Web-видео

Олег Татарников

Как подготовить видео для трансляции в Сети

Web-видео при общении в Сети

Как следует себя вести при видеосъемке

Немного о звуке

Размеры и разрешение передаваемой видеокартинки...

Согласно многочисленным исследованиям...

Эйфория, вызванная возможностью украшать Web-сайты трехмерной графикой и видео, давно прошла. Сегодня видеотрансляции в Интернете и общение с использованием аудиовизуальных средств перешли на качественно новый уровень. Снижаются даже темпы обновления соответствующего ПО, и это хорошо, потому что при более длительных циклах смены изделий мы имеем более стабильную платформу доставки и не должны постоянно переделывать и перекодировать исходные материалы.

отоковые технологии Real Video/Audio (http://www.real.com), QuickTime (http://www.apple.com/quicktime) и Windows Media (http://www.microsoft.com/windows/windowsmedia) имеют сегодня целый ряд важных общих черт, благодаря которым авторская работа и воспроизведение видео возможны на любых платформах под управлением всех современных операционных систем. Все программы поддерживают и файловую, и потоковую доставку, а также в той или иной форме обеспечивают автоматическое обновление версий, так что можно вводить новые формы и типы носителей, не заставляя пользователей специально загружать новые компоненты для их просмотра. Все решения допускают воспроизведение с помощью программы-проигрывателя или на Web-странице. Все они имеют API, посредством которых программы сторонних фирм могут создавать и воспроизводить потоковые материалы из своих программ, Web-сайтов и мультимедийных дисков. Конкретные сведения по основным технологиям потокового Web-видео вы можете получить на сайтах их производителей.

Естественно, что, несмотря на возросшую скорость доступа в Интернет и распространение таких технологий, как кабельные или локальные сети, а также DSL по телефонному кабелю, Web-видео еще не может сравняться по качеству даже с видеозаписью на устаревшую VHS-ленту или с телевидением в УВЧ-диапазоне, а уж про DVD и говорить нечего! Однако и Web-видео наконец достигло той стадии развития, когда мы можем работать над повышением качества клипа, а не просто бороться за то, чтобы получить хотя бы движущиеся картинки.

Отметим, что трансляцию видео в Интернете теперь ведут многие программы для общения в Сети, такие как Yahoo! Messenger или Microsoft Netmeeting. При этом стоит отметить, что частота кадров изображения при видеообщении зависит не столько от характеристик вашей видеокамеры или от качества исходного ролика, сколько по-прежнему от загруженности сервера, через который идет передача изображения, и от скорости доступа в Интернет. В реальных условиях даже с быстрым каналом не всегда удается достичь лучших результатов, чем при использовании обычного модема, который позволяет получать до трех кадров в секунду изображения с разрешением 160Ѕ120. Хотя эти цифры и не впечатляют, на самом деле этого вполне достаточно, чтобы отслеживать действия и эмоции собеседника. При благоприятных условиях можно добиться более 15 кадров в секунду при разрешении 320Ѕ240, что уже вплотную приближается к качеству бытового видео в формате VHS после многократного копирования.

Изображение, которое можно получить с современной Web-камеры, не отличается насыщенностью цветов и низким уровнем шума, присущим камерам для видеосъемки, — для большинства обычных Web-камер высокое качество не характерно. Количество кадров, передаваемых Web-камерой, как правило, пропорционально освещенности снимаемой сцены из-за увеличения экспозиции в случае затемнения. При наилучших условиях съемки Web-камеры выдают 20-30 кадров в секунду при разрешении 640Ѕ480, а с ухудшением условий съемки падают и скорость, и качество картинки. Причем и эти невысокие показатели на практике могут снизиться, если использовать ресурсоемкие кодеки вроде модного сегодня DivX даже на вполне современных ПК. На хороших телефонных линиях модемное соединение позволит пропустить видео в лучшем случае с частотой 15 или даже 12 кадров в секунду.

Тем не менее при подготовке видео для трансляции в Интернете следует учитывать, что качество и размер ролика зависят от качества исходного материала и от выбранного кодека почти в той же степени, что и от разрешения.

Как подготовить видео для трансляции в Сети

так, скоростные каналы доступа и необходимые инструменты уже существуют, так что давайте поговорим о том, как сделать высококачественное Web-видео.

Заветная цель создателя современного Web-видео — сделать его похожим на традиционное. И хотя технологии компрессии и доставки постоянно развиваются, до того момента, когда люди забудут, что они смотрят видео на компьютере, еще далеко.

Осуществить показ можно посредством загружаемого с Web-страницы файла или потокового видео, предназначенного для передачи с видеосервера.

Поток компрессированного видео состоит из последовательности кадров изображений и синхронных звуковых отсчетов. Не вдаваясь в тонкости MPEG-кодирования, следует помнить, что видео разбивается на два типа кадров: ключевые кадры, которые являются полными изображениями, и дельта-кадры, которые содержат только ту визуальную информацию, что отличает следующий кадр от предыдущего. Поток аудиоданных — это последовательность пакетов компрессированного звука. Передача потоков через Интернет вносит дополнительную сложность. Вместо стандартного протокола TCP (Transmission Control Protocol) потоковое видео обычно использует протокол UDP (Universal Datagram Protocol). Протокол TCP хорош тогда, когда критически важна целостность данных, потому что сервер автоматически контролирует получение адресатом каждого пакета. Если пакет не дошел, он посылается заново. Но такой контроль заметно снижает скорость передачи. При передаче видео доставка всей информации, до последнего байта, не важна, а фактическая скорость передачи важнее целостности данных. Протокол UDP обеспечивает более быструю по сравнению с TCP доставку информации конечному пользователю, и его низкие накладные расходы позволяют серверу поддерживать гораздо больше потоков при заданной нагрузке процессора. Но возможность потери пакетов означает, что технологии Web-видео должны предусматривать какой-то способ замещения пропавших данных. Все кодеки для потокового Web-видео используют более сложные методы компрессии с тем, чтобы пересылать по Сети информацию, которую можно интерпретировать как поток видео даже при потере большого количества данных.

Ситуацию на российско-финской границе можно узнать заранее — наличие очередей покажет Web-камера

Но тут, как ни странно, на первое место выходит повышение качества исходного изображения. То есть чем лучше исходное изображение, тем лучше будет и результат, даже при высокой компрессии и значительной потере данных при передаче. И даже для форматов, сравнимых по размерам с почтовыми марками, Web-видео вполне в состоянии извлечь пользу из точной цветопередачи, высокого контраста и низкого уровня шума, свойственных профессиональной видеоаппаратуре.

Таким образом, лучший способ получить хорошее компрессированное видео — это создавать видео, которое хорошо сжимается. Примите во внимание следующие советы:

• избегайте быстрых смен сцены и резких, контрастных переходов;

• ни в коем случае не ведите съемку с руки — пользуйтесь штативами или жестким закреплением камеры на неподвижной основе (если у вас уже имеется «дерганное» видео, то прибегните к специальным компьютерным фильтрам, стабилизирующим изображение, которые используются в программах видеомонтажа);

• по возможности избегайте применения эффектов и стильных переходов;

• употребляйте меньше текста в титрах;

• уберите подальше нестабильные источники света, включенные телевизоры, мониторы и т.д. — все это будет буквально пожирать ваш трафик.

Таким образом, вы получите наилучший результат при съемке в спокойном темпе: неподвижная камера, минимальный монтаж, прямые склейки вместо наплывов, микшеров и сложных переходов, приглушенные цвета, плавные движения, размеренная речь...

Возможно, кто-то возразит, что в таком случае видеоматериал станет скучным — зато он останется четким и узнаваемым, даже если часть кадров потеряется с ухудшением качества связи. Уверяю вас, зрителям гораздо интереснее смотреть такое видео, чем наблюдать «красивый» эффект, превратившийся в мешанину точек при передаче по низкоскоростным линиям связи. Общее правило для подготовки Web-видео состоит в том, чтобы каждый кадр как можно меньше отличался от предыдущего. При малых изменениях суммарная скорость передачи данных снижается, а потери не приводят к искажению сути трансляции. И даже если речь идет о передаче по каналу с фиксированной полосой пропускания, то подготовленное таким образом видео будет точнее отображать исходное и иметь более высокое качество.

Итак, на величину потока видео при фиксированном разрешении кадра больше всего влияют два фактора: сложность картинки и движение в сцене. К счастью, небольшая общая размытость кадра за счет движения облегчает компрессию сложных движущихся объектов. При быстром движении объект размывается, теряет детали и на его компрессию уходит меньше средств. При этом сцена с неподвижным объектом может быть резкой, и зритель легко запомнит его вид. То есть такой артефакт, как размытость изображения при быстром движении, вполне привычен и хорошо воспринимается человеческим глазом без потери информации об объекте. На самом деле этот эффект довольно приятен для глаз и вполне кинематографичен, а видеокадры с размытыми движущимися объектами смотрятся даже лучше, чем с контрастными, но неподвижными.

В принципе, этот эффект пришел из пленочного кино, где часто при недостатке освещения затвор оставался открытым довольно долго и кадром захватывался длительный период движения, а в результате изображение получалось сильно размытым. Если же вы посмотрите на видеосъемку после кинопленки, то вас неприятно поразит повышенная контрастность изображения, что говорит о том, что некоторая размытость изображения является, скорее, достоинством, чем недостатком. Поэтому многие операторы, когда перешли к съемке видео, стали искусственно увеличивать выдержку (если, конечно, это позволяет видеокамера) или вводить размытость кадра при постобработке (напомним, что в киносъемке отношение длительности кадра к экспозиции равно 2:1, так что можно придерживаться этой цифры в качестве ориентира). Такое слегка размытое видео имеет более «киношный» вид и содержит меньше зернистости, особенно сильно проступающей при слабом освещении и в тенях объектов, а главное — все это содействует лучшей компрессии.

Кстати, отметим, что при оцифровке видео следует избегать аппаратуры с композитным входом-выходом, а выбирать по возможности S-Video-сигнал или цифровое видео. Дело в том, что все недостатки, присущие модулированному композитному сигналу, пагубно отражаются на алгоритмах сжатия и приводят к плачевным результатам. В процессе компрессии и подготовки Web-видео также хорошо передадутся любые шумы, полученные в результате съемки с недостаточным освещением.

Особое внимание при подготовке Web-видео следует обратить на удаление так называемых полей, или особенностей чересстрочной развертки исходного видеосигнала. Работа с полями — постоянный источник путаницы и проблем при подготовке видео для Web и CD/DVD. Дело в том, что компьютерный монитор, на котором, собственно, и будет воспроизводиться Web-видео, имеет прогрессивную (построчную) развертку, то есть изображение появляется строка за строкой за один проход экрана сверху вниз. А в телевизорах применяется чересстрочная развертка, состоящая из двух так называемых полукадров (полей): сначала на экране сверху вниз появляются все нечетные строки, а затем, пока они еще не успели погаснуть (у люминофора, как известно, есть некоторое остаточное свечение), — в том же порядке все четные. Это традиционное для телевидения решение создает сложную проблему для компьютерного показа. В принципе, в материале, изначально снятом на видео, обычно удаляют или четные, или нечетные строки и в два раза уменьшают его по ширине (получая таким образом четвертушку исходного изображения). Если же размер кадра следует оставить большим, то достаточно продублировать каждую вторую строку изображения (или использовать какой-либо сложный алгоритм сглаживания — deinterlacing). Эта процедура реализована во всех программах для обработки видео и особого труда не составляет. Сложности начинаются лишь тогда, когда исходные для видео материалы изначально были сняты на кинопленку (такие материалы часто появляются сейчас при сохранении видео с DVD-дисков). Киносъемка ведется с частотой 24 кадра в секунду, а затем эти кадры преобразуются в видеозапись разными алгоритмами для видеосистем PAL или NTSC. В результате если взять такую видеозапись и выкинуть поля, то в полученном потоке может появиться повторяющийся кадр, который приводит к дерганному движению на экране. Это известная проблема, и во многих пакетах типа Adobe After Effects есть специальные фильтры для обратного преобразования, предназначенные для ее решения, — рекомендую воспользоваться ими. Определить «киношное» происхождение материала довольно легко — с чересстрочной разверткой там будут не все кадры, в отличие от видео. Особенно хорошо это будет заметно при быстром движении объекта в сцене — при просмотре отдельных видеокадров на компьютере там обнаружится характерная «расческа» на контуре движущегося объекта.

И наконец, не забывайте о настройках при кодировании. Вы сразу должны выбрать: или изображение сложных сцен будет более четким (что может привести к пропуску многих кадров), или движения будут более плавными (а качество изображения при этом станет хуже). Этот выбор — дело вкуса и зависит от конкретного содержания вашего видео и от поставленных задач. Только не забывайте, что в фильмах, монтируемых под ритм музыки, вы должны сохранить частоту кадров (то есть приоритетным выбрать движение), чтобы обеспечить синхронизацию с музыкой. Иногда попадаются фрагменты, настолько плохо поддающиеся компрессии, что получается и плохое качество изображения, и низкая частота кадров. В таком случае вам придется либо с этим смириться, либо убрать соответствующий фрагмент, либо поискать лучшие средства для его кодирования. Если же фильм разнообразен и содержит сцены, где требования по качеству картинки и плавности движения разные (например, динамичные сцены перемежаются крупными планами), то следует разбить его на фрагменты, закодировать их с разными установками, а затем соединить.

Но главная несправедливость заключается в том, что именно то видео, которое требует самой высокой частоты кадров, меньше всего позволяет ее использовать.

Web-видео при общении в Сети

ри создании видео, предназначенного для трансляции в Интернете (пусть даже в режиме общения или видеоконференции), следует придерживаться правил установки видеокамеры и поведения перед ней. Не забывайте, что применение любого алгоритма сжатия (неизбежного для Web-видео) только усугубит огрехи вашей съемки, а любое ухудшение исходного, докомпрессионного качества, снижает качество картинки после сжатия во много раз (и, кстати, приводит к росту трафика при том же разрешении кадра).

При размещении видеооборудования (Web-камеры или системы видеоконференции) в помещении необходимо учитывать те же факторы, что и при проведении постановочной видеосъемки: необходимо подготовить помещение и подобрать источники искусственного или естественного освещения.

Сначала напомним об общих правилах видеосъемки. Во время видеосвязи камера показывает и все то, что находится за спиной говорящего, поэтому фон имеет очень большое значение для успеха любой съемки. Очевидно, что он не должен отвлекать зрителя и рассеивать его внимание, однако этим обстоятельством довольно часто пренебрегают. Желательно, чтобы фон не имел рисунка, был по возможности однотонным, нейтрального цвета, со средним уровнем контрастности и мягкой фактурой. Следует избегать любого движения на заднем плане: например движения штор от сквозняка, перемещения людей за говорящим и пр. Помните, что это не только отвлекает внимание собеседника, но и снижает качество изображения, так как кодеку труднее справляться со сжатием картинки при быстром движении в кадре, а относительно статичное изображение займет после компрессии очень мало места (так как при MPEG-сжатии запоминается только изменение в кадре). И уж, конечно, никогда не направляйте камеру на входную дверь.

Современные видеокамеры, естественно, могут быть оборудованы автоматической системой компенсации изменения условий освещенности, но в любом случае следует придерживаться правил организации освещения и подготовки помещения, которые помогут улучшить качество видеоизображения:

• следует избегать попадания прямого солнечного света на участников сеанса связи или в объектив камеры, поскольку это приводит к неестественной контрастности;

• если уровень освещенности ниже допустимого (а для видеокамер он довольно большой — минимальная освещенность в помещении должна быть не менее 740 люкс), то необходимо использовать дополнительные источники света;

• недопустимо совмещение ламп накаливания и дневного света (они работают в разных диапазонах спектра);

• для дополнительного освещения можно применять лампы дневного света, но ни в коем случае не используйте окрашенные лампы;

• оптимальные результаты можно получить при использовании ламп, специально разработанных для видеосъемки;

• непрямой свет от затененных источников или отраженный от стен свет часто дает наилучшие результаты;

• необходимо избегать жесткого или слишком сильного бокового освещения, поскольку это может вызвать контрастные тени или резкий контур на изображении.

При общении через Интернет Web-камера должна быть установлена посередине верхнего края монитора и направлена прямо на говорящего, что обеспечит контакт «глаза в глаза» с удаленным абонентом. Наилучшее положение микрофона — в 30 см от края стола, на плоской ровной поверхности.

Как следует себя вести при видеосъемке

сли вы умеете держаться перед видеокамерой и неоднократно видели себя в записи, то, должно быть, уже знаете, как следует себя вести.

Тем не менее напомним некоторые правила проведения видеосъемки:

• перед проведением сеанса видеосвязи обязательно протестируйте систему. Возможно, раньше камера работала нормально, но не факт, что она будет так же работать и сегодня. Может быть, что на этот раз вам предстоит установить соединение с совершенно другой, причем нестабильно работающей системой. Возможно также, что сетевое подключение нового абонента не очень надежно. Об этих обстоятельствах лучше всего узнать заранее, чтобы предпринять меры по их устранению;

• контакт «глаза в глаза» возникает в том случае, если вы смотрите прямо в камеру, а не в середину монитора. Убедитесь в том, что ваша камера расположена на мониторе, причем посередине его верхней поверхности. В этом случае создается хороший контакт между собеседниками;

• помните, что кодеки «не любят» чистых, однотонных цветов (особенно красного, зеленого, синего и ослепительно белого), поэтому избегайте их в одежде. Особенно неприятно при передаче по видео выглядят границы таких цветов. Лучше всего будут передаваться пастельные тона и плавные цветовые переходы. Вообще, по возможности, ваша одежда не должна быть однотонной. Также не следует сниматься в одежде в мелкую клетку или полоску — это неизбежно вызовет цветные мерцающие артефакты («рябь»), которые неприятно исказят изображение на экране. Блестящие ювелирные украшения или хромированные детали мебели также могут привести к неприятным эффектам при кодировании видео;

• говорить нужно внятно и не торопясь. Если, начав говорить, вы услышите эхо, то не обращайте внимания — продолжайте говорить в том же темпе и, возможно, в течение нескольких секунд современная программа связи уберет его, подстроив параметры эхо- и шумоподавления;

• учитывайте задержку в передаче видеоизображения — обязательно делайте паузы, чтобы собеседники могли высказать вам свои соображения;

• старайтесь не перебивать своего удаленного собеседника. Технические возможности видеосвязи предоставляют вам полную двустороннюю связь, но одновременная речь двух собеседников воспринимается очень плохо;

• в то же время, отсутствие всякой реакции со стороны собеседника должно вызвать опасение за качество связи, поэтому необходимо постоянно поддерживать диалог;

• помните, что при видеосвязи внимание собеседника акцентируется на всем, что находится в кадре. Все жесты, «игры» с ручками, карандашами и бумагой (в том числе и все вредные привычки) будут особенно бросаться в глаза. Поэтому не делайте лишних жестов, которые могут отвлечь внимание собеседника. Ни в коем случае не раскачивайтесь и не размахивайте руками в кадре — это вдобавок вызовет заметное ухудшение качества изображения при кодировании со сжатием;

• никогда не забывайте о том, что, хотя ваши собеседники отсутствуют в данной комнате, электроника точно передает им все ваши действия и слова. Следите за собой, вы всегда на виду!

Немного о звуке

КК звуку в Web-видео часто относятся с пренебрежением, что совершенно неоправданно. Для зрительского восприятия звук так же важен, как и изображение, а добиться хорошего звучания даже при не слишком быстром Интернет-соединении значительно легче, чем получить приемлемую картинку. Таким образом, видео занимает слишком большую долю полосы пропускания, чтобы можно было экономить на звуке. В большинстве современных аудиокодеков для Интернета степень компрессии устанавливается независимо от частоты дискретизации и числа каналов, а измеряется величиной потока, который мы согласны отдать на звук. Хотя, конечно, частота дискретизации при оцифровке сигнала влияет на качество звука, особенно при воспроизведении высоких частот. Большинство современных аудиокарт и плат для оцифровки видеосигнала обеспечивает частоту дискретизации 44,1 кГц, что соответствует качеству CD-дисков, но, как правило, даже при меньшей частоте дискретизации качество воспроизведения звука платами бытового класса получается достаточно хорошим. Таким образом, для широкополосной музыки 44,1 кГц — это более чем достаточно, а для передачи музыки с более низкой частотой дискретизации, как правило, используются кратные значения — 22,050 или даже 11,025 кГц. При более низких частотах вы получите качество хуже, чем на радио с амплитудной модуляцией. При передаче только речи частоту дискретизации можно снизить до 8 кГц для женского голоса и до 6 кГц для мужского.

Однако главным критерием качества компрессированного звука сейчас принято считать скорость потока при его передаче. Естественно, что различные потоки дают разное качество, но не следует забывать, что при одном и том же потоке качество звучания будет зависеть и от алгоритма сжатия, и от его конкретной реализации. Так, пользователи MP3 по-разному оценивают приемлемость одних и тех же скоростей потока и имеют свой взгляд на то, какой поток следует считать оптимальным: одни выбирают 128, другие — 160 Кбит/с, третьи слушают только то, что находится в пределах от 192 до 256 Кбит/c.

Тесты профессиональных слушателей, нанятых разработчиками формата MP3, показали достаточность потока в 256 Кбит/с для сохранения качества звучания, неотличимого человеческим слухом от исходного. В дополнение к этому другие тесты (например, известного ресурса MP3 Tech) показали недостаточность для этой цели скоростей потока ниже 256 Кбит/с. Вывод следующий: запаса качества скорость 256 Кбит/с не дает, но ее можно считать пограничной и максимальной для передачи звуковых файлов в любых бытовых приложениях (чтобы и музыку качественную слушать, и лишнего места не занимать). Однако те же тесты определили MP3-записи с потоком в 160-192 Кбит/с в большинстве случаев вполне приемлемыми для хранения аудио на компьютере и заведомо достаточными для фонового звучания, когда внимание слушателя чем-то отвлечено (например, в компьютерных играх). Соответственно тогда и для видео значение 160 Кбит/с более чем достаточно, если, конечно, это не видеоклип какого-нибудь музыканта.

Но самой популярной у непритязательных слушателей была и остается скорость 128 Кбит/с, хотя утверждается, что она обеспечивает качество не выше, чем у аудиокассеты, пусть и с очень низким уровнем шумов. Разработчики даже назвали его CD-качеством, хотя у многих меломанов это вызвало справедливые нарекания, тем более что результаты официальных тестов иные.

В Интернете, как правило, находятся MP3-файлы только с потоками порядка 128 Кбит/с — именно эта скорость передачи аудиоданных была признана оптимальной для использования в Сети (а значит, и максимальной для Web-видео). Причем многие признают оптимальной для Интернета еще меньшую скорость потока — 112 Кбит/с, что, к сожалению, оказалась маловато для кодирования CD Audio. Причем увеличение потока со 112 до 128 Кбит/с заметно даже простому обывателю, а вот при дальнейшем повышении скорости потока рост качества замедляется, поэтому скорость 128 Кбит/с обязана своей популярностью именно высокому соотношению «качество/объем».

Правда, сейчас говорят о возможности принятия новых стандартов для кодирования звука, продвигаемых компанией Liquid Audio: AAC — это один из лучших вариантов альтернативного формата, который позволит повысить качество при меньших потоках, однако в весьма отдаленном будущем.

КомпьютерПресс 2'2004