Видео на вашем компьютере: ТВ тюнеры, захват кадра, видеомонтаж, DVD

Видео на вашем компьютере: ТВ тюнеры, захват кадра, видеомонтаж, DVD
Оксана Александровна Буковецкая

Компьютерное видео многолико: это и просмотр телепередач, и цифровые видеофильмы, и системы безопасности. В предлагаемом издании освещаются почти все аспекты данной области современных технологий – от начальных этапов оцифровки до ретуши полученных кадров и от простейших плат захвата кадра до систем нелинейного монтажа. Цель книги – дать возможность любому, даже неискушенному пользователю самостоятельно выбрать, установить и настроить необходимые именно ему оборудование и программы. Большое внимание уделено устройствам для домашнего использования: ТВ тюнерам, в том числе внешним, а также простейшим системам цифровой видеозаписи. Особый раздел посвящен стремительно набирающему популярность формату DVD. Помимо описания конкретных устройств и ПО представлены теоретические данные, необходимые для предотвращения возможных проблем. Впервые в популярной форме рассмотрено применение компьютерного видео в системах безопасности и дан подробный обзор существующих на рынке систем. Книга предназначена для начинающих и опытных пользователей, ранее не сталкивавшихся с установкой и настройкой компьютерных видеосистем. Некоторые разделы могут быть полезны и профессионалам в качестве справочного материала.

Оксана Александровна Буковецкая

Видео на вашем компьютере: ТВ тюнеры, захват кадра, видеомонтаж, DVD

Введение

Устройства ввода в компьютер невербальной (не буквенно-цифровой) информации еще совсем недавно казались экзотикой, затем – весьма дорогостоящими излишествами, и только в последние годы стали будничной реальностью. Все последствия появления у ПК «глаз» и «ушей», наверное, невозможно вообразить. Вероятно, кто-то из вас, дорогие читатели, хотя бы раз испытал радость встречи на видеоконференции с друзьями и коллегами, которые уже давно там, куда доехать все никак не хватает времени или (и) денег. Другие, возможно, совсем недавно делали ко дню рождения шефа коллаж, «усаживая» его в роллс-ройс, найденный на одном из «митинских» компакт-дисков. Фрагменты «живого» видео в компьютерных играх уже никого не удивляют. С другой стороны, ввод видеоинформации является естественной частью многих проектов, которые сейчас кажутся почти фантастическими, но наверняка будут реализованы быстрее, чем мы это предполагаем. Это, например, «интеллектуальный дом», послушный почти что мановению руки своего хозяина, или недремлющий электронный сторож, умеющий отличать зашедшего в гости соседа от подозрительного незнакомца.

Конечно, данная книга ориентирована не на разработчиков новейших технологий. Она предназначена тем пользователям, для которых компьютер не просто удобная пишущая машинка. Случилось так, что их отношение к системам ввода звука и изображения принципиально различны: почти у каждого установлена звуковая карта, но записью звука занимаются в основном профессионалы. Устройства ввода изображения менее распространены, однако работа с изображениями является для компьютерного мира чем-то аналогичным политике и медицине в мире бытовом: каждый считает себя специалистом в этих областях. Конечно, ввод видеосигналов в компьютер или, другими словами, видеоввод – не единственный и на сегодняшний день даже не основной способ получения оцифрованных изображений. По распространенности этот метод безусловно уступает сканированию. Однако по вопросам сканирования и последующей обработки изображений в последнее время нетрудно найти весьма неплохую и одновременно понятную для начинающего литературу. Что же касается изданий, рассматривающих проблемы, возникающие при видеовводе, их практически нет. Легко найти информацию, относящуюся к видеомонтажу, но это лишь одно из многочисленных приложений видеоввода. В результате компьютерное видео стало одной из самых «мифологизированных» областей компьютерных технологий. Менеджерам фирм, поставляющим платы видеоввода, порой по несколько раз на дню на вопросы возможных покупателей приходится отвечать «к сожалению, это невозможно» или «такого устройства не существует». Несколько лет назад автору довелось участвовать в весьма запоминающемся «приключении», суть которого заключалась в подготовке фона для плаката формата А1 на основе кадров, полученных путем видеоввода. В конце концов, цель была достигнута, но затраченные силы, безусловно, заслуживали более достойного применения. Особую пикантность ситуации придавало то, что никаких препятствий (кроме крайнего авантюризма всех участников) для того, чтобы заснять необходимый материал на слайд, не было. Я думаю, что на подобные грабли (по просьбе клиента или по собственному… м-м… недомыслию) наступала не одна команда дизайнеров.

Одна из целей этой книги – дать ясное представление о том, что может и чего не может видеоввод, чтобы помочь избежать неоправданных затрат сил и времени.

Другая и, возможно, главная цель – помочь тем, у кого нет диплома инженера, но есть желание работать не вслепую, разобраться с процессами, происходящими при видеовводе. Естественным образом отсюда вытекает и следующая задача: показать причины возникающих проблем и способы их устранения или, по меньшей мере, как ликвидировать нежелательные последствия.

Наконец, еще одна важная цель: достаточно подробно рассказать о имеющихся на рынке устройствах для видеоввода, чтобы каждый мог выбрать то, что наиболее соответствует его задачам.

Сразу следует оговориться, что в этой книге рассматривались только устройства потребительского класса стоимостью до 1000 долларов. Профессиональная аппаратура иногда упоминается, но задача ее детального обзора не ставилась. Кроме того, «за бортом» осталось откровенно устаревшее оборудование, например платы на шине ISA. Не имелось в виду и составление полного каталога, поэтому некоторые однотипные, или, на взгляд автора, малоинтересные изделия не вошли в обзор. В отношении устройств, протестированных автором, приведены не только технические характеристики, но и даны впечатления пользователя. При описании части оборудования пришлось ограничиться информацией от производителей.

Автор заранее приносит извинения за ограниченность обзора, поскольку за время подготовки книги, скорее всего, появились новые интересные изделия и, возможно, программы.

Первая глава данной книги содержит общую характеристику систем видеоввода.

Вторая посвящена телевидению и аналоговому видео.

Третья – цифровому видео, то есть принципам оцифровки и хранения данных и наиболее распространенным форматам.

В четвертой главе приводятся описания компьютерных видеосистем основных типов: внутренних и внешних ТВ тюнеров и плат захвата кадра, устройств линейного и нелинейного монтажа, декодеров MPEG и видеомультиплексоров.

Пятая глава посвящена программному обеспечению для ввода кадров и их последовательностей, а также программным DVD– и MPEG-проигрывателям. Приемы работы по нелинейному монтажу не рассматривались, поскольку представляют собой весьма специфическую тему, достойную отдельной книги. Кроме того, этот материал рассмотрен в книге, посвященной Adobe Premiere, недавно вышедшей в издательстве «ДМК».

В шестой глава рассказывается об использовании компьютерного видео в системах безопасности и контроля

В седьмой главе представлены фирмы, производящие и поставляющие компьютерные видеосистемы и системы безопасности.

Наконец, в восьмой главе содержатся рекомендации по обработке и ретушированию изображений, полученных путем захвата кадров.

Автор приносит глубокую благодарность независимому специалисту Александру Федосееву за участие в тестировании, ведущему конструктору фирмы «Нейроинформатика» Дмитрию Суверину за ценные критические замечания по тексту книги, а также сотрудникам фирм Respect, «Мультимедиа клуб», IP Labs за предоставление оборудования для тестирования.

Глава I

Для чего необходим компьютерный видеоввод

• Каким бывает компьютерное видео

• Устройства внешние и внутренние – что выбрать

• Внутренние устройства

Компьютерный видеоввод – это модно. Однако перед тем как приступить к освоению компьютерного видео, стоит выяснить, решает ли оно именно ваши задачи. Для этого необходимо иметь представление о том, какие бывают устройства видеоввода и каковы их возможности.

Не вдаваясь в технические детали (им будут посвящены следующие две главы), мы кратко охарактеризуем основные типы систем компьютерного видео и их характеристики без упоминания торговых марок и особенностей конкретного оборудования, поэтому подготовленный читатель может эту главу пропустить.

Каким бывает компьютерное видео

Современные компьютерные видеоустройства могут использоваться для решения трех достаточно несхожих задач:

• захвата отдельного кадра. Для этого применяются платы захвата кадра (фрейм-грабберы) и цифровые фотоаппараты;

• вывода на экран телевизионных изображений. Эту задачу решают ТВ тюнеры различного исполнения;

• видеомонтажа. Этот процесс выполняется с помощью специальных плат или внешних устройств, а также цифровых видеокамер.

Какой набор оборудования следует предпочесть для решения тех или иных задач, мы разберем в этой главе чуть ниже.

Оцифровку и запись в том или ином формате отдельного изображения из видеоряда могут выполнять не только специально предназначенные для этого системы, но практически все устройства видеоввода, например платы линейного и нелинейного монтажа и ТВ тюнеры. Однако обратное утверждение неверно: не все платы захвата кадра являются одновременно ТВ тюнерами, и уж тем более нельзя при помощи простых устройств захвата кадров или ТВ тюнеров осуществлять качественный видеомонтаж. Иногда, впрочем, производители устройства утверждают, что это возможно, но в реальных условиях на обработку видеоролика продолжительностью меньше минуты порой может потребоваться три недели непрерывной работы.

Устройства захвата кадра и ТВ тюнеры на сегодняшний день достаточно дешевы. Наименьшую цену имеют платы, осуществляющие только захват кадра. Отпускная цена этих устройств у некоторых тайваньских фирм – менее 20 долларов. Качество их работы вполне удовлетворительное, поскольку во всех этих устройствах используется та же микросхема, что и в более дорогих платах. Если вас, дорогие читатели, интересуют именно такие устройства, поищите информацию о них в Internet, и наверняка не пройдет и получаса, как вы найдете что-нибудь интересное. Естественно, приведенная выше цена соответствует мелкому опту. Большинству российских фирм не очень выгодно торговать столь дешевым «железом», поэтому эти платы можно найти в основном в составе наборов оборудования (комплектов для Internet-конференций) вместе с малогабаритной ТВ камерой и микрофоном, причем в очень красивой, большой и дорогой коробке и по цене в 3–5 раз дороже. Но в любом случае устройство может обойтись вам в сумму менее 80 долларов.

ТВ тюнер будет стоить несколько дороже, но все равно его цена вряд ли перевалит за 100 долларов.

Цена устройств нелинейного монтажа может колебаться от (примерно) восьмисот до нескольких десятков тысяч долларов.

Захват кадра

Для захвата кадра используются как внутренние устройства – платы, называемые фрейм-грабберами, – так и цифровые фотоаппараты. Почти все существующие на сегодняшний день платы сходны по качеству получаемого изображения, поскольку используют одну и ту же микросхему производства компании Brooktree. Подробный обзор плат и их характеристик вы найдете в главе 4. Цифровые фотоаппараты, напротив, весьма значительно различаются и по качеству, и по цене.

В данной главе мы лишь кратко остановимся на общих особенностях работы систем захвата кадров.

Чтобы получить отдельное оцифрованное изображение, совсем не обязательно иметь дело с видео, ведь изображение может быть получено и более привычным способом (съемка на слайд или фотобумагу и последующее сканирование). Что же предпочесть? Ответ на этот вопрос во многом зависит от того, какой объект вы хотите «увековечить», а также от требуемого размера кадра.

Даже на самых «продвинутых» устройствах видеоввода (цифровых фотоаппаратах профессионального качества) на сегодняшний день невозможно получить кадр размером более 2–3 тысяч пикселов по горизонтали. То есть при типографской печати с разрешением 300 dpi (точек на дюйм) линейный размер картинки (3000/300) равняется 10 дюймам, или примерно 25 см. И это для самых дорогих аппаратов ценой в несколько тысяч долларов. Для наиболее распространенных на сегодняшний день и доступных по цене устройств размер картинки составляет 768x512 пикселов. Широко распространенное значение в 768 пикселов обусловлено существующими стандартами в обычном вещательном телевидении, которые подробно рассматриваются в следующей главе. Изображение, полученное подобным образом, имеет разрешение 72 dpi; следовательно, размер по горизонтали равняется 10,6 дюйма (768/72), а по вертикали – около 7 дюймов. Но для печати нужно более высокое разрешение. При печати с разрешением 300 dpi ширина кадра с таким числом точек окажется равной примерно 2,5 дюймам, или 6,4 см. Конечно, в любой растровой графической программе можно увеличить число точек картинки, однако при этом качество изображения непременно ухудшится, примерно так, как это происходит при сильном увеличении фотоснимка.

Недорогие современные сканеры обеспечивают возможность ввода листа размером А4 с разрешением 1200 dpi. Понятно, что итоговый размер картинки получается несопоставимо большим, чем при использовании любых устройств видеоввода. Эти принципиальные отличия связаны с тем, что сканер может вводить изображение сколь угодно долго. Чем медленнее изображение обрабатывается, тем больше мелких деталей можно получить. Отсюда вывод – хороший сканер всегда работает медленно. Время же для ввода кадра ограничено (1/30 или 1/25 секунды в обычном видео и до 1–2 секунд в системах видеоконтроля). Дело в том, что увеличение продолжительности съемки (как и увеличение выдержки у фотоаппарата) требует неподвижности объекта съемки или предполагает потерю части информации. Возможность получить изображение быстро движущегося объекта и является основным преимуществом систем видеоввода.

Существует еще одна возможность: захват кадра из изображения, принимаемого ТВ тюнером. Понятно, что в этом случае альтернативного способа получения цифровой копии не существует (если не рассматривать всерьез идею сделать фотоснимок с телеэкрана).

Нецелесообразно применение захвата кадра и в таких ситуациях, когда картинку предстоит значительно увеличить, например, до размеров настенного календаря или крупноформатного плаката. В таком случае разумнее сделать хороший (желательно широкоформатный) слайд и отсканировать его с высоким разрешением на барабанном сканере или современном планшетном лазерном аппарате профессионального класса. Конечно, если вы хотите в качестве центрального персонажа вашего изображения использовать, например, балерину во время танца или летящую пчелу, возможно, видеоввод окажется предпочтительнее (хотя существуют моторизованные фотокамеры со «скорострельностью» 6 кадров в секунду). Тогда желательно так составить композицию, чтобы она включала не одно большое изображение, а несколько фрагментов меньшего размера. Это позволит увеличивать каждый из них не более чем на 40–50 %.

И уж совсем не обойтись без захвата кадра в ситуациях, когда объект движется, и нам необходимо зафиксировать, обработать и продемонстрировать зрителю определенные фазы его перемещения (например, при медицинской видеосъемке пациентов с неврологическими заболеваниями или проблемами опорно-двигательного аппарата, в системах видеоконтроля, использующихся в охране, промышленном телевидении, различных испытательных лабораториях и центрах и т. п.)

Решив использовать устройства захвата кадра, не стоит упускать из виду еще одну сторону проблемы: эти устройства не устраняют недостатки используемой видеокамеры, более того, некоторые алгоритмы оцифровки могут их даже усиливать. Разумеется, последующая обработка картинок в программах типа PhotoShop поможет ликвидировать некоторые из этих дефектов, но, к сожалению, часть информации в этом случае будет безвозвратно утеряна.

Следует также иметь в виду, что даже идеально оцифрованное изображение придется обрабатывать (и отсканированное, и полученное из видео), если вы планируете использовать его для полиграфии. Так что работы хватит и без ретуши откровенно некачественных кадров.

Конечно, дефекты может иметь и слайд, предназначенный для сканирования. Но найти квалифицированного фотографа с хорошей техникой все же значительно дешевле, чем обзаводиться видеокамерой профессионального класса. Если вы все же решились на видеосъемку, постарайтесь, даже при наличии более-менее дешевого устройства ввода, найти хорошую камеру и правильно установить свет (для правильной настройки камеры желательно попросить сделать первые кадры специалиста), иначе все ваши усилия могут оказаться напрасными.