo dokonce lepší kvality videa (v případě MPEG-2) než u M-JPEG. Hlavní
nevýhodou komprimování obrazu podle normy MPEG je vyšší technická náročnost
následného střihu především v oblasti amatérského zpracování obrazu a zvuku.
Aniž bychom zacházeli do přílišných podrobností, je potřeba říci, že MPEG
formát pracuje s tzv. I, B a P snímky podle následujícího popisu:
I-snímky jsou indexové obrázky. Tyto jsou komprimovány podobným způsobem jako
jednotlivé snímky v M-JPEG. MPEG však navíc poskytuje dodatečnou možnost
komprimovat části vlastního snímku dle obsahu různou velikos-tí komprese. Tato
metoda snižuje množství dat o 10-15 % oproti M-JPEG při zachování stejné
vizuální kvality. V MPEG datové sekvenci obsahují I-snímky všechna data
potřebná pro dekompresi a zobrazení snímku. MPEG datový soubor obsahující pouze
I-snímky je možné editovat a upravovat.
B-snímky jsou obousměrně zkomprimované obrázky. Obsahují pouze data popisující
rozdíly mezi předchozím a následujícím snímkem. B-snímky obsahují mnohem méně
dat než
I-snímky. Pro dekomprimaci a zobrazení B-snímku potřebujete informace z
předchozího a následujícího snímku.
P-snímky jsou předpovězené obrázky odhadnuté na základě sekvence snímků ve
videu, dopočítávané a obsahující ještě méně informací než B-snímky.
K otázce kvality obrazu v datovém tvaru MPEG-1 a 2 lze říci, že MPEG-1 dosahuje
horizontálního rozlišení obrazu kolem 250 řádek, zatímco pokročilejší MPEG-2 má
rozlišovací schopnost přes 500 řádek s tím, že identický záznam v MPEG-2
logicky zabere mnohem více místa na disku.
MPEG-2: nový standard pro profesionální video
MPEG-2 obsahuje různé profily a úrovně kombinací různých parametrů, jako je
např. rozlišení znamenající počet řádek a pixelů, vzorkovací frekvence a počet
snímků za sekundu. Díky rozdělení do úrovní a profilů MPEG-2 pokrývá všechny
aplikace v broadcast sektoru a definuje nové
digitální standardy. MPEG-2 dává jednotlivým tvůrcům a výrobcům volnost v
kódování obrazu a zvuku za předpokladu, že výsledná data odpovídají standardu a
jsou reprodukovatelná na jakémkoli MPEG-2 systému. Při MPEG-2 kódováním se
každý výrobce snaží pomocí vlastních filtrů a algoritmů co nejefektivněji
zkomprimovat obraz při zachování maximální kvality. To znamená, že různé MPEG-2
systémy (hardwarové i softwarové) mohou vykazovat (a ony skutečně vykazují)
znatelné rozdíly v kvalitě obrazu.
Karty a zařízení pro NLE analogové
Nyní se poohlédneme po zařízeních umožňujících zpracování videa na PC. V úvodu
je třeba předeslat, že způsobů zpracování videa na PC je několik, i když
používání termínu "způsob" zde není přesné, neboť všechny digitalizační karty
převádějí analogové video na tok dat, který je ukládán na paměťové médium.
Protože by však objem dat z A/D převodníku byl i pro současná PC příliš velký,
pracují všechny digitalizační videokarty s kompresí tohoto signálu. Tato
komprese je obdobou komprese JPEG, ale protože se zde nejedná o jednotlivé
záběry, nýbrž o pohyblivé video, kde norma PAL používá 25 snímků za sekundu a
NTSC jich má 30, provádí se
tato komprese po jednotlivých snímcích. Tato metoda komprese se jmenuje M-JPEG
a jedná se o hardwarový kodek. Protože je třeba s tímto datovým souborem
pracovat jako s živým videem, jsou převedené datové soubory zpracovávány s
příponou AVI, a nikoli JPG, jak by se na první pohled zdálo logické. Rovněž tak
není tento způsob komprese identický s kompresním formátem MPEG (a proto ani
příponu MPG nelze použít) už z toho důvodu, že MPEG datový tok neobsahuje
kompletní informace o každém snímku a přesný střih takového materiálu by byl
následně problematický. Rovněž norma MPEG dává nižší rozlišení obrazu než
komprese signálu pomocí M-JPEG kodeku, kde lze kromě toho nastavit kvalitu
obrazu stupněm komprese jednotlivých snímků.
Pro vaši představu o velikosti datového toku lze říci, že chceme-li dosáhnout
kvality záznamu s rozlišením okolo 400 řádek (tedy norma Super VHS), musí být
kontinuální datový tok souboru AVI kolem 3,6 MB/s (kompresní poměr asi 1:5,5).
V tomto datovém toku je samozřejmě zahrnuta i audio složka se vzorkováním 44,1
KHz, 16 bitů stereo.
Trh s video-digitalizačními kartami je poměrně ustálen, co se
týče vybavení těchto karet. To
znamená použití kompozitních i komponentních vstupů a výstupů (viz rejstřík
pojmů), karta je vybavena vlastním zvukovým procesorem, lze ji použít jako
klasickou "zvukovku" (ovšem bez wave table syntézy a MIDI rozhraní). Jedním z
problémů je to, že různé videokarty různých výrobců používají vlastní M-JPEG
hardwarové kodeky, nejedná se tedy o standard, jako je tomu například u normy
MPEG-2. Proto nelze M-JPEG kodeky a tedy ani výsledné AVI datové videotoky (ať
již před střihem, nebo po úpravách a zpracování) používat univerzálně na všech
PC, byť by k tomu počítače měly rychlostní (rychlost přenosu dat na disku) a
kapacitní schopnosti. Existují však softwarové interpretery těchto kodeků
umožňující sledování AVI videosouboru na obrazovce počítače (viz dále).
AVI datové toky se musí buď převést na takový kodek, který
je univerzální součástí operačního systému Windows 95/98/NT
(např. Cinepak firmy Radius). Ten bohužel většinou snižuje kvalitu záznamu a
nelze jím AVI videopořad následně nahrát prostřednictvím výstupů z videa
videokarty zpět na videokazetu, nebo musí být každý počítač, na kterém je
potřeba videodatový tok
ve formátu M-JPEG zobrazit, vybaven odpovídající video digitalizační kartou,
která použitý
M-JPEG kodek podporuje.
Zdůrazňuji, že když se videosoubor jmenuje AVI, neznamená to, že jej lze
kdekoli a čímkoli přehrát. Existuje hned několik hardwarových i softwarových
kodeků pro živé video, každý má jiné parametry a vlastnosti! AVI prostě
znamená, že se jedná o živé video se zvukem a že tento videodatový tok byl
vytvořen v nějakém kodeku.
Pro přesnost a úplnost je ovšem třeba dodat, že již existují softwarové kodeky
(nebo přesněji řečeno přehrávače), po jejichž instalaci lze datový tok AVI
vytvořený M-JPEG hardwarovým kodekem přehrávat na počítači, který není aktuální
nebo žádnou videokartou vybaven. Tímto programem lze pochopitelně video
zobrazit pouze na obrazovce počítače a nelze jej exportovat na jakékoli externí
analogové záznamové zařízení.
Aby to nebylo tak jednoduché, každý kodek pracuje s určitým maximálním formátem
(velikostí) obrazu. Máme-li tedy například na vstupu videopořad na kazetě VHS,
který nahráváme pomocí videokarty na disk počítače, pracujeme s televizním PAL
formátem 768 x 576 (720 x 576) a 25 snímky/s. Chceme-li tento pořad převést na
univerzální kodek Cinepak, pak jej převádíme na formát třeba 120 x 80 bodů (lze
vybrat i jiný poměr, rozhodně to však nebude původních 768 x
x 576), a tedy snižujeme podstatně rozlišení obrazu.
Samozřejmě, že existují i digitalizační karty, které přímo převádějí externí
videosignál (například z VHS videa) na MPEG-1 nebo MPEG-2 datový tok, protože
obsahují hardwarový MPEG kodek
(podobně jako karty pro video obsahují hardwarový M-JPEG kodek, resp. čip).
Využití videokaret s MPEG-1 hardwarovým kodekem je ovšem limitováno jednak
poměrně nízkým rozlišením tohoto kompresního formátu (max.
250 horizontálních řádek) a rovněž problematickými střihovými úpravami záznamu.
Využití videokaret, které umějí pouze převod analogového videosignálu na datový
tok MPEG-1, je dosti omezené a v podstatě se používají pouze na některé
internetové aplikace a především na výrobu tzv. Video CD-ROM disků, proto nákup
videokarty na principu MPEG-1 nelze příliš doporučit. Je mnohem výhodnější mít
klasickou videokartu na principu M-JPEG a případnou potřebu dat ve formátu
MPEG-1 řešit softwarovou konverzí.
Cena videokaret převádějících obrazový signál na MPEG-2 datový tok je stále
dosti vysoká. Hardwarový MPEG-2 kodek lze využít pro televizní vysílání (ČT
vysílá v MPEG-2 normě) nebo pro přípravu DVD videodisků. Ještě několik slov k
hardwarovému a softwarovému kodeku. Asi většina z vás chápe, že specializovaný
čip na speciální desce nezatěžující CPU počítače je schopen provádět takové
digitalizační a kompresní procesy v reálném čase (na rozdíl od softwarových
postupů), které jinak univerzálnímu počítači dávají zabrat a o "real-time" se
nedá většinou vůbec hovořit.
Pro popis parametrů digitalizačních karet se budeme pohybovat spíše v kategorii
těch poněkud lepších a více vybavených, tedy těch, kterým se říká
semiprofesionální. Máte-li totiž s počítačovým zpracováním videa dlouhodobější
úmysly a svoje záběry pořizujete kvalitní videokamerou, pak doporučuji vybírat
právě v této kategorii spíše, než se nechat zlákat cenovou lácí karet
jednodušších, které se však spíše hodí pro záznam a zpracování
jednoduchých multimediálních aplikací.
Vlastnosti kvalitních karet pro analogový signál
PCI BUS MASTER sběrnice nyní je drtivá většina moderních a kvalitních karet v
provedení pro PCI BUS MASTER, pouze starší videokarty pracovaly se sběrnicí ISA.
Rozlišení karty pracují s plným PAL formátem 768 x 567, resp. 720 x 576.
Digitalizace měla by být prováděna s kvantováním 4:2:2 (YUV) při true-color
barevné škále.
Komprese reálná a teoretická značí, jaký nejkvalitnější obraz (tzn. co nejmenší
kompresní poměr) se dá zachytit, zpracovat a dále reprodukovat bez výpadků
obrazu a zvuku. Kompresní poměr mezi 4-6:1 odpovídá profesionální studiové
kvalitě Super-VHS formátu (kolem 400 horizontálních řádek).
HDD uvádí se typy a rychlosti disků, které splňují nároky na zařízení. Většinou
se doporučují disky typu SCSI-2 nebo lepší s otáčkami 7 200/min (dávají kratší
přístupovou dobu).
Zvuk všechny kvalitnější videokarty jsou vybaveny implementovanou vlastní
zvukovou kartou s hardwarovou synchronizací (A/D a D/A převodníkem čipem).
Přítomnost vlastní zvukové karty je podmínkou dokonalé synchronizace audia s
videem. Zvukový čip by měl pracovat až do vzorkovací frekvence 48 kHz při 16
bitech.
Vstupy/výstupy každá karta by měla být vybavena alespoň jedním komponentním
(Y/C) vstupem a výstupem. Některé karty jsou krom toho vybaveny ještě jedním
kompozitním výstupem pro videorekordér nebo monitor. Pro komponentní vstupy s
konektorem Mini DIN je většinou jako součást balení dodávána redukce Cinch/Mini
DIN pro vstup kompozitního signálu (tzn. po jednom kabelu). Tato kombinace
vstupních/výstupních konektorů a k nim připojitelných redukcí potom dává
možnost připojit na vstup i výstup jak kompozitní, tak i komponentní kameru
nebo záznamový přístroj. Poznámka ke komponentním a kompozitním vstupům: je-li
vaše kamera vybavena komponentním výstupem (označený jako S-video) s Mini DIN
konektorem, používejte k propojení kamery s videokartou vždy tento výstup!
Komponentní video vstup/výstup přenáší videosignál z téhož zdroje kvalitněji
než pomocí kompozitního výstupu.
Bundlovaný SW software přiložený ke kartě. Vždy je výhodné a nanejvýš nutné
obdržet s videokartou kvalitní střihový software (např. Adobe Premiere nebo
Ulead Media Studio Pro), neboť cena za nákup samotného střihového programu se
mnohdy blíží ceně za komplet videokarta plus editační software.
Podpůrné programy tyto programy většinou obcházejí 1ĘGB limit velikosti AVI
souboru pro jeho přehrávání v počítači. Krom toho jimi lze spustit a nastavit
zachytávání videa na harddisk počítače, provádět základní korekce obrazu a
další funkce.
Plně digitální práce s videem z digitálních videokamer
Úvodem několik řádek o spotřebních digitálních záznamových formátech. DV
vzniklo jako výsledek spolupráce firem Sony a Panasonic (Matsushita) a stalo se
respektovaným standardem pro spotřební a semiprofesionální účely. Jedná se o
digitální formu záznamu založeného na DCT (diskrétní kosinová transformace)
transformaci s datovým tokem 25 Mb/s. Profesionální varianty DVCAM (Sony) a
DVCPRO (Panasonic) jsou odvozeny od DV a rovněž pracují s 25 Mb/s, mají ale
jinak uložené stopy záznamu a vyšší transportní rychlost pásku a z toho
plynoucí lepší editační schopnosti, zatímco rozlišení zůstalo prakticky
identické. Šíře pásku je u všech těchto systémů 6,35 mm.
K těmto formátům přibyl v poslední době formát Digital 8 jako nástupce
populárního analogového systému Hi-8 určeného především pro amatérský záznam
obrazu. Systém Digital 8 je v zásadě identický s DV (data lze mezi oběma
systémy digitálně přehrávat pomocí DV rozhraní a kabelu, datový tok je rovněž
25 Mb/s), používá standardní Hi-8 kazetu, na níž jsou díky větší šířce pásku
poněkud odlišně zapisovány jednotlivé stopy, které však mají stejnou strukturu
jako u DV. Z tohoto důvodu pro další text platí, že jakákoli zmínka o DV
kamerách a jejich vlastnostech v sobě automaticky zahrnuje i systém Digital 8.
O třídu výš se vyskytují formáty DVCPRO50 (Panasonic) a Digital-S (JVC) s 50
Mb/s. DV bylo akceptováno díky dobrému poměru cena/kvalita, u systému Digital 8
je ovšem tento poměr ještě výhodnější. DV formát se svojí koncepcí, rozlišením
i pojetím hodně podobá kompresnímu standardu MPEG-2, ale bohužel s ním není
zcela shodný.
DV, FireWire, IEEE-1394, iLink trocha teorie
DV (a jeho odvozeniny) je digitální formát záznamu videa založený na DCT
(diskrétní kosinová transformace) transformaci (kompletní datový tok audio a
video je cca 3,7 Mb/s). FireWire 1394 je starý přenosový protokol firem Apple a
Hewlett-Packard využitelný pro jakékoliv datové přenosy (data, digitalizovaný
zvuk a video). Jeho koncepce je vhodná i pro přenos DV v jeho původní datové
formě. Po FireWire (IEEE-1394, Sony používá výraz iLink) lze přenášet
obousměrně video, zvuk i signály pro ovládání připojených digitálních zařízení
(kamera, rekordér). Výstupní subjektivní dobrá kvalita je dána faktem, že
veškerý datový tok obsahuje nosnou informaci. To lze zaručit pouze zachováním
původního digitálního zápisu bez konverze do analogové formy a zpětné
digitalizace. Proto máte-li digitální videokameru s IEEE-1394 výstupem (což je
dnes standardní výbava DV kamer), je z hlediska obrazové kvality záznamu mnohem
výhodnější použít ke zpracování a střihu záznamu videokartu vybavenou IEEE-1394
rozhraním.
Zde musím trochu předběhnout, protože je nutné uvést několik praktických
poznámek. Základním problémem DV kamer je zachování originální kvality záznamu
po následných střihových úpravách. Máte-li kromě DV kamery ještě digitální
videorekordér, je situace poměrně jednoduchá a sestříhaný pořad lze nahrát ve
stejné kvalitě zpět na DV kazetu. Máte-li pouze DV kameru, která navíc nemá
odblokovaný DV vstup, je využití a nahrání zpracovaného DV záznamu poněkud
problematické. Existuje několik různých přístupů k řešení tohoto problému.
V prvé řadě je možno přeprogramovat většinu digitálních kamer pro nahrávání na
DV rozhraní. Dále je možné používat videokartu na bázi M-JPEG komprese. Třetí
možností je (pakliže kameru nelze upravit pro funkci záznam) používat
videokartu s DVBK-1 modulem (specifikace viz dále). Čtvrtou možností je ušetřit
za nákup videokarty s DVBK-1 modulem, zakoupit videokartu se softwarovým DV
kodekem a za ušetřené peníze pořídit takovou kameru, která již
od výrobce (nebo po úpravách) umožňuje záznam pomocí DV rozhraní. Každopádně
nejlevnější digitální kamera stojí kolem 30 000 Kč (Digital 8) a karta se
softwarovým DV kodekem
kolem 18 000 Kč, zatímco videokarty s implementovaným DVBK-1 modulem stojí
okolo 80-90 000 Kč a kvalitní karty
s M-JPEG kompresí stojí něco mezi 10-20 tis. Kč. Existují samozřejmě i další
varianty řešení.
Karty pro softwarové zpracování DV na PC
Jednou z karet umožňujících bezeztrátové zpracování digitálních dat z DV
videokamery je například Adaptec HotConnect 8945 Kit, na jehož příkladu
vysvětlíme vybavení a funkce těchto karet, které nyní nabízí většina solidních
výrobců. Jedná se o balík obsahující řadič Adaptec AHA-8945, kombinující
rozhraní IEEE-1394 a Ultra Wide SCSI, ovladače pro SCSI řadič a software pro
práci s DV zařízeními. Karta nemá žádné audio nebo video vstupy (je tedy
vlastně pouze specializovaným řadičem něco jako řadič SCSI, nemá žádné A/D
převodníky, obrazové procesory, vyrovnávací obrazové paměti a další obvody
používané u videokaret na principu M-JPEG), a tudíž neumožňuje zpracování
analogového obrazu. Pro náhledové prohlížení videosouborů slouží grafická karta
počítače, monitor a zvuková karta ve slotu PC. Při potřebě zpracování
analogových zdrojů signálu je nutné mít v počítači instalovánu M-JPEG
videokartu, nebo vlastnit takové digitální zařízení, které umí zpracovávat a
digitalizovat analogový signál a prostřednictvím IEEE-1394 rozhraní jej přehrát
do PC (například DV rekordér Sony nebo Panasonic).
Instalační software tohoto kitu obsahuje softwarový kodek DV-Soft, který slouží
pro kompresi a dekompresi videa ve formátu DV a program DV Deck. Aplikace DV
Deck slouží pro vlastní ovládání připojených zařízení a přenos digitálních dat
(nahrávání a přehrávání videa) v DV formátu z pásku na pevný disk počítače a
zpět na DV pásku. Datový tok z DV zařízení se ukládá jako AVI soubor. Kromě
standardního ovládání DV zařízení má uživatel k dispozici i informaci o časovém
kódu zaznamenaném na pásku (rozhraní IEEE-1394 umožňuje přenášet po jediném
kabelu jak zvuková a obrazová data, tak i časový kód a povely pro ovládání).
Při nahrávání videa jsou digitální data přímo kopírována (bez dalších úprav
nebo komprese, tzn. bezeztrátově) na HDD počítače. Datový tok je u formátu DV
videa přibližně 3,7 MB/s, takže lze celkem bez problémů a s rezervou použít
disky s rozhraním SCSI-2. Video je ukládáno do souborů typu AVI se specifikací
příslušného softwarového kodeku DV-Soft v rozlišení 720 x 576 bodů pro PAL,
resp. 720 x 480 pro NTSC. Zvuk je zaznamenáván také v originálním DV formátu
odpovídajícím záznamovému módu kamery, tedy 32 kHz 12bit stereo nebo 48 kHz
16bit stereo.
Pro zpracování videosekvencí lze použít libovolný střihový software např. Ulead
Media Studio, Adobe Premiere a další. Preview videa je možné zvolit v nastavení
DV-Soft kodeku buď na monitor PC, nebo na DV výstup, případně na monitor PC i
DV výstup zároveň. Zpracované a sestříhané AVI soubory můžeme pomocí programu
DV Deck nahrát (nakopírovat) zpět na DV pásku. Jedná se opět o bezeztrátovou
kopii digitálních dat.
V zásadě platí: Softwarový střih DV je založen na kompresi a dekompresi DV
signálu pomocí softwarového kodeku. Tato zařízení tedy neumožňují práci v
reálném čase, implementaci analogových vstupů a výstupů (máte-li ovšem DV
rekordér, lze jej pro analogové zdroje samozřejmě použít) a preview (náhledové
zobrazení na videomonitoru). Preview na externím monitoru lze uskutečnit, máte-
li k DV rozhraní připojeno DV zařízení s DV vstupem (např. rekordér Sony nebo
Panasonic). Bohužel funkce současného dekódování obrazu pomocí DV-Soft kodeku a
přenosu dat na externí DV zařízení vede k velkým výpadkům v plynulosti
sledovaného obrazu. Softwarová řešení jsou velmi náročná na výpočetní výkon
vlastního PC preview náhled větší než cca 240 x 180 bodů již obvykle nevykazuje
plynulý obraz.
Videokarty s hardwarovým Sony DVBK-1 modulem
Další možností je použít kartu s IEEE-1394 rozhraním a implementovaným Sony
hardwarovým DVBK-1 modulem, který Sony používá i u všech svých digitálních
videokamer. Jednou z takových karet je DV Master firmy Fast nebo DVRex americké
firmy Canopus Corporation, které mají zmíněný modul implementován do svojí
struktury, a obraz lze proto sledovat na připojeném analogovém monitoru zcela
plynule bez jeho výpadku střih je tedy mnohem přesnější. Bohužel začleněním
DVBK-1 kodeku do vybavení karty vzroste složitost celé videokarty a její cena
se dostává na několikanásobek ceny karty s pouhým řadičem a rozhraním
IEEE-1394. Jako příklad koncepce a vybavení tohoto typu videokaret vybíráme
popis karty DV Master firmy Fast.
DV Master byla jednou z prvních digitalizačních karet, která měla v sobě
implementován DV čip DVBK-1 umožňující hardwarovou komprimaci a dekomprimaci DV
formátu v reálném čase. Díky této výsadě a YUV výstupu můžete kartu DV Master
použít i jako konverzní jednotku pro převod DV formátu na BETACAM SP, a to v
maximální možné kvalitě bez nutnosti záznamu na HDD. DV Master má také
zabudován interface FireWire (IEEE-1394). Zvuk jako nedílná součást videa je
obsažen buď v digitálním formátu 32 kHz (4 kanály) nebo 48 kHz (2 kanály) a
standardním analogovém formátu s možností digitalizace do WAV souboru v
16bitové stereo kvalitě s frekvencí 44,1 kHz. Karta umožňuje řízení
videorekordérů pomocí FireWire s přenosem Timecode.
To není zdaleka vše
Přestože se tento článek snažil poskytnout co možná nejvíce praktických
informací k danému problému, zůstává pochopitelně mnoho návazných oblastí,
které nebyly zmíněny. Doufám, že čtenáři dopomůže k orientaci v problematice
zpracování obrazu na PC a třeba i usnadní rozhodování o nákupu a poslání vašeho
videořetězce.
6 2096 / ijan
Rejstřík používaných pojmů
Výrazy a termíny jsou součástí obecné terminologie používané ve videotechnice a
digitálním zpracování obrazu a zvuku. Podobný, avšak stručnější rejstřík vyšel
již v Tématu týdne týkajícího se zpracování digitálního videa v loňském CW
30/98.
A/D převodník analogově-digitální převodník je elektronický obvod (čip), který
převádí analogový signál na digitální prostřednictvím vzorkování a digitalizace
takto získaných hodnot. Digitalizovat lze zvuk, obraz a další analogové
veličiny. Málokdo ví, že i plně digitální kamera s digitálním výstupem obsahuje
alespoň jeden A/D převodník, který převádí obraz z obrazového CCD čipu, který
je svojí podstatou spojitý (analogový), na digitální tvar.
Analog výraz, který se nejčastěji používá pro systémy pracující se spojitým,
plynule se měnícím signálem (např. analogové video, analogový zvuk a podobně.).
AVI zkratka Audio Video Interleaved, přípona souborů formátu Video for Windows.
AVI se používá jako základní datový tvar pro zpracování videa na počítači.
Existují ovšem různé hardwarové a softwarové kodeky, které se používají pro
převod analogového i digitálního videa do tvaru použitelného pro počítačové
zpracování. Jednotlivé AVI kodeky (především ty hardwarové) nejsou povětšinou
mezi sebou plně kompatibilní a záznam pořízený v jednom AVI kodeku nelze
jednoduše přehrávat v počítači, který není tímto kodekem vybaven.
BETACAM profesionální analogový systém vyvinutý firmou Sony, posléze
zdokonalený na BETACAM SP. BETACAM SP se používá v televizním zpravodajství ve
většině televizních společností.
BETACAM DIGITAL digitální nástupce analogového formátu BETACAM SP určený pro
profesionální televizní systémy, je částečně kompatibilní s analogovým BETACAM
SP. BETACAM SX, což je současné označení profesionálního digitálního
záznamového formátu, pracuje přímo v kompresním standardu MPEG-2 a je používán
například v ČT.
Broadcast oblast zařízení určených pro profesionální výrobu televizních
programů.
CCD čip Charged Coupled Device je prvek s vázaným nábojem. Jde o elektronický
prvek měnící dopadající světlo na elektrické veličiny odpovídající jeho
intenzitě. CCD čip se skládá z velkého množství polovodičových prvků (matice) a
toto použité množství těchto jednotlivých prvků vypovídá o kvalitě (rozlišení)
celého zařízení.
D/A převodník převádí proud digitálních dat na spojitou (analogovou) veličinu.
D/A převodník se používá např. k převedení proudu dat na obrazový nebo audio
analogový signál potřebný k jeho sledování na TV monitoru a záznamu na
analogové záznamové systémy (VHS rekordér a podobně).
D-VHS Digital VHS je digitální videosystém vyvinutý firmou JVC, který vychází
ze systému VHS a je s ním částečně kompatibilní. Systém není v Evropě rozšířený
a v současné době nelze zakoupit žádný přístroj určený pro normu PAL a evropský
region (firma Philips předvedla na výstavě IFA 97 prototyp svého D-VHS
rekordéru).
Digital 8 nový komerční digitální záznamový systém firmy Sony určený za
nástupce populárního analogového záznamového formátu Hi-8. Tento systém používá
klasických kazet formátu Video 8 a Hi-8 a je s ním částečně kompatibilní směrem
dolů (Digital 8 přístroje reprodukují záznam Video 8 a Hi-8). Parametry
digitálního rozkladu a zpracování obrazu a zvuku jsou totožné se systémem DV.
Data záznamu Digital 8 lze s výhodou zpracovávat na PC prostřednictvím
IEEE-1394 rozhraní.
Digital S jako digitální profesionální videosystém s datovým tokem 50 Mb/s je
částečně kompatibilní s amatérským systémem VHS a poloprofesionálním S-VHS.
Kvalitou ovšem není zcela srovnatelný s BETACAM SX. Systém používá kazet
rozměrově totožných s kazetami VHS ovšem plněných kvalitnějšími pásky.
DPI dots per inch bodů na palec. Údaj charakterizující rozlišení skenerů,
tiskáren a dalších zařízení pracujících s digitálním obrazem.
DV Digital Video. Jedná se o digitální videosystém podporovaný především
firmami Sony, Panasonic (Matsushita), dále pak JVC a Canon, určený pro amatéry
a poloprofesionály. Díky digitálnímu způsobu záznamu se dosahuje vynikajícího
horizontálního rozlišení přes 500 řádek s neomezenými možnostmi bezeztrátového
kopírování a počítačových úprav. Přestože se jedná o systém určený pro
amatérské a poloprofesionální využití, je kvalitativně srovnáván s analogovým
profesionálním formátem BETACAM SP a bývá často využíván i pro natáčení
televizních reportáží.
DVCAM odvozený systém digitálního záznamu firmy Sony, určený pro
poloprofesionální až profesionální použití. Tento systém vychází z formátu DV a
je s ním částečně kompatibilní. DVCAM používá o třetinu vyšší transportní
rychlost pásku a širší záznamovou stopu (15 mikrometrů oproti 10 mikrometrům).
DVCAM systém poskytuje totožné rozlišení jako systém DV a má i stejnou datovou
rychlost 25 Mb/s.
DVCPRO konkurenční profesionální digitální systém záznamu firmy Panasonic
určený především pro reportáže. Některé DVCPRO stolní rekordéry umějí číst DV a
DVCAM pásky.
DVD Digital Versatile Disc. Nástupce CD-ROM disku s podstatně vyšší hustotou
záznamu. DVD disk používá na jedné straně média 2 vrstvy záznamu, tzn. čtecí
laser se při čtení disku automaticky přeostřuje na dvě úrovně jednotlivých
pitů. Tím a ještě zmenšením velikosti jednotlivých pitů (tím pádem byl potřeba
čtecí laser s kratší vlnovou délkou) bylo docíleno podstatného zvětšení hustoty
záznamu, která se v případě oboustranného DVD disku dostala až na maximálních
17 GB dat.
FireWire přesněji IEEE-1394 nebo P-1394, (Sony používá označení iLink) je
rychlé rozhraní (interface) vyvinuté firmami Apple Macintosh a Hewlett-Packard.
Vyniká schopností přenosu velkého objemu dat (až 400 Mb/s), což pro datový
objem DV videa (25 Mb/s) a Digital-S videa (50 Mb/s) skýtá velkou rezervu.
Kromě datového toku lze pomocí tohoto rozhraní přenášet i informace pro
ovládání chodu rekordéru a spolupracujících zařízení.
Rozhraní FireWire nabízejí firmy specializující se na řadiče a PC rozhraní.
FireWire konektorem jsou v současné době vybavovány všechny digitální
videokamery systému DV, DVCAM a Digital 8 určené pro spotřební oblast.
Framegraber speciální karta (většinou na sběrnici PCI) umožňující převod
externího analogového signálu (např. z kamery nebo rekordéru) na digitální
datový tvar (viz A/D převodník) a posléze na HDD počítače. Kromě tohoto výrazu
se často používá výraz videokarta. Součástí karty bývá speciální čip
provádějící datovou kompresi (M-JPEG) tak, aby běžné počítače byly schopny
zpracovat ohromné datové nároky digitalizovaného záznamu.
Generace odborný termín vyjadřující o kolikátou kopii originálního záznamu
(Master) se jedná. U analogových záznamů klesá kvalita záznamu s každou
následující generací, u digitálního záznamu jsou jednotlivé generace kopií s
originálem kvalitativně totožné.
Hi-8 systém analogového komponentového záznamu (Y/C) firmy Sony pro amatérské a
poloprofesionální využití. Formát vychází ze systému Video 8 (ona 8 v názvu
znamená šířku pásku) a je s ním částečně kompatibilní. Tento systém se používá
převážně pro kamkordéry vzhledem k malým rozměrům kazety, nabídka stolních
rekordérů je velmi omezená. Poloprofesionální stroje tohoto formátu dosahují
horizontálního rozlišení přes 400 řádek.
Horizontální rozlišení obrazu tímto pojmem se rozumí počet bodů na jeden
televizní řádek, které je daný videozáznamový a reprodukční systém schopen
reprodukovat. Pozor, neplést s počtem obrazových řádků, kterých je pro systém
PAL stabilně 625!
Např. VHS záznam má maximální horizontální rozlišení kolem 250 bodů (řádků),
Hi-8 záznam 400 bodů (řádků) a DV pak přes 500 bodů na jeden obrazový řádek.
Chrominance součást signálu, která nese informaci o barvě.
JPEG (zkratka pracoviště, kde tento standard vznikl, tedy Joint Photographic
Experts Group) je technika ztrátové komprese (čím vyšší kompresní poměr, tím
objektivně horší vlastnosti obrazu) z oblasti digitální fotografie. Obrazy JPEG
(datový tvar jpg) jsou často právě díky úspoře datového objemu užívány i na
Internetu.
Kodek zkratka slov kodér/dekodér. Program (nebo naprogramovaný čip), který
umožňuje kompresi a dekompresi videa v počítači.
Komponentové video analogový způsob záznamu a přenosu videosignálu, kdy jsou
jasová (Y) a dvě barvonosné složky (Cr, Cb) přenášeny odděleně. U amatérských a
poloprofesionálních systémů (Hi-8, S-VHS, analogové výstupy digitálních kamer a
rekordérů) jde o systém Y/C, u něhož je v jednom kanále vedena jasová a ve
druhém kanálu barvonosná složka. Profesionální systémy oddělují signál ještě
důkladněji, většinou systémem samostatného přenosu jednotlivých barevných
(R-G-B) kanálů.
Kompozitní video přenáší nebo zpracovává celý videosignál jako celek jediným
kanálem (vodičem), který nese všechna data definující obraz (jasovou a
barvonosnou složku).
Komprese umožňuje zhuštění velkého datového objemu statického a především
pohyblivého obrazu na úroveň přijatelnou hardwarovým možnostem běžného
počítače. Vychází se přitom ze skutečnosti, že řada informací obsažených v
obraze je nadbytečných (například souvislá plocha o jedné barvě nemusí být
definována bod po bodu, ale souhrnně).
Luminance neboli česky jas podává informaci o hodnotě intenzity světla.
M-JPEG Motion-JPEG je metodou komprese pohyblivého videa. Vychází z logiky a
systému komprese JPEG s tím, že tuto kompresi provádí v reálném čase po
jednotlivých snímcích (25 snímků/s v normě PAL, 30 snímků/s v normě NTSC).
Master původní (originální) kamerový záznam.
MPEG Moving Pictures Experts Group je standardem komprese pohyblivého obrazu
vytvořeným podle ISO (International Standard Organisation) a IEEC
(International Electronic Comitee) norem.
NTSC National Television Society Comittee Výbor národní společnosti USA.
Zkratka této instituce se používá pro soustavu barevné televize především v USA
a Japonsku. Systém má 525 televizních řádků a 30 snímků za sekundu.
PAL systém barevné televize, který je používán i u nás. Systém má neměnný počet
625 televizních řádků, počet snímků za sekundu je 25.
S-VHS analogový videosystém nabízející díky oddělenému zápisu jasové a
barvonosné složky výrazně vyšší kvalitu než VHS, ze kterého je koncepčně
odvozen. Horizontální rozlišení je kolem 400 řádek a je srovnatelné se systémem
Hi-8.
S-Video separate video nebo též Y/C. Používá se k označení video vstupů nebo
výstupů, které umožňují přenášet jasovou a barvonosnou složku odděleně. Tento
video vstup/výstup nemají VHS a Video 8 rekordéry, naopak jsou jím vybaveny
S-VHS a Hi-8 rekordéry, DV kamery a rekordéry, DVD přehrávače, satelitní
přijímače s D2MAC dekodérem, dražší televizní přijímače a videokarty pro
zpracování videa.
VHS Video Home System nejrozšířenější analogový videosystém pro domácí
amatérské využití. Jedná se o komponentní video, horizontální rozlišovací
schopnost končí u 240 řádek.
Video 8 amatérský analogový systém určený především pro kamkordéry. Stolní
přehrávače jsou rozšířeny minimálně. Rozlišení je shodné s VHS včetně
komponentního zpracování obrazu.
Video for Windows datový formát digitálního videa pro práci v operačním systému
Windows (3.11 a 95/98/NT). Určitým omezením tohoto formátu je maximální
velikost souboru 1GB (při zpracování některými střihovými programy 2 GB) pro
přehrávání videa. Soubory větší než 1 GB (2 GB) nelze v současném stavu AVI
specifikace přehrávat. Tento problém je u některých videopřehrávačů (jiný
přehrávač než standardní Mplayer pod Windows 95 nebo 3.11) řešen různými
utilitami a podprogramy.
Vzorkování sampling postup používaný při digitalizaci analogového signálu.
Veličiny analogového signálu se odečítají ve velmi malých časových intervalech
za jednotku času (vzorkovací frekvence) a jsou převáděny na číselné údaje.









Komentáře
K tomuto článku není připojena žádná diskuze, nebo byla zakázána.