Компьютерра - Журнал Компьютерра №756

В 1980-е в Европе была разработана система HD-MAC, основанная на том же цифро-аналоговом спутниковом стандарте МАС, но формирующая изображение из 1225 строк, однако появление чисто цифрового ТВ помешало этой системе распространиться хоть сколько-нибудь широко. В середине 1990-х организации ATSC (США, Канада, Корея и еще ряд стран), DVB (Европа, Новая Зеландия, Австралия, Тайвань) и ISDB (Япония) приняли ряд стандартов цифрового ТВ (всего около двух десятков), в том числе пять стандартов ТВЧ: 1125i, 1080i, 1035i, 720p и 1080p (число означает количество строк). На практике используются три варианта HDTV: 720p, 1080i и в последнее время, в связи с распространением носителей Blu-ray, становится актуальным 1080p. А что означают буквы i и p?

Термины, сокращения и аббревиатуры, относящиеся к видео и телевидению, столь многочисленны, что иногда можно встретить тексты на эту тему, почти сплошь из подобной абракадабры и состоящие. Далее расшифровывается только небольшая часть наиболее употребительных аббревиатур (еще некоторые объясняются в тексте статьи).

MPEG (Moving Picture Experts Group - экспертная группа по движущимся изображениям), название совместной рабочей группы международного комитета по стандартизации ISO и международной электротехнической комиссии IEC (официальное название группы - ISO/IEC JTC1 SC29 WG11). Этой же аббревиатурой стали называть разработанные группой стандарты сжатия видеоинформации. Всего их разработано шесть (от MPEG-1 до MPEG-4, а также MPEG-7 и MPEG-21), из которых на практике используются три: MPEG-1, MPEG-2 и MPEG-4 (MPEG-3 вошел составной частью в MPEG-2, а остальные существуют только в виде проектов).

MJPEG (Motion JPEG) - алгоритм для сжатия потока изображений в реальном времени. По сути представляет собой обычный JPEG, применяемый к каждому кадру в отдельности. Степень сжатия - в 5–10 раз. Например, сжатый таким способом формат SVHS даст поток примерно 4 Мбайт/с (30–40 Мбит/с). Наиболее эффективен для сжатия видео с небольшими значениями fps - 1–4 кадра/с.

AVI (Audio Video Interleave - чередование аудио и видео) - стандарт для представления озвученного видео, представленный Microsoft в 1992 году. Одна из реализаций RIFF-контейнеров (другой пример подобных контейнеров - звуковой формат WAV). Очень редко содержит несжатое видео, значительно чаще использует различные алгоритмы сжатия (от MJPEG до AVC).

SIF (Source Input Format - входной формат источника) - усеченный ТВ-формат, определенный в спецификациях MPEG-1, и существующий в двух вариантах: происходящий от NTSC 352х240, 30 fps, и от PAL 352х288, 25 fps, оба с прогрессивной разверткой. В компьютерном мире аналогом SIF стал QVGA 320х240. Не путать с CIF (Common Intermediate Format - общий промежуточный формат), 352х288, 30 fps, разработанным специально для видеоконференций по телефонным сетям ISDN, и определенным в стандарте ITU H.261.

VHS (Video Home System - домашняя система видео) - аналоговый формат записи видео на магнитную ленту, разработанный в 1976 году фирмой JVC. До 2003 года, когда впервые продажи DVD в США превысили продажи кассет VHS, считался самым популярным форматом домашнего видео. Имеет пониженное разрешение по горизонтали - 240 линий[Напомним, что телевизионная "линия" эквивалентна двумя рядам пикселов: собственно линии и промежутку до следующей, иначе линии будут сливаться.]. Усовершенствованный вариант - Super VHS, S-VHS, - имел увеличенное разрешение по горизонтали (до 420 линий, фактически - от 330 до 400), но не успел стать популярным, так как его вытеснили более совершенные цифровые форматы.

В 2001 году той же JVC был разработан формат Digital VHS (D-VHS), который был предназначен для записи видео на магнитную ленту. Этот формат так и не стал распространенным, а зря: на стандартную видеокассету можно было уместить 4 часа несжатого видео с разрешением 1080 линий! Однако пользователи предпочли более надежные и дешевые DVD.

VHS-C, S-VHS-C, Video 8, Hi-8 - стандарты аналоговой записи на мини-кассеты, разработанные специально для видеокамер. Последние два предназначены для записи на узкую (8 мм) ленту. Качество Video8 соответствует VHS, Hi-8 имеет увеличенное разрешение по горизонтали, соответствующее S-VHS.

Как мы помним, в аналоговом телевидении передача идет полукадрами с чересстрочной разверткой, что явилось следствием компромисса между необходимостью, с одной стороны, уменьшить полосу частот, с другой - обеспечить немерцающее изображение на экране кинескопа. Но компьютерные мониторы, даже традиционные на основе ЭЛТ, ничего про чересстрочность "не знают": в них используется прогрессивная развертка, когда все строки кадра выводятся за один раз (это не говоря уж о плоских, где понятие развертки вообще практически теряет смысл)[Большинство ЭЛТ-мониторов чересстрочный режим все же понимали, хотя различий в принципе развертки для разных режимов не было, просто для чересстрочного режима требовалось установить больший размер изображения по вертикали, чтобы полукадр занимал не половину экрана, а полный его размер, при этом сдвиг между полукадрами автоматически обеспечивался сигналами кадровой синхронизации. - С.Л.]. Буквы i и p в упомянутых стандартах ТВЧ и обозначают - первая чересстрочную развертку (interlacing), вторая - прогрессивную (progressive).

При приеме аналогового ТВ на цифровой монитор приходится как-то превращать чересстрочную развертку в прогрессивную - или, как говорят, производить деинтерлейсинг (deinterlacing). Лобовое решение заключается в объединении двух полукадров (полей) в один полный кадр, который и выводится на экран. Но такое простое решение на деле оказывается самым плохим и более-менее проходит лишь для небольших экранов (порядка 14 дюймов и менее). Дело в том, что при даже не слишком быстром движении объекта в поле зрения камеры соседние полукадры начинают отличаться друг от друга: начало первого полукадра от начала второго при 25 fps отстоит по времени на 40 мс; легко подсчитать, что при скорости объекта 1 м/c (спокойно идущий человек), он успевает за это время сдвинуться на 4 см. Поэтому простое объединение полей приводит к образованию так называемой гребенки на границах движущихся объектов, особенно заметной в динамичных сценах.

По этим причинам устройства преобразования чересстрочной развертки в прогрессивную (деинтерлейсеры) используют различные способы сглаживания: простейшим из них является усреднение между полукадрами (Motion Adaptive Deinterlacing), в более продвинутых системах используется способы синтеза изображений с предсказанием движения. Это особенно важно при демонстрации фильмов, где на все эти проблемы накладывается еще и необходимость как-то синхронизировать 24-герцовую частоту повторения кинокадров с 60-герцовой (или более высокой) частотой обновления экрана дисплея. Соответствующая "технология распознавания фильмов" в технических характеристиках телевизоров обозначается, как "режим 3/2 - 2/2 Motion Pull Down".