Технология Digital Video (DV)

Цифровые видеокамеры

Сравнительные характеристики аналоговых форматов видеозаписи

Вскоре после начала триумфального шествия цифровых технологий крупнейшие компании – производители видеоаппаратуры – Sony, Matsushita, JVC, Hitachi, Mitsu­bishi, Toshiba, Sanyo, Sharp, Philips, Thomson и другие – объединили свои усилия для создания единого цифрового формата видеозаписи. Плодом усилий созданного
в 1993 г. консорциума DVC стало регламентирование основных параметров цифрового формата бытовой видеозаписи: параметров сжатия, габаритов носителей, механизма и формата ленты и многого другого.

Суть DV-технологии (Digital Video) заключается в компрессии видеопотока, обеспечивающей минимальные ухудшения цветопередачи и четкости изображения. Результирующий поток данных вмещает 25 Мбит/с видеоданных, 1,5 Мбит/с звука и 3,5 Мбит/с служебной информации (всего около 3,7 Мбайт/с).

Кадру на ленте соответствует 12 наклонных строк-дорожек (10 для NTSC) шириной всего 10 мкм, на каждой из которых записываются аудио- и видеоданные, тайм-код кадра (timecode – час, минута, секунда и порядковый номер кадра) и служебные данные (рис. 190). Предусмотрена также возможность записи расширенной информации о видеосюжете, в том числе даты его создания – редактирование, параметры съемки камеры и прочее.

Рис. 190. Структура записи данных на DV

Видеосигнал записывается в компонентном представлении (Y, С_R, С_В), обеспечивающем разрешение по горизонтали в 500 телевизионных строк. Характеристики формата полностью удовлетворяют профессиональным критериям качества записи видеосигнала.

Но самое главное – это цифровой формат записи, что гарантирует идентичность каждой сделанной копии оригиналу, а также обеспечивает непревзойденные удобства редактирования видео (вплоть до отдельных кадров) без потери качества. Оцифровка осуществляется с разрешением 720×576, согласно схеме 4:2:0 (720×480 4:1:1 для NTSC). Это означает, что каждый кадр содержит 720×576 значений яркости Y и по 360×288 значений цветности С_R и С_В.

Цифровая запись звука производится без компрессии, согласно одной из трех возможных схем: один 16-битный стереоканал с частотой 44,1 кГц (CD-качество), один 16-битный стереоканал с частотой 48 кГц (DAT-качество) или два стереоканала по 12 бит с частотой 32 кГц. Благодаря раздельной записи видео и звука, формат DV позволяет добавлять звуковое сопровождение после завершения записи/редактиро­вания видео, а также перезаписывать звук в режиме «Audio Dub».

Отличительной чертой формата DV является специальная схема исправления и маскирования ошибок, позволяющая воспроизводить чистую картинку даже в случае полной потери двух из 12 дорожек. Дело в том, что в DV информация о последовательных участках изображения равномерно распределяется (причем с некоторой избыточностью) между различными дорожками кадра. В случае более существенной потери информации изображение может быть аппроксимировано с высокой достоверностью.

Что касается используемых носителей, то для формата DV решено было использовать магнитную ленту шириной в четверть дюйма (6,35 мм), скорость движения которой составляет 18,831 мм/с. Таким образом, плотность записи информации очень высока – более 0,4 Мбайт/мм². Имеется два различных типа видеокассет: малые – с длительностью записи до 60 минут (90 минут в режиме LP) и размером 66×48×12 мм; большие – до 180 минут и размером 125×78×14,6 мм. Даже самая большая из предусмотренных стандартом кассет почти не отличается по размерам от компакт-кассеты.

Digital 8.Цифровой формат, созданный и поддерживаемый фирмой Sony, является переходным, позволяющим владельцам видеокамер форматов Video 8 и Hi 8 перейти к цифровым технологиям. Формат позволяет воспроизводить аналоговое видео, записанное на кассетах Video 8 и Hi 8, а также производить цифровую запись на этих же кассетах. Правда, в последнем случае из-за большей скорости протягивания ленты время записи/воспроизведения кассет уменьшается на треть (до 120 мин в SP и до 240 – в LP). Камеры обеспечивают четкость цифрового изображения до 500 линий по горизонтали (в зависимости от типа ленты). Цифровой звук может быть записан в двух режимах: 4 канала по 12 бит/32 кГц или 2 канала по 16 бит/48 кГц. Предусмотрены DV-интерфейс, позволяющий копировать записи на DV-камеры и магнитофоны или выводить на компьютер, а также возможность оцифровки аналоговых записей через аналоговые входы. Данный формат не приобрел должной популярности, не выдержав конкуренции с форматом MiniDV.

Преимущества:

– цифровая запись звука и изображения с разрешением 500 линий по горизонтали;

– оцифровка звука возможна в 2 вариантах: 2 канала по 16 бит/48 кГц или 4 канала по 12 бит/32 кГц. Первый вариант позволяет достичь максимального качества звучания, второй – резервирует 2 канала для наложения звукового и голосового сопровождения при редактировании;

– возможность использования кассет Hi 8, Video 8 и воспроизведения записей этих аналоговых форматов, а также оцифровка аналоговых записей через аналоговые входы.

Недостатки:

– небольшое время записи на одну кассету 60–80 мин в обычном режиме и 90–120 мин в режиме Long Play.

MiniDV(Mini Digital Video) – одна из разновидностей формата DV, которую отличают компактность, увеличенное время записи, а также улучшенное качество. В этом цифровом формате используются, пожалуй, самые маленькие видеокассеты, имеющие размеры 66×48×12 мм. Отсюда малые габариты и вес самих камер. Время записи/воспроизведения в режиме SP – до 80 мин, LP – до 120 мин. Формат обеспечивает хранение данных на специальных цифровых кассетах, вмещающих около 14,7 Гбайт. MiniDV характеризуется горизонтальным разрешением в 520 телевизионных строк, которое позволяет воспроизводить мельчайшие детали. Полоса частот цветности шириной в 1,5 МГц позволяет записывать в три раза больше данных о цвете, чем в аналоговых форматах, что обеспечивает более резкие и естественные неразмытые цвета. Кроме того, в MiniDV предусмотрен оптимизирующий алгоритм под названием «корректор временных ошибок», который устраняет дрожание изображения, наиболее заметное в вертикальных границах, из-за чего те становятся похожими на прерывистую линию.

Качество звука в MiniDV (РСМ-стерео, 16 бит, 48 кГц) выше обеспечиваемого обычными аудио CD; возможность осуществления 12-битного DV-аудиокопирования позволяет добавлять собственное звуковое сопровождение к уже отснятому материалу.

В качестве воспроизводящего устройства используют чаще всего саму видеокамеру.

Преимущества:

– запись изображения и звука в цифровом виде;

– отсутствие потерь качества при перезаписи;

– возможность прямой передачи сигнала на компьютер;

– наличие разъемов S-Video, RCA, DV-вход/выход;

– миниатюрные размеры самих видеокамер и кассет;

– для увеличения плотности записи используется компрессия со средним коэффициентом 5:1, что позволяет достичь качества записи, мало уступающего профессиональному Betacam;

– разрешение практически соответствует телевизионному (500 линий по горизонтали);

– цифровая запись практически лишена шумов цветности, свойственной аналоговой записи;

– высокое качество ленты позволяет долго хранить записи;

– наличие видеокассет с памятью (только для видеокамер фирмы Sony) для дальнейшего монтажа записи, простановка титров, сохранение перечня записей на кассете с последующим быстрым доступом к выбранному отрезку или фотокадру;

– оцифровка звука возможна в 2 вариантах: 2 канала по 16 бит/48 кГц или 4 канала по 12 бит/32 кГц. Первый вариант позволяет достичь максимального качества звучания, второй – резервирует 2 канала для наложения звукового и голосового сопровождения при редактировании.

Недостатки:

– невозможность воспроизведения записей на обычных видеомагнитофонах (только при подключении самой видеокамеры к TV или использовании очень дорогих DV-видеомагнитофонов);

– небольшое время записи на одну кассету 60–80 мин в обычном режиме и 90–120 мин в режиме Long Play;

MicroMV.Формат MicroMV разработан компанией Sony. MicroMV ориентирован на использование с компьютером; это первый формат записи для любительских видеокамер, использующий стандарт сжатия MPEG-2. MicroMV-кассета в три раза меньше MiniDV-кассеты; при этом носитель обеспечивает надежную защиту поверхности пленки, равномерную и плавную ее подачу при записи и воспроизведении.

Интересным новшеством MicroMV является встраиваемый в кассету 64-кило­битный блок памяти, который обеспечивает доступ к информации о видеозаписи, хранимой на пленке. В числе предоставляемых данных – дата окончания записи последних кадров, сведения о продолжительности последнего сеанса видеозаписи, информация о наличии места на кассете и прочее. Создав MicroMV, компания Sony разработала также специальные функции и средства интеграции видеокамеры с персональным компьютером, основанные на методе сжатия видеосигнала MPEG-2. При скорости передачи 12 Мбит/с MicroMV имеет почти в два раза меньший поток данных, чем у DV, что обеспечивает значительную экономию места на жестком диске персонального компьютера без потери качества изображения.

DVD-видеокамеры.Одним из новых направлений в области видеосъемки стало использование формата DVD для записи снимаемого камерой материала. Запись ведется на MiniDVD-диск диаметром 80 мм. Преимущество использования этого формата в том, что отснятый материал можно немедленно просмотреть на бытовом DVD-плеере. Это своеобразная аналогия с удобством аналогового формата VHS, позволяющего достать кассету из камеры и сразу же воспроизвести ее в видеомагнитофоне. У данной реализации есть и слабые стороны: так, на одну сторону диска можно записать всего лишь около 20 мин видео с приличным качеством. Кроме того, приступить к просмотру диска можно лишь предварительно его финализировав.

DVD-камеры выполняют съемку с разрешением 720×576, однако сохраняют данные не в формате DV, а в MPEG-2. Несмотря на высокую степень сжатия, 20-минутный видеоролик занимает всего 1,4 Гбайт. Качество изображения этих моделей вполне сопоставимо с качеством картинки DV-камер.

И все же при панорамировании и слабом освещении заметны артефакты. Так как DVD-плееры не могут читать непосредственно формат MPEG, диски «финализируются» камерой. При этом создаются VOB-файлы, на которые ориентируется плеер. За счет использования DVD фактически отпадает необходимость в компьютерной обработке.

Конечно, DVD-записи можно редактировать. По крайней мере, видеозаписи, записанные на перезаписываемые болванки, можно укорачивать и менять их порядок в плейлисте. Если дефинализировать диск, на него можно снова записывать информацию.

Больше проблем возникает в случае компьютерной обработки. Во-первых, выпадает большая нагрузка на компьютер, особенно при проведении декодирования и кодирования. Во-вторых, стандартное программное обеспечение не всегда способно обеспечить безошибочный монтаж. Зачастую возникают проблемы совместимости видеокамеры и программного обеспечения DVD-плеера.