Обработка видео роликов с использованием бесплатных программ

Министерство  образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное  бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального  образования

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

Обработка видео  роликов с использованием бесплатных программ

 

 

 

 

Выполнила: студентка 151 гр. - Филиппова Н.С.

Руководитель: ст.преподаватель -

Процент оригинального текста составляет ____%

 

 

 

 

 

 

2013

 

Содержание:

 Приложение (в электронном варианте): видеоролик «Самые красивые места на планете Земля».

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

В настоящее время у большинства людей есть  видеокамеры, камеры на телефонах и планшетах, фотоаппараты и каждый может  не только просматривать отснятый материал, но и создавать собственные видео ролики, также возможно  оцифровывать содержимое  старых видеокассет, редактировать старые видеозаписи и даже создавать самостоятельно фильмы. Все это возможно сделать на  персональном компьютере, так как на сегодняшний день существуют различные программы для обработки видео.

Цель: формирование целостного представления о программах, предназначенных для обработки видео роликов.

Задачи:

1. изучить  основные характеристики цифрового видео;
2. познакомиться с основными этапами компьютерной обработки видео;
3. рассмотреть некоторые бесплатные программы;
4. создать видео ролик в бесплатной программе.

 

Глава 1. Технические характеристики видео. Этапы компьютерной обработки видео

1.1 Видео стандарты и их технические характеристики

Цифровое видео имеет  пять основных характеристик: экранное разрешение,  частота кадров, глубина цвета, битрейт (ширина видеопотока) и качество изображения.

Экранное разрешение (Resolution) – характеристика, обозначающая количество точек (пикселей) по горизонтали и вертикали, из которых состоит изображение (видеокадр) на экране. При записи сначала указывается горизонтальное разрешение (значение количества точек в строке), а затем вертикальное разрешение (число строк, участвующих в построении изображения). Для видеостандарта PAL размер кадра составляет 720x576 пикселей, для стандарта NTSC – 720x480, для видео высокой четкости (HD 720p) – 1280х720, а для нового стандарта HDTV (Full HD) – 1920x1080 точек. Чем выше экранное разрешение, тем лучше качество видео [10].

Частота кадров – величина указывающая, количество кадров сменяющихся за секунду. Стандартной скоростью воспроизведения видеосигнала считается величина равная 30 кадрам/c. Для кино этот показатель составляет 24 кадра/с [10]. 

Глубина цвета (цветовое разрешение) – характеристика, указывающая количество цветов, которые участвуют в формировании видеоизображения. Количество цветов в цифровом видео измеряется в битах. Так 1 бит может принимать два значения (0 или 1),  что позволяет закодировать только два цвета (обычно черный и белый). С помощью двух бит можно закодировать уже 4 цвета (2² = 4), с помощью трех бит – 8 цветов (2³), четырёх – 16 (2⁴) и так далее [10].

Существует несколько моделей цветового разрешения. В компьютерной технике применяется модель RGB (красный-зеленый-синий). RGB может быть представлена следующими наиболее распространенными режимами глубины цвета: 8 бит (256 цветов), 16 бит (65 536 цветов) и 24 бита (16 777 216 цветов). [10]

Битрейт (ширина видеопотока) – показывает, сколько бит видеоинформации обрабатывается за одну секунду времени. Или это скорость видеопотока, которая измеряется в мегабитах в секунду (Мбит/с). Чем она выше, тем лучше качество. Например, для стандарта DVD-видео ширина потока составляет около 5 Мбит/c, а для формата телевидения высокой четкости HDTV – уже 10 Мбит/с [10].

Качество изображения – характеристика оценивающая качество обработанного видео в сравнении с оригиналом, которая определяется совокупностью значений разрешения, глубины цвета и скорости видеопотока [10].

 

1.2 Компьютерная обработка видео

Компьютерная  обработка видео — процесс  редактирования файлов видео на компьютере, с помощью специальных программ — видео редакторов. Весь процесс компьютерной обработки видео включает в себя три последовательных и взаимосвязанных действия: захват видео, монтаж и финальное сжатие [11].

1.2.1 Захват видео

Для того чтобы  начать обработку видео необходимо получить копию видеозаписи в цифровом виде на жёстком диске компьютера. Операция записи видео сигнала в цифровом виде носит название «захват видео» (video capture). Видео сигнал необходимо привести к цифровому виду — оцифровать. Процесс захвата и оцифровки видео происходит одновременно, потому часто эти термины используются как синонимы.

Так как оцифровка и захват видео происходят со скоростью воспроизведения исходной видеозаписи, важно чтобы компьютер успевал вовремя обрабатывать полученные данные и записывать их. Существуют причины, по которым компьютер может не успевать обрабатывать данные: низкая скорость записи на жёсткий диск, невысокая мощность процессора при использовании программной компрессии (выбранный алгоритм сжатия не успевает сжать кадр за 40 мс), работают другие программы (напр. переключение файла, в который происходит захват), системных задач (напр. работа с файлом подкачки) или каких-либо программ пользователя. Поэтому необходимо перед захватом подготовить жёсткий диск к захвату видео, проверить достаточна ли мощность процессора для сжатия видео в выбранный формат при выбранных настройках (проведите тестовый захват фрагмента видеозаписи за несколько минут). Во время оцифровки видео необходимо воздержаться от работы с другими программами.

Если компьютер не успевает обрабатывать поступающий поток кадров, то часть кадров пропускается. Оцифровка видео и звука производится разными устройствами, потому пропуск кадров видео вызовет потерю синхронизации со звуковым сопровождением. 25 пропущенных кадров приведут к отставанию видеоряда относительно звукового сопровождения на 1 секунду, потому не рекомендуется сохранять записи с более чем 5–10 пропущенными кадрами: лучше провести захват заново. При помощи правильно настроенной системы можно захватывать многочасовые видеозаписи без единого пропущенного кадра.

Формат контейнера AVI подразумевает  постоянную частоту кадров по всей видеозаписи, то есть видеоряд и звуковое сопровождение синхронизируются единожды. Небольшое несовпадение реальной частоты  кадров со средней частотой на сколько-нибудь больших отрезках времени приведёт к потере синхронизации: несовпадение уже в 200 мс заметно. Иногда возникает необходимость оцифровать запись, в которой частота кадров постоянно меняется, например старая видео кассета. В результате захвата такой записи в AVI‑файл вы обязательно получите рассинхронизацию: звук будет то отставать от видео, то уходить вперёд. Единственно возможный вариант захвата таких записей: использовать при захвате формат контейнера MPEG‑1/2: звук и видео синхронизируются много раз в течение записи, и за это короткое время не успевает накопиться заметная разница между видео и звуком.

1.2.2 Видео монтаж

Полученная  в результате оцифровки и захвата видеозапись мало пригодна для хранения: разрешение завышено, в изображении присутствуют  шумы и искажения, слишком большой размер файла. Поэтому видеозапись требует обработки: уменьшение разрешения, устранение шумов.

Видеомонтаж  (фр. Montage) - процесс переработки или реструктурирования изначального видеоматериала, в результате чего получается иной целевой материал [5].

Основной задачей  видеомонтажа является состыковка отдельных  фрагментов видеоматериала, создание переходов между ними, добавление спецэффектов и поясняющих титров, а также удаление ненужных участков сюжета. Существуют три вида видеомонтажа: линейный, нелинейный и комбинированный.

Линейный монтаж подразумевает перезапись видеоматериала с двух или нескольких видеоисточников на видеозаписывающее устройство с вырезанием ненужных и «склейкой» нужных видеосцен и добавлением эффектов. Этот способ применяется с самого начала видеопроизводства и подразумевает использование, по крайней мере, двух устройств -камеры или видеомагнитофона с исходным материалом и рекордера — видеомагнитофона с чистой кассетой. Посредством различных манипуляций материал переписывается в нужной последовательности с плеера на рекордер, с ленты на ленту. Записываемый видеопоток может проходить через устройство наложения спецэффектов, переходов и титров, которое в реальном времени осуществляет необходимые преобразования. Основными недостатками этого вида видеомонтажа являются высокая трудоемкость, большое количество видеоаппаратуры и потеря качества в процессе перезаписи [5].

Нелинейный  монтаж осуществляется на базе компьютерных систем. При этом исходные видеоматериалы сначала заносятся в компьютер, а затем над ними производятся процедуры монтажа. Отличительным признаком нелинейного монтажа является мгновенный доступ к любому кадру отснятого материала. Данные хранятся в цифровой форме на жестком диске. Все спецэффекты реализуются из программы, которая обрабатывает файлы-источники и выдает на выходе готовое видео. Все это подразумевает наличие компьютера, что при линейном монтаже вовсе не обязательно.

Достоинствами нелинейного  видеомонтажа являются практическое отсутствие потерь качества при многократных перезаписях видеосюжетов, значительная экономия видеоаппаратуры. Недостатки — работа не в реальном времени (при использовании простейших карта захвата), большое время обработки видеоматериала, высокая трудоемкость, ограниченный объем заносимого в компьютер видеоматериала [5].

Комбинированный монтаж сочетает в себе достоинства линейного и нелинейного монтажа. При этом нелинейная видеомонтажная система выступает в роли видеоисточника. Недостаток — это более высокая цена [5].

1.2.3 Сжатие. Стандарты сжатия

Одна минута чистого несжатого оцифрованного  звука занимает на жестком диске  компьютера около 10 Мбайт, вследствие чего, в подавляющем большинстве, музыкальные файлы хранятся в  сжатом виде ради экономии места. А  для размещения 60-секундного ролика с частотой 30 кадров в  секунду, разрешением 720x576 пикселей и 16-битной глубиной цвета потребуется около полутора гигабайт свободного дискового пространства. И это без учета звуковой дорожки. Поэтому цифровое видео хранится на наших компьютерах исключительно в сжатом виде.

Существует несколько  десятков популярных форматов сжатия, которые используют разные алгоритмы  компрессии, и соответственно дают разные результаты.

DV (Digital Video) – один из самых первых алгоритмов сжатия для видеопотока. Формат DV обеспечивает невысокую степень сжатия данных (5:1) и характеризуется высоким битрейтом, за счет чего полученный видеофайл получается довольно большого размера. Так одна минута DV-видео занимает около 200 Мб (1 час – 12 Гб) на цифровых носителях информации [9].

Наиболее часто этот формат используется для сжатия при видеосъемке  с помощью бытовых цифровых камер  и профессиональных камкордеров. При  таком сжатии отснятые материалы получаются очень высокого качества, а сама процедура компрессии, которая происходит в реальном времени, не требует мощных технических компонентов.

Но  хранить видео на домашнем компьютере и тем более оптических дисках в DV-формате неудобно - слишком много занимает места. Поэтому специалистам пришлось задуматься о дополнительных алгоритмах сжатия, с помощью которых удалось бы сократить размер цифрового фильма еще в несколько раз.

MPEG (Moving Picture Experts Group) – целое семейство стандартов сжатия цифровой информации.

Первый стандарт видео и аудио компрессии MPEG-1 была разработана его спецификация Video CD (VCD), которая известна многим пользователям. VCD является форматом для хранения сжатого видео со звуком на обычных компакт дисках.

Использование для кодирования алгоритмов MPEG-1 позволяет получать видеопоток шириной до 1,5 Мбит в секунду с разрешением кадра 352x288 точек для PAL или 352x240 для NTSC, после чего на обычном CD может уместиться 74 минуты видео со звуком качества VHS (как у обычного видеомагнитофона).

В 1995 году появился стандарт MPEG-2, который впоследствии получил широкое распространение в цифровых видеодисках DVD, а так же при передаче сигнала кабельного и спутникового телевидения. Качество картинки здесь значительно выше, чем у предшественника: при 25 кадрах в секунду, разрешение составляет 720x576 точек для системы PAL, а для системы NTSC – 720х480 при 30 кадрах/с. При этом, средняя максимальная ширина потока равна 9,8 Мбит/с, что в 7 раз выше, чем у VCD. Еще одним преимуществом MPEG-2 является возможность сохранения пятиканальной аудиодорожки (Dolby Digital 5.1 и DTS) .

Максимальная  емкость двухслойного DVD диска (DVD-9) составляет 8,5 Гбайт, где можно записать до трех часов видео с полным качеством. 

Вместе с MPEG-2 начал разрабатываться новый стандарт MPEG-3, который предназначен для кодирования аудио и видеопотоков в телевидении высокой чёткости со скоростью передачи данных от 20 до 40 Мбит/с.  Но довольно скоро выяснилось, что для этих задач можно использовать несколько модифицированную версию стандарта MPEG-2, после чего все дальнейшие разработки MPEG-3 были прекращены и на сегодняшний день этот стандарт не используется.

В 1998 году появилось новое семейство форматов сжатия видео – MPEG-4. Разрабатывалось оно с целью улучшения качества картинки при низкой скорости потока. Прежний стандарт MPEG-2, рассчитанный на высокий битрейт, с этой задачей справиться не мог, так что алгоритмы сжатия пришлось серьезно модифицировать. Так же MPEG-2 не походит и для хранения видео высокой четкости (HD) с разрешениями от 1280x720 (720p) до 1920x1080 пикселей (1080i или 1080p), которое все больше и больше набирает популярность.

На сегодняшний  день MPEG-4 является основным стандартом сжатия мультимедиа контента, и хотя DVD списывать со счетов еще рано, практически все современные  фото и видеокамеры снимают в HD-качестве. Так что для сохранения видео с таких устройств на компьютер, в любом случае придется ориентироваться на кодеки семейства MPEG-4 [9].

Кодеки

Для сжатия видео могут использоваться различные стандарты. Но при этом, выбрав определенный алгоритм преобразования данных, можно сжать видео совершенно разными инструментами или программными средствами, что дает на выходе абсолютно различные результаты. Посмотрите, насколько разительно может отличаться качество и характеристики видео записанного на мобильный телефон, скачанного из сети видеоролика в HD-формате или фильма с Blu-Ray диска. У одного может картинка оставлять желать лучшего, у другого хромать звук, а третий, наоборот – эталон качества. А ведь все они закодированы с использованием одного стандарта - MPEG-4.