Форматы движущихся изображений

В этой статье не указаны источники . Помогите улучшить эту статью , добавив ссылки на надежные источники . Материалы без ссылок на источники могут быть оспорены и удалены . Найти источники:  «Форматы движущихся изображений» – новости  · газеты  · книги  · ученые  · JSTOR ( март 2009 г. ) ( Узнайте, как и когда удалять это сообщение )

В этой статье рассматриваются вопросы захвата, передачи и представления движущихся изображений с современной технической и творческой точек зрения; особое внимание уделяется аспектам частоты кадров.

Основными параметрами любой последовательности движущихся изображений как визуального представления являются: наличие или отсутствие цвета , соотношение сторон , разрешение и скорость смены изображения.

Сегодня используются несколько стандартных частот смены изображений (или кадровых частот): 24  Гц , 25 Гц, 30 Гц, 50 Гц и 60 Гц. Технические детали, связанные с обратно совместимым добавлением цвета к сигналу NTSC , привели к появлению других вариантов: 24000/1001 Гц, 30000/1001 Гц и 60000/1001 Гц.

Скорость изменения изображения принципиально влияет на то, насколько «текучим» будет выглядеть на экране запечатленное им движение. Материалы с движущимися изображениями, на основании этого, иногда делятся на две группы: киноматериалы , где изображение сцены захватывается камерой 24 раза в секунду (24 Гц), и видеоматериалы , где изображение захватывается примерно 50 или 60 раз в секунду.

Материал примерно 50 и 60 Гц очень хорошо улавливает движение, и на экране выглядит очень плавно. В принципе, материал 24 Гц удовлетворительно передает движение; но, поскольку он обычно отображается как минимум в два раза быстрее скорости захвата в кино и на ЭЛТ-телевизорах (чтобы избежать мерцания), он не считается способным передавать «плавное» движение. Тем не менее, он по-прежнему используется для съемок фильмов из-за уникального художественного впечатления, возникающего именно из-за медленной скорости смены изображений.

Материал 25 Гц, для всех практических целей, выглядит и ощущается так же, как материал 24 Гц. Материал 30 Гц находится посередине, между материалами 24 и 50 Гц, с точки зрения «текучести» захватываемого им движения; но в телевизионных системах он обрабатывается аналогично материалу 24 Гц (т.е. отображается как минимум в два раза быстрее частоты захвата).

Процесс захвата фиксирует «естественную» частоту кадров последовательности изображений. Последовательность движущихся изображений может быть захвачена с частотой, отличной от частоты презентации, однако обычно это делается только ради художественного эффекта или для изучения быстрых или медленных процессов. Для того чтобы точно воспроизвести знакомые движения людей, животных или естественные процессы, а также точно воспроизвести сопровождающий звук, частота захвата должна быть равна или, по крайней мере, очень близка к частоте презентации.

Все современные системы захвата движущихся изображений используют либо механический, либо электронный затвор . Затвор позволяет интегрировать изображение для одного кадра за более короткий период времени, чем период смены изображения. Другая важная функция затвора в растровых системах — убедиться, что часть кадра, отсканированная первой (например, самая верхняя часть), содержит изображение сцены, интегрированное за точно такой же период времени, как и часть кадра, отсканированная последней.

Ранние телекамеры, такие как видеокамера с трубкой , не имели затвора. Неиспользование затвора в растровых системах может изменить форму движущихся объектов на экране. С другой стороны, видео с такой камеры выглядит шокирующе «живым» при отображении на дисплее ЭЛТ в его родном формате.

Аналоговые системы вещания — PAL / SECAM и NTSC — исторически были ограничены в наборе форматов движущихся изображений, которые они могли передавать и представлять. PAL/SECAM может передавать материал 25 Гц и 50 Гц, а NTSC может передавать только материал 30 Гц и 60 Гц (позже замененный на 30/1,001 и 60/1,001 Гц). Обе системы также были ограничены соотношением сторон 4:3 и фиксированным разрешением (ограниченным доступной полосой пропускания). В то время как более широкие соотношения сторон были относительно просто адаптировать к кадру 4:3 (например, с помощью letterboxing), преобразование частоты кадров не является простым и во многих случаях ухудшает «текучесть» движения или качество отдельных кадров (особенно когда либо источник, либо цель преобразования частоты кадров являются чересстрочными или в преобразовании частоты задействовано межкадровое смешивание).

Материал для местных рынков телевидения обычно захватывается на 25 Гц или 50 Гц. Многие вещатели имеют архивы фильмов с 24 кадрами/с (скорость пленки) контента, связанного со сбором новостей или телевизионным производством.

Прямые трансляции (новости, спорт, важные события) обычно захватываются с частотой 50 Гц. Использование 25 Гц (по сути, деинтерлейсинг) для прямых трансляций делает их похожими на взятые из архива, поэтому эту практику обычно избегают, если только в цепочке передачи нет процессора движения.

Обычно 24 Гц материал из фильма обычно ускоряется на 4%, когда он имеет происхождение из художественного фильма. Звук также немного повышается по высоте в результате 4% ускорения, но схемы коррекции высоты тона обычно используются.

• Старые технологии позволяют использовать альтернативный вариант, при котором каждый 12-й кадр пленки удерживается в трех видеополях вместо двух, что в основном решает проблему.
• Более современная технология воспроизведения фильмов позволяет интерполировать каждый 25-й кадр, что дает менее нежелательные результаты и устраняет необходимость изменения высоты тона.
• Каждый из этих методов передачи контента, ориентированного на кинопленку, имеет свои недостатки. Однако современные процессоры компенсации движения считаются наименее предосудительными на выходе.

С примерно 30 или 60 Гц материал, импортированный из 60 Гц систем, обычно адаптируется для представления на 50 Гц путем добавления дублирующих кадров или удаления лишних кадров, иногда также с использованием смешивания последовательных кадров. В настоящее время цифровой анализ движения, хотя и сложный и дорогой, может производить превосходно выглядящее преобразование (хотя и не абсолютно идеальное).

Из-за более высоких бюджетов на телепроизводство в США и предпочтения зрителей к внешнему виду пленки многие предварительно записанные телепередачи были фактически записаны на пленку с частотой 24 Гц.

Исходный материал, снятый на частоте 24 Гц, преобразуется примерно в 60 Гц с помощью техники, называемой 3:2 pulldown , которая включает в себя вставку переменного количества дублирующих кадров с дополнительным замедлением в 1,001 раз, если это необходимо. Иногда для сглаживания дрожания используется межкадровое смешивание.

Прямые трансляции захватываются примерно с частотой 60 Гц. За последние 15 лет частота 30 Гц также стала допустимой частотой захвата, когда требуется более «пленочный» вид, но используются обычные видеокамеры. Захват на видео с пленочной частотой 24 Гц является еще более недавней разработкой и в основном сопровождает производство HDTV. В отличие от захвата с частотой 30 Гц, 24 Гц нельзя имитировать при постобработке. Камера должна изначально иметь возможность захватывать с частотой 24 Гц во время записи. Поскольку материал с частотой ~30 Гц более «текуч», чем материал с частотой 24 Гц, выбор между частотой ~30 и ~60 не так очевиден, как между 25 Гц и 50 Гц. При печати видео с частотой 60 Гц на пленку всегда было необходимо преобразовывать его в 24 Гц с помощью обратного преобразования 3:2. Внешний вид готового продукта может напоминать вид кинопленки, однако он не такой гладкий (особенно если результат возвращается в видео), а плохо выполненный деинтерлейсинг приводит к тому, что изображение заметно трясется по вертикали и теряет детализацию.

Ссылки на «60 Гц» и «30 Гц» в этом контексте являются сокращениями и всегда относятся к частоте 59,94 Гц или 60 x 1000/1001. Только черно-белое видео и некоторые прототипы HDTV когда-либо работали на истинной частоте 60 000 Гц. Американский стандарт HDTV поддерживает как истинные 60 Гц, так и 59,94 Гц; последний почти всегда используется для лучшей совместимости с NTSC.

Материал 25 или 50 Гц, импортированный из систем 50 Гц, может быть адаптирован к 60 Гц аналогичным образом, путем удаления или добавления кадров и смешивания последовательных кадров. Наилучшее качество для материала 50 Гц обеспечивается цифровым анализом движения.

Цифровое видео свободно от многих ограничений аналоговых форматов передачи и механизмов представления (например, ЭЛТ- дисплея), поскольку оно разделяет поведение процесса захвата и процесса представления. В результате цифровое видео предоставляет средства для захвата, передачи и представления движущихся изображений в их исходном формате, как задумано режиссерами (см. статью о пуристах), независимо от различий в стандартах видео.

Устройства захвата кадров , использующие MPEG или другие форматы сжатия, способны кодировать последовательности движущихся изображений в их исходных соотношениях сторон , разрешении и частоте захвата кадров (24/1,001, 24, 25, 30/1,001, 30, 50, 60/1,001, 60 Гц). MPEG и другие форматы сжатого видео, использующие анализ движения , помогают смягчить несовместимость между различными видеоформатами, используемыми по всему миру.

На приемном конце цифровой дисплей может свободно независимо представлять последовательность изображений с кратностью своей частоты захвата, тем самым уменьшая видимое мерцание. Большинство современных дисплеев являются «мультисинхронными», что означает, что они могут обновлять изображение на дисплее с частотой, наиболее подходящей для представляемой последовательности изображений. Например, мультисинхронный дисплей может поддерживать диапазон частот вертикального обновления от 50 до 72 Гц или от 96 до 120 Гц, так что он может отображать все стандартные частоты захвата посредством целочисленного преобразования частоты.

Сегодня на рынке представлены два типа дисплеев: те, которые «мигают» изображением в течение короткой части периода обновления (ЭЛТ, кинопроектор), и те, которые отображают по сути статичное изображение между моментами его обновления (ЖК, DLP).

«Мигающие» дисплеи должны работать на частоте не менее 48 Гц, хотя сегодня частота существенно ниже 85 Гц считается неэргономичной.

Для этих дисплеев материал 24–30 Гц обычно отображается с частотой 2x, 3x или 4x от скорости захвата. Материал 50 и ~60 Гц обычно отображается с собственной частотой, где он обеспечивает очень точное движение без размытия. Его также можно отображать с частотой в два раза выше, хотя движущиеся объекты будут выглядеть размазанными или смещенными, если только промежуточные кадры не рассчитаны с использованием анализа движения и не просто дублированы.

«Непрерывный» дисплей может работать на любом целочисленном кратном скорости захвата — это не будет иметь значения для зрителя, и его нельзя будет визуально различить. Однако, в целом, «непрерывные» дисплеи показывают заметное размытие на быстро движущихся объектах в видеоматериале 50 и ~60 Гц (даже если их время отклика мгновенное). Однако есть два новых метода борьбы с размытием видеоматериала на ЖК-дисплее: его можно эффективно преобразовать в «мигающий» дисплей, соответствующим образом модулируя его подсветку; и/или его можно управлять на удвоенной скорости захвата, вычисляя промежуточные кадры с использованием анализа движения (см. ЖК-телевизор ).

Очевидно, что когда частота представления не является целым кратным частоты захвата, «текучесть» движения на экране будет страдать в разной степени (ужасно для видео-, неприятно для киноматериалов). Это обычно происходит с компьютерными DVD-плеерами и PAL PC TV, где пользователь не переключает частоту обновления либо по незнанию, либо из-за технических ограничений; которые иногда, по сути, являются искусственными, созданными производителями, рассчитывающими на невежество этого пользователя. Например, некоторые ЖК-панели ноутбуков не могут быть (легко) переключены на частоту обновления, отличную от 60 Гц, а некоторые ЖК-дисплеи с входом DVI отказываются принимать цифровой входной сигнал, если его вертикальная частота обновления не укладывается в диапазон от 58 до 62 Гц.

Большинство программных DVD-плееров не помогают переключать режимы отображения, и даже если переключение выполняется вручную, они с трудом синхронизируют обновление кадров с периодами вертикального обратного хода дисплея. (Имеется только мягкая синхронизация с использованием аппаратной двойной буферизации, чего недостаточно для сравнения с аппаратными плеерами по стабильности воспроизведения.)

Материал 60 Гц захватывает движение немного более «плавно», чем материал 50 Гц. Недостаток в том, что для передачи требуется примерно на 1/5 больше полосы пропускания, если все остальные параметры изображения (разрешение, соотношение сторон) равны. «Приблизительно», потому что методы межкадрового сжатия, такие как MPEG , немного более эффективны при более высокой частоте кадров, потому что последовательные кадры также становятся немного более похожими.

Однако существуют технические и политические препятствия для принятия единого всемирного видеоформата. Самая важная техническая проблема заключается в том, что довольно часто освещение сцены достигается с помощью ламп, которые мерцают с частотой, связанной с частотой местной сети . Например, ртутное освещение, используемое на стадионах (в два раза выше частоты сети). Съемка видео в таких условиях должна осуществляться с соответствующей частотой, иначе цвета на экране будут сильно мерцать. Даже лампа накаливания переменного тока может стать проблемой для камеры, если она недостаточно мощная или близка к концу срока службы.

Необходимость выбора единого универсального формата видео (ради глобального обмена материалами) в любом случае должна стать неактуальной в цифровую эпоху. Тогда режиссер видеопроизводства будет свободен в выборе наиболее подходящего формата для работы, а видеокамера станет глобальным инструментом (сейчас рынок очень фрагментирован).

• 3:2 pulldown , метод преобразования частоты кадров фильма в частоту телевизионных кадров с использованием чересстрочной развертки
• Деинтерлейсинг , преобразование чересстрочного видеосигнала в построчный
• Частота кадров
• Видео с чересстрочной разверткой
• Старейшая телевизионная станция
• Прогрессивная развертка , противоположная чересстрочной; изображение отображается построчно

• «Преобразование временной скорости» — очень подробное руководство о визуальной интерференции ТВ, видео и ПК (веб-архив / Wayback Machine), версия от 20 мая 2017 г.