Цифровая обработка видео / Часть 7: Типы монтажа

Серия статей про теорию цифровой обработки видеоизображений. Во этой части мы поговорим о типах монтажа: традиционном и цифровом, а также подробнее изучим схему нелинейного редактирования.

Традиционный и цифровой монтаж видео

Для того чтобы лучше понять преимущества цифровых технологий редактирования и монтажа, активно используемых в настоящее время в производстве видеопродукции, необходимо вернуться на несколько лет назад и рассмотреть старую классическую схему, отточенную практикой предыдущих десятилетий. Базовая монтажная система состояла из двух видеомагнитофонов (Player-Recorder) и управляющего ими монтажного контроллера.

При этом собственно процесс монтажа выглядел следующим образом:

Отбираемая пользователем “полезная” видеоинформация (фрагменты A и B) с исходной ленты (источника) на первом магнитофоне (Player) переписывалась на результирующую ленту на втором магнитофоне (Recorder), в то время как неудачная или избыточная информация оставалась на источнике. Получаемая в результате новая запись становилась так называемой Мастер кассетой. При этом для точного позиционирования всех выделяемых видеофрагментов монтажный контроллер использовал специальную числовую информацию (тайм-код), записанную на ленту одновременно (параллельно) с видео (каждый кадр обладает своим уникальным номером).

Монтажная система из трех магнитофонов

Если же было необходимо не просто последовательно собрать (стык в стык) отдельные видеофрагменты в единое целое, но построить между ними плавные переходы со шторками и/или реализовать другие эффекты, то требовалась более сложная монтажная схема, основанная на одновременном использовании двух лент (A и B) с исходным материалом и соответственно двух Player. При этом монтажный контроллер, опираясь на информацию о тайм-коде, управлял всеми аппаратами, в том числе и микшером.

Добавляя к этому генератор титров и/или аудио микшер, приходили к необходимости использования следующей т.н. A/B-roll монтажной системы. Отметим, что она включала в себя набор независимых устройств (порой различных производителей), которые для достижения необходимого результата должны были работать абсолютно синхронно, прецизионно точно и в реальном времени.

Цифровое редактирование

Несколько лет назад появилась возможность выполнения видеомонтажа и редактирования “внутри” компьютера. Эта технология получила название нелинейного монтажа, поскольку позволила операторам прямое обращение к необходимым кадрам/фрагментам видео, записанным на жесткий диск компьютера, т.е. позволила избегать утомительного процесса постоянной (линейной) перемотки ленты вперед-назад при просмотре/поиске этих фрагментов. Подчеркнем, что оцифрованные фрагменты видео перед записью на диск подвергаются компрессии (как правило, MJPEG) в 3-10 раз, что неизбежно приводит к определенной потере качества (тем меньшей, чем меньше степень компрессии). Первоначально графический интерфейс подобных систем напоминал панель управления классического контроллера-микшера, а их функциональные возможности повторяли “привычные” оператору функции. Развитие технологии цифрового редактирования наряду с наращиванием производительности персональных компьютеров, в том числе методов компрессии, привело к реальной возможности создания профессиональной по качеству видеопродукции на базе стандартного компьютера.

Каковы основные преимущества цифрового нелинейного монтажа? Прежде всего, это сохранение исходного уровня качества записанных на диск фрагментов при их копировании (вне зависимости от числа копий). Во-вторых, это компактность. Нелинейная видеостудия фактически представляет собой компьютер, специально сконфигурированный для этих целей, и, оснащенный специальной системой нелинейного видеомонтажа и соответствующим программным обеспечением. При этом отпадает необходимость в монтажном и микшерном видеопульте, линейки из двух и более видеомагнитофонов , титровальном генераторе и т. д. Для записи готового смонтированного видеоматериала фактически необходим лишь один видеомагнитофон соответствующего формата . В третьих, это большая гибкость и высокое качество . Возможности по обработке и монтажу видеоматериала определяются лишь возможностями используемого компьютера и программного обеспечения и могут оперативно изменяться и наращиваться. Кроме того, при оснащении соответствующим оборудованием и программным обеспечением, можно превратить эту систему и в профессиональную цифровую аудиостудию для озвучивания изготавливаемых видеороликов и монтажа фонограмм.

Кроме того, это:

• Отсутствие выпадений из-за дефектов ленты,
• “Мгновенный” доступ к любому фрагменту,
• Более широкие возможности контроля процесса монтажа,
• Более высокое качество конечной продукции,
• Возможность использования новых творческих решений и создания новых визуальных эффектов, обусловленных именно цифровыми возможностями манипулирования с видео (например, трехмерная анимация, виртуальная студия),
• Автоматическая синхронизация видео со звуком.

Однопотоковая и двухпотоковая архитектура систем нелинейного видеомонтажа

Вышеописанные преимущества нелинейных монтажных систем привели к их повсеместному распространению. Однако в первое время они в основном использовались для задач постпроизводства. Дело в том, что стандартная цифровая система, аналогично “базовому” аналоговому монтажному комплексу, построена по однопотоковой архитектуре. Это означает, что при просчете реально задействуется только одна копия исходного видео (AVI-файл). В то же время, если требуется несколько больше, чем просто разрезать/склеить имеющиеся фрагменты, то необходимо сформировать и задействовать вторую копию цифрового видео (по крайней мере, ее части). Т.е. для создания любого микшерского перехода/эффекта между двумя клипами (A и B) в оперативной памяти компьютера необходимо одновременно содержать кадры как заканчивающегося клипа A, так и начинающегося клипа B, последовательно загружая их с жесткого диска, декомпрессируя и производя просчет новых кадров результирующего клипа, затем осуществляя обратную компрессию и запись на диск. Этот процесс, нередко называемый рендерингом (rendering), иллюстрируется следующей схемой:

Однопотоковая Цифровая Монтажная Система

Подобные вычисления требуют совершения миллиардов специализированных операций над пикселями изображений. Очевидно, что скорость их выполнения существенно зависит от быстродействия процессора. Стандартные PC являются универсальными машинами, т.е. оказываются сравнительно медленными с точки зрения решения данной задачи. Например, Pentium 150Mhz может выполнять только около 50 миллионов операций в секунду, распределяя их между различными задачами. В результате при просчете даже сравнительно простых эффектов и переходов требуется в десятки раз больше времени (а порой и в сотни раз - зависит от сложности эффекта), чем собственно время их проигрывания. Нередки ситуации, когда оператор, задав на первый взгляд правильные параметры перехода, вынужден подолгу ожидать окончания процесса его просчета, чтобы потом отвергнуть полученный результат и повторить весь цикл заново с новыми параметрами. Очевидно, что предметом мечтаний является выполнение цифрового монтажа без значительных затрат времени на просчет. В идеале - в реальном времени, когда результат можно сразу видеть на экране контрольного монитора и/или записать на мастер-ленту. Это позволило бы использовать нелинейные монтажные системы не только в пост -, но и в оперативном (on-line) производстве.

Двухпотоковое цифровое редактирование

Современные платы нелинейного монтажа (например, miroVideo DC30plus для PC или VlabMotion для Amiga) для операций компрессии и декомпрессии видео эффективно задействуют установленные на них микросхемы, что, безусловно, ускоряет рендеринг, но не приводит к его выполнению в реальном времени. Для достижения последнего необходимо использование специализированного вычислительного устройства, “заточенного” на просчет определенного класса эффектов и переходов (таких как, Pinnacle Systems Genie – для трехмерных эффектов). Забегая вперед, отметим, что поскольку набор аппаратно выполняемых эффектов фиксирован для каждого устройства и зависит от его специализации и модели, то всегда будут возникать нестандартные задачи, полностью или частично загружающие процессор компьютера. Это тем более верно, что одним из преимуществ цифрового редактирования видео является возможность почти неограниченного творческого самовыражения, реализации оригинальных идей и создания сколь угодно сложных и неповторимых эффектов.

Однако даже наличие подобного специализированного устройства само по себе не решает проблему рендеринга – на его вход необходимо одновременно подавать два потока декомпрессированного видео. К счастью, общий уровень развития компьютерной техники, достигнутый за последние годы, позволяет и эту сложную задачу эффективно решать на базе стандартного РС – при определенной оптимизации его дисковой подсистемы.

Таким образом, системы нелинейного монтажа реального времени используют двухпотоковую плату компрессии/декомпрессии видео и дополнительную плату собственно цифровых эффектов. Впрочем, набор микросхем для выполнения в реальном времени заданных эффектов микширования может быть установлен и прямо на плате компрессии (например, как у Pinnacle Systems ReelTime – более 130 двумерных эффектов выполняется в реальном времени). И даже при этом может быть использована дополнительная плата, расширяющая набор аппаратно выполняемых эффектов (например, Pinnacle Systems ReelTime NITRO = ReelTime + Genie).

Оперируя с двумя потоками, подобные цифровые системы могут выполнять в реальном времени и другие необходимые функции, присущие классическим монтажно-микшерским аналоговым комплексам, например, титрование (titling) или различные виды рир-проекций (“keying”, “ключевание”, проекции с использованием эффектов прозрачности).

Двухпотоковый процесс монтажа выглядит следующим образом:

Резюмируя, повторим основные преимущества такого подхода:

• Эффекты и переходы, титрование и рир-проекции выполняются в реальном времени.
• Оператор может оперативно менять параметры переходов, достигая искомого результата без затрат времени на просчет многочисленных вариантов.
• Отсутствие повторных циклов операций компрессии/декомпрессии, что обеспечивает более высокое качество результирующего видео. В двухпотоковых системах первый раз видео компрессируется при оцифровке и записи на жесткий диск, второй раз декомпрессируется перед подачей на блок эффектов и выводом результата. Напомним, что в однопотоковых системах этот цикл выполняется, по крайней мере, дважды: первый раз при записи на диск исходного видео и последующем восстановлении перед просчетом эффекта, второй раз при записи на диск результата просчета и его восстановлении для окончательного вывода.
• Файлы с результирующими клипами нет необходимости записывать на диск, что позволяет экономить пространство последнего.
• Высокое качество налагаемых на исходное видео титров (отсутствуют искажения границ букв и другие артефакты, обусловленные неизбежными ошибками MJPEG компрессии). В двухпотоковых системах титры (так же как и другая компьютерная графика) сразу идет на вывод – минуя промежуточный этап компрессии и записи на диск.