Векторное видео. Конец эпохи пикселей

Технический прогресс – интересная вещь. Родившиеся в последние шестьдесят лет увидели столько изменений, сколько не доводилось видеть прежним поколениям. И среди изменений, к которым мы привыкли, немалый вес имеет рост разрешения видео.

С нашей стороны все происходит быстро. Тот, кто сегодня имеет дело с профессиональным видео, будет лишь воспоминать о видео обычного разрешения. Многие из нас по сей день им пользуются, но важная рабочая парадигма – это hd.

Что дальше

Дальше на горизонте 4k. И с практически неприличной поспешностью мы говорим о 8к. В реальности многие компании, к примеру, Sony и BBC, сваливающие в одну кучу многие видео форматы с разрешением гораздо большим, чем hd, используют такие определения, как «просто без разрешения» (не смотря на то, что после Sony это означает, что разрешение еще не все, существует и др. достаточно важные факторы, к примеру, повышение качества цветовой гаммы и контрастности).

Все хотят видеть картинку наилучшей. И нет совершенно ничего плохого в утверждении, что – при других равных условиях – если есть возможность записать картинку в формате высокого разрешения, то именно это и следует выполнить.
Мысль цифрового видео в настоящий момент таким образом отлично укрепилась и глубоко засела в сознании народа. Как минимум, слово «пиксель» у всех на языке, как будто оно постоянно было составляющей языка.

В реальности не совсем так давно его не было совершенно. Ни электронно-лучевые трубки, ни vhs рекордеры, а также любой другой тип аналогового видеооборудования не работали с пикселями.

Что было перед этим

До начала эпохи пикселей видео записывалось как постоянно изменяющееся напряжение. Оно не квантовалось, ну может быть, относительно конца линии развертки, либо к завершению поля кадра.
Дигитальное же видео таково. Оно отображено цифрами. Это скорее выглядит как «рисование цифрами», кроме того, что вместо представления картинки по типу линий, отделяющих разнообразные цвета, на изображение накладывается равномерная сетка. Практически каждый элемент в этой ячеистой структуре представляет собой пиксель, в который встроено число, соответствующее цвету данной ячейки. Все чрезвычайно просто и быстро!

Но наверно, это не исключительный способ представления картинок. В природе не существует совершенно никакой сетки, которая безоговорочно отвечала бы наложенной пиксельной сетке.

Когда мы размышляем про это, то на самом деле требуется приложить фантазию, с целью понять, как нечто утонченное и существующее в реальности, как бабочка, к примеру, может быть репрезентировано строкой двоичного кода. Эти два понятия, на первый взгляд, относятся к разным измерениям. На самом деле они воплощают в себе аналоговую и цифровую реальность.
Но чудо цифрового видео заключается в том, что в случае наличия необходимого количества пикселей, мы не будем их замечать. Наш мозг видит дискретную картинку, как в случае, если бы она была аналоговой, пока мы не приближаемся очень уж близко.

Такова идея. Ежели у вас нет достаточно пикселей, и вы сидите очень уж близко, вы можете увидеть сетку.

Практически все люди, читающие данный материал, уже знают это, и мы затрагиваем опять к данную части теории только для того, чтобы показать, что пиксели, в итоге, не наилучший способ представления картинок. Да, если вы смотрите hd в помещении на телевизоре «нормальных» размеров, то изображение отлично выглядит. Но если у вас есть желание иметь телевизор удвоенной диагонали (соответственно, в 4 раза больший по площади), то просто стоит перейти на 4к.

Обоснования для 8k

Для 8k существуют настоящие реальные причины, чтобы хотеть возжелать этот самый формат. К примеру, когда некоторые пиксели неразличимы в hd, а также 4k, то при внимательном рассмотрении наклонных линий возможно увидеть неровные края по типу зубчиков пилы, а чем ближе линия к горизонтальной или же вертикальной, тем ситуация еще больше ухудшится. Можно даже сказать, что искажение увеличивает пикселизацию, делая ее немногим более характерной. Учетверение количества пикселей серьезным образом ограничивает искажения.

Многие моменты приводят к уверенности, что есть и др. усовершенствования, которые принесут больше пользы, чем переход на 8к, но, наверно, следует вовсе уйти от понятия пикселей.

Обратите, пожалуйста, внимание на тот факт, что мы постоянно будем иметь дело с пикселями в случае, если речь будет идти о визуализации картинки на телеэкране. До тех пор, пока не будет придуман иной способ сродни естественному отображению видео, который связан с отказом от метода разделения изображения на простейшие ячейки, мы постоянно будем глядеть на мир через пространственно-квантованную сетку записанных или же передаваемых картинок. Но что может быть радикально изменено – это то, как мы храним видео.

Векторное видео

По всей видимости, мы будем двигаться в сторону векторного видео. Если вы художник-график, или же когда-то имели дело с Corel Draw, а также Adobe Illustrator на протяжении последних 30 лет, или же около того, то вы знакомы с различием меж векторной и растровой графикой. Растровая картинка – это знакомая сетка пикселей, содержащих числа, определяющие равное цвету элементарной ячейки.

Вектор – это иная тема. Вместо явного указания цвета каждой по отдельности части объекта, вектор представляет собой метаописание объекта. Хотя это уже очень подробные метаданные. Тем не менее, качество картинки не меняется при масштабировании векторного рисунка:

вектор представляет собой метаописание объекта

Возьмём, к примеру, латинскую заглавную букву «I». В шрифте без засечек, вроде данного, ее просто описать таким же образом, как и написать. Говоря стандартным языком, это что-нибудь вроде «черный вертикально ориентированный прямоугольник, где-то около 5 мм в высоту и 0,5 в ширину». В случае, если следовать этому описанию, получим идеальную «I». И не нужно волноваться о пикселях: в данном описании существует достаточно данных. Форма и начертание объекта берутся из описания и это все.

А все ли так просто?

Не стоит забывать и тот факт, что «i» в нижнем регистре достаточно сложнее описать, нежели в верхнем. Проблема в более сложном описании последнего прямоугольника, который значительно короче, и в более сложном описании точки над ним в виде черного круга.

Если же взять такие буквы, как «К» либо «Д», то задача гораздо сильнее усложнится в описании этих букв. Тем не менее, это нисколько не говорит о том, что задача невыполнима и решения к ней у неё нет. Ведь все шрифты и гарнитуры когда-то были уже описаны.

Самым главным преимуществом этого метода является тот факт, что при правильном описании объекта его можно воспроизводить как в малом, так и в большом масштабе, не теряя при этом качества изображения. Задача состоит лишь в том, что при показе его придется преобразовывать (растрировать) опять же в «пиксельную форму». Это будет делать программное обеспечение, которое встроено в монитор либо в телевизор. Просто за базу будет браться векторно-описанный объект, а система будет его преобразовывать в зависимости от разрешения экрана. А поскольку изображение будет не растровым, то форма круга не будет описана пиксельным разрешением, а бегающие животные и спортсмены не будут состоять из сетки пикселей.

В результате фильм не будет котироваться таким параметром, как разрешение, а будет просто описанным фильмом. Следует заметить, что и векторное кодирование будет сведено к минимуму.

Сложные динамические сцены

Предметы в видео и сейчас не занимают особо большого объема. А как же быть со сложными сценами из фильмов и прочего видео? Есть задумка выполнить это на основе процесса с названием «автотрассировка». Если положить на изображение кальку, то есть возможность в точности скопировать основные линии рисунка. Потом это все снять и раскрасить, или нанести градиент на свое усмотрение. В фильме тоже есть суть или его описание. Комбинацию кривых можно описать при помощи методики «Безье». Есть предположение, что нет таких линий в природе, которые невозможно описать.

Стоит напомнить, что это лишь теория, которая может столкнуться с неожиданными проблемами. Одной из таких проблем и являются очень сложные сцены, которые хочется просмотреть на огромном экране.

Основная идея подобного видео — это точность описанного изображения. Дальше идет его преобразование в увеличенном формате. Предусматривается, что качество при этом не будет теряться при любом разрешении.

Этот процесс может быть достигнут либо описанием изображения непосредственно при самой съемке, либо как отдельная операция по преобразованию.

Что касается частоты кадров, то подобно сегодняшним кодекам H.264 и MPEG изменение объекта будет отслеживаться только при его движении. Единственным различием принципа векторного видео от кодеков будет та деталь, что движения будут описаны намного точнее.

По задумкам разработчиков частота кадров может быть подобна сегодняшнему переменному битрейту. При статических сценах она может быть меньше, а при динамических — больше.

Насколько это все возможно

Судя по описанию — возможно все. Ресурс YouTube уже готов похвастаться размещенным видео о результатах британского университета Бата. Там ведутся работы по созданию нового кодека на основе вектора.

Кроме того, разработчики не забывают и о таком формате, как 3D. Стало быть, параллельно ведутся работы и о трехмерном векторном описании с добавлением дополнительных текстур. Принцип тот же, разве что телевизор будет оснащен еще и дополнительным драйвером, который будет распознавать эти векторные описания.

Возможно, что никто бы ничего и не пытался изобретать, если бы не одна, но достаточно неимоверная проблема 8k, связанная с огромным объемом информации. Вероятнее всего, только поэтому идет поиск, чтобы найти более эффективные способы кодирования, которые не будут увеличивать и без того уже немалый ресурс.