Форматы цифровой записи

 

Оборудование цифровых форматов видеозаписи позволяет получать материалы высокого качества и обладает стабильностью функционирования, большой надежностью и эффективностью. Еще одно немаловажное преимущество цифровой видеозаписи - это возможность многократной перезаписи без потери качества изображения.

3.2.1. Video CD

Стандарт записи видео в формате MPEG-1 на обычный Compact Disk (диаметр 120 мм, толщина 1.2 мм, одна информационная сторона).

Один диск обычно позволяет хранить до 74 минут видео, качество соизмеримо с VHS стандартом. Для воспроизведения достаточно односкоростного CD-ROM.

 

3.2.2. DVD

Формат DVD-диска принят 8 декабря 1995 года. Первоначально аббревиатура DVD расшифровывалась, как Digital Video Disc (цифровой видеодиск), несколько позже появилась расшифровка аббревиатуры DVD, как Digital Versatile Disc (универсальный цифровой диск).

Особенности dvd-видео

- Около 2 часов высококачественного цифрового видео (более 8 на двухстороннем, двухслойном диске).

- Поддержка для широкоэкранных фильмов и телефильмов на стандартных или широкоэкранных телевизорах (4:3 и 16:9 коэффициенты сжатия).

- До 8 звуковых дорожек на разных языках, до 8 каналов каждая.

- До 32 дорожек субтитров/караоке.

- "Бесшовное видео"

- До 9 углов камеры (различные точки зрения могут быть выбраны в течение воспроизведения).

- Меню и простые интерактивные возможности (для игр, quizzes, и т.д.).

- Многоязычный текст идентификации для имени заголовка, имени альбома, имени песни, и т.д.

- "Мгновенная" перемотка и быстрая перемотка вперед, включая поиск по заголовку, главе, дорожке, и коду времени.

- Долговечность (никакого износа от использования, только от физического повреждения).

- Не восприимчив к магнитным полям. Устойчив к нагреву.

- Небольшой размер.

- Noncomedogenic.

Качество dvd-видео

Качество DVD значительно лучше видеозаписи и даже лучше, чем laserdisc. Однако качество зависит от многих промышленных факторов. Так как большие количества видео уже были закодированы для Видео CD, с использованием MPEG-1, некоторые низкобюджетные DVD использует этот формат (который - не лучше, чем VHS), вместо более высококачественного MPEG-2.

DVD-Video упаковывается с цифровой мастер-ленты на студии в формат MPEG-2. Это сжатие с потерями удаляет избыточную информацию (например, области изображения, которые не изменяются) так, что это трудно заметно для человеческого глаза. Возникающее в результате видео, особенно, когда оно сложно или быстро изменяется, может содержать "артефакты" (местные искажения) типа blockiness, fuzziness, и видеошума, в зависимости от качества обработки и степени сжатия. При средней пропускной способности 3.5 Mbps, искажения сжатия могут быть иногда заметны. Более высокие пропускные способности данных могут почти исключить появление искажений, при первоначальной пропускной способности мастер-ленты в 6 Mbps. Так как MPEG технология сжатия улучшается, более высокое качество достигается при более низких пропускных способностях.

Термин "артефакт" относится к тому, что первоначально не было представлено в изображении. Артефакты иногда вызываются недостаточным кодированием MPEG, но чаще артефакты вызываются плохо настроенными телеприемниками, плохими кабелями, электрическими помехами, недостаточной передачей film-to-video, зерном пленки, неисправностью воспроизводящего устройства, ошибками чтения диска, и т.д.

 

3.2.3. DivX

Формат Divx (Di gital v ideo e x press) был разработан компанией Circuit City как альтернатива DVD. В результате получилась своеобразная система, в чем-то напоминающая прокат. В основе концепции лежала идея о том, что кодированный видеоформат может предотвратить нелегальное копирование оригинала. Покупая фильм в формате DivX за 4,5 долл., можно было смотреть его в течение двух суток, продлить лицензию для повторного просмотра за 2,5 долл. или приобрести годичную лицензию дополнительно за 15-25 долл.

Идея проката фильмов на дисках в формате DivX была поддержана некоторыми большими голливудскими компаниями. В список компаний, входят такие, как Disney, Dreamworks SKG, Paramount и Universal. Для просмотра фильмов в формате DivX был нужен специальный проигрыватель, который также может воспроизводить и обычные DVD-диски. В проигрывателе DivX также присутствовал модем, играющий важную роль во всей этой системе. С его помощью происходило соединение со специальной системой для составления счетов, а также обновления информации в модуле памяти проигрывателя. После оплаты дальнейшего использования диска, сигнал об этом поступал с сервера на проигрыватель и диск можно было просматривать после двухдневного срока. Необходимо было хотя бы раз в месяц делать запрос на сервер, в противном случае система блокировалась.

Система не прижилась, фирма-разработчик понесла убытки, а название перекочевало в новую технологию. Позднее форматом DivX стали называть несколько усовершенствованный формат MPEG4 (которым он по существу и является).

3.2.4. DV (miniDV)

DV - это бытовой формат цифровой компонентной видеозаписи с обработкой по стандарту 4:2:0 (PAL) и 4:1:1 (NTSC) на 1/4-дюймовую (6.35 мм) ленту с напылением металла. Этот формат разработан консорциумом DV, объединившим основных производителей бытовой аппаратуры. Каждый кадр располагается на 12-ти наклонных дорожках шириной 10 мкм. На наклонные дорожки записывается видео / аудиоданные, субкод, служебные данные (ITI - Insert and Track Information). Продольных дорожек нет. Применяется алгоритм внутрикадрового сжатия, использующий метод DCT. Коэффициент компрессии - 5:1. Обеспечивается разрешение по горизонтали - 500 твл. В DV предусмотрена специальная схема исправления и маскирования ошибок. Кассеты, записанные в формате DV, могут воспроизводиться на некоторых моделях аппаратов форматов DVCPRO и DVCAM. Для передачи данных в оборудовании этого формата предусмотрен универсальный последовательный интерфейс IEEE-1394, позволяющий переносить цифровые файлы напрямую на жесткий диск компьютера.

 

3.2.5. SVCD, ASF, RM

Стандарт Super VideoCD (SVCD) установлен Китайским Национальным Комитетом Стандартизации совместно с Philis, Sony, Matsushita и JVC. Он базирован на технологии сжатия MPEG-2 с переменным потоком (VBR). SVCD может обеспечить в два раза более четкое видео, чем предыдущий формат VideoCD, разрешение 480x576 более чем в четыре раза превышает ограничения MPEG-1.

SVCD обратно совместим с VCD 1.1, 2.0 и Interactive VCD 3.0. Более того, тогда как VCD требует встраивания текста в видео, SVCD использует отдельный поток данных для интеграции субтитров (вернее до 4-х таких потоков). Так как это не текст, а графические изображения, в субтитрах могут использоваться символы любых языков и шрифтов, а также графические изображения. При этом субтитры не имеют артефактов сжатия алгоритмом MPEG.

ASF - формат Windows Media. Основан на MPEG-4, оптимизирован для передачи видео с низким и средним битрейтом в интернет. Воспроизводится только на компьютере с Windows Media Player.

RM - RealVideo. Предназначен для низкоскоростной передачи видео в интернет в реальном времени. Небольшое разрешение, низкое качество. Воспроизводится только на компьютере. Требует специального программного декодера.

 

3.2.6. Digital Betacam

Digital Betacam - этот цифровой формат видеозаписи был разработан фирмой Sony. Для записи используется та же полудюймовая лента, что и в аппаратах Betacam SP. Имеются продольные дорожки управления, режиссерская и временного кода. Все видео- и аудиосигналы записываются сегментным наклонно-строчным способом. Каждое телевизионное поле записывается на 6-ти наклонных дорожках. Соседние дорожки записываются с азимутальным разворотом рабочих зазоров видеоголовок на +/- 15 градусов. Записываемый цифровой поток составляет 125.58 Мбит/с. Digital Betacam обеспечивает запись 10-битного компонентного цифрового сигнала с соотношением частот дискретизации 4:2:2 для сигналов яркости и цветности. Поддерживаются 4 канала звукового сопровождения, частота дискретизации аудиосигнала 48 кГц при 20-битном квантовании. Миникассеты Digital Betacam обеспечивают 40 минут цифровой записи, а большие - более 2-х часов.

 

В системе Digital Betacam используется очень эффективный способ обработки информации - BRR (уменьшение скорости потока данных). Благодаря этому одно и тоже количество видеоинформации может быть представлено меньшим объемом данных, чем раньше. Способ компрессии сигнала внутриполевой (intraframe) с использованием дискретного косинусного преобразования (DCT), коэффициент компрессии сигнала - 2:1. Имеется мощная система коррекции и маскирования ошибок.

 

3.2.7. Betacam SX

Betacam SX - видеоформат фирмы Sony, который обеспечивает запись 8-битных компонентных цифровых видеосигналов с соотношением частот дискретизации 4:2:2 для сигналов яркости и цветности. Поддерживает 4 канала цифрового звука (16 бит/48 кГц). Схема сжатия, используемая в Betacam SX, основана на алгоритме 4:2:2 P@ML стандарта MPEG2 с коэффициентом компрессии 10:1. Поток видеоданных составляет 18 Мбит/с. Запись производится на полудюймовую (12.65 мм) металлопорошковую ленту. Максимальное время записи - 184 минуты на кассету типа L и 60 минут на кассету типа S.

 

Формат Betacam SX обеспечивает вещательное качество изображения от съемки до компоновки программ. Оборудование этого формата позволяет монтировать материал прямо на месте и передавать его с высокой скоростью без потери качества. При переносе видеоматериалов между аппаратами формата Betacam SX используется последовательный цифровой интерфейс SDDI (последовательный цифровой интерфейс передачи данных), обеспечивающий четырехкратную скорость передачи, с аппаратурой цифровых форматов используется интерфейс SDI (последовательный цифровой интерфейс). Оборудование Betacam SX совместимо с аналоговой аппаратурой форматов Betacam, Betacam SP.

 

3.2.8. HDV

Стандарт HD (High Definition - Высокое разрешение) - это новый улучшенный стандарт видео. Существует много форматов, но основных стандартов установлено два: 1080i и 720p. Оба эти стандарта значительно превосходят стандарт SD в цвете и разрешающей способности (резкость изображения и детали). Почти всё HD оборудование изначально рассчитано на 'широкоформатное' изображение 16:9.

Стандарт HD в любом проявлении намного лучше 'традиционных' систем. Появившийся стандарт HDV (High Definition Video - Видео высокого разрешения) - это попытка дать возможность записи видео высокого разрешения, при скорости передачи 25 Мбит/с на существующие устройства MiniDV, используя сжатие MPEG2. Многие производители уже являются приверженцами стандартов HDV. Стоит отметить, что любая домашняя запись, сделанная в HDV, будет превосходить общепринятые на сегодняшний день SD DV записи, обладающие, к сожалению, ограниченными способностями.

 

3.2.9. ProHD

DVCProHD - формат записи на магнитную ленту фирмы Panasonic, являющийся дальнейшим развитием DVCPro. В связи с необходимостью записи более высокого цифрового потока, скорость ленты увеличена в четыре раза. Как и для всех версий формата DVCpro, компрессия DVCproHD основана на алгоритме DV. Несжатые HD-сигналы распределяются по четырем устройствам сжатия DV, работающим параллельно, которые все вместе сжимают сигнал с коэффициентом 1:6.7. Результирующий поток данных составляет 100 Мбит/с.

 

3.2.10. D-VHS

Полностью цифровой формат D-VHS (Digital VHS) позволяет вести запись цифрового видео максимально возможного качества (поток видеоданных до 14,1 Мбит/с), длительностью до 8 часов в режиме STD (Standard), или 21 час, на скорости в три раза меньшей (LS3) - с качеством DVD-видео (4,7 Мбит/с). Данные записываются в том виде, в котором они поступают на вход видеомагнитофона, без восстановления сжатых данных.

Привлекательность формата заключается в его востребованности, ведь до сих пор не существовало перезаписываемого бытового цифрового видеоносителя достаточной емкости с качеством не только равным, но даже превосходящем DVD.

Для оценки потенциальных возможностей D-VHS достаточно сказать, что если скорость цифрового потока (битрейт) в DVD-формате достигает только 10 мегабит/сек. (обычно она не превышает 4–6 мегабит/сек.), и емкость диска составляет максимум 18 гигабайт (2 стороны/2 слоя), то в D-VHS ее максимальное значение составляет 28,2 мегабит/сек. при емкости кассеты до 44 гигабайт. Формат D-VHS дает возможность записывать даже HDTV-программы (т.е. ТВ повышенной четкости). Понятно, DVD со своим максимально достижимым разрешением в 540 ТВ-линий значительно уступает 1080 линиям в HDTV.

Поэтому если HD-телевидение станет широко распространенным, то запись такой программы на D-VHS-магнитофон обеспечит несравненно лучшее качество, чем DVD-плейер. Более того, такой битрейт и емкость видеокассеты позволяет в LS-режиме хранить до 14 часов видео с качеством, не уступающим обычному DVD, а с качеством, сравнимым с VHS - до 21 часа.

 

3.2.11. MicroMV

MicroMV - первый, разработанный фирмой Sony, формат записи для любительских видеокамер, использующий стандарт сжатия MPEG2. MPEG является открытым промышленным стандартом видео- и компьютерной индустрии и используется как новый формат, естественный преемник DV, поскольку обеспечивает высокое качество изображения и звука, а также открывает новые возможности дизайна видеокамер, благодаря компактному размеру носителя. Размер новой кассеты составляет 30 процентов от размера кассеты miniDV. Кассета оснащена модулем памяти. Скорость передачи данных нового формата составляет 12 Мбит/с, что в два раза ниже, чем в формате miniDV.

3.2.12. Digital8

С появлением цифровых видеокамер формата miniDV оказалось, что видеолюбители, стремящиеся к повышению качества изображения, должны отказаться от старых, накопленных годами архивов, записанных на кассетах Hi8. Компания Sony пошла навстречу требованиям рынка и выпустила промежуточный вариант цифровой видеозаписи на кассетах формата Hi8 (возможно, хотя и не рекомендуется использовать кассеты Video8). Правда пришлось поступиться временем записи (на кассете Hi8 можно записать видео в стандарте D8 на треть меньше по времени). Оправдывается это значительным улучшением качества изображения (оно приближается к вещательному) и различными преимуществами, такими как цифровые эффекты, цифровой порт по стандарту IEEE 1394 и др. Режим LP в этих камерах не предусмотрен. Естественно, что камера D8 может использоваться для просмотра старых кассет Hi8 и Video8. При этом, стоимость такой камеры несколько дешевле чем камер miniDV.

 

3.2.13. D1, D2, D3, D5, D6

D1 - цифровой формат, разработанный фирмой Sony. Запись осуществляется на магнитную ленту шириной 19,01 мм в соответствии со стандартом CCIR601 в варианте 4:2:2. Запись видео- и аудиосигналов сегментная, четырехканальная; скорость движения ленты - 286,9 мм/с. Одно телевизионное поле записывается на 12 наклонных дорожках шириной 30 мкм. Кроме наклонных дорожек имеются 3 продольные - монтажная звуковая дорожка, дорожка управления и дорожка временного кода. В центре наклонных дорожек для записи видеоданных размещены 4 сектора с сигналами звука. Запись производится на кассеты трех размеров, которые обеспечивают 11, 34, 76 минут непрерывной записи при толщине ленты 16 мкм. При меньшей толщине ленты длительность записи, соответственно, увеличивается.

Этот формат один из наилучших для студийной работы, так как используется компонентный сигнал, сохраняется полная полоса частот сигналов, которая позволяет делать высококачественные плавные переходы в рир-проекции, обеспечивается высокое качество при копировании и монтаже. Оборудование формата D1 можно подсоединять без дополнительного транскодирования почти ко всем системам цифровых видеоэффектов, кинотелепреобразователям, дисковым запоминающим устройствам и т.п.

Формат D2 был предложен фирмами Ampex и Sony для обработки, записи и воспроизведения композитного сигнала стандартов PAL и NTSC. Запись сигнала производится на 19,01 мм металлопорошковую ленту, упакованную в кассеты трех видов: малые, средние и большие. Способ записи наклонно-строчный сегментированный. Одно телевизионное поле записывается на 8-ми дорожках шириной 35 мкм. Уровневое квантование - 8 бит. Частота дискретизации аудиосигнала - 48 кГц, квантование - 20 бит. Записываемый цифровой поток достигает 154 Мбит/с. Кроме наклонных дорожек имеются 3 продольные - управления, монтажная звуковая, дорожка временного кода. Звуковые сектора располагаются в начале и конце программных строчек. D2 характеризуется более низкой стоимостью оборудования по сравнению с аппаратурой формата D1, способностью воспроизведения изображения в широком интервале скоростей и его просмотре в цвете при 60-кратном превышении номинальной скорости и возможностью многократной перезаписи с минимальными потерями качества.

Формат D3 цифровой видеозаписи на полудюймовую ленту разработан мощной вещательной корпорацией NHK в 1991 году, и его аппаратурная реализация стали значительным достижением фирмы Panasonic. Оборудование D3 работает с композитными 8-битовыми видеосигналами стандартов PAL и NTSC. Видеофонограмма примерно такая же, как и у формата D2, разница только в числовых характеристиках. Так ширина наклонных дорожек составляет 18 мкм, общая длина программной дорожки - 117.71 мм, а видеосектора - 108.9 мм, угол наклона дорожек - 4.9 градуса. Дорожка временного кода примыкает к нижнему краю наклонных дорожек. Длительность записи на одну кассету D3 - от 50 до 245 минут. Характеристики оборудования в целом такие же, как в D2. Благодаря использованию полудюймовой ленты создана полная линейка оборудования формата D3, обеспечивающая студийное и внестудийное производство, репортажные съемки, запись, монтаж и выдачу программ в эфир, все этапы которых выполняются в едином стандарте. При этом расход ленты оказался в два раза меньше, чем у 19 мм композитных форматов. Плотность записи - 13.7 Мбит на квадратный сантиметр. При заметно более низкой стоимости и массе аппаратура формата D3 не уступает по функциональным возможностям, качеству сигнала и защите от ошибок аппаратам форматов D1 и D2. Впервые стал возможен режим предварительного чтения (Pre-read), при котором один и тот же аппарат используется и как источник сигнала, и как мастер, т.е. можно проводить на 2-х аппаратах монтаж, рассчитанный на 3 аппарата.

Оборудование компонентного формата D5 использует те же кассеты, что и D3, но составляющие цветового сигнала снимаются с изображения в соответствии с рекомендациями для 10-битовой записи, изложенными в документе CCIR601, который распространяется на цветоразностные цифровые и RGB-сигналы, определяет уровни и частоты квантования, матрицирование RGB/Y, R-Y, B-Y и характеристики фильтров. Видеофонограмма такая же, как и у D3, только видеодорожки сдвоенные, т.к. сигнал в D5 компонентный. Записываемый цифровой поток составляет 270 Мбит/с. Используется металлопорошковая лента шириной 12.65 мм в такой же кассете, как и у D3. Продолжительность записи в зависимости от величины кассеты составляет - 32, 62, 132 минуты.

Видеомагнитофоны D5 имеют встроенные декодеры и могут воспроизводить запись с ленты формата D3, а также выдавать на линейный выход составляющие цвета. Они обладают возможностью формировать изображение как в формате растра 4:3, так и в широкоэкранном формате 16:9. Поскольку цифровая запись ведется без компрессии сигнала, формат D5 обладает всеми преимуществами D1 и дает абсолютное качество изображения. Такая техника пригодна и для высококачественного компоновочного монтажа, и для более простых операций. В дополнение к требованиям телевизионных систем на 625 и 525 строк данный формат пригоден и для ТВЧ (телевидение высокой четкости) с компрессией сигнала 4:1. Формат D5 обеспечивает "прозрачную запись" (отсутствие искажений от входа до выхода) сигнала в цифровом стандарте 4:2:2 при 8 и 10-битовом квантовании при его многоступенчатой обработке, особенно в отношении активной части изображения, что делает оборудование формата D5 очень привлекательным для потребителя, особенно в профессиональном видеопроизводстве. И не случайно видеомагнитофоны D5 фирмы Panasonic установлены во многих известных телестудиях по всему миру.

Цифровой широкополосный формат D6 разработан фирмами Toshiba и BTS в 1993 году специально для записи цифровых сигналов ТВЧ с соотношением сторон изображения 16:9. Он рассчитан на исключительно высокую пропускную способность до 1,2 Гбит/с. Первый видеомагнитофон формата D6 - DCR 6000 фирма BTS выпустила в 1994 году. Он позволяет записывать цифровые сигналы ТВЧ обоих стандартов 1250/50/2:1 и 1125/60/2:1 на кассету с 19,01мм лентой наклонно-строчным способом в виде блоков цифровых данных. В каждом блоке находятся данные о видеосигнале и звуке, вспомогательной и служебной информации, а также содержится запись параметров и местоположения специальных зазоров, облегчающих монтажные операции. Запись производится на металлопорошковую ленту улучшенного качества толщиной 11мкм. Шаг дорожки записи - 21 мкм, угол наклона дорожек - +/-15 градусов. Продолжительность записи в зависимости от величины кассеты составляет 8, 28, 64 минуты. Отличительной чертой аппаратуры D6 является невероятно эффективная встроенная система коррекции ошибок. При вероятности появления сбоев на ленте (обусловленных системой лента-головка) не более 4х10-4, выходной сигнал с аппаратуры D6 может содержать битовые ошибки, но их вероятность появления не превышает 10-11.

 

3.2.14. S(X)VCD

Формат SVCD расшифровывается как Super Video CD. На таком компакт-диске можно разместить вдвое больше информации чем на обычном Video CD. До сих пор эти диски наиболее широко распространены в Китае.

Стандарт SVCD был разработан в Китае в конце 1998 года и в настоящее время проходит процедуру регистрации как международный. Проигрыватели и диски SVCD сейчас довольно активно продаются в Китае, Гонк-Конге, Тайване, Малайзии, Сингапуре и Индии. Для воспроизведения таких дисков используются специальные SVCD проигрыватели, поддерживающие также VCD 3.0, VCD 2.0, CD-DA и иногда MP3 форматы. Некоторые проигрыватели DVD также могут воспроизводить SuperVCD, даже если об этом не сказано в инструкции, другие требуют лишь модификации внутренней программы (замены или пере-программирования одной микросхемы - некоторые модели JVC, Philips, Pioneer, Samsung). И конечно такие диски могут воспроизводиться на компьютере с 2х скоростным или более быстрым дисководом CD-ROM и аппаратным или программным (Pentium-II 350 МГц или лучше) декодером MPEG2.

Формат XVCD уступает SVCD по таким показателям, как поток данных и разрешение.