banner

Найти: на:
Сегодня:
Навигация
Гланая
DVD
Информация
Cтатьи
Ссылки
Blu-Ray/HD DVD
Blu-Ray
HD DVD
Противостояние
Soft
Копирование
Запись

copyright © 2006 fleebis
Технологии DVD
Изначально, видео записывалось и передавалось в качестве аналогового электрического сигнала. В то время как производство передатчиков и приемников аналогового видео стоит недорого, процесс передачи и хранения аналогового видео стоит очень дорого. Более того, самые современные компьютеры не могут обрабатывать аналоговые сигналы, а значит хранение аналоговой информации, ее редактирование и поиск являются проблемой.

Преобразование видео из аналогового вида в цифровой вид изменяет все. Хранение и распространение цифрового видео обходится существенно дешевле, чем аналогового. Более того, цифровое видео можно хранить на носителях с произвольным доступом, например на жестких дисках (магнитный носитель) или на оптических носителях (CD). После записи на носитель с произвольным доступом, видео становится интерактивным, что позволяет использовать его в играх, обучающих программах, каталогах и других приложениях. Видео фильмы так же становятся интерактивными, позволяя зрителю выбрать угол положения камеры, сюжетную линию и окончание картины. Использование цифрового видео позволяет существенно увеличить эффективность его передачи, что означает возможность передачи по имеющимся каналам спутникового и кабельного телевидения в 6-10 раз больше программ, чем раньше. Цифровое видео меняет представление о развлечениях, доступе к информации, способе работы - все. Одним из первых продуктов, основанных на использовании технологии цифрового видео, стал DVD. Laserdisc (LD) хранит аналоговое видео, а на DVD дисках хранится цифровое видео, так что это совершенно разные форматы. Данная статья полностью посвящена цифровому видео или просмотру фильмов с помощью DVD. Почему? Потому что, хотя на DVD могут храниться любые цифровые данные, первое, для чего стали использовать новый тип носителя, были именно фильмы. В качестве носителя для фильмов, DVD имеет массу преимуществ по сравнению с кассетами VHS и лазерными дисками (LD).

Первое преимущество - это компактность. DVD диск, по своим размерам, идентичен обычному CD диску. Даже при близком рассмотрении невозможно заметить разницу между ними.

Второе - это, конечно, качество изображения. Фильмы на DVD выглядят отлично: четко и чисто, с интенсивным цветом, который, при подключении декодера к телевизору с диагональю и в 29", не "отвалится", подобно сигналу, получаемому через антенну… Что имеется в виду? Например, просматривая футбольный матч на большом экране, обратите внимание на маленькую фигурку одного из футболистов. Вы увидите, что последний бежит отдельно, а майка и трусы либо спереди, либо сзади. Кроме этого, у DVD видео напрочь отсутствуют всевозможные шумы, неизбежно появляющиеся при записи на видеокассету или при телевизионной трансляции.

Третье - многоканальный цифровой звук потрясающего качества. Это отдельная тема. И мы обязательно затронем её позже.

И это ещё не всё. У DVD видео есть масса других плюсов, кроме видео и звука.

DVD является первым носителем цифрового видео, одновременно оптимизированного под форматы 4х3 и 16х9 на одном диске, а также с возможностью одновременного использования нескольких звуковых дорожек и титров с разными языками.

Когда в 1930 году было создано телевидение, изображение фильма было в основном квадратным: четыре элемента в ширину и три в высоту. Телеэкраны имели размеры, соответствующие этому отношению и зрители были ограничены, до недавнего времени, этим квадратичным 4:3 форматным соотношением. Однако на протяжении лет, формат фильмов расширялся. Сегодня, фильмы имеют форматное соотношение 16:9 или 20:9, ни одно из которых нормально не подходит под телеэкран с соотношением 4:3, причем неважно какого размера.

После съемки фильма, дистрибутор переводит его в формат видео, выбирая между тем, чтобы обрезать изображение по боковым сторонам или поместить его в формат "letter box" (уменьшить в размерах, пока не поместится на экране). Чаще всего используется именно обрезание картинки при переводе фильма в видео формат, именно это объясняет сообщение, появляющееся вначале большинства VHS фильмов: "This movie has been formatted to fit your TV" (этот фильм был преобразован для просмотра на телевизоре).

Вдобавок к частям фильма, которые вырезаются без ущерба общему содержанию, бывает так, что персонаж остается за кадром и диалог происходит с невидимым партнером. Либо происходит, как бы, "движение" камеры от одного персонажа к другому.

Преобразование фильма в формат letterbox не изменяет его по ширине, но сжимает его до тех пор, пока картинка не станет достаточно маленькой, чтобы выводится с полной шириной на экран телевизора. В результате появляются черные полосы сверху и снизу изображения. В общем, letterbox формат дает вам возможность смотреть фильм без потерь изображения, однако неэффективно используется вертикальное разрешение экрана.


[Lettrbox 1.85:1. Кадр из фильма Spawn. Обратите внимание на черные полоски сверху/снизу.]

В то же время DVD создавались для предоставления широкоэкранных фильмов на современных телевизорах с повышенной четкостью (HDTV), имеющих экраны с форматным соотношением 16:9. Разумеется, если вы не имеете широкоформатного экрана, то проигрыватели DVD могут обрезать видео до формата 4:3 или сжимать его до формата letterbox.

Возникает резонный вопрос: кто же придумал DVD?

Стандарт DVD это результат разработок консорциума из десяти компаний: Hitachi, JVC, Matsushita, Mitsubishi, Philips, Pioneer, Sony, Thomson, Time Warner и Toshiba. Первый обобщенный формат DVD был анонсирован в сентябре 1995 года. В мае 1997 года консорциум компаний-разработчиков стандарта DVD был переименован в DVD Forum. При этом Sony и Philips решили пойти своим путем, придумывая собственный стандарт.

Интерактивность

В виду того, что DVD является дисковым носителем, в отличие от пленки в VHS кассетах, механизма проигрывателя имеет возможность поиска и проигрывания любого места на диске. Также имеется возможность сделать паузу, проигрывание с медленной скоростью или наоборот ускоренное, причем все это с более чистым изображением по сравнению с видеомагнитофоном. Возможность произвольного доступа к любой части фильма обеспечивает очень интересные возможности, такие как различные варианты окончания картины, просмотр эпизода под разными углами камеры, просмотр биографий снявшихся актёров, музыкальных клипов к фильму или дополнительная дорожка на всём протяжении ленты с комментариями режиссёра, как это реализовано в фильме "Ace Ventura Pet Detective". И, наконец, интерактивные игры.

Благодаря интерактивности, родители могут защищать отдельные части фильма паролем, чтобы дети не могли посмотреть, например, сцены насилия.

DVD может стать первым поистине интернациональным стандартом для дистрибуции. Благодаря возможности иметь сразу несколько звуковых дорожек (каждая с многоканальным звуком), фильм может поставляться сразу на восьми языках.

Как же работают функции интерактивности?

Проигрыватели DVD поддерживают набор команд, обеспечивающих элементарную интерактивность. Главная функция - это разнообразные меню, которые имеются на всех DVD дисках и обеспечивают доступ к различным частям содержимого диска и доступ к функциям управления. Каждый элемент меню состоит из неподвижного или анимированного изображения: до 36 подсвечиваемых прямоугольных "кнопок" (только 12, если используется режим широкого экрана, letterbox или pan & scan).

Пульты управления имеют четыре кнопки-стрелки для выбора кнопок на экране, а также десять кнопок с цифрами от 0 до 9, кнопку окончательного выбора, кнопку вызова меню и кнопку возврата в предыдущее меню. Дополнительно имеющиеся функциональные кнопки могут обеспечивать "заморозку " изображения, по кадровое воспроизведение, замедленное или ускоренное воспроизведение, поиск, переход к следующему или предыдущему фрагментам, выбор языка субтитров, выбор угла показа камеры, выбор записанной программы, поиск фрагмента программы, поиск по времени и поиск по углу камеры. Любая из этих функций может быть отключена при создании диска.

Также доступен дополнительный набор функциональных команд, содержащий простые математические действия (добавить, вычесть, умножить, разделить, взять модуль, выбрать наугад), поразрядный, поразрядный или, поразрядный с исключающим или, а также сравнения (равно, больше чем, и т.д.) и запись в регистр, сдвиг и смена регистров. Имеется 24 системных регистра для хранения информации, такой как код языка, установка номера звуковой дорожки и субтитров, номер уровня родительского контроля. Существует 16 основных регистров, используемых для хранения команд. Также доступен таймер с обратным отсчетом. Команды могут быть ответвлениями или представлять собой переход к другим командам. С помощью команд можно также управлять установками проигрывателя, осуществлять переход к частям диска и управлять выводом звука, видео, субтитрами и титрами, углами показа камеры и т.д.

Содержимое DVD видео диска разбито на "программы" (фильмы или музыкальные альбомы), и на части программы, т.н. фрагменты (фрагмент фильма или отдельная песня). Программа состоит из "ячеек", связанных между собой одной или несколькими "цепочками программы" ("program chains", или просто PGC). PGC может быть определена как для последовательного воспроизведения, так и для воспроизведения в случайном порядке (с возможностью повторений) или воспроизведения в режиме shuffle (в случайном порядке, но без повторов).

Каждая ячейка может быть использована более чем одной PGC, именно так обеспечивается управление содержимым родителями и осуществляется плавное ветвление сюжета: разные PGC определяют различные варианты последовательного проигрывания одного и того же содержания.

Дополнительный материал для показа с разных углов камеры и плавного перехода между различными вариантами развития сюжета (ветвления) перемежаются между собой в маленьких кусках программы. Проигрыватель перескакивает от одного такого куска к другому, пропуская неиспользуемые кадры с других углов камеры или варианты развития сюжета, связывая части воедино в плавный показ видео программы. Так как варианты углов показа камеры хранятся раздельно, они не оказывают прямого влияния на величину потока данных, но зато оказывают влияние на длительность записанного материала. Использование всего одного дополнительного угла показа камеры в видео программе увеличивает требуемый объем пространства на диске примерно вдвое (при этом реальное время просмотра меньше вдвое).

Изображение и звук

Видео и звуковые стандарты, используемые для распространяемого сегодня видео, были созданы более 45 лет назад. Ирония в том, что современные телевизионные камеры и телевизоры могут обеспечить гораздо более четкое видеоизображение, чем позволяет применяемая технология вещания. Это верно и для звука: современные домашние аудиосистемы могут воспроизводить звук с качеством кинотеатра, в то время как аналоговый звуковой сигнал используемый в телевещании разработан в 1950 году.

Появление DVD стало полным разрывом с аналоговым прошлым. Когда в конце 1930 появилось телевидение, оно задумывалось как средство вещания, типа радио. В то время, вещание было единственной технологией распространения, так как запись видео на пленку было изобретено лишь в конце 1950. Для соответствия стандарта вещания возможностям камер и телевизионных трубок того времени, было решено выделить ширину полосы пропускания в 6 МГц для каждого ТВ канала. Телевизоры обеспечивали воспроизведение только черно-белого изображения и разрабатывались в расчете на то, что смотреть их будут с расстояния, эквивалентного пяти размерам диагонали экрана. Когда ТВ-трубки имели лишь фут по диагонали (около 30 см), вы могли вполне комфортно смотреть телевизор с противоположного конца небольшой комнаты.

В 1954 году, промышленный консорциум под названием National Television Standards Committee (NTSC - национальный комитет по телевизионным стандартам) добавил цвет в телевидение. С целью обеспечения совместимости с миллионами уже проданных черно-белых телевизоров, NTSC добавил информацию о цвете (chroma, C) к сигналу яркости (luma, Y), изменяемого в пределах от 0 (черный) до +1 (белый), за счет кодирования ее на уровне поднесущей частоты (или просто поднесущая цветовая).

Проблема в том, что очень сложно реализовать хорошо и недорого схему кодирования на уровне поднесущей частоты. Следствием применения дешевых NTSC кодировщиков является интерференция или смешивание chroma и luma информации, эта проблема называется cross chrominance interference (смешивание цветностей). Если посмотреть вблизи на экран большинства телевизоров, вы можете увидеть эту интерференцию: она выглядит как "змейка" по краям любого четко определенного объекта.

Другая проблема NTSC это ширина полосы пропускания сигнала. Когда телевидение появилось в 1930 году, полоса пропускания в 6 МГц была вполне достаточна. Однако технология камер и мониторов не стояла на месте, современные студийные камеры могут захватывать изображение с разрешением в 600 телевизионных линий с высокой точностью и глубоким интенсивным цветом, а современные мониторы могут воспроизводить такой сигнал. В то же время, разрешение NTSC ограничено, и имеет значение около 300 линий и строго ограниченную полосу пропускания для цветового сигнала (она ограничена половиной динамической области сигнала luma).

NTSC это американский стандарт. NTSC имеет формат изображения 4:3, 525 линий, частоту обновления 60 Hz и ширину полосы пропускания видео 4 MHz с общей шириной видео канала 6 MHz. NTSC использует формат кодирования сигнала YIQ.

Европейским видеостандартом является PAL (Phase Alternating Line). PAL имеет формат изображения 4:3, 625 линий, частоту обновления 50 Hz и ширину полосы пропускания видео 4 MHz с общей шириной видео канала 8 MHz. PAL использует формат кодирования сигнала YUV.

Еще одним европейским стандартом является SECAM (Sequentiel Coleur A Memoire), иногда еще называемый французским SECAM, так как именно во Франции его и придумали. SECAM имеет формат изображения 4:3, 625 линий, частоту обновления 50 Hz и ширину полосы пропускания видео 6 MHz с общей шириной видео канала 8 MHz.

Формат YIQ эквивалентен формату YUV при повороте на 33 градуса и при смене ориентации осей в UV плоскости. При этом компоненты UV обычно модулируются в Chroma компонет (C).

C = U*cos(t) + V*sin(t)

где t представляет поднесущую цветовую частоту ~3.58 MHz NTSC. Кодирование PAL аналогично, за исключением того, что компонент V меняет фазу на альтернативных линиях (+-1) и поднесущая частота соответствует значению около 4.43 MHz.

Цифровое видео избавляет от этих проблем за счет раздельного хранения информации о chroma и luma сигналах на каждой стадии передачи сигнала из объектива камеры в ваши глаза. Кроме того, цифровое видео снимает строгие ограничения по ширине полосы пропускания NTSC, позволяя зрителю получать изображения при полном разрешении, с которым произведена съемка камерой, с цветом, имеющим ту же динамическую область, что и информация о яркости.

Любой любитель фильмов подтвердит, что само по себе изображение лишь половина впечатлений, создаваемых фильмом: звук, вот что переводит просмотр фильма в кинотеатре в другую лигу. Сегодняшний стандарт звука для кинотеатров это шестиканальный цифровой. Существует центральный канал, используемый, предпочтительно для диалогов, основные правый и левый, два задних канала для создания виртуального объема или трёхмерности звучания и один сабвуфер, низкочастотные вибрации которого дают почувствовать взрыв или движение несущегося на вас с экрана поезда, буквально, всем телом.

В домашних условиях обычно используется звук стандарта Dolby ProLogic Surround Sound, матричная звуковая схема, с помощью которой четырехканальный звук кодируется для обычной стерео пары. Четыре канала разбиваются на центральный, передний левый, передний правый и тыловой (в то время как обычно для тылового канала используется два динамика). Стандарт Dolby ProLogic обеспечивает лучшее восприятие звука, чем обычное стерео звучание, но аудиофилы все равно недовольны создаваемым звучанием (нет ощущения, что звук исходит с расстояния) и тем, что звук распределяется неверно (например, перемещается, когда должен исходить из одной точки).

С приходом DVD все эти проблемы должны исчезнуть, благодаря применению звука, закодированному по стандартам Dolby Digital Surround Sound (AC-3) или MPEG-2 Sound. AC-3 обеспечивает шесть каналов, а MPEG-2 до восьми каналов звука, причем каждый канал полностью раздельный. Все эксперты сходятся во мнении, что звук AC-3 и MPEG-2 вполне сравним со звучанием кинотеатра.

Для обеспечения совместимости со старыми стереосистемами, DVD проигрыватели имеют встроенные кодировщики, для возможности трансляции AC-3 и MPEG-2 звука в Dolby ProLogic с целью воспроизведения на стандартной аппаратуре.

Как и любая бытовая техника, DVD это система, состоящая из мастеринг системы (mastering), физического носителя для распространения (сам по себе диск) и проигрывателя. DVD, как будет показано ниже, одна из самых сложных электронных систем, когда-либо созданных.

Является ли DVD-видео общемировым стандартом? Работает ли он с системами NTSC, PAL и SECAM?

DVD видео имеет ту же проблему с NTSC и PAL, как и видеокассеты и LD. DVD видео поддерживает две взаимно-несовместимые системы телевидения: 525/60 (NTSC) и 625/50 (PAL/SECAM), где первая цифра означает количество строк в кадре, а вторая частоту смены полей (один кадр состоит из двух полей). Диски, предназначенные для проигрывания видео на различных системах (NTSC и PAL/SECAM), имеют три отличия: размер изображения (720x480 против 720x576), частоту смены кадров (29.97 против 25) и формат записи surround звука (Dolby Digital против MPEG). Фильмы записываются с параметром смены кадров в секунду равным 24, но при воспроизведении должны быть переформатированы к одной из двух степеней смены кадров. Фильмы, воспроизводимые в системе PAL, обычно ускоряются на 4%, поэтому звуковое сопровождение должно быть заранее адаптировано соответствующим образом перед кодированием. Практикуется, когда на одной стороне DVD диска запись сделана в NTSC, а на другой в PAL. Некоторые издатели включают звуковые треки в формате Dolby Digital вместе с треками в формате MPEG на диски, рассчитанные под стандарт PAL. Большинство DVD проигрывателей поддерживают воспроизведение видео в обоих форматах.

DVD Mastering

После того, как фильм переведен с фотопленки на видеопленку, он должен быть специальным образом переформатирован, для распространения на DVD. Процесс мастеринга состоит из нескольких шагов, описанных ниже:

  • Сканирование видеопленки для идентификации изменений сцен, вставка кодов панорамирования и поиска, введение титров и маркировка особых последовательностей сцен, которые могут быть предметом родительского контроля.
  • Компрессия видео в формат MPEG-2 с использованием процесса, называемого variable bit rate encoding (кодирование с изменяемой степенью сжатия)
  • Компрессия звуковых дорожек в формат AC-3
  • Комбинирование сжатых видео и звуковых потоков в один поток данных, это процесс называемый мультиплексирование (multiplexing)
  • Имитация проигрывания диска в мастеринг системе, процесс называемый эмуляция
  • Запись на цифровую ленту "image" (образа) DVD диска
  • Создание стеклянного мастер-диска, который используется для печати распространяемых DVD




[DVD Mastering]

Все, за исключением последнего этапа, производится с использованием системы мастеринга, которая базируется на высокоскоростной рабочей станции. Однако, этот компьютер всего лишь управляющая система или контроллер для двух очень мощных систем обработки цифровых сигналов: одна для кодирования видео, а вторая звука.

В необработанном виде, цифровое видео очень объемисто, настолько, что полнометражный фильм займет 40 DVD дисков, каждый по 4.7 Гб. К счастью, цифровое видео обладает избыточностью, т.е. имеется много одинаковых или похожих элементов, которые можно идентифицировать и удалить. Этот процесс называется кодированием (encoding) и в результате его применения можно удалить более 97 процентов данных, необходимых для представления видеоизображения без какого-либо заметного ухудшения качества изображения. Для DVD используется стандарт цифрового кодирования MPEG-2.

Для обеспечения высокого качества изображения DVD при размещении фильма в пространстве размером 4.7 Гб одного слоя DVD, используется процесс кодирования с изменяемой степенью сжатия. Кодирование в формат MPEG-2 представляет собой процесс сжатия видео данных за счет удаления избыточной информации. При этом используются два основных алгоритма компрессии. Избыточность информации видеоданных подразделяется на два вида: пространственную и временную. Например, если машина двигается по шоссе, то шоссе является фоном, который одинаков на протяжении нескольких кадров. Соответственно, все минимальные элементы изображения (pel) которые не изменились в следующем кадре можно хранить в одном экземпляре, восстанавливая их в каждом следующем кадре на основе информации из предыдущего. Этот вид называется временной избыточностью и при компрессии информации об этих pel используется метод inter-frame coding (межкадрового кодирования). При этом внутри одного кадра или в пределах макроблока кадра (macroblock) могут существовать одинаковые pel, т.е. удалив часть из них, восстановить их можно на основе информации о соседних pel внутри этого кадра или макроблока. Этот вид избыточности называется пространственной, а метод их кодирования intra-frame coding (внутрикадровое кодирование). Кадр, закодированный только на основании имеющейся в нем информации, называется I Picture (Intra-coded picture).

Термин макроблок (Macroblock) обозначает набор pel данных; иногда этот термин обозначает закодированное представление значений pel и других элементов данных, определенных в заголовке макроблока. Макроблок совмещает в себе четыре блока 8х8, содержащие данные о яркости (luminance data) и два (для формата Chroma 4:2:0), четыре (для формата Chroma 4:2:2) или восемь (для формата Chroma 4:4:4) блоков 8х8, содержащие данные о цветности. Блоки 8х8 с данными о цветности получаются из секции 16х16, содержащей информацию о компонентах яркости изображения.

Декодер должен уметь преобразовывать YUV формат в RGB с учетом преобразования цветовых пространств и масштабировать конечное изображение по вертикали и горизонтали.

Цветовые пространства YPbPr, YcbCr и YUV представляют собой простую версию, с учетом масштабирования, формата (Y, B-Y, R-Y), которые переводят крайние значения разностных цветовых каналов к более удобным величинам. Разность берется между значением основного цвета и яркости. Например: сигнал (B-Y) достигает своих крайних значений при синем (R=0, G=0, B=1; Y=0.114; B-Y=+0.886) и желтом (R=1, G=1, B=0; Y=0.886; B-Y=-0.886) цветах. Аналогично, крайнее значение (R-Y), +-0.701, получается при красном и голубом (cyan). Эти значения неудобны для использования в аналоговых и цифровых системах.

Формат Chroma (Chroma format) определяет число блоков цветности (chrominance blocks) в макроблоке.

Компонент цветности (Chrominance) - это матрица, блок или один pel представляющий один или два разностных цветовых сигнала связанных с основными цветами и таким образом определяемых в потоке данных. Компонент цветности для различных цветовых сигналов обозначается символами Cr и Cb.

Компонент яркости (Luminance) - это матрица, блок или один pel отображающий монохромное представление сигнала связанного с основными цветами и таким образом определяемых в потоке данных. Для обозначения компонента яркости используется символ Y.

Для компрессии внутрикадровой избыточности применяется алгоритм преобразования Фурье (DCT, Discrete Cosine Transform). Понятно, что если сцена очень сложная, то эффективность алгоритма DCT может существенно снизиться. При декодировании внутрикадровой компрессии используется обратное преобразование Фурье (iDCT).

Заметим, что между соседними кадрами, как правило, не происходит резких изменений, поэтому межкадровое сжатие применяется весьма эффективно. Алгоритм для компрессии временной избыточности называется DPCM (Differential Pulse Code Modulation), т.е. схема кодирования с запоминанием параметров кодируемого источника. Достоинством этого метода является то, что ошибки при декодировании предсказуемы и мало влияют на восстановление исходного источника кодирования.

Кроме того, если объект движется, то в процессе кодирования используется алгоритм оценки движения (Motion Estimation), в процессе работы которого происходит оценка векторов движения (Motion Vectors). Для компенсации произошедших изменений между кадрами используется алгоритм Motion compensation (компенсация движения). Вектор движения представляет собой двумерный вектор, показывающий смещение координат восстанавливаемого pel в текущем кадре, по сравнению с координатами pel в предыдущем кадре.

Кадр, закодированный с применением метода компенсации движения, называется P-Picture (Predictive-coded picture, т.е. кодирование с предсказанием на основе предыдущих кадров).

Если же кодирование происходит с предсказанием на основе данных из предыдущих и/или следующих кадров, то закодированный кадр называется B-Picture (Bidirectionally predictive-coded picture)

При декодировании межкадрового сжатия тоже применяется метод компенсации движения (Motion Compensation), который использует векторы движения для увеличения эффективности предсказания значений pel. Для предсказания используются векторы движения, которые определяют смещение координат декодированного значения pel в текущем кадре относительно координат в предыдущем и следующем кадрах. Значение декодированного pel используется для формирования предсказания ошибочного сигнала.

Если изображение очень сложное - например, изображение лиственного дерева - оно не имеет такой же избыточности, как, например, безоблачное небо. На картинке ниже представлен график объема данных используемых для представления фильма на всем его продолжении. На графике хорошо видно, как при кодировании DVD используется больше данных для представления сложных сцен и меньше для простых, т.е. в процессе кодирования постоянно изменяется объем данных, необходимых для представления видео. Средний уровень используемых данных для видео на DVD примерно равен 3.7 миллионам бит в секунду.


[Variable Bit Rate Encoding]

Другие техники распространения цифрового видео, такие, как спутниковое телевидение, не могут варьировать уровень потока данных, с которым передается видео. Поэтому операторы спутникового телевидения вынуждены использовать больший уровень потока данных, для достижения такого же качества, как у DVD, обычно этот уровень соответствует примерно 6 миллионам бит в секунду (см. пунктирную линию на рисунке выше).

Кодирование - это сложная наука и искусство. Например, MPEG-2 кодировщик от компании C-Cube состоит из 14 специальных видео микропроцессоров работающих параллельно и выполняющих поиск и удаление избыточной информации в цифровом видео. Каждый процессор имеет 1.2 миллиона логических транзисторов и выполняет 2.5 миллиона арифметических операций в секунду: суммарная производительность равна 35 миллионам операций в секунду.

Кодирование является сложной наукой, но оно же является и искусством, которое определяет качество видео. Искусство заключается в написании алгоритмов кодирования. Алгоритмы представляют собой программы, занимающиеся поиском и удалением избыточной информации.

От того, как написаны алгоритмы, зависит конечный результат. Например, алгоритмы C-Cube с переменной степенью сжатия, используемые для мастеринга DVD дисков, производят несколько проходов по видео фильму, тщательно анализируя структуру видео фильма для определения в каком месте можно удалить избыточные данные без ущерба качеству изображения.

Проигрыватели

Конечно же, весь этот мастеринг и тиражирование дисков никому не нужны, если нет DVD проигрывателей или они стоят очень дорого. Эти плееры являются одними из самых сложных продуктов бытовой электроники. Плееры состоят из следующих основных компонентов:

  • Disc Reader Mechanism (Механизм чтения данных): состоит из мотора, вращающего диск и лазера, считывающего информацию с диска. Лазер использует красный свет (в отличие от бытовых CD проигрывателей, использующих инфракрасный лазер). Кроме красного лазера используется и голубой.
  • DVD-DSP (digital signal processor): интегральная микросхема, которая переводит лазерные импульсы обратно в электрическую форму, которая может использоваться другими частями декодера.
  • Digital Audio/Video Decoder (декодер цифрового видео и звука): эта сложная интегральная микросхема восстанавливает сжатые данные на диске, преобразуя их в видео студийного качества и в звук с качеством CD для вывода на монитор или телевизор и на стерео систему.
  • Microcontroller: это устройство управляет работой плеера, переводя команды введенные пользователем через пульт управления в команды декодера звука/видео и механизма чтения диска. Этот микроконтроллер так же отвечает за реализацию родительского контроля.




[DVD Player Architecture]

А вот и пример бытового плеера:

Декодер звука и видео содержит около 1 миллиона транзисторов и является одним из самых сложных компонентов DVD плеера. В случае использования компьютеров, функцию декодера может выполнять центральный процессор. Декодер выполняет три основные функции (проиллюстрированные выше):

  • Разделение и синхронизация звуковых и видео данных
  • Декодирование видео данных и форматирование их для вывода на монитор или телевизор
  • Декодирование звуковых данных и форматирование их для вывода на акустическую систему

Вдобавок ко всему, декодер звука и видео должен реализовывать функцию экранного меню (OSD), уметь кодировать шестиканальный звук в формат Dolby ProLogic и поддерживать старые форматы, такие как VideoCD 2.0, CD-Digital Audio и т.д.

DVD надо рассматривать как систему. Система мастеринга форматирует звук и видео и соединяет их вместе в один файл данных. Вдобавок, система мастеринга кодирует сегменты фильма для родительского контроля, управляет дорожками с разными языками, форматирует титры и субтитры, ставя их в соответствие определенной видеопоследовательности, а так же шифрует видео и звук в случае необходимости.

Для реализации стольких возможностей в одном устройстве, весь фильм хранится на диске, включая сцены, которые должны быть недоступны для просмотра детьми. Для реализации родительского контроля, плеер должен пропускать соответствующие "запретные" сцены. В то время как это звучит довольно просто, на практике пропуск сцен без паузы при проигрывании звука и видео очень сложная задача. Плеер должен иметь специальный буфер (временную память) достаточно емкий, для поддержки проигрывания звука и видео, в то время, когда механизм считывания позиционирует лазер для пропуска запретных сцен. Система мастеринга должна знать заранее, какого размера должен быть буфер и какое максимальное время потребуется для пропуска запретной сцены (включая время поиска следующего фрагмента).

Именно эта связь между системой мастеринга и плеером объясняет, почему DVD диск должен рассматриваться более широко, а именно, как система.

DVD на PC

Сегодня почти все персональные компьютеры имеют устройство CD-ROM. Когда CD-ROM впервые появился в 1986 году, его емкость в 680 Мб была во много раз больше емкости типичного жесткого диска, и не существовало программ, которые могли бы полностью заполнить CD. Теперь положение вещей изменилось. Современные PC имеют жесткие диски емкостью в десятки гигабайт, а многие игры с мультимедиа содержимым слишком большие, что бы поместиться на одном CD.

Сегодня наблюдается тенденция внедрения DVD в сектор PC. Имея установленный DVD-ROM в вашем компьютере, вам останется лишь добавить декодер и можно наслаждаться отличным видео и звуком.

Для нас тема DVD представляет интерес именно с точки зрения применения в PC. Понятно, что без устройства DVD-ROM нам не обойтись. Звуковая карта является стандартным компонентом домашних компьютеров. Остается решить вопрос о том, каким методом декодировать DVD. Алгоритмы декодирования могут выполняться специальным DSP процессором, который размещается на PCI карте. Этот метод называется аппаратным декодированием. С этой работой может справиться и процессор вашего компьютера, если он обладает достаточной мощностью. В принципе, достаточно иметь процессор класса Pentium II, который будет выполнять все расчеты для работы алгоритмов декодирования. Этот метод называется программным декодированием.

В настоящее время наблюдается тенденция к использованию в компьютерах именно программного декодирования. Мощности процессоров растут, в чипсеты видео акселераторов встраивается поддержка некоторых функций декодирования DVD, что снижает нагрузку на CPU. Современные звуковые карты позволяют воспроизводить многоканальный звук и его вариации. При этом одним из решающих факторов является общая стоимость программного декодирования, а она получается ниже, чем при аппаратном декодировании.

Тенденция такова, что DVD идет на смену VHS так же, как диски CD пришли на смену виниловым LP. Главным мотивом для потребителей при переходе от LP к CD было высокое качество звука и продолжительный срок службы нового носителя. DVD предлагает аналогичные улучшения в области качества видео и надежности носителя, и даже больше: возможность поддержки широкоэкранного режима, различные углы показа камеры, множество языков, титры и т.д.

Более того, производители фильмов поддерживают DVD в качестве формата для дистрибуции своей продукции. Применение DVD в персональных компьютерах удовлетворит потребности в новых емких носителях и качественном звуке и видео.

Игровые технологии DVD

Игры на DVD только начали появляться на рынке. Есть несколько вещей, которые необходимо знать перед покупкой DVD диска с игрой. Прежде всего, это четыре типа DVD игр:

  • CD Combinations (комбинация CD). Игры, занимающие несколько CD, такие, как, например Blade Runner, переносятся на DVD без внесения каких-либо изменений. Эти игры без проблем будут запускаться на той же системе, на которой они шли и с CD, но зато не надо будет переставлять диски. Вся игра помещается на одном DVD диске. Нет необходимости в декодировании MPEG, а, значит, достигнута полная совместимость с существующими системами.

  • MPEG Upgrades (модернизация MPEG): Игры типа Red Alert были перенесены на DVD с внесением улучшений в виде использования формата MPEG в некоторых сценах, в основном видеоролики. Для обратной совместимости на диске есть те же сцены в старом формате. Если у вас есть карта декодера, то при просмотре видеороликов вы заметите существенное улучшение качества изображения. Если декодера (причем такого, какой понимает игра) нет, то никакой разницы с CD вариантом игры вы не заметите. Однако благодаря обеспечению обратной совместимости, такой метод использования DVD может стать популярным.

  • Whole Cloth Games (Полностью переделанные игры): Некоторые игры, такие, как Wing Commander содержат значительную часть, записанную в формате MPEG-2. А такая игра, как Tex Murphy: Overseer, содержащая большое количество видео и звукового ряда, имеет вариант полностью закодированный в MPEG-2. Однако главная проблема с такими играми, это совместимость с конкретными декодерами.

  • Hybrid DVD Video/Games (комбинированные DVD видео игры): Такие игры, как 'Lost In Space' и 'Godzilla' поставляются на DVD дисках в комплекте с программным обеспечением для декодирования. Такой метод гарантирует полную совместимость, но при этом к компьютерной системе предъявляются довольно высокие требования. Впрочем, если у вас установлен процессор класса Pentium II, проблем, скорее всего, не будет.

Вторым важнейшим параметром является тип интерфейса, который используется игрой. До недавнего времени в области разработки программ для записи на DVD царил полный хаос. Благодаря усилиям Intel, Microsoft и SPA (Software Publishers' Association) на смену хаосу пришел некоторый порядок. Существует четыре типа приложений, и большинство приложений используют несколько версий для поддержки разных интерфейсов:

  • Custom MCI Titles (приложения с собственным интерфейсом MCI): Это обычные игры такие, как "Tex Murphy: Overseer", которые используют некоторые уникальные расширения к старому набору команд MCI (Multimedia Command Interface). Подобные игры обычно работают только с MPEG декодерами, с которыми они тестировались и не работают на большинстве остальных.

  • SPA MCI Titles (приложения с использованием SPA MCI): SPA (Ассоциация издателей программного обеспечения) совместно с Intel, определила набор MCI команд для использования в DVD играх. Несмотря на то, что этот набор команд устарел, его поддержка встроена на уровне совместимости в Microsoft DirectX Media 6.2. Игры, использующие SPA MCI, имеют приемлемую совместимость с современными аппаратными и программными декодерами, при этом старые аппаратные декодеры для MCI приложений не поддерживают набор команд SPA MCI.

  • Active Movie Titles (приложения с использованием Active Movie): Лишь несколько приложений были созданы с использованием интерфейса Active Movie от Microsoft, созданного в 1996 году. Так как Microsoft заменила Active Movie интерфейсом DirectShow и подтвердила наличие критичных ошибок реализации Active Moview в IE4, ни одно из этих приложений не имеет хорошей совместимости в настоящее время. К счастью таких приложений было очень мало, и почти все они не попали на розничный рынок.

  • DirectShow 5.X Titles (приложения с использованием DirectShow 5.X): Несколько приложений появившихся на рынке использовали DVD API от Microsoft, выпущенный в качестве составной части DirectX Media 5.2a. Эти приложения обладают приемлемой совместимостью, несмотря на то, что DirectShow 5.X имеет много ошибок и не поддерживается некоторыми аппаратными декодерами.

  • DirectShow 6.1 Titles (приложения с использованием DirectShow 6.1): Большинство новых приложений создаются с использованием этого API. Этот интерфейс содержит MCI уровень, поэтому многие старые приложения будут работоспособны без дополнительных модификаций. DirectShow 6.1 содержит много новых функций по управлению видео, поэтому игры, использующие этот интерфейс, будут иметь лучшее качество и совместимость, чем другие. Для большинства аппаратных декодеров поддержка DirectShow 6.1 реализуется через модернизацию драйверов. Большинство разработчиков игр выпускают патчи для обеспечения совместимости с новым интерфейсом.

Поэтому, если вы хотите купить DVD игру, заранее убедитесь, что вы сможете использовать ее с вашим оборудованием.

Про особенности программного и аппаратного декодирования мы поговорим в отдельном материале. Данная статья имеет своей целью дать общую информацию о DVD.

Главным сдерживающим фактором на пути массового распространения DVD является высокая стоимость проигрывателей и бытовых и DVD-ROM и высокая стоимость DVD дисков с фильмами. Причем понятно, что при массовом распространении цены существенно снизятся, за счет больших объемов. Но объемы могут резко возрасти только при снижении цен. Замкнутый круг. Варианта два: либо все будет развиваться постепенно, либо производители осуществят маркетинговое снижение цен, чтобы затем за счет объемов продаж восполнить затраты. Посмотрим, что будет дальше. Пока же есть основания надеется, что уже к концу этого года ситуация может измениться в лучшую сторону. По крайней мере, цена DVD-ROM должна опуститься до уровня высокоскоростных приводов CD-ROM.

Новости
  Яндекс.Новости
Тульские новости
  1. Карьера начинается в школе
  2. Откройте дверь переписчику
  3. 12 лет за махинации с землёй
  4. Секта против армии
  5. Большое собрание аграриев в Тульской области
WinCat
Каталог ссылок WinCat,духовой оркестр,Лучший каталог сайтов
Лучшие сайты Рунета, духовой оркестр поисковая система WinCat


Сеть ose.ru - открытие в новом окне

Яндекс цитирования
Rambler's Top100
Рейтинг@Mail.ru
| Главная | Информация | Ссылки |
Hosted by uCoz