Компьютерная графика

Данное направление мультимедийных технологий предназначено для передачи пользователю визуальных изображений. Первые вычислительные машины не имели отдельных средств работы с графикой, однако уже использовались для получения и обработки изображений. Существенный прогресс компьютерная графика испытала с появлением возможности запоминать изображения и выводить их на компьютерном дисплее.

По способам построения изображений компьютерную графику можно разделить на двумерную и трехмерную графику.

Двумерная компьютерная графика (2D) классифицируется по типу представления графической информации, и следующими из него алгоритмами обработки изображений.

Известны следующие виды двумерной графики: растровая, векторная фрактальная.

Трехмерная компьютерная графика (3D) оперирует с объектами в трехмерном пространстве. Обычно результаты визуализации трехмерной графики представляют собой плоскую картинку, проекцию. В трехмерной графике все объекты обычно представляются как набор поверхностей или частиц. Минимальную поверхность называют полигоном. В качестве полигона чаще всего выбирают треугольники.

Содержание видов компьютерной графики рассмотрено на лекции 9/1.

Видео

Видео (от лат. video – «смотрю», «вижу») – под этим термином понимают широкий спектр технологий записи, обработки, передачи, хранения и воспроизведения визуального и аудиовизуального материала на мониторах.

Наиболее важные характеристики видеосигнала – это количество кадров в секунду, развертка, разрешение, соотношение сторон, цветовое разрешение, ширина видеопотока, качество. Рассмотрим эти характеристики по отдельности.

Количество кадров в секунду (частота) – это число неподвижных изображений, сменяющих друг друга при показе 1 секунды видеоматериала и создающих эффект движения на экране. Чем больше частота кадров, тем более плавным и естественным будет казаться движение. Минимальный показатель, при котором движение будет восприниматься однородным – примерно 10 кадров в секунду (это значение индивидуально для каждого человека). Компьютерные оцифрованные видеоматериалы хорошего качества, как правило, используют частоту 30 кадров в секунду.

Развертка видеоматериала может быть прогрессивной (построчной) или чересстрочной (интерлейсинг). При прогрессивной развертке все горизонтальные линии (строки) изображения отображаются одновременно, при чересстрочной – показываются попеременно четные и нечетные строки. Чересстрочная развертка была изобретена для показа изображения на кинескопах и используется сейчас для передачи видео по «узким» каналам, не позволяющим передавать изображение во всем качестве.

Любой видеосигнал характеризуется вертикальным и горизонтальным разрешением, измеряемым в пикселах. Обычное аналоговое телевизионное разрешение составляет 720×576 пикселей. Новый стандарт высокоотчетливого цифрового телевидения HDTV предполагает разрешения до 1920×1080 с прогрессивной разверткой.

Соотношение ширины и высоты кадра – важнейший параметр в любом видеоматериале. Старому стандарту, который предписывает соотношение сторон как 4:3, появившемуся еще в 1910 году, на смену приходит более соответствующий естественному полю зрения человека стандарт 16:9, на который сейчас ориентируется цифровое телевидение.

Количество цветов и цветовое разрешение видеосигнала описывается цветовыми моделями, рассмотренными ранее в лекции 9/1. В компьютерной технике применяется в основном RGB и HSV.

Ширина видеопотока или битрейт (от англ. bit rate – частота битов) – это количество обрабатываемых бит видеоинформации за секунду времени. Чем выше ширина видеопотока, тем в общем лучше качество видео. Например, для формата VideoCD битрейт составляет всего примерно 1 Мбит/с, для DVD –около 5 Мбит/с, а для формата HDTV –около 10 Мбит/с.

Качество видео измеряется с помощью формальных метрик, таких, как PSNR или SSIM, или с использованием субъективного сравнения с привлечением экспертов.

Процесс преобразования видеосигнала из внешнего источника в цифровой видеопоток при помощи персонального копмьютера и запись его в видеофайл с целью последующей его обработки, хранения или воспроизведения принято называть захват видео или оцифровка видео.

Внешним источником могут выступать видеокамеры, магнитофоны, DVD-проигрыватели, потоковое вещание в сети, ТВ-тюнеры, ресиверы цифрового телевидения и другие устройства.

В качестве приложений, которые позволяют захватывать видео и записывать его на жесткий диск, используют видеоредактор либо видеорекодер. Так как несжатое видео имеет большой поток данных (270 Мбит/с для SDTV или до 2,970 Гбит/с для HDTV), для его уменьшения применяют сжатие при помощи видеокодеков. Для разных целей настройки и параметры кодеков могут сильно отличаться: для передачи видеопотока в интернет может составлять несколько сотен кбит/с, для целей телевещанияили последующего монтажа достигать десятков Мбит/с.

В случае последующего видеомонтажа основной целью видеозахвата является передача видео с максимальным качеством, при этом предпочтительно использовать алгоритмы сжатия, в которых применияется внутрикадровое кодирование без межкадрового кодирования, что упрощает доступ к каждому отдельному кадру.