Представление видео. 
Принципы представления данных и команд в компьютере

Простейшей работой с видео является просмотр кинофильмов и видеоклипов, видеоигр. Более правомерно данным термином называть создание и редактирование такой информации с помощью компьютера.

Что представляет собой фильм с точки зрения информатики? Прежде всего, это сочетание звуковой и графической информации. Кроме того, для создания на экране эффекта движения используется технология быстрой смены статических картинок. Исследования показали, что если за одну секунду сменяется более 10−12 кадров, то человеческий глаз воспринимает изменения на них как непрерывные. В любительской киносъемке используется частота 16 кадров/сек., в профессиональной — 24.

Традиционный кадр на кинопленке «докомпьютерной» эпохи выглядел так, как показано на рис. 1. Основную его часть, разумеется, занимает видеоизображение, а справа сбоку отчетливо видны колебания на звуковой дорожке. Имеющаяся по обоим краям пленки перфорация служит для механической протяжки ленты в киноаппарате с помощью специального механизма.

Казалось бы, если проблемы кодирования статической графики и звука решены, то сохранить видеоизображение уже не составит труда. Но это только на первый взгляд, поскольку, как показывает разобранный выше пример, при использовании традиционных методов сохранения информации электронная версия фильма получится слишком большой. Достаточно очевидное усовершенствование состоит в том, чтобы первый кадр запомнить целиком, а в следующих сохранять лишь отличия от начального кадра (разностные кадры).

Существует множество различных форматов представления видеоданных. Например универсальный формат базирующийся на расширении AVI (Audio Video Interleave — чередование аудио и видео). Суть AVI файлов состоит в хранении структур произвольных мультимедийных данных, каждая из которых имеет простой вид, изображенный на рис. 2. Файл как таковой представляет собой единый блок, причем в него, как и в любой другой, могут быть вложены новые блоки. Заметим, что идентификатор блока определяет тип информации, которая хранится в блоке.

Внутри блока могут храниться абсолютно произвольные данные, в том числе, например, блоки, сжатые разными методами. Таким образом, все AVI-файлы только внешне выглядят одинаково, а внутри могут различаться очень существенно.

Еще более универсальным является мультимедийный формат Quick Time, первоначально возникший на компьютерах Apple. По сравнению с описанным выше, он позволяет хранить независимые фрагменты данных, причем даже не имеющие общей временной синхронизации, как этого требует AVI.

Существую так же системы сжатия видеоизображений, допускающие некоторые незаметные для глаза искажения изображения с целью повышения степени сжатия. Наиболее известным стандартом подобного класса служит MPEG (Motion Picture Expert Group), который разработан и постоянно развивается созданным в 1988 году Комитетом международной организации ISO/IEC (International Standards Organization/International Electrotechnical Commission) по стандартам высококачественного сжатия движущихся изображений. Методы, применяемые в MPEG, непросты для понимания и опираются на достаточно сложную математику. Прежде всего, обрабатываемый сигнал из RGB-представления с равноправными компонентами преобразуется в яркость и две «координаты» цветности. Цветовые компоненты менее важны для восприятия и их можно проредить вдвое. Кроме того, производится специальные математические преобразования, несколько загрубляющее изображение в мелких деталях. На субъективном восприятии изображение это практически не сказывается. Наконец, специальными методами ликвидируется сильная избыточность информации, связанная со слабыми отличиями между соседними кадрами. Полученные в результате всех описанных процедур данные дополнительно сжимаются общепринятыми методами, подобно тому, как это делается при архивации файлов.

А еще существет технология под названием DivX (Digital Video Express). Благодаря DivX удалось достигнуть степени сжатия, позволившей сжать 4,7 Гб DVD-фильма до 650 Мб. И хотя это достижение, к сожалению, чаще всего используется для пиратского копирования, сам по себе этот факт не умаляет достоинств этой технологии. Как и то, что самая первая версия сжатия DivX была сработана французскими хакерами из MPEG-4 — современные версии DivX уже не имеют к этому событию никакого отношения.