יום שני, 19 באוקטובר 2009

לכידת וידאו, עיבוד וקידוד - חלק ראשון

בפוסט זה תלמנו על לכידת וידאו, המרת קלטות וידאו אנלוגיות ישנות והפיכתם לקובץ וידאו דיגיטלי אותו ניתן לנגן בכל מחשב, DVD ביתי, סטרימר וגם יוטיוב.
בנוסף תלמדו לשפר את איכות הוידאו שנשחקה עם השנים בחלק העיבוד והעריכה.
אני אומר בביטחון שהתוצאה הסופית תהיה יותר טובה מבתי עסק שממרירים קלטות וידאו תמורת תשלום, בזכות כמה נקודות שחשוב להבין וקשה למצוא להן הסבר בעברית, וגם בגלל מס' פילטרים חדשים בקוד פתוח שיסננו רעשים כלא היו, ללא תופעות לוואי.
לאלה שיפעלו לפי המדריך במדויק, מובטחת הצלחה. בתחום יש הרבה מקום לטעות ולכן נדרשת הבנה בנושא, לשם כך כתבתי הקדמה, לראשונה, הסבר פשוט וכמה שיותר ידידותי בעברית. אחרי הכל את החומר הזה לומדים מהנדסי חשמל ואלקטרוניקה המתמחים בעיבוד אותות.
מפאת האורך, מדריך זה יחולק ל-2 חלקים.
בנתיים תוכלו לארגן את כל הרכיבים הנדרשים וללמוד על הרקע של התהליך.
קישור לחלק ב

דרישות:
עבור לכידת וידאו נדרשים הרכיבים הבאים:
  • מכשיר וידאו VHS תקין, או מצלמת וידאו אנלוגית תקינה (Hi8/8mm/VHS-C).
  • כרטיס טלוויזיה, או מצלמת וידאו דיגיטלית DV, שקע FireWire במחשב.
  • כבלים מתאימים- SVideo או RCA, כבל FireWire (נקרא גם IEEE1394).
  • הרבה מקום פנוי בדיסק הקשיח, החל מ- 20GB עבור שעה באיכות VHS.
בנוסף נדרשות התוכנות החינמיות הבאות:
דוגמאות:
  • אני רוצה להמיר קלטת וידאו רגילה. אני צריך מכשיר וידאו תקין, כבל RCA (עם הבננות) וכרטיס טלוויזיה עם דרייברים תואמים. כמו כן אני צריך את חבילת התוכנות.
  • אני רוצה להמיר קלטת Hi8 (זאת הקטנה). אני צריך מצלמת וידאו תואמת ותקינה, כבל SVideo, כבל RCA עבור הקול (אודיו), כרטיס טלוויזיה, דרייברים ואת חבילת התוכנות.
  • אם אין לי כרטיס טלוויזיה, אך יש לי חיבור FireWire, אני צריך גם מצלמת וידאו דיגיטלית DV, כבל FireWire, כבל RCA, חבילת תוכנות כולל את Movie Maker.
הקדמה:

וידאו אנלוגי החל את דרכו בראשית הטלוויזיה, הוידאו "נרשם" על המסך בצורה של סריקה, שורות שורות, מלמעלה בצד שמאל עד למטה בצד ימין, בדומה לצורה שבה מדפסת הזרקת דיו עובדת. כל סריקה משמעותה פריים אחד (Frame).
במקום בפיקסלים , השתמשו בגלים אלקטרומגנטיים כיאה לאות אנלוגי, משרעת (Amplitude) הגל משתנה בהתאם לבהירות (בהתחלה היו רק טלוויזיות שחור לבן). הוידאו נקרא וידאו אנלוגי בגלל שהוא עובד על גלים ולא על מספרים בינאריים (=ספרות=פיקסלים).
בראשית הטלוויזיה הוקמו 2 תקנים עיקריים:
הראשון-NTSC, שימש לשידורים בארה"ב. בגלל מגבלות הטכנולוגיות באותה תקופה, רמת הפרטים (הרזולוציה) נבחרה על 525 שורות אחת מתחת לשניה (רזולוצית גובה) בקצב של 30 תמונות לשניה, בהתאם לתדר רשת החשמל בארה"ב שפעלה ב60Hz (על הרזולוציה האנכית בהמשך). בפועל הוקצו 480 שורות "נטו" לתצוגה על המסך, שאר השורות שימשו למטרת סנכרון ומאוחר יותר להעברת ערוץ הצבע. ערוץ האודיו הועבר בצמוד לערוץ הוידאו אבל לא היה חלק ממנו.
התקן השני- PAL, תקן מתקדם יותר, נבחר באירופה (חוץ מצרפת) וכולל את ישראל, הכיל 625 שורות (בפועל 576) עם 25 תמונות בשנייה (בהתאם לתדר זרם החליפין של 50Hz ברשת החשמל בישראל).

שזירה (Interlacing)-
התברר, שכאשר מציגים 25 או 30 תמונות בשניה, זה לא מספיק לתצוגת תנועה משכנעת ללא ריצוד. תותח האלקטרונים (הרכיב שנמצא בטלוויזיות CRT) סורק את המסך שורה אחר שורה (כמו במדפסת אמרנו), בזמן הזה שאר השורות שחורות, נוצר ריצוד הפוגע מאוד בחווית הצפיה (ניתן לראות את האפקט כאשר מצלמים טלוויזיות ישנות עם תריס מהיר).
הגיעו למסקנה שצריך להכפיל את מס' התמונות בשניה ל50 ו60 בהתאם (PAL/NTSC). אבל, הטכנולוגיה לא מאפשרת, אין מספיק רוחב פס. הפתרון הגיע בדמות שזירה - Interlacing, הוא זה שגורם לנו הרבה צרות היום בעולם הדיגיטלי.
במקום להחליט על קיצוץ מס' השורות פי 2 והכפלת מס' התמונות בשניה, הסריקה מתבצעת קודם על השורות האי-זוגיות ואח"כ על השורות הזוגיות. באותה שיטה פועלת מצלמת הוידאו. כל פריים (Frame) מחולק לשני שדות (Fields). כל נוצרים 25 פריימים בשניה (ו50 שדות). כל פריים, מכיל רק חצי מכמות המידע. פעם את החצי של השורות האי-זוגיות ופעם את החצי של השורות הזוגיות.
שימו לב . כאשר לוכדים את הוידאו למחשב, אנחנו רואים באותו הזמן גם את השורות האי-זוגיות וגם את הזוגיות (באותו הזמן, בגלל שמסכים הם פרוגרסיביים- Progrecive), אבל בפועל השורות האלה הוקלטו בזמנים שונים.
כאן נוצרת בעיה, במיוחד בצילום של נושא דינמי (בתנועה), ניתן להבחין בשלל תופעות לוואי, כולל אפקט קצוות משוננים, במיוחד כאשר מנסים להקטין/להגדיל רזולוציה עבור יוטיוב וכו', על כך בהמשך.

בתמונה למעלה משמאל לימין- תמונה פרוגרסיבית, תמונה שזורה, ותמונה שעברה ביטול שזירה בצורה לא חכמה במיוחד.
בשורה התחתונה אותם התמונות עם הוספת מסנן טשטוש Anti-Aliasing. שוב, פתרון לא חכם להמנע מריצוד.

צבע-
אזהרה: פסקה חופרת. מי שאינו חפרן/למד אי פעם אלקטרוניקה מוזמן לעבור לפסקה הבאה.
בהתחלה שידורי הטלוויזיה היו בשחור לבן, אח"כ הוסיפו צבע. האתגר היה לאפשר תאימות לאחור, כדי שטלוויזיות שחור לבן יתמכו* בתכנים שצולמו בצבע. לכן לא היה ניתן לפתח תקן חדש לחלוטין של שידורי צבע, פשוט שדרגו את התקן הקיים. בתקופת השחור לבן היה ערך אחד של ניגודיות, אז הוסיפו עוד 2 ערכים תוך שימוש בחיסור תדרים.
כולנו מכירים את הדרך הנפוצה לייצג צבעים במחשב- RGB, אדום ירוק כחול. יש עוד שיטות לייצג צבע ב3 ערכים, כאן השתמשו בייצוג YUV, המשתמש בחיסור תדרים.
מה שעליכם לדעת הוא שרמת הפירוט של הצבע בוידאו האנלוגי פחותה מרמת הפירוט של הניגודיות, מכיוון שלא נותר כמעט רוחב פס לשידור ערכי הצבע וגם בגלל שהעין האנושית פחות רגישה לפרטים בערכי הצבע. אז אם אפשר לחסוך, למה לא.
בתמונה משמאל- התמונה הצבעונית המלאה, ערוץ הניגודיות וערוצי הצבע. ניתן לגיע לכל אחד מצבעי RGB עלי ידי חיסור של אחד או יותר מערוצי הצבע מערוץ הניגודיות.

יתרונות הפורמט הדיגיטלי-
הוא לא מאבד איכות, ולא מתבלה עם הזמן, ניתן לשמור אותו לשנים רבות.
פורמט דיגיטלי הרבה יותר נגיש. ניתן לנגן אותו מספר בלתי מוגבל של פעמים, לערוך ולהציג במגוון רחב של אמצעי תצוגה. ניתן להפעיל פילטרים ומסננים שמשפרים את איכות התמונה.
אני בחרתי בפורמט Xvid עבור וידאו אנלוגי והמדריך יסביר איך לקודד בפורמט זה. כל DVD כיום מסוגל לנגן אותו, הוא חסכוני ואיכותי הרבה יותר מהדור הקודם (MPEG2), ותומך ללא בעיה בשזירה.

הפרדה- רזולוציה
אמרנו שמדובר בתדרים, ולא בפיקסלים דיגיטליים. כדי להפוך תדרים לפיקסלים יש לבצע דגימה, בדומה לדגימה של סאונד (איכות דיסק ב44K דגימות בשניה).
פעולת הדגימה מבוצעת כך: בנקודה מסויימת בודקים את "הגובה" (אמפליטודה) של גל אנלוגי, ורושמים את הערך הזה בצורה ספרתית. אח"כ מתקדמים קצת להמשך הגל, ושוב רושמים את הנקודה הסמוכה. חוזרים על הפעולה אינספור פעמים, במרחקים קבועים ומאוד מאוד קטנים. ככל שדוגמים בצפיפות גדולה יותר כך ניתן יהיה אפשרי לשחזר בזמן הניגון את הגל המקורי בדיוק רב יותר. כלומר, איכות נאמנה למקור.
דגימת וידאו מתבצעת בדומה לסאונד. אבל בניגוד לו, לא מדובר בגל טבעי אלא בגל מהונדס שמוגבל לתדר שבו נוצר. לכן, יש תקרה מסויימת של קצב דגימה שאם עוברים עליה לא ניתן לחלץ עוד פרטים ולכן אין טעם לעשות זאת.
מס' השורות האופקיות לא תלוי בתדירות הגל והוא סטנדרתי- 625 שורות בארצנו. מס' הטורים האנכיים (רזולוצית הרוחב) כן יכולה להשתנות, הכל תלוי במקור הוידאו האנלוגי.

מקורות וידאו אנלוגיים-
לכל מקור וידאו תדר גל שונה. כאשר אנחנו באים לדגום, עלינו להתחשב בתדר המקסימלי שלו.
קלטות VHS וגם 8mm מס קווים- 240, רזולוצית דגימה: 352x576
קלטות SVHS וגם HI8, מס' קווים- 420, דגימה: 560x576
שידורי טלוויזיה חיים- 340 קווים אנכיים, דגימה מוצעת: 400x576
בנוסף לאיכות המקור, חשוב גם איך אנחנו מעבירים אותו למחשב. אם ברשותכם רק כבל RCA (זה עם הבננות), אתם יכולים להסתפק ברזולוצית דגימה של 352x576, כי הכבל לא איכותי דיו וגם יותר הפרעות הדדיות בין ערוץ הניגודיות לערוץ הצבע. ללא ספק כבל SVideo עדיף, ומאפשר גם דגימה באיכות מלאה של 720x576.

קישור לחלק ב

אין תגובות:

פרסום תגובה