Оцифровка видео с видеокассет
Сегодня на рынке бытовой и компьютерной технике бум цифровых технологий: цифровые фотоаппараты и видеокамеры, цифровые диктофоны… С появлением недорогих видеокамер выросло число любителей, желающих снять и самостоятельно смонтировать собственный фильм, записать его на какой-нибудь цифровой носитель (DVD, VCD) и показывать своим друзьям и близким.
Конечно, много и тех, кто когда-то приобрел аналоговую камеру и пока не обзавелся цифровой. Но и для них на сегодняшний день существует масса способов монтажа видео. Попробуем разобраться, что нужно для оцифровки видеокассет на компьютер и какие проблемы могут возникнуть при этом. Но сначала кратко (я бы даже сказала, "в конспективном стиле" и без словоблудия) ознакомлю с форматами носителей видео.
Форматы видеокассет, их отличия
Для начала напомню, что телевизионный кадр (PAL-стандарта) содержит 576 активных строк (есть еще 49 служебных), причем каждая строка содержит 720 независимых отсчетов, то есть телевизионный кадр выглядит как матрица 720х576 с максимальным разрешением в 700 линий. Итак, видеоформаты делятся на аналоговые и цифровые. Аналоговыми форматами являются VHS (240 строк), CVHS, SVHS (400-420 линий), C-SVHS, Video8 (240-250 линий), Hi8 (380-240 линий) и Betacam (до 650 строк - профессиональный телевизионный формат). К сожалению, аналоговые форматы, в отличие от цифровых, подвержены ухудшению качества видеозаписи при копировании.
Поэтому – плавно перейдем к цифровому видео.
DV (Digital Video) - бытовой стандарт, ширина ленты 6,35 мм (500 строк по горизонтали). Оцифровка при записи осуществляется с разрешением 720x576, характерно отсутствие потерь качества при прямой передаче сигнала на компьютер, наличие разъемов S-Video, RCA, DV вход/выход. Видео и звук в формате DV пишутся раздельно, что позволяет добавлять звуковое сопровождение после записи или редактирования видео, а также перезаписывать звук. Оцифровка звука возможна в двух вариантах: 2 канала по 16 бит/48 кГц (максимальное качество звука - уровень музыкальных CD) или 4 канала по 12 бит/32 кГц (оставляет два канала для наложения звукового и голосового сопровождения при редактировании).
Mini DV - бытовой цифровой стандарт. То же, что и DV, но носителем является мини-видеокассета. На сегодняшний день это самый удобный и распространенный формат любительских и полупрофессиональных видеокамер. Модельный ряд постоянно пополняется, что, естественно, приводит к удешевлению камер.
D8 (Digital8) - то же, что и DV, разница в ширине пленки (здесь 8 мм). Формат очень популярен из-за возможности записи на кассеты Hi8 и Video8, а при наличии в камере DV-выхода можно будет еще и оцифровать аналоговый видеоматериал.
MicroMV - новый цифровой формат, запись со сжатием в MPEG-2.
DVCpro и DV-CAM - профессиональный телевизионный стандарт.
Аналоговые форматы уже сдали свои позиции под натиском цифровых технологий. Удобство и простота оцифровки видеоматериала, отсутствие потерь качества записи плюс снижение цен на цифровые камеры - можно не сомневаться, что будущее за "цифрой". Для захвата видео с аналоговой камеры необходимо специальное устройство оцифровки видео. Такие платы сегодня вполне доступны по цене около $300 (например, AVer MV-300 и miroVideo Studio 10 plus, подробности в соответствующей статье номера). Для передачи видео на компьютер с цифровой камеры необходимо всего лишь чтобы камера была оснащена цифровым выходом (в стандарте IEEE1394), а компьютер - соответствующим входом, стоимость которого колеблется в районе $50.
Кстати, выбирая камеру, будь параноидально внимателен: многие старые и некоторые новые недорогие камеры mini DV не имеют цифрового выхода, а в европейских моделях есть только DV-выход, и в них невозможна передача данных по интерфейсу IEEE1394, так как для управления этим процессом необходим двусторонний обмен информацией.
Минимальные требования к системе
С форматами разобрались, камеру выбрали, выясним, какие требования предъявляются системе для захвата (или оцифровки) видео.
Оцифровка - это преобразование аналогового сигнала в цифровой вид с последующим его сохранением на цифровой носитель информации. Видеозапись (или видеоряд) выглядит как последовательность изображений, идущих с частотой 24 или 25 кадров в секунду, на которую, разумеется, накладывается звук. Нетрудно догадаться, что оцифрованный видеоряд будет иметь огромные размеры. Так, например, час видео в формате DV займет примерно 11 Гб. Каковы же минимальные требования к системе?
Во-первых, необходимо устройство видеозахвата, которое с достаточной скоростью и в нужном формате кодировки цветности сможет принимать видеопоток. С этой задачей могут справиться TV Tuner или видеокарта, снабженная видеовходом. Есть более дорогие и "продвинутые" устройства - карты захвата с аппаратным сжатием видео, то есть способные оцифровывать видео и на лету сжимать его, обычно в формат MPEG-2 или DV. Есть карты и подешевле - без аппаратного сжатия.
Во-вторых, потребуется достаточно быстрый жесткий диск большого объема (я работала с 120 Гб диском, но для домашнего пользования может хватить и 40-60 Гб). Перед началом оцифровки желательно дефрагментировать диск, иначе могут появиться выброшенные фреймы (dropped frames) из-за медлительности диска. Лучше чтобы он был отформатирован в NTFS (объясню позднее :)). Поскольку ОС во время захвата записывает какие-то свои данные, для захвата видео желательно заиметь отдельный от операционной системы жесткий диск (IDE, ATA или S-ATA), иначе поступающий видеопоток просто не будет успевать оцифровываться и опять-таки появятся выброшенные фреймы. Системный жесткий диск и диск под видео должны находиться на разных IDE-каналах, так как оба устройства активно используются при загоне, на одном канале они не смогут работать одновременно. Диск должен иметь поддержку Ultra DMA 100.
Минимально необходимым ЦПУ принято считать Pentium-III 1ГГц. Оперативной памяти потребуется не менее 256 Мб, так как почти половину этого объема съест операционная система, а любая нестабильность повлияет на качество захваченного видео. Несмотря на порядочное разнообразие Win-систем, выбор, по сути, невелик. Дело в том, что Windows 9х не поддерживает систему NTFS и размер видеофайлов в ней оказывается ограниченным двумя гигабайтами при файловой системе FAT16 и 4 Гб при FAT32, к тому же нестабильность этой системы при работе с видео ни для кого не секрет. Единственное преимущество этих осей - невысокие требования к оперативной памяти. У NTFS же вообще отсутствует лимит по размерам видеофайлов, поэтому наш выбор - Windows 2000/XP под NTFS, которые и позволят создавать AVI-файлы, ограниченные только размером жесткого диска.
И естественно, передача видеосигнала не обходится без кабеля. Для аналоговых форматов используются композитный (composite, или "тюльпан") и S-video кабель. Старайся выбирать S-video-подключение (оно более качественное). Звуковой сигнал передается по своим кабелям. За оцифровку звука отвечает звуковая карта компьютера. Большинство моделей цифровых камер форматов DV/Digital8 имеют интерфейс IEEE 1394 (FireWire), через который они подсоединяются напрямую к компьютеру. При покупке кабеля убедись, что покупаешь его с тем же видом разъема IEEE 1394, что и на компьютере. Звуковой сигнал вместе с видео будет передаваться в цифровом виде по одному соединению. Конечно, в камерах есть и аналоговые аудио- и видеовыходы, но тогда теряется весь смысл записи в цифровом формате: такое преобразование сигнала только ухудшит его качество.
А теперь подробнее об устройствах для передачи видео с цифровых камер на компьютер.
Первый вариант самый дешевый и подходящий для тех, кто собирает компьютер с нуля, - материнская плата с уже встроенным интерфейсом FireWire (например, ASUS - модель P3B-1394).
Второй вариант - PCI-карты, реализующие только интерфейс FireWire, например, ASUS PCI-1394 и Pinnacle Studio DV (простой и дешевый вариант для модернизации компьютера).
Третий, дорогой, но и более продуктивный - платы классом повыше (например, Pinnacle Studio DV PLUS), которые кроме DV in/out имеют дополнительные аналоговые выходы аудио и видео, позволяющие просматривать смонтированные материалы на телеэкране и записывать их в аналоговом виде на бытовой видеомагнитофон. И самое важное - они поддерживают кодирование в формате MPEG-2, что упрощает процесс создания собственных DVD-дисков.
Программы для захвата видео и редакторы видео
Итак, с теорией немного разобрались, самое время перейти к водным процедурам, а именно - к обзору программ.
Movie Maker
Эта программа является частью Windows XP и ME. Те, у кого компьютер работает под управлением других версий Windows, могут пропустить эту часть обзора и почитать о других программах. Это простая программа для ввода и редактирования видео, отснятого цифровой видеокамерой. Позволяет добавлять фотографии. Есть библиотека аудио-, видеоэффектов и переходов, умеет добавлять титры. А в последней версии программ доступна функция передачи сигнала с видеомагнитофона через цифровую видеокамеру на компьютер без кодирования в формат DV.
iuVCR
Простая, но мощная утилита для захвата видео, поддерживающая технологию Microsoft DirectShow. Требует установки драйверов WDM. Возможны оцифровка видео с максимальным разрешением 768х576, управление видеотюнером и настройками захвата (если ты используешь карту захвата с чипом Philips). Программа решает проблемы ограничения размера АVI-файла.
VirtualDub
Да, это тот самый "ненастоящий дуб" - самый распространенный среди любителей пакет редактирования видео, включающий в себя также режим захвата видео. Есть возможность добавлять фильтры. Есть встроенный MJPEG, MPEG-1 декодер. Поддерживается работа с большими файлами. Можно обрабатывать файлы в пакетном режиме. Эта программа полюбилась пользователями за простоту интерфейса и большие возможности. Неоспоримый плюс - бесплатность программы и ее постоянные обновления.
Sony Vegas
"Программа для профессиональной многодорожной записи, редактирования и монтажа видео- и аудиопотоков", - говорится в описании программы. Спорить не буду, только скажу, что Sony Vegas предоставляет действительно очень широкие возможности работы со звуком и имеет мощный видеоредактор. Незаменимый помощник для озвучивания и дублирования фильмов. По возможностям сравним с Adobe Premiere. Обработка эффектами без просчета видео - в реальном времени. А в пакет Sony Vegas+DVD Production Suite входят сам Vegas 5, Dolby Digital AC-3 Encoder для кодирования аудио и программа создания DVD-дисков Video Architect 2. Рекомендую тем, кто уделяет особое внимание звуку. Кроме того, программа поддерживает и такие "продвинутые" функции, как работа с двумя процессорами и двумя мониторами.
Ulead VideoStudio
Мощная программа для редактирования видеоизображений. Простой интерфейс. Поставляется вместе с картой Dazzle. Позволяет захватывать видеоматериал практически во всех форматах (в том числе и DVD) и использовать различные спецэффекты в ходе редактирования видео. В последней версии программы есть автоанализ видео, который найдет и удалит испорченные кадры, синхронизирует видео с длительностью аудиотрека. В ней появился и новый инструмент Music Generator, который создаст музыкальное оформление заданной длительности и позволит параллельно писать звук и применять аудиофильтры (например, нормализация, удаление шума, усиление и др.). Можно конвертировать видео, изображения и аудиозаписи в различные форматы. Без дополнительных программ можно записывать любой файл на CD или DVD.
Adobe Premiere
Это профессиональное приложение, предоставляющее огромные возможности захвата и редактирования видео. Не буду подробно описывать эту программу, поскольку в этом номере про нее итак достаточно, скажу только, что из всех перечисленных прог она мне наиболее близка. Конечно, я перечислила не все программы, которые существуют на сегодняшний день. Какую программу выбирать - дело твоего вкуса. Любая из описанных программ позволяет выполнять основные действия с видеофайлом. Главное - не стоит устанавливать на компьютер все программы сразу, иначе может оказаться так, что не заработает ни одна :).
Проблемы с AVI-файлами
Оцифровывая свой фильм, мы чаще всего получаем файл формата AVI необъятных размеров (для близира - 1 час с VHS-кассеты выльется в 26,6 Гб или больше). AVI расшифровывается как Audio-Video Interleaved - формат с перемежающимися блоками аудио- и видеоинформации. Этот формат относится к "чанковым", то есть вся информация упаковывается в заголовки - чанки (chunks), что позволяет записывать и несжатый, и компрессированный видеопоток. Один из недостатков формата AVI - невозможность стриминга (streaming), то есть широкого вещания в сетях. Однако главная проблема формата в ограничении на размеры файлов - ДО 2 Гб. Повторяю, что от этой беды можно спастись использованием операционных систем Windows NT4.0/2000/XP под NTFS. Также можно попробовать уложиться в это ограничение сжатием видеопотока во время захвата, но при этом будет нанесен ущерб качеству картинки. Этот способ хорош при оцифровке видео для размещения в интернете, просмотра на компьютере, VCD или DVD. Так как этот вариант не всегда приемлем, в большинство программ включили возможность сегментированного захвата: файл сохраняется при достижении определенного объема, сразу создается новый файл-сегмент и процесс повторяется. Есть еще одно решение проблемы - OpenDML. Это расширение к формату AVI, которое позволяет создавать AVI-файлы практически без ограничения размера (например, VirtualDub поддерживает OpenDML-стандарт). С помощью утилиты Avisynth также многие программы могут формировать открытые AVI-файлы практически любого размера.
Проблема десинхронизации звука и видео
Счастливые обладатели цифровых камер, наверное, могут пропустить этот раздел. Обязательно прочитать тем товарищам, которые занимаются захватом видео с аналогового носителя, потому что здесь опишу проблему десинхронизации звука и видео. Чаще всего эта неприятность происходит из-за их оцифровки с разных устройств. Первое, что могу порекомендовать для спасения - это проконтролировать процесс так, чтобы частоты кадров видеопотока и аудиопотока совпадали. Но что же делать, если звук все-таки расходится с видео? Есть два способа:
1. попробовать изменить частоту кадров видеоряда до совпадения с длительностью аудио (например, поменять с 25fps на 30fps; способ только для тех случаев, когда оцифрованное видео планируется смотреть только на компьютере);
2. поменять в звуковом редакторе длительность аудиодорожки до ее совпадения с видео (например, в SoundForg'e эту функцию выполняет Sony Time Stretch).
Как и когда "жмем"?
Однако "вернемся к нашим баранам", - как говорила моя учительница по русской словесности. Я, конечно, имею в виду огромные размеры исходного видео. Если ты собираешься монтировать свой фильм и применять эффекты, настоятельно рекомендую не применять никакого сжатия. Конечно, если планируется просто переписать свой любимый фильм с VHS на VCD или DVD, то без сжатия никак не обойтись. Есть два основных способа сокращения размера: уменьшение основных параметров видеозахвата и сжатие. Под основными параметрами понимают размер кадра, кодировку цвета и частоту кадров. В сжатии видео важно понятие "битрейт" - размер видеопотока в битах в соотношении к его длительности в секундах, измеряется в битах, килобитах или мегабитах в секунду.
Главной характеристикой большинства форматов цифрового видео является именно битрейт. Существует два типа битрейта: постоянный и переменный. В случае постоянного битрейта задается фиксированное значение, что позволяет легко вычислить конечную длину видеофайла после компрессии. Естественно, чем больше значение битрейта, тем качественней будет видео, но и размер файла подрастет. При одинаковом значении битрейта улучшить качество можно уменьшением разрешения кадра (например, 352x288).
При переменном битрейте кодек сам устанавливает его значение в зависимости от сцены фильма. Например, при кодировании в MPEG назначаются ключевые кадры (например, каждый 15-й), а остальные записываются как информация об их отличии от ключевого. Нетрудно догадаться, что в статичной сцене разница между кадрами невелика, поэтому кодек уменьшает величину битрейта. Соответственно, в сценах с активным движением разница в кадрах огромна, что приводит к повышению объема информации и к увеличению битрейта. При этом типе сжатия вычислить конечную длину файла практически невозможно. Напомню, что сжатие приводит к появлению артефактов, видимых нарушений качества видео: картинка начинает разбиваться на квадратики, появляется "мусор" рядом с контрастными границами и движущимися объектами, цвета смазываются. Правда, существуют специальные алгоритмы фильтрации типичных артефактов сжатого видео. Еще один важный момент: сжимая видео, не забывай о компрессии аудиопотока!
КАК "жать", мы разобрались, теперь выясним, КОГДА жать. Допустим, мы оцифровали фильм, смонтировали его, применили множество эффектов, наложили титры, может быть, даже озвучили его, но что теперь с ним делать? Можно сжать, чтобы не занимал много места в компьютере, и смотреть в каком-нибудь проигрывателе, но хочется показать свое произведение еще и друзьям. Значит, надо записать фильм на какой-либо носитель. Конечно, качество DVD-записи превосходит VCD, но стоимость DVD-дисков пока не идет в сравнение с обыкновенными "болванками" (сие весьма спорно, 19 руб. за болванку даже не на рынке - прим. Dr.). Конечно, что выбрать, - решать тебе, но помни, что для каждого цифрового носителя будет применяться свой видеокодек: MPEG-2 для DVD, MPEG-1 для VCD. А если в твоей голове зародилась идея отправить свой фильм друзьям через интернет или выложить его на свой сайт, придется сжать его кодеком MPEG-4 или подобными ему. Не буду подробно рассказывать о кодеках, кто-то уже рассказал о них в этом номере :).
Вот вкратце то, что важно знать при оцифровке видео. Конечно, это только малая часть вопроса, но основные проблемы мы решили. Удачи в освоении просторов цифрового видео!
WWW
www.svcd.ru/docs/programms и bestsoft2004.narod.ru/web/index.htm
Здесь можно скачать программы видеозахвата, их приложения и различные кодеки.
На сайте codecs.narod.ru/article/rew_codecs/codecs_compare.html можно прочитать о сравнении различных кодеков.
назад