Носители информации, используемые в современной видеозаписывающей аппаратуре

Десятилетия основным носителем информации в системах видеозаписи была магнитная лента. Сегодня видеокамеры записывают информацию еще и на разнообразные карты флэш-памяти, оптические диски, а также жесткие диски.

Видеокассеты и магнитные ленты для видеозаписи.Видеокассета с находящейся в ней магнитной лентой является одним из важнейших элементов видеосъемочной (воспроизводящей) техники, в значительной степени влияющим на качественные, эксплуатационные и экономические показатели видеозаписи (см. приложение 3).

Главными преимуществами применения магнитной ленты в специальной кассете, является, во-первых, ее защита от механических повреждений и загрязнения (в том числе жировыми пятнами от прикосновения рук обслуживающего персонала, частиц грязи, пыли), а во-вторых, упрощение процесса ее зарядки. Использование кассет оказалось настолько эффективным, что катушечными остались только часть студийных видеомагнитофонов, работающих с широкой (25,4 мм) лентой.

Кроме указанных функций, кассеты обеспечивают работу видеоаппаратуры в режиме «автостоп», блокировку режима записи в видеомагнитофоне (для предохранения видеофонограммы от случайного стирания), для чего на стенке кассеты предусмотрена специальная заглушка. Для блокировки режима записи она удаляется, при разблокировании ее вставляют на место или закрывают образовавшееся отверстие (например, заклеивают лентой - скотч или лейкопластырем).

Видеокассеты, предназначенные для использования в видеоаппаратуре разных форматов, имеют соответствующие обозначения, а также содержат информацию об их назначении (например, для очистки видеоголовок), длительности записи, уровне качества видеоленты и фирме-изготовителе.

Маркировочные обозначения на видеокассетах содержат буквенный и числовой индекс.

Первые буквы в индексе означают:

E – видеокассета формата VHS для записи в системах PAL/SECAM;

T – видеокассета формата VHS для записи в системах NTSC;

SE – видеокассета формата S-VHS;

EC – видеокассета формата VHS-C;

SE-C – видеокассета формата S-VHS-C;

P – видеокассета формата 8-мм.

Кассеты, предназначенные для очистки видеоголовок, обозначают буквами CL (cleaner) после обозначения формата: E-CL, SE-CL, EC-CL и т. д.

Числовой индекс указывает длительность записи на видеокассету: 45, 180, 240 мин и т. д. (Например, EC-45, E-180, E-240).

Качество видеокассеты обычно обозначается в виде аббревиатуры:

HG – High Grade – высокая степень качества;

Super HG – сверхвысокая степень качества;

Hi-Fi – High Fidelity – высокая верность;

Super Hi-Fi – сверхвысокая верность;

EX – Excellence – превосходная;

MP – Metal Particle – лента высокого качества с частицами из металла;

Super AQ – Super Advanced Quality – сверхповышенное качество;

EQ – Extra Quality – повышенное качество и т. д.

Оптимальные условия окружающей среды при эксплуатации кассет в видеомагнитофоне составляет: температура – 15…35 ^оС; относительная влажность воздуха – 45 – 75%. Необходимо выдерживать кассету при комнатной температуре в течении 1 ч, если она вносится в зимнее время с улицы в помещение (во избежании конденсации влаги).

Перед первым применением кассеты или после хранения ее более одного месяца следует полностью перегнать магнитную ленту с левой катушки на правую.

Кассеты следует хранить в футляре, установленном вертикально, на расстоянии не менее 1 м от нагревательных приборов. Необходимо предохранять кассеты от пыли, воздействия прямых солнечных лучей, сильных магнитных полей (электродвигатели, трансформаторы), ударов, резких изменений температуры и влажности.

Магнитная лента для видеозаписи принципиально имеет строение, аналогичное ленте для звукозаписи, и состоит из двух основных слоев:

– гибкой основы, изготовленной из немагнитного материала и придающей магнитной ленте необходимую прочность;

– рабочего слоя, обеспечивающего собственно запись сигнала и содержащего магнитный материал, нанесенный на основу ленты. Рабочий магнитный слой состоит из следующих магнитных материалов в виде порошков: γ-оксида железа (Fe₂O₃); γ-оксида железа, модифицированного кобальтом (Fe₂O₃ + Co); оксида хрома (CrO₂); металлических магнитных порошков железа и его сплавов; сплошного металлического покрытия.

Известно большое количество различных модификаций этих материалов, отличающихся примесями, размером и формой частиц, характером анизотропии и магнитными свойствами.

Кроме основных, на ленту наносят дополнительные слои (см. рис. 231):

– защитный слойслужит для защиты рабочего слоя от механического износа, улучшения транспортирования ленты и предотвращения статической электризации носителя, проявляющееся в притягивании к рабочей поверхности ленты пыли и нарушающей ее контакт ленты с магнитной головкой.

– обратный слой необходим для улучшения транспортирования ленты в лентопротяжном тракте и качества ее намотки в рулон. Он может быть антистатическим.

– промежуточный слой (подслой) предназначен для улучшения сцепления (адгезии) рабочего и обратного слоев с основой.

Для изготовления основы магнитной ленты применяется лавсан, или полиэтилентерефталат (полиэфир), обеспечивающий ей необходимые физико-механические свойства.

Рис. 231. Строение магнитных видеолент:

1 – рабочий слой; 2 – основа; 3 – второй рабочий слой; 4 – защитный слой;

5,6 – адгезионный подслой; 7 – обратный слой

Карты флэш-памяти. Карты флэш-памяти используются в качестве носителей информации не только в цифровых фотоаппаратах, но и в цифровых видеокамерах. При этом они обеспечивают возможность записи и фотоснимков, и видеоизображения. Максимальная емкость таких носителей достигает сегодня 2 Гбайт.

Флэш-память является разновидностью статической памяти многоразового использования, ее полное название Flash Erase EEPROM (Electronically Erasable Programmable ROM) можно перевести как «быстро электрически стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство». Флэш-память относится к энергонезависимому типу, т.е. не потребляет энергии при хранении данных. Записанная на таком носителе информация может храниться неограниченное время.

Преимуществами флэш-памяти по сравнению с другими носителями информации являются: высокая надежность, ударопрочность (благодаря отсутствию движущихся компонентов и простоте механической конструкции носителей и накопителей), малое энергопотребление, компактность.

Существует несколько форматов карт флэш-памяти, которые используются как в цифровых видеокамерах, так и в цифровых фотоаппаратах, к ним относятся: PCMCIA, CompactFlash, SmartMedia, MultiMedia Card, Secure Digital, Memory Stick (см. рис. 232).

в. г.

Рис. 232. Карты флэш-памяти наиболее распространенных форматов:

а – Secure Digital; б – CompactFlash; в – Memory Stick; г – SmartMedia

Карты разных форматов несовместимы между собой, кроме двух – Secure Digital и MultiMedia Card, которые по размерам и электрическим контактам принимающего гнезда полностью взаимозаменяемы.

Оптические диски. Современные цифровые видеокамеры формата DVD позволяют использовать для записи DVD диски диаметром 80 мм форматов: DVD-R, DVD-RW и др.

Технология записи DVD-носителей была разработана сравнительно недавно. В 1997 г. на свет впервые появились однократно записываемые диски DVD-R. Способ «прожигания» данных на этих носителях аналогичен используемому при записи дисков CD-R и основан на изменении отражающей способности слоя органического полимера при нагревании лазерным лучом. Первоначально емкость дисков DVD-R составляла 3,95 Гбайт, но позднее была увеличена до 4,7 Гбайт для одностороннего и 9,4 Гбайт для двухстороннего носителя.

В 1998 г. был разработан первый стандарт перезаписываемых DVD-носителей – DVD-RAM. Однако диски и накопители DVD-RAM и до сих пор используются достаточно редко.

В 1999 г. появилась еще одна технология многократно записываемых DVD-дисков – DVD-RW. Для хранения информации в носителях DVD-RW используется «запоминающий» слой, изменяющий фазовое состояние при нагревании лазером. Физическая структура дисков DVD-RW очень похожа на DVD-R – в обоих случаях длина «прожженных» ямок и шаг спирали между соседними дорожками одинаковы. Емкость дисков DVD-RW равна 4,7 Гбайт для одностороннего и 9,4 Гбайт для двухстороннего варианта, гарантированное число циклов перезаписи — 1000.

Жесткие диски Microdrive. Съемные компактные жесткие диски Microdrive представляют собой миниатюрную разновидность магнитных дисков типа винчестер (см. рис. 233). Они были разработаны фирмой IBM. На таких носителях можно записывать все виды информации (аудио, видео и фото). Видеокамеры, использующие в качестве носителей информации дисковые накопители Microdrive, съемку ведут в формате DV.

Рис. 233. Видеокамера JVC GZ-MC200, использующая в качестве носителя информации жесткий диск дискового накопителя Microdrive

§ 5. Современные технологии цифровой видеозаписи

Внедрение в видеоаппаратуры, компьютерных технологий, цифровых методов записи и обработки сигналов, а также твердотельных преобразователей изображений коренным образом изменило подходы к проектированию и эксплуатации видео и телевизионных систем.

Появление видеокамер цифровых форматов DV (Digital Video), miniDV, microDVиDVD позволило записывать цифровые видеоизображения и осуществлять обмен видеоданными между цифровыми видеокамерами, компьютерами, цифровыми видеомагнитофонами формата DV. Обмен данными при этом происходит в соответствии со стандартом IEEE 1394 или FireWire (буквально: горящий провод). При этом видеокамера подключается к компьютеру с помощью кабеля FireWire, по которому передается одновременно видео- и аудиоинформация в цифровом виде, а также транслируются управляющие команды. Платы ввода-вывода, отвечающие стандарту FireWire, позволяют не только ввести в компьютер видеофильм в формате DV, но и преобразовать его в формат AVI (Audio-Video Interleaved Format) и после необходимой обработки записать на обычный бытовой видеомагнитофон в аналоговом виде[13].

При этом видеокамера полностью управляется с компьютера, а все операции по захвату и записи видео на жесткий диск компьютера не влекут за собой потери качества видеозаписи. Изображения в процессе перезаписи с видеокамеры в компьютер и обратно могут также оставаться в том же самом цифровом формате.

Как известно, динамичные видеоизображения высокого качества представляют собой поток видеоинформации. Для передачи таких видеосигналов требуется пропускная способность канала связи (скорость передачи данных) до десятков мегабайт в секунду. При вводе в компьютер и обработке такого большого объема информации потребуется высокая производительность процессора и большой объем памяти персонального компьютера. Современные цифровые технологии позволяют преобразовывать видеоизображения в цифровую форму и эффективно их сжимать (осуществлять компрессию) в 3 – 10 раз относительно исходного объёма информации, с минимальными потерями качества.

Реальные пути построения новых цифровых видеосистем с высоким качеством формируемого изображения открывают международные стандарты ISO/IEC 11172,13818 (MPEG-1, MPEG-2 - Moving Picture Experts Group). Они предусматривают кодирование сигналов изображения, звукового сопровождения и дополнительной информации для передачи их по каналам связи.

Операции по кодированию и сжатию видеоинформации осуществляются в плате ввода-вывода изображения или плате видеомонтажа компьютера. Сжатие должно происходить очень быстро, поэтому такая плата ввода имеет свой специализированный процессор, выполняющий эту операцию с требуемой скоростью. То же можно сказать и о процессе вывода изображения. Широко используются два основных метода сжатия динамичных видеоизображений:

- MJPEG (Motion JPEG), практически являющийся переносом метода сжатия фотоизображений в формате JPEG на последовательность этих изображений;

- MPEG, применимый только для видеопоследовательности и основанный на значительном сходстве соседних кадров. Этот метод достаточно сложен, оборудование для его реализации довольно дорого, кроме того, сильно осложнено редактирование записанного таким образом видеоряда из-за необходимости декодировки (расшифровки) кадров. Платы MPEG используют в основном для ввода готовой видеоинформации с целью последующей записи на видеодиск и тиражирования. Этот же метод используется и цифровыми видеокамерами стандарта DV.

Для ввода и последующего вывода на видеоленту используется в основном метод MJPEG, позволяющий производить оцифровку видеосигнала с приемлемым качеством. Поэтому плата ввода-вывода должна уметь производить сжатие сигнала и его восстановление именно по алгоритму MJPEG.

Видеофильмы, снятые при проведении следственных действий, не должны подвергаться видеомонтажу искажающему их ход и результаты. В то же время при использовании видеозаписи для иллюстрирования экспертных исследований в учебных и других целях возникает необходимость смонтировать отснятые видеофрагменты. При изготовлении видеофильма следует убрать «лишние» видеосюжеты, состыковать отдельные кусочки видеоматериала, выполнить между ними переходы, добавить спецэффекты и титры. Существует два вида видеомонтажа: линейный и нелинейный.

Рис. 234. Схема двухпотоковой системы линейного монтажа

Линейный видеомонтаж подразумевает перезапись видеоматериала с двух (или нескольких) видеоисточников на видеоприемник (видеозаписывающее устройство) с попутным вырезанием ненужных и «склейкой» нужных видеосцен и добавлением различных эффектов.

Процесс монтажа на ленте схематически представлен на рис. 235.

Рис. 235. Схема линейного монтажа видеоленты.

Классическая схема линейного видеомонтажа состоит из двух видеомагнитофонов (Player - Recorder) и управляющего ими монтажного контроллера (рис. 234), который обеспечивает синхронизацию видео и звука, записываемых с разных источников.

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

Недостатками линейного видеомонтажа являются потеря качества (исключение составляют, пожалуй, лишь профессиональные форматы представления видеоcигнала, например, Betacam SP), высокая трудоемкость (связанная с необходимостью постоянной перемотки ленты) и большое количество видеоаппаратуры.

Технология видеомонтажа и редактирования «внутри» компьютера получила название нелинейного монтажа. Онапозволяет операторам прямое обращение к необходимым кадрам-фрагментам видео, записанным на жесткий диск компьютера, т. е. избегать утомительного процесса постоянной (линейной) перемотки ленты вперед-назад при просмотре и поиске этих фрагментов.

Нелинейный видеомонтаж осуществляется на базе специализированных компьютерных комплексов. Они состоят: из видеоисточника (например, видеокамеры), специального компьютера с системой нелинейного видеомонтажа и программным обеспечением, видеомагнитофона для записи готового видеофильма (см. рис. 236). Черновые видеоматериалы сначала заносятся в память компьютера, а затем производятся монтажные процедуры посредством специальных компьютерных программ, например Adobe Premiere.

Следует отметить, 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).

Рис. 236. Примерная схема компьютерного комплекса

нелинейного видеомонтажа.

Существенными преимуществами цифрового нелинейного монтажа являются сохранение исходного уровня качества копируемых на диск фрагментов (вне зависимости от числа копий), компактность аппаратуры. Нелинейная видеостудия фактически представляет собой персональный компьютер, оснащенный системой нелинейного видеомонтажа и соответствующим программным обеспечением. При этом отпадает необходимость в монтажном и микшерном видеопульте (оборудование для видеомонтажа и создания спецэффектов), линейки из двух и более видеомагнитофонов, титровальном генераторе и т.д. Для записи готового смонтированного видеоматериала фактически необходим лишь один видеомагнитофон соответствующего формата. Спектр приемов, эффектов обработки и монтажа видеоматериала определяется лишь возможностями используемого компьютера и программного обеспечения и может оперативно изменяться и наращиваться. При оснащении соответствующим оборудованием и программным обеспечением эту систему можно превратить в профессиональную цифровую аудиостудию для озвучивания изготавливаемых видеороликов и монтажа фонограмм.

К числу преимуществ нелинейного монтажа также относятся:

– отсутствие выпадений из-за дефектов ленты;

– «мгновенный» доступ к любому фрагменту;

– более широкие возможности контроля процесса монтажа;

– автоматическая синхронизация видеоизображения и звукового сопровождения;

– более высокое качество конечной продукции;

– возможность использования новых технических решений по созданию новых визуальных эффектов, обусловленных именно цифровыми возможностями манипулирования с видеоизображением (например, трехмерная анимация, виртуальная студия), которые можно использовать, например, при моделировании различных ситуаций, процессов следообразования, реконструкции обстоятельств ДТП и т. п.

Следует отметить, что применяемые в настоящее время системы нелинейного монтажа, обеспечивают программируемый оперативный доступ к фрагментам сюжетов на дисковом носителе, электронные способы формирования заставок, графических изображений и видеоэффектов. Эти современные технологии уже используются и в работе правоохранительных органов для решения различных задач возникающих в ходе раскрытия и расследования преступлений.

Глава 32. Изобразительные средства и операторские приемы судебной видеозаписи

Видеофильмы, снятые в процессе расследования и раскрытия преступлений, должны соответствовать тактическим требованиям, которые гарантируют достоверность (документальность) получаемой информации и отличаются высоким качеством изображения. Выполнение данных требований связано с выбором изобразительных средств и техникой исполнения операторских приёмов.