Компьютерра, 2008 № 39 (755) - [33]
Известно, что к потерям цветовой информации человек гораздо менее чувствителен, чем к потерям яркостной, и первую можно частично удалить. Можно выбросить цвет, например, для каждой второй строки и каждой второй точки по горизонтали (такой способ кодирования еще обозначают как 4:2:2), получив в результате около 1,5 байт на пиксел вместо стандартных трех. Но принципиально, как видим, само по себе такое двукратное снижение потока данных проблемы не решает - оно лишь используется в совокупности с другими алгоритмами сжатия.
Потому варианты представления видео в цифровом виде без сжатия никогда даже не рассматривались - за исключением разве что не получившего распространения формата Digital VHS для записи с видеокамеры на аналоговую кассету или очень коротких (порядка минуты и менее) клипов в формате "несжатого" AVI, чаще всего безжалостно усеченных по разрешению до упомянутых 384x288. В настоящее время и AVI практически не встречается в варианте без сжатия - обычно в нем применяется JPEG (точнее, его вариант для движущихся изображений под названием Motion JPEG), что позволяет снизить объемы информации без особой потери качества от 5 до 10 раз.
Но и это слишком много даже для новых носителей Blu-ray, имеющих емкость 27 Гбайт (потому что мы рассматривали "базовый" NTSC, а это уже прошлый век - для HDTV, телевидения высокой четкости, все объемы информации следует умножать примерно на 3–6 в зависимости от формата). И задача эффективного сжатия видео, которая встала перед производителями оборудования при переходе на "цифру" с самого начала, когда о гигабайтных носителях даже не мечтали, как никогда актуальна и по сей день[Заметим, что любым существующим алгоритмам сжатия очень далеко до связки "человеческий глаз-мозг". Имея на входе поток информации в сотни мегабит в секунду, сислтема по зрительному нерву от глаза к мозгу "качает" всего 50–70 бит в секунду (быстрее она работать просто не способна). И тем не менее распознавание деталей производится практически без потерь!].
Первыми, еще в семидесятые годы, озаботились этим компании, работавшие в области спутникового телевидения. По спутниковым каналам целесолобразно передавать именно "цифру", но типового спутникового транспондера с каналом 38 Мбит/с для передачи нормального ТВ-качества, согласно расчетам выше, недостаточно. Потому в первых вариантах спутникового вещания был принят компромиссный стандарт МАС - (расшифровывается как "мультиплексиpованные аналоговые компоненты"). В принятом в 1985 году Францией и ФРГ варианте под названием D2-MAC в начале каждой строки интервал около 10 мкс отводится для передачи цифровой информации (строчный синхpосигнал, звуковое сопpовождение в стереоформате и телетекст), а собственно видеосигнал передается, как и ранее, в аналоговой форме, но иначе, чем в обычных стандартах. Соответствующие последовательности импульсов подвергаются временной компрессии и передаются последовательно друг за другом. Это позволяет значительно улучшить качество цветопередачи, но за счет усложнения приемного декодера (что, впрочем, в спутниковом телевидении с его платной подпиской не такая большая проблема, как в обычном, где дешевизна приемников - решающий фактор массовости).
Система МАС довольно быстро "умерла", так как, с одной стороны, уже волвсю вставал вопрос о передачах телевидения высокой четкости - ТВЧ (HDTV, High Definition TV), с другой - появилось чисто цифровое телевидение. Отметим для тех, кто все еще путается, что цифровое телевидение - это не синоним ТВЧ. В цифровом формате можно представить и обычное ТВ (как это делается, например, на VideoCD), однако и ТВЧ можно передавать и записывать традиционным аналоговым способом.
Все системы цветного ТВ используют несколько различающиеся варианты одной и той же хитрой цветовой модели, суть которой сводится к полному отделению яркостной информации от цветовой, передаваемой параллельно на отдельной поднесущей частоте (таким образом черно-белые приемники могли использовать яркостную составляющую без изменения, а цветовые каналы в них просто игнорировались). Для NTSC эта модель носит наименование YIQ, для SECAM - YDbDr, для PAL - YUV. В цифровом ТВ (а также, между прочим, в алгоритме сжатия JPEG) используется модификация модели YDbDr под названием YCbCr, отличающаяся от первой только масштабом: в аналоговом ТВ цветовые координаты нормированы, и полная шкала принята за единицу, а в цифровом полная шкала, как известно, имеет диапазон от 0 до 255.
Связь между суммарной яркостью Y и интенсивностью цветовых составляющих R, G и B (соответствующих красному-зеленому-синему) в этих моделях определяется формулой: Y = KrxR + KgxG + KbxB, где Kх - экспериментально определенные весовые коэффициенты, учитывающие так называемую кривую видности человеческого зрения. Согласно ей наибольший вклад в суммарную яркость вносят зеленые оттенки (максимум лежит около 550 нм), затем красные, а наиболее темными кажутся синие. Для перечисленных моделей эти коэффициенты (сумма их равна единице) обычно принимаются равными 0,299, 0,587 и 0,114 соответственно (иногда принимают Kb = 0,0722, Kr = 0,2126).
