HDV — «маленький» формат с большими возможностями

HDV — «маленький» формат с большими возможностями

К достижению хорошей четкости изображения на телевизионном экране всегда стремились инженеры — разработчики телевизионного оборудования. В середине прошлого века был разработан и распространен формат телевидения так называемой стандартной четкости. Этот формат успешно существует и по сегодняшний день, так как являет собой разумный баланс большого количества факторов. Основные из них — возможность передачи телевизионного сигнала массовому потребителю через наземные каналы, возможность записи и хранения аудиовизуального контента, доступность носителей и пр.

Тем не менее, для разработчиков телевизионного оборудования всегда основной целью было достичь гораздо большей четкости телевизионного изображения. Первые упоминания о телевидении высокой четкости относятся к 1969 году. Тогда специалисты японской компании NHK представили концепцию High Definition. В конце 1970-х годов в результате совместной работы компаний Sony и NHK идея HD проявилась в новом виде и была представлена индустрии 35-миллиметровой кинематографии. После этого довольно длительное время шел очень сложный процесс формирования стандартов высокой четкости. Несколькими компаниями были выдвинуты различные концепции HD-телевидения, довольно сильно различавшиеся между собой.

Только в результате объединения участников процесса в комитет ATSC в конце 1996 года был разработан стандарт телевидения высокой четкости. Телевизионные программы в формате HD начали появляться в эфире с 1997 года.

Далее, с приходом технологий передачи цифрового HD-контента с использованием очень эффективных схем компрессии, прием программ в HD стал физически доступен телезрителям, и вещание ТВЧ начало стремительно развиваться в мировом масштабе.

С начала нынешнего столетия ведущие производители телевизионного оборудования уже предлагали довольно большое разнообразие съемочного оборудования в формате High Definition. Хорошо известные модели видеокамер Sony HDCAM Cine Alta, Panasonic Varicam с успехом используются в нашей стране в художественном HD-производстве.

К сожалению, до последнего времени формат High Definition не был доступен малобюджетным потребителям из-за фантастически высокой стоимости оборудования, HD-оптики, устройств обработки и монтажа.

Востребованность контента в формате High Definition резко возрастала, и настал момент, когда особенно остро встал вопрос доступности для массового пользователя съемочного и монтажного оборудования высокой четкости.

30 сентября 2003 года компаниями Canon, Sharp Corporation, Sony Corporation и Victor Company of Japan (JVC) в Токио был впервые представлен формат записи на видеопленку под названием HDV (High Definition Video). Некоторые источники утверждают, что аббревиатура HDV появилась в результате слияния двух сокращений: HD и DV. Основной задачей разработчиков было создание недорогой технологии на основе доступных по цене носителей видеоаудиоданных, отвечающих стандарту High Definition. Результат был ошеломляющим — в формате HDV для записи и воспроизведения используются привычные и недорогие видеокассеты MiniDV и DV c лентой шириной 0,25″. Имеется два типа видеокассет: малые — с длительностью записи до 60 мин, размером 65×47×12 мм; большие — с длительностью до 180 мин, размером 125×78×14,6 мм. Качество изображения при этом было более чем приемлемым для бытового использования и достаточным для более обширной области применения, включая даже профессиональные задачи, такие как телевещание и кинематограф.
Первая видеокамера HDV — JVC GR-HD1

Видеокамера Sony HDR-FX1

Первая видеокамера HDV GR-HD1 была представлена компанией JVC в 2004 году. Разработанная для японско-американского рынка, она поддерживала стандарты HDV 720p30 и SD 480p60 и 480i. Эта камера заинтересовала специалистов киноиндустрии, так как прогрессивный формат сканирования кадра позволял использовать ее в киносъемках.

Вслед за ней роявилась очень хорошо известная видеокамера Sony HDR-FX1. Она поддерживала очень популярный стандарт телевидения HD 1080i. С этого момента и по сегодняшний день производится ряд видеокамер и видеомагнитофонов формата HDV. Несмотря на то что HDV сам по себе, в общем-то, считается бытовым форматом, уже появились устройства, которые по ряду признаков можно классифицировать как профессиональные. К таким признакам можно, например, отнести наличие интерфейсов HD-SDI, входы сигналов внешней синхронизации, формирование «Зебры» и тестовых сигналов, глубокую регулировку настроек процессора DSP камеры, включая такие исключительно профессиональные функции, как Skin Tone, Gamma Correction, Matrix adjust и т. д.

Развитие формата HDV в наше время во многом аналогично процессу, который происходил лет 10 назад с появлением формата DV. Ведь оборудование формата DV в свое время тоже ошеломило профессионалов и любителей телевидения своими невероятно качественными характеристиками изображения (субъективно не уступающими профессиональному формату Betacam), и при этом имело «неприлично» малые (по тем временам) размеры, массу и стоимость. Таким же образом вошел в сегодняшний день формат HDV, становясь рядом со своими более «могучими» собратьями из вещательного класса HDCAM и DVCPRO HD.

На текущий момент очень многие компании начали производство изделий, поддерживающих HDV-стандарт, причем список этих компаний, состоящий из 59 имен, продолжает расти.

Видеокамеры HDV стали очень популярны в производстве видео- и кинопродукции в формате высокой четкости и используются в кинопроизводстве в качестве основных и дополнительных камер. Легкость и малый размер дают большую свободу при съемке сложных композиций, трюков, подводных сцен.

Очень удобно использовать видеокамеры HDV в новостной сфере и при производстве иных программ в HD-формате. На сегодняшний день практически все профессиональные станции нелинейного видеомонтажа поддерживают исходный формат HDV. Многие производители вещательных видеосерверов также обеспечили поддержку воспроизведения файлов в формате HDV. Это означает, что в безленточном варианте вещания видеоматериал в исходном HDV-качестве может пройти свой путь вплоть до воспроизведения в эфир без преобразования.

Интеграция техники формата HDV в профессиональные системы происходит также и на аппаратном уровне. Например, существуют устройства, имеющие профессиональный интерфейс передачи сигнала высокой четкости HD-SDI, рядом компаний разработаны конвертеры — преобразователи сигналов, которые позволяют использовать HDV-оборудование совместно с вещательными HD-системами.

Однако нужно понимать, что HDV присущи все недостатки, свойственные компрессии MPEG-2 с большим коэффициентом сжатия.
Технические характеристики

Благодаря применению компрессии MPEG-2 и представлению 4:2:0, скорость цифрового потока не превышает обычных для формата DV 25 Мбит/с.

В формате HDV используются те же скорость ленты и шаг дорожек, что и в формате DV, поэтому возможно использование механических лентопротяжных механизмов от DV-формата. Это упрощает производителям оборудования разработку техники, совместимой с форматом DV.

Формат HDV включает в себя две разные спецификации: прогрессивную 720p и чересстрочную 1080i.

Формат 720p с прогрессивной разверткой прекрасно подходит для кинопроизводства вплоть до последующего переноса на кинопленку. Однако при просмотре на обычном видеомониторе сильно заметен характерный строб. В отличие от прогрессивного, чересстрочный формат 1080i выглядит на видеомониторах совершенно «гладко», так как передает в два раза больше фаз движения, и при этом количество отображаемых пикселов выше, чем и объясняется большая популярность 1080i. Чересстрочность, изобретенная на заре телевидения, неплохо работает и в XXI веке.

Спецификации формата довольно существенно различаются между собой.

Спецификация 720p:
поддерживаемые стандарты High Definition: 720/60p, 720/30p, 720/50p, 720/25p, дополнительно описан 720/24p;
разрешение — 1280×720;
тип компрессии видеосигнала — MPEG-2 MP@H-14 (в стандартах 50p и 60p применяется версия MP@HL);
оцифровка видеосигнала — 8-разрядная, частота дискретизации 74,25 МГц;
цифровое представление — 4:2:0;
скорость цифрового потока — около 19 Мбит/с, постоянная;
тип компрессии аудиосигнала — MPEG-1 Audio Layer II;
оцифровка аудиосигнала — 16-разрядная, частота дискретизации 48 кГц;
скорость цифрового потока компрессированного звука — 384 кбит/с;
аудиорежим — 2 канала. Дополнительные каналы звука (практически не поддерживается современными камерами) — PCM, 2 или 4 канала, которые записываются одновременно с основными;
интерфейс — IEEE-1394, MPEG-2 TS.

Спецификация 1080i:
поддерживаемые стандарты High Definition: 1080/60i, 1080/50i, 1080/30p, 1080/25p, 1080/24p;
разрешение — 1440×1080;
компрессия видеосигнала — MPEG-2 MP@H-14;
оцифровка видеосигнала — 8-разрядная, частота дискретизации 55,7 МГц;
цифровое представление 4:2:0;
скорость цифрового потока компрессированного сигнала — 25 Мбит/с, постоянный;
тип компрессии аудиосигнала — MPEG-1 Audio Layer II;
оцифровка видеосигнала — 16-разрядная, частота дискретизации 48 кГц;
скорость цифрового потока компрессированного аудио — 384 кбит/с;
аудиорежим — 2 канала MPEG-1 Audio Layer II. Альтернативный — 4 канала MPEG-2 Audio Layer II;
тип потока данных — пакетированный элементарный поток (Packetized Elementary Stream);
интерфейс — IEEE 1394, MPEG- 2 TS.

Оборудование, соответствующее этим двум спецификациям, выпускается параллельно. Фирмы Canon и Sony производят видеокамеры и магнитофоны, работающие в стандарте 1080, в то время как видеокамеры производства JVC работают в стандарте 720p. К сожалению, между этими двумя группами оборудования на текущий момент нет совместимости. Весьма распространенная проблема пользователей HDV-оборудования — невозможность воспроизвести видеокассету «не родного» производителя. Типичные примеры несовместимости:
видеозаписи HDV, сделанные на видеокамерах JVC (720p), невозможно воспроизвести на оборудовании Sony и Canon;
записи с камер Sony и Canon (1080i) невозможно воспроизвести на оборудовании JVC;
режим 1080/25p на текущий момент реализуется у Sony и JVC по-разному, в результате чего видеозаписи в этом режиме несовместимы по воспроизведению;
не все оборудование HDV может работать в режимах 30p и 60i, так как некоторые производители исключают их из европейских версий.
Разрешение и формат кадра

В HDV принят широкоформатный кадр 16:9 для обеих спецификаций — 720p и 1080i.

В спецификации 720p разрешение составляет 1280×720 квадратных пикселов. То есть высота и ширина пиксела в режиме 720p одинаковы. Спецификация 1080i предполагает разрешение 1440×1080 пикселов. Оно не кратно 16:9, поэтому для того, чтобы обеспечить в этом режиме истинное соотношение 16:9, применяется увеличение ширины пиксела в 1,33 раза, благодаря чему получается реальное HD 1080 (1920×1080). Таким же образом это делается и в других, «старших» форматах видеозаписи HD-сигнала — HDCAM, DVCPRO HD, XDCAM HD. В них используется такое же или меньшее горизонтальное разрешение.

Сравнивая разрешение HDV со стандартным чересстрочным разрешением, можно заметить, что горизонтальная четкость выше вдвое. Каждый кадр HDV 1080i содержит 1555200 пикселов, в то время как кадр DV PAL содержит 414720 пикселов, а кадр DV NTSC еще меньше — 345600 пикселов. Так что общее количество пикселов в кадре HDV в 3,75…4,5 раза выше, чем в телевидении стандартной четкости.
Видеокассеты HDV

Фирма Sony выпускает специализированные видеокассеты PHDVM-63DM для видеокамер HDV. Кассета выполнена по новой технологии DigitalMaster tape, которая предполагает наличие не одного, а двух магнитных слоев, нанесенных на основу посредством напыления — мягкого и жесткого. Благодаря этой особенности продлевается срок службы блока вращающихся головок. Также по сравнению с обычной видеокассетой MiniDV, очень сильно снижен коэффициент выпадений (в 2 раза) и ошибок (в 5 раз), улучшено отношение сигнал/шум (в 1,5 раза). Sony гарантирует, что качество HDV-кассет еще выше, чем даже видеокассет DVCAM, которые имеют специальное защитное покрытие магнитного слоя.

Кассеты для записи в формате HDV выпускаются и другими производителями, в частности компанией JVC. Они также отличаются высоким качеством и оптимизированы именно для записи материала в формате HDV. В последние годы распространение получили и дисковые рекордеры, такие как FireStore и CityDisk фирмы Shining Technology, оптимизированный для работы с HDV.
Особенности компрессии HDV

В от личие от формата DV, в котором коррекция ошибок при чтении с ленты происходит в пределах одной дорожки, в формате HDV применена коррекция сразу по нескольким дорожкам. Благодаря этому в формате HDV устойчивость системы к выпадениям гораздо выше.

Принцип компрессии MPEG как таковой не позволяет «видеть» изображение при быстрой перемотке видеопленки. Для этого формат HDV предусматривает добавление в записываемый поток дополнительных данных, благодаря которым становится возможен просмотр изображения в режимах ускоренной перемотки и замедленного воспроизведения.
Смотрим HDV

Для того чтобы просматривать видеозаписи с устройств HDV в высоком разрешении на плазменных или ЖК-панелях HD, можно использовать аналоговое компонентное соединение. Некоторые модели имеют профессиональный интерфейс HD SDI, а также интерфейс HDMI. Кроме того, записанное изображение можно увидеть на привычных мониторах и телевизорах стандартного разрешения через композитное и S-Video соединения. Естественно, качество SD-изображения будет далеко от идеального, так как преобразование изображения из HD в SD производится грубо, для просмотровых целей.
Монтируем HDV

В отличие от стандарта DV, который основан на внутрикадровой компрессии и чрезвычайно легок для покадрового видеомонтажа, HDV базируется на компрессии MPEG-2, в которой невозможно получить произвольный кадр без процесса декомпрессии. И, конечно же, производить монтаж в исходном HDV-формате было бы чрезвычайно тяжело, так как для любой операции необходимо проводить декомпрессию и обратную компрессию. Многократные монтажные операции над одним и тем же фрагментом могли бы привести к артефактам и прочим ухудшениям изображения. Поэтому в современных системах видеомонтажа чаще всего применяется процесс перекодирования в формат, который приемлем для проведения видеомонтажа. Например, компания Apple разработала Intermediate Codec, который позволяет монтировать HDV-видеоматериалы на станциях Final Cut Pro. Также для Final Cut Pro разработаны кодеки Lumiere HD и BitJazz SheerVideo, которые обеспечивают хорошее качество и характеризуются отсутствием потерь.

Кодеки CineForm ConnectHD, AspectHD и ProspectHD не только более качественны, но и содержат «движки», которые существенно ускоряют просчет, создавая ощущение выполнения операций «в реальном времени» в простых программах монтажа, таких как Adobe Premiere Pro, Sony Vegas, Corel Ulead MediaStudio Pro 8, Ulead Videostudio 11 Plus.

Avid Express Pro позволяет производить монтаж материала в исходном формате HDV, причем функции системы дают возможность расположить на одной временной шкале видео разных форматов без перекодирования.

Если необходимо произвести видеопродукцию специально для просмотра на компьютере, например через web, то хорошие результаты дает перекодирование в формат WMV HD с потоком 6…8 Мбит/с. Неплохие визуальные результаты для компьютерного просмотра обеспечивает операция преобразования чересстрочной развертки в прогрессивную (de-interlacing), однако процесс пересчета очень медленный, по времени во много раз превышающий длительность видеосюжета.

На сегодняшний день имеется большой выбор монтажных систем, программ и кодеков, которые совместимы с HDV: Apple Final Cut Express и Final Cut Pro 6, Avid Xpress Pro HD, Avid Liquid, Avid Adrenaline HD + Xpress HD + Avid DS/Nitris, Adobe Premiere Pro, Canopus Edius, Pinnacle Studio 11 Plus или Ultimte, Sony Vegas, Sony Vegas Movie Studio и многие другие — этот список постоянно пополняется новыми системами.
Нужно стандартное разрешение?

Особенностью существующих видеокамер формата HDV является поддержка формата записи DV в стандартном разрешении (SD). Работа на HDV-видеокамере в стандартном разрешении может быть не совсем привычной по сравнению с традиционными SD-камерами — например, вероятно проявление пониженной чувствительности камеры, непривычной цветовой гаммы и т. д. Также, учитывая что HD-стандарт подразумевает отношение сторон кадра 16:9, а SD-стандарт — 4:3, необходимо будет заранее определить способ конвертирования форматов: многие видеокамеры обеспечивают несколько вариантов этой процедуры.
Эпилог

Очень важно понимать что формат HDV не является заменой вещательных форматов High Definition. Профессионалы легко могут заметить недостатки формата в виде артефактов на «тяжелых» для MPEG-компрессии видеофрагментах, содержащих, например, большое количество движущихся ярких объектов (блики на морской глади или падающее конфетти), или при очень резких движениях камеры. Однако стоит признать, что благодаря появлению формата HDV телевидение высокой четкости стало доступно всем категориям компаний и отдельных специалистов, от крупных вещателей до небольших видеостудий и независимых видеолюбителей. В формате HDV уже снимают телепрограммы, кинофильмы, архивы пополняются замечательными работами. Так что российскому телезрителю осталось только подключиться к уже работающим в нашей стране телеканалам HD и получить истинное удовольствие от телевидения высокой четкости.

Добавить комментарий