Современные форматы видео

Современные форматы видео

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ

ФЕДЕРАЦИИ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Ивановский государственный

химико-технологический университет

Факультет неорганической химии и технологии.

Кафедра ТП и МЭТ.

Реферат

Современные форматы видео

Выполнил:

студент 5 курса 14 группы

дневного отделения:

Поздеев М.Е.

Иваново – 2007

Содержание

Введение

Глава 1. Основные характеристики видео

1.1. Качество изображения

1.2. Эксплуатационные возможности

1.3. Плотность записи, стоимость 1 минуты записи и массогабаритные параметры носителя (для видеолент)

1.4. Затраты на приобретение и эксплуатацию техники

1.5. Количество кадров в секунду

1.6. Чересстрочная развёртка

1.7. Разрешение

1.8. Соотношение сторон экрана

1.9. Количество цветов и цветовое разрешение

1.10. Ширина видеопотока (для цифрового видео)

Глава 2. Видеостандарты

2.1. Цифровые

2.1.1. ATSC

2.1.2. DVB

2.1.3. ISDB

2.2. Аналоговые

2.2.1. MAC

2.2.2. PAL

2.2.3. NTSC

2.2.4. SECAM

2.2.5. MUSE

Глава 3. Форматы записи

3.1. Форматы аналоговой записи

3.1.1. VHS

3.1.2. Betacam SP

3.1.3. Video-8

3.1.4. MII

3.1.5. U-matic

3.1.6. Betamax

3.1.7. 2" Quadruplex

3.1.8. 1" Type C

3.1.9. S-VHS

3.1.10. VHS-C

3.1.11. Hi8

3.2. Форматы цифровой записи

3.2.1. Video CD

3.2.2. DVD

3.2.3. DivX

3.2.4. DV (miniDV)

3.2.5. SVCD, ASF, RM

3.2.6. Digital Betacam

3.2.7. Betacam SX

3.2.8. HDV

3.2.9. ProHD

3.2.10. D-VHS

3.2.11. MicroMV

3.2.12. Digital8

3.2.13. D1, D2, D3, D5, D6

3.2.14. S(X)VCD

3.3. Сравнение форматов записи

Глава 4. Методы сжатия

4.1. Технологии сжатия цифрового видео

4.2. Технологии и алгоритмы сжатия видео

4.3. MPEG (MPEG-1, MPEG-2, MPEG-3, MPEG-4)

4.4. MJPEG

4.5. Wavelet

4.6. JPEG

4.7. Apple QuickTime

4.8. Intel Indeo

4.9. CCIR 601

4.10. H.261

4.11. H.263

4.12. Ogg-Theora

4.13. AVI

4.14. Editable MPEG

4.15. VDOWave

4.16. Cinepak

4.17. Microsoft Video (MSVC)

Глава 5. Современные мобильные видеоформаты

5.1. 3GPP

5.2. Real Video

5.3. VICS Video

5.4. MobiClip Video

Глава 6. Программы, необходимые для воспроизведения видео

Глава 7. Современные видеокамеры

Глава 8. Носители цифрового видео

Глава 9. Системы спутникового телевидения

Глава 10. Телевидение высокой четкости (HDTV: High-Definition Television)

Глава 11. Справочная информация и термины

Список литературы

Введение

Ви́део (от лат. Video - дословно «вижу») - под этим термином понимают широкий спектр технологий записи, обработки, передачи, хранения и воспроизведения визуального и аудиовизуального материала. Когда в быту говорят «видео» - то обычно имеют в виду видеоматериал, телесигнал или кинофильм, записанный на физическом носителе (видеокассете, видеодиске и т. п.).

Обычные телевизионные видеоданные представляют собой поток аналоговых сигналов. Компьютерная обработка видеоинформации состоит в преобразовании их в цифровой формат с последующим хранением этих данных на жестком или компакт-диске или другом устройстве хранения информации. Оцифровка видеосигнала, как и оцифровка звука, включает две стадии: дискретизация данных аналогового видеопотока, т. е. снятие отсчетов с определенной частотой, и преобразование каждого такого отсчета в цифровой эквивалент или квантование.

При хранении оцифрованных данных в несжатом формате изображение размером 400x300 пикселов с глубиной цвета 24 бита на пиксел, обновляемое с частотой 25 Гц, потребует скорости передачи информации более 5,5 Мб/с. А хранение данных для показа 5-минутного ролика в указанном формате потребует информационное пространство, превышающее 1,6 Гб. Естественно, что при работе с такими данными невозможно обойтись без сжатия, однако и в этом случае потребуется время, определенные вычислительные мощности на распаковку данных. Достичь оптимального сжатия можно путем совершенствования аппаратных или программных средств, а может быть, совместно тех и других.

В качестве аппаратных средств используются специальные видеопроцессоры, которые поддерживают высокоскоростную компрессию и декомпрессию данных, не загружая центральный процессор компьютера. Второй подход состоит в использовании специализированных методов программного сжатия и распаковки предварительно сжатых видеоданных.

Аналоговый видеосигнал включает в себя несколько различных компонентов, объединенных в единое целое. Такой составной видеосигнал малопригоден для оцифровки. Предварительно его следует разделить на так называемые базовые компоненты. Обычно компоненты представляют собой три различных сигнала, соответствующие определенной модели представления цветового пространства. Если в статической графике используется RGB-цветовое представление, то в цифровом видео чаще используется модель YUV. Видеопоследовательности отображаются в виде серии кадров или фреймов, каждый из которых, no-существу, является графическим изображением и включает в себя определенное число пикселов. Такой видеофрейм может быть сжат с помощью одного из алгоритмов сжатия изображений, с потерями или без потерь.

1.1. Качество изображения

Под качеством изображения обычно понимается разрешение, то есть количество воспроизводимых вертикальных линий. Это оценка, по существу,  поверхностная, так как существует много других, не менее важных, параметров, столь же заметных человеческому глазу, как и четкость по строке.

Качество видео измеряется с помощью формальных метрик, таких, как, например, PSNR, или с использованием субьективного сравнения с привлечением экспертов.

Метрика PSNR

В рамках тестирования критерием оценки качества может служит метрика PSNR (peak signal to noise ratio/пиковое отношение сигнала к шуму, измеряется в дБ). Данная метрика, по сути, аналогична среднеквадратичному отклонению, однако пользоваться ей несколько удобнее за счет логарифмического масштаба шкалы. Ей присущи те же недостатки, что и среднеквадратичному отклонению. Эта метрика очень  популярна, ее используют во многих научных статьях и сравнениях в качестве меры потери качества. Как и все существующие метрики, она не идеальна и имеет свои достоинства и недостатки. Значение метрики тем больше, чем больше разница между сравниваемыми изображениями.

Смысл графиков PSNR/Frame size

На графике изображена зависимость показателя метрики от среднего размера кадра. Каждая ветвь соответствует определенному кодеку. Ветви построены на опорных точках, каждая из которых соответствует конкретному битрейту. Очевидно, на каждой ветви находится по десять точек (каждая последовательность сжимается на 10 настройках битрейта). Бывает, что кодек не удерживает битрейт и с разными настройками битрейта сжимает одинаково. В таких случаях на ветви кодека расположено менее десяти опорных точек. При сравнении кодеков на этих графиках следует обращать внимание на то, как высоко расположены ветви кодеков. Чем выше находится ветвь - тем выше качество последовательности, сжатой данным кодеком.

Существуют и другие метрики:

1.  MSAD - Значением данной метрики является усреднённая абсолютная разность значений цветовых компонент в соответствующих точках сравниваемых изображений. Используется, например, для отладки кодеков или фильтров.

2.  Delta -  Значением данной метрики является усреднённая разность значений цветовых компонент в соответствующих точках сравниваемых изображений.

3.  Bluring measure - Данная метрика позволяет сравнить степень размытия двух изображений, относительно друг друга. Чем ближе её значение к 0, тем больше размыто изображение.

4.  Blocking measure -  Метрика строилась так, чтобы ее значение было пропорционально визуальной степени "блочности". Например, в контрастных областях кадра границы блоков почти незаметны, а в однородных та же граница будет хорошо видна.

5.  SSIM Index - Основывается на замере трёх компонент (сходности по яркости, по контрасту и структурного сходства) и объединения их значений в итоговый результат.

Субьективное качество видео измеряется по следующей методике:

1.  Выбираются видеопоследовательности для использования в тесте;

2.  Выбираются параметры системы измерения;

3.  Выбирается метод показа видео и подсчета результатов измерения;

4.  Приглашается необходимое число экспертов (обычно не меньше 15);

5.  Проводится сам тест;

6.  Подсчитывается средняя оценка на основе оценок экспертов.

Несколько методов субъективной оценки описаны в рекомендациях ITU-T BT.500. Один из широко используемых методов оценки - это DSIS (англ. Double Stimulus Impairment Scale), при котором экспертам сначала показывают исходный видеоматериал, а затем обработанный. Затем эксперты оценивают качество обработки, варьируя свои оценки от «обработка незаметна» и «обработка улучшает видеоизображение» до «обработанный видеоматериал сильно раздражает».

1.2. Эксплуатационные возможности

В это понятие входит все, что касается работы устройства в системе, рабочие функции, удобство в эксплуатации, возможности интеграции, наличие интерфейсов и входов и выходов, те или иные особенности настроек и т.п.

1.3. Плотность записи, стоимость 1 минуты записи и массогабаритные параметры носителя (для видеолент)

Это немаловажные параметры для формата видеозаписи. Они учитывают три фактора: размер и масса видеокассеты, длительности записи, удельную стоимость одной минуты записи. Чем больше вместимость кассеты, и/или меньше ее размер, и/или ниже удельная стоимость - тем выше оценка.

1.4. Затраты на приобретение и эксплуатацию техники

Данный параметр учитывает стоимость оборудования, технического обслуживания и запасных частей. Высокая оценка соответствует меньшим суммарным затратам на владение и обслуживания техники того или иного формата.

В каждом новом формате видеозаписи разработчики стремятся улучшить эти показатели, но улучшение одного показателя довольно часто происходит за счет ухудшения других. Однако следует признать, что суммарный уровень показателей всех категорий от формата к формату растет.

1.5. Количество кадров в секунду

Количество (частота) кадров в секунду - это число неподвижных изображений, сменяющих друг друга при показе 1 секунды видеоматериала и создающих эффект движения объектов на экране. Чем больше частота кадров в секунду, тем более плавным и естественным будет казаться движение. Минимальный показатель, при котором движение будет восприниматься однородным - примерно 10 кадров в секунду (это значение индивидуально для каждого человека). В традиционном плёночном кинематографе используется частота 24 кадра в секунду. Системы телевидения PAL и SÉCAM используют 25 кадров в секунду (англ. 25 fps или 25 Герц), а система NTSC использует 29,97 кадров в секунду. Компьютерные оцифрованные видеоматериалы хорошего качества, как правило, используют частоту 30 кадров в секунду. Верхняя пороговая частота мелькания, воспринимаемая человеческим мозгом, в среднем составляет 39 - 42 Герца и индивидуальна для каждого человека. Некоторые современные профессиональные камеры могут снимать с частотой до 120 кадров в секунду. А специальные камеры для сверхбыстрой съёмки снимают с частотой до 1000 кадров в секунду, что необходимо, например, для детального изучения траектории полёта пули или структуры взрыва.

1.6. Чересстрочная развёртка

Развёртка видеоматериала может быть прогрессивной или чересстрочной. При прогрессивной развёртке все горизонтальные линии (строки) изображения отображаются одновременно. А вот при чересстрочной развёртке показываются попеременно чётные и нечётные строки (называемые также полями кадра). Чересстрочную развёртку часто называют на английский манер интерлейс (англ. interlace) или интерлейсинг. Чересстрочная развёртка была изобретена для показа изображения на кинескопах с электронно-лучевой трубкой и используется сейчас для передачи видео по «узким» каналам, не позволяющим передавать изображение во всём качестве. Системы PAL, SECAM и NTSC - это всё системы с чересстрочной развёрткой. Новые цифровые стандарты телевидения, например, HDTV предусматривают прогрессивную развёртку. Хотя появились технологии, позволяющие имитировать прогрессивную развёртку при показе материала с интерлейсом. Чересстрочную развёртку обычно обозначают символом «i» после указания вертикального разрешения, например 720×576i×50 для видео в формате PAL.

1.7. Разрешение

По аналогии с разрешением компьютерных мониторов, любой видеосигнал также имеет разрешение (англ. resolution), горизонтальное и вертикальное, измеряемое в пикселях. Обычное аналоговое телевизионное разрешение составляет 720×576 пикселей для стандартов PAL и SECAM, при частоте кадров 50 Герц (одно поле, 2×25); и 640×480 пикселей для NTSC, при частоте 60 Герц (одно поле, 2×29,97). В выражении 640×480 первым числом обозначается количество точек в горизонтальной линии (горизонтальное разрешение), а вторым числом количество самих линий (вертикальное разрешение). Новый стандарт высокочеткого (англ. high-definition) цифрового телевидения HDTV предполагает разрешения до 1920×1080 при частоте мелькания 60 Герц с прогрессивной развёрткой. То есть 1920 пикселей на линию, 1080 линий.

Разрешение в случае трёхмерного видео измеряется в вокселях - элементах изображения, представляющих точки (кубики) в трёхмерном пространстве. Например, для простого трёхмерного видео сейчас используется в основном разрешение 512×512×512.

1.8. Соотношение сторон экрана

Соотношение ширины и высоты кадра (англ. aspect ratio) - важнейший параметр в любом видеоматериале. Ещё с 1910 года кинофильмы имели соотношение сторон экрана 4:3 (4 единицы в ширину к 3 единицам в высоту; иногда ещё записывается как 1,33:1 или просто 1,33). Считалось, что зрителю удобнее смотреть фильм на экране такой формы. Когда появилось телевидение, то оно переняло это соотношение и почти все аналоговые телесистемы (и, следовательно, телевизоры) имели соотношение сторон экрана 4:3. Компьютерные мониторы также унаследовали телевизионный стандарт сторон. Хотя ещё в 1950-х годах это представление о 4:3 в корне изменилось. Дело в том, что поле зрения человека имеет соотношение отнюдь не 4:3. Ведь у человека 2 глаза, расположенных на одной горизонтальной линии - следовательно, поле зрения человека приближается к соотношению 2:1. Чтобы приблизить форму кадра к естественному полю зрения человека (и, следовательно, усилить восприятие фильма), был введён стандарт 16:9 (1,78), почти соответствующий так называемому «Золотому сечению». Цифровое телевидение в основном тоже ориентируется на соотношение 16:9. К концу XX века, после ряда дополнительных исследований в этой области, стали появляться даже и более радикальные соотношения сторон кадра: 1,85, 2,20 и вплоть до 2,35 (почти 21:9). Всё это, безусловно, призвано глубже погрузить зрителя в атмосферу просматриваемого видеоматериала.

1.9. Количество цветов и цветовое разрешение

Количество цветов и цветовое разрешение видеосигнала описывается цветовыми моделями. Для стандарта PAL применяется цветовая модель YUV, для SECAM модель YDbDr, для NTSC модель YIQ, в компьютерной технике применяется в основном RGB (и αRGB), реже HSV, а в печатной технике CMYK. Количество цветов, которое может отобразить монитор или проектор зависит от качества монитора или проектора. Человеческий глаз может воспринять, по разным подсчётам, от 5 до 10 миллионов оттенков цветов. Количество цветов в видеоматериале определяется числом бит, отведённым для кодирования цвета каждого пикселя (англ. bits per pixel, bpp). 1 бит позволяет закодировать 2 цвета (обычно чёрный и белый), 2 бита - 4 цвета, 3 бита - 8 цветов, …, 8 бит -256 цветов (28 = 256), 16 бит - 65 536 цветов (216), 24 бита - 16 777 216 цветов (224). В компьютерной технике имеется стандарт и 32 бита на пиксель (αRGB), но этот дополнительный α-байт (8 бит) используется для кодирования коэффициента прозрачности пикселя (α), а не для передачи цвета (RGB). При обработке пикселя видеоадаптером, RGB-значение будет изменено в зависимости от значения α-байта и цвета подлежащего пикселя (который станет «виден» через «прозрачный» пиксель), а затем α-байт будет отброшен, и на монитор пойдёт только цветовой сигнал RGB.

1.10. Ширина видеопотока (для цифрового видео)

Ширина (иначе говорят скорость) видеопотока или битре́йт (англ. bit rate) - это количество обрабатываемых бит видеоинформации за секунду времени (обозначается «бит/с» - бит в секунду, или чаще «Мбит/с» - мегабит в секунду; в английском обозначении «bit/s» и «Mbit/s» соответственно). Чем выше ширина видеопотока, тем в общем лучше качество видео. Например, для формата VideoCD ширина видеопотока составляет всего примерно 1 Мбит/с, а для DVD составляет около 5 Мбит/с. Конечно, субъективно разницу в качестве нельзя оценить как пятикратную, но объективно это так. Формат же цифрового телевидения HDTV использует ширину видеопотока около 10 Мбит/с. При помощи скорости видеопотока также очень удобно оценивать качество видео при его передаче через Интернет.

Различают два вида управления шириной потока в видеокодеке - постоянный битрейт (англ. constant bit rate, CBR) и переменный битрейт (англ. variable bit rate, VBR). Концепция VBR, ныне очень популярная, призвана максимально сохранить качество видео, уменьшая при этом суммарный объём передаваемого видеопотока. При этом на быстрых сценах движения, ширина видеопотока возрастает, а на медленных сценах, где картинка меняется медленно, ширина потока падает. Это очень удобно для буферизованных видеотрансляций и передачи сохранённого видеоматериала по компьютерным сетям. Но для безбуферных систем реального времени и для прямого эфира (например, для телеконференций) это не подходит - в этих случаях необходимо использовать постоянную скорость видеопотока.

Когда говорят о формате файла, подразумевается то, каким образом информация, которая содержится в файле, кодируется в цифровом виде. Для хранения видеоинформации в ПК разработано довольно много форматов, отличающихся способом представления данных, степенью их сжатия и т. п. Чтение и запись аудио- и видеоинформации на компьютере осуществляется с помощью специальных вспомогательных программ - «кодеков» (сокращение от слов «кодирование/декодирование»). Такие программы обычно входят в состав операционной системы либо поставляются с проигрывающими устройствами.

2.1. Цифровые

2.1.1. ATSC

ATSC (Advanced Television Systems Committee) - организация, разрабатывающая и утверждающая стандарты для передовых телевизионных систем, в том числе и HDTV. Наиболее широко стандарты ATSC распространены в США и Канаде.

Международная некоммерческая организация Advanced Television Systems Committee (ATSC) была образована в 1982г. с целью разработки новых стандартов телевидения. Именно эта группа специалистов разработала стандарт цифрового вещания ATSC, который теперь является основным на территории США, Канады, Мексики, Аргентины, Тайваня и Южной Кореи.

ATSC-спецификации включают в себя описание HDTV (High Definition TeleVision), SDTV (Standard Definition TeleVision), EDTV (Enhanced Definition TeleVision), многоканальный звук, интерактивное телевидение - в общем все те форматы, в которых возможно цифровое вещание. Набор стандартов ATSC был создан с целью замены NTSC-системы, используемой, главным образом, в Северной Америке. Максимальное качество изображения, которое может предложить ATSC, соответствует разрешению 1920x1080 при формате экрана 16:9 и сжатии с помощью MPEG2. Мало того, качество трансляции приближается к уровню кинотеатрального благодаря тому, что многоканальный 5.1 звук кодируется с помощью формата Dolby Digital AC-3. В целом же спецификация ATSC несёт в себе описание восемнадцати форматов вещания ТВ, причём шесть из этих режимов относятся к HDTV.

2.1.2. DVB

DVB (англ. Digital Video Broadcasting) — семейство европейских стандартов цифрового телевидения.

Принцип действия

Данный стандарт определяет физический уровень и канальный уровень в системе телевещания. Устройства взаимодействуют с физическим уровнем через синхронный параллельный интерфейс (SPI), синхронный последовательный интерфейс (SSI), или асинхронный последовательный интерфейс (ASI). Все данные передаются в транспортном потоке MPEG-2 с некоторыми дополнительными ограничениями (DVB-MPEG).

Способы модуляции в различных версиях DVB:

в DVB-S (SHF) используется QPSK, 8PSK или 16-QAM,

в DVB-S2 используется QPSK, 8PSK, 16APSK или 32APSK,

в DVB-C (VHF/UHF) используется QAM: 16-QAM, 32-QAM, 64-QAM, 128-QAM или 256-QAM,

в DVB-T (VHF/UHF) используется 16-QAM или 64-QAM (или QPSK) совместно с COFDM и иерахической модуляцией.

Способы доставки цифрового сигнала

Существует 4 среды доставки сигнала:

·  наземное вещание (DVB-T),

·  вещание для портативных устройств (DVB-H),

·  спутниковое вещание (DVB-S),

·  кабельное вещание (DVB-C).

Из-за разницы в частотных каналах и способах модуляции декодеры для различных сред оказываются несовместимыми.

Распространённость в России

Различные спутниковые DVB-передачи принимаются в России давно. DVB-C встречается лишь в крупнейших городах. Внедрение остальных форм DVB-вещания обсуждается.

2.1.3. ISDB

ISDB (Integrated Services Digital Broadcasting) - стандарт цифрового телевидения, разработанный в Японии. Он интегрирует в себя различные виды цифрового контента. Это может быть HDTV, SDTV, звук, графика, текст и т.д.

Японская организация по стандартизации и распределению радиочастот Association of Radio Industries and Businesses (ARIB) разработала стандарты для передачи цифрового телевидения и радио под единым названием Integrated Services Digital Broadcasting (ISDB).

Основных ISDB-стандартов в настоящее время четыре:

·  наземное (ISDB-T);

·  спутниковое (ISDB-S);

·  кабельное (ISDB-C);

·  мобильное (нет аббревиатуры).

Также как и в спецификациях ATSC и DVB, для сжатия видеопотока при ISDB-вещании используется система кодирования MPEG-2.

Помимо прочего в стандарте ISDB определена поддержка функции защиты цифрового контента - RMP (Rights management & protection). Дело в том, что любой цифровой контент можно легко записать с использованием DVD или HD-рекордера, а далее - использовать при тиражировании пиратских дисков. Голливуд настоял на внесение поправок в цифровой формат вещания ISDB, что и стало причиной появления системы RMP. Любой цифровой контент при использовании данной системы имеет три возможных маркировки – "copy once", "copy free" и "copy never". Пояснить работу системы просто. Если программа идёт в режиме "copy once", то она может быть единожды сохранена на жестком диске рекордера, однако её не возможно будет записать на какой-либо ещё носитель и т.д.

В ISDB используется транспортный поток MPEG-2 для передачи сжатых видео и звука, а также дополнительных данных. Для интерактивных приложений применяется BML (Broadcast Mark-up Language - язык разметки вещания). Определены несколько стандартных разрешений телевизионной трансляции.

В ISDB-T поддерживаются электронные программы передач EPG (Electronic Program Guides) вместе с передачей данных при обратном канале обычного доступа в Интернет (включая доступ через мобильный телефон, проводную локальную сеть 10/100Base-T, модем телефонной линии фиксированной связи, беспроводную локальную сеть IEEE 802.11).

Еще одна особенность ISDB - обязательное шифрование информации, даже при передаче бесплатных общенациональных телепрограмм. Для этого нужны карточки доступа абонента B-CAS одноименной японской компании, предоставляемые с каждым проданным аппаратом. Более того, тщательно проработаны вопросы защиты контента и управления правом доступа RMP (Rights management and protection).

Не меньшее внимание уделяется уверенному приему на внутренние антенны, защите от внешних импульсных помех и передаче на движущиеся приемники. Например, ISDB-T позволяет принимать сигнал HDTV в автомобиле на скорости 100 км/час, тогда как DVB-T допускает «автомобильный» прием только программ SDTV, а формат ATSC вообще не предназначен для приема на подвижную антенну.

Обычно ISDB принято считать чисто японским стандартом, действующим в этой стране с конца 2003 года. Но нужно отметить интересную особенность - во всех спецификациях ISDB в качестве языковых параметров официально утвержден китайский язык, в дополнение ко всем мыслимым алфавитам японского языка. Давно идут разговоры о принятии ISDB-T в Бразилии.

Стандарты цифрового вещания

2.2. Аналоговые

Системы телевидения стран мира:

██ SÉCAM

██ PAL, или PAL/SÉCAM (переходят с SÉCAM на PAL)

██ NTSC

██ нет данных

2.2.1. MAC

Multiplexed Analogue Components (MAC) - система уплотнения аналоговых компонент (название стандарта спутникового цветного телевидения).

Разработка и внедрение стандарта МАС явилось частью глобального европейского проекта EUREKA-95, который ставил своей целью формирование концепции единого стандарта для телевидения высокой четкости (ТВВЧ) и разработку полного комплекта оборудования для производства, обработки, передачи, приема и воспроизведения видеопрограмм как для профессиональных, так и для бытовых целей. Было предложено несколько модификаций этого стандарта, включая версии для телевидения повышенного качества (ТВПК) и ТВВЧ.

2.2.2. PAL

PAL (от англ. phase-alternating line) - система аналогового цветного телевидения, рапространённая в мире на ряду с SECAM и NTSC. Разработана инженером немецкой компании Telefunken Вальтером Брухом и представленная как стандарт телевизионного вещания в 1967 году.

PAL (Phase Alternation Line - построчное изменение фазы). Система предусматривает одновременную передачу сигналов яркости и цветности с использованием квадратурной модуляции цветовой поднесущей. Ее основное отличие от системы NTSC - изменение от строки к строке на 180 градусов фазы цветоразностных сигналов. Эта система обладает следующими достоинствами:

1.  Отсутствие помехи от поднесущей на черно-белых участках изображения.

2.  Отсутствие фазовых искажений, нарушающих цветовой тон.

3.  Уменьшены перекрестные искажения между сигналами яркости и цветности.

4.  Вследствие разделения сигналов цветности достигается удвоение амплитуды каждого из них, что повышает отношение сигнал/шум.

Недостатком системы является снижение цветовой четкости изображения из-за усреднения сигнала цветности в двух соседних строках.

2.2.3. NTSC

NTSC (от англ. National Television Standards Committee - Национальный комитет по телевизионным стандартам) - система аналогового цветного телевидения, разработанная в США (30 кадров/сек. 525 линий в кадре). 18 декабря 1953 года впервые в мире было начато цветное телевизионное вещание с применением именно этой системы.

NTSC принята в качестве стандартной системы цветного телевидения также в Канаде, Японии и ряде стран американского континента.

Передача цветоразностных сигналов в системе NTSC осуществляется в спектре яркостного сигнала на одной поднесущей. Два цветоразностных сигнала ER-Y и EB-Y передаются с помощью квадратурной модуляции.

Стандарт NTSC несовместим с большинством компьютерных видео стандартов, которые используют видео сигнал RGB (красный, зеленый, голубой). Можно, однако, установить в компьютер специальный видео адаптер, который преобразует сигнал NTSC в видеосигнал компьютера и наоборот.

2.2.4. SECAM

SECAM (Sequential Couleur avec Memoire, Sequential Color Memory) - система последовательной передачи цветов с памятью (разработана в СССР).

С 1 октября 1967 г. в СССР начались регулярные передачи цветного телевидения в стандарте SECAM. Со временем систему приняли 25 стран, включая страны Восточной Европы (бывший социалистический лагерь, кроме Югославии), франкоговорящие страны Африки и Азии, часть Греции и Иран.

К достоинствам SECAM следует отнести большую помехоустойчивость системы, что было особенно актуально при передаче видеосигнала на огромных просторах Советского Союза. Сигналы цветности передавались в разные строки, поэтому перекрестные искажения между ними были исключены. В телевизоре информация о каждой строке запоминалась до прихода следующей строки. Телевизионный приемник в данной системе более сложен, следовательно, дороже в изготовлении, чем приемник системы NTSC. Цветная информация, записанная в SECAM, может потерять цвет в системе PAL. Однако запись PAL не теряет цвет в системе SECAM.

К недостаткам системы следует отнести то, что цветовая четкость в ней снижена вдвое, так как сигналы цветности передаются через строку, а в телевизионном приемнике недостающий сигнал берется из предыдущей строки.

Технические характеристики SECAM:

Разрешение 625 строк;

Количество кадров в секунду – 25;

Количество полей – 50;

Развертка луча чересстрочная (интерлейсинг).

2.2.5. MUSE

MUSE (Multiple Sub-Nyquist Sampling Encoding - кодирование с многократной субдискретизацией) - японская система, предназначенная для передачи сигналов ТВЧ по спутниковому каналу с полосой 27 (24) МГц, одна из систем с временным разделением, наиболее известна и одно время даже претендовавшая на роль мирового стандарта. Передача сигналов изображения в спутниковом канале осуществляется с помощью ЧМ сигнала звукового сопровождения - методом четырехпозиционной ФМ.

Основные характеристики сигнала MUSE:

Развертка - чересстрочная с перемежением 2:1;

Число строк исходного изображения – 1125;

Частота полей - 60 Гц;

Формат изображения - 16:9;

Разрешающая способность, пиксель

в канале яркости – 1496;

в канале цветности – 374;

Частота дискретизации - 48,6 МГц;

Полоса частот видеосигнала  по уровню -3 дБ, 8,1 МГц;

Метод модуляции несущей – ЧМ;

Девиация частоты - 10,2 МГц;

Полоса частот радиоканала - 24 МГц;

Отношение несущая - шум на приеме - 17 дБ;

Число звуковых каналов - 2/4.

Япония достаточно далеко продвинулась в деле внедрения ТВЧ. Разработано необходимое студийное оборудование, поступили в продажу ТВ приемники, ведутся регулярные передачи в стандарте MUSE через вещательный спутник BS-3.

3.1. Форматы аналоговой записи

Первая видеозаписывающая аппаратура была аналоговых форматов. Первым форматом был формат Q (начальная буква слова Quadruplex (четырехкратная)), в котором использовалась поперечно-строчная запись 4-мя вращающимися магнитными головками. Запись производилась на магнитную ленту шириной 2 дюйма (50.8 мм). В рабочем слое магнитной ленты использовался магнитный порошок из оксида железа. Скорость лента-головка составляла 41.27 м/с, продольная скорость движения ленты - 39.7 см/с.

Следующий формат видеозаписи B уже использовал наклонно-строчную запись. Он был разработан фирмой Bosch. Как и предыдущий Q он относится к типу "сегментных", т.е. таких, в которых за каждый проход видеоголовки по ленте передается только часть поля телевизионного изображения. Запись производилась на магнитную ленту шириной 1 дюйм (25.4 мм). В рабочем слое магнитной ленты использовался магнитный порошок из кобальтированного оксида железа или диоксида хрома. Скорость лента-головка составляла 24.0 м/с, продольная скорость движения ленты 24.3 см/с. Именно с формата B начался выпуск видеокассетной аппаратуры. Видеомагнитофоны формата B выпускались двух типов - катушечные и кассетные.

Следующий формат С, в отличие от предыдущих, несегментный. Важным преимуществом этого формата является легкость выполнения таких операций как стоп-кадр, замедленное и ускоренное изображение. Дорожки образовывают с осью ленты угол в 2,56 градусов. Ширина ленты составляет 1 дюйм (25,4 мм), продольная скорость движения ленты - 23,98 см/с, скорость лента-головка - 21, 39 м/с. В формате С используется система слежения за дорожкой записи.

Все эти три первых формата записывали композитные (полные цветовые) сигналы.

3.1.1. VHS

VHS (англ. Video Home System) - самый распространённый формат записи видеокассет. Разработан японской компанией JVC (Victor Company of Japan, Ltd.), представлен в 1976 году.

С разработки VHS началась эра домашнего видео. На 2002 год, по оценкам JVC, в мире было продано свыше 900 млн видеоустройств этого формата и ещё больше видеокассет.

Одной из первых причин, затруднивших распространение U-matic формата, был формат VHS (Video Home System), разработанный фирмой JVC в 1976 году. А в 1984 году этот формат был утвержден в качестве стандарта бытовой видеозаписи. Для VHS характерна полудюймовая (12,65 мм) лента, запись на которую производится с помощью двух вращающихся видеоголовок, расположенных на барабане под углом 180 градусов. Каждый кадр телевизионного изображения записывается за один оборот барабана с видеоголовками на 2-х соседних дорожках видеозаписи. Угол наклона дорожек - 5,96 градусов, ширина дорожек видеозаписи - 58 мкм. Вдоль ленты располагаются две звуковые дорожки и одна управляющая. Разрешение по горизонтали составляет 240 твл.

Видеомагнитофоны VHS имеют одну особенность: модели, оборудованные дополнительно к двум основным одной или двумя видеоголовками, могут обеспечивать три режима работы: SP (стандартная), LP (повышенная), EP (высокая продолжительность), которые характеризуются разными скоростями движения ленты при записи/воспроизведении, соответственно, SP: для PAL - 23,39 мм/с, для NTSC - 33,5 мм/с; LP: для PAL - 11,7 мм/с, для NTSC - 16,67 мм/с; EP: для NTSC - 11,12 мм/с. В рабочем слое магнитной ленты используется кобальтированный оксид железа или диоксид хрома.

3.1.2.  Betacam SP

Качество конечного материала полностью зависит от уровня используемого оборудования, от того качества изображения, которое можно получить, применяя видеооборудование того или иного формата. Лучшими параметрами обладает аппаратура аналоговых форматов Betacam (Betacam, Betacam SP, Betacam SP 2000PRO, Betacam SP 1000PRO).
Формат Betacam основан на бытовом формате Betamax. Запись в формате Betacam производится наклонно-строчным способом на полудюймовые ленты, в рабочем слое магнитной ленты используется кобальтированный оксид железа. Скорость движения ленты - 101,5мм/с. Запись сигнала компонентная: сигналы яркости (Y) и цветности (Сr, Сb) записываются на отдельные видеодорожки разными видеоголовками. В верхней части видеоленты расположены две продольные для записи звуковых сигналов, а в нижней части ленты размещаются дорожки управления и дорожки адресно-временного кода. Особенностью Betacam является сочетание высокого качества передачи изображения, технико-экономических показателей и эксплуатационной гибкости.

Возможность совместной работы с оборудованием других форматов видеозаписи, высокая степень автоматизации существенно облегчают работу по обслуживанию и регулированию оборудования.
Дальнейшим развитием этого формата, благодаря новым схемотехническим решениям и высококачественной элементной базе, является Betacam SP. Здесь используется металлопорошковая лента, более расширенный частотный диапазон яркостного сигнала, полученный за счет сдвига в высокочастотную область спектра цветоразностных сигналов. Оборудование форматов Betacam и Betacam SP совместимы. Аппараты Betacam SP воспроизводят записи Betacam. Наличие компонентных входов-выходов упрощает сопряжение аппаратуры Betacam SP с компонентным цифровым оборудованием и цифровыми системами видеоэффектов.

3.1.3. Video-8

Формат Video-8 был разработан фирмой Sony в 1984 году, а на его основе портативные видеомагнитофоны и автономные моноблочные камеры - Handycam. И благодаря главным образом малым размерам и массе аппаратуры при достаточно хорошем качестве изображения и звука и удобству ее эксплуатации этот формат получил широкое распространение и дальнейшую заинтересованность фирм в его развитии. Этот формат ориентирован только на бытовую технику, т.к. его разрешающая способность по горизонтали составляет 250 твл. Для записи используются 8 мм металлопорошковая лента и лента с напылением металла.

В 1989 году представители ряда фирм-изготовителей аппаратуры 8мм формата совместно разработали и утвердили перечень технических и эксплуатационных условий для широкополосного формата видеозаписи Hi8. Этот формат предназначен для бытовой и полупрофессиональной аппаратуры с записью на 8мм металлопорошковую ленту, с улучшенными техническими характеристиками, с разрешающей способностью по горизонтали до 400 твл, при хорошем отношении сигнал/шум в канале яркости (девиация составляет 2 МГц). Звуковой канал отвечает требованиям Hi-Fi. За счет возможности работы с раздельными сигналами повышена совместимость с другими форматами.

3.1.4. MII

В конце 1990 года компания Matsushita Electronic Industrial (торговая марка "Panasoniс") выпустила на рынок семейство новых моделей профессиональных видеомагнитофонов, объединенных названием MII Pro. Это событие открыло новую страницу в развитии и широком распространении аналоговой компонентной видеозаписи во всех сферах человеческой деятельности. Разработанный еще в 1986 году формат MII предназначен для профессиональной видеожурналистики и студийного производства. Для записи компонентного сигнала используется S-VHS-кассета с высококачественной полудюймовой металлопорошковой лентой. В формате MII сигнал яркости поочередно записывается на одной дорожке, а на другой два скомпрессированных по времени цветоразностных сигнала. Скорость лента-головка составляет 5.9 м/с.

3.1.5. U-matic

В 1971 году фирма Sony предложила 3/4-дюймовый (19.01 мм) формат U-matic. Благодаря этому впервые удалось создать репортажный видеокомплект. Известны 3 версии формата - U-matic-L (узкий диапазон), U-matic -H (широкий диапазон), U-matic -SP (самый широкий диапазон). В этом формате записывается композитный видеосигнал; сигнал цветности переносится ниже сигнала яркости по шкале частот. Изображение записывается 2-мя вращающимися головками: на одной магнитной дорожке записывается одно поле. В верхней части ленты расположена продольная дорожка для записи управляющего сигнала, а в нижней - 2 дорожки для записи звукового сигнала и дорожка временного кода, которую перекрывают дорожки с изображением. Ширина видеоленты составляет 19,01 мм, ширина наклонных дорожек 85 мкм, угол наклона 4,97 градусов. В рабочем слое магнитной ленты используется кобальтированный оксид железа. Видеооборудование этого формата выпускался долгое время.

3.1.6.  Betamax

Betamax - формат полудюймовых видеокассет (12,7 мм) для профессионального использования, разработанный корпорацией «Sony» в 1975 году на основе прежнего профессионального формата U-matic (19,1 мм).

Видеомагнитофон формата «Betamax» был разработан «Sony» для записи и воспроизведения кассет с 12,7-миллиметровой металлопорошковой лентой максимальной толщины 25 мкм, и обеспечивал разрешающую способность по горизонтали 500 строк. Кассета формата «Betamax» имела примерно на 20 % меньшие размеры по сравнению с кассетой формата VHS: 156×96×25 мм. Формат «Betamax» являлся широкополосным. В магнитофоне применялись ферритовые головки с сендастовым напылением. Формат обеспечивал три режима записи и воспроизведения: Beta, Beta II и Beta III (нормальная, замедленная в два и в четыре раза скорость; аналогично SP, LP и EP в формате VHS).

Видеомагнитофон формата «Betamax» зачастую оснащён такими же выходами и входами, как и видеомагнитофоны формата S-VHS: с разделением сигналов яркости и цветности. Видеомагнитофоны «Betamax» используют наклонно-строчную запись, которую обеспечивают две вращающиеся видеоголовки. Максимальная продолжительность воспроизведения колеблется от 30 до 220 минут и зависит от длины ленты в кассете. Отсутствие защитных промежутков между дорожками требует высокой равномерности хода ленты. Лентопротяжный механизм (ЛПМ) включает в себя специальные стабилизаторы, гасящие ударные искажения, возникающие при соприкосновении ленты с головкой.

3.1.7.  2" Quadruplex

Ширина ленты видна из названия; скорость движения - 15 дюймов в секунду; запись - сегментированная; сигнал - полный.

Quadruplex означает счетверенный. Это говорит о наличии четырех головок (heads) на вращающемся блоке, расположенных со сдвигом в 90 градусов. Плоскость вращения блока головок расположена перпендикулярно движению магнитной ленты, которая в месте контакта изгибается, охватывая блок. Такая конструктивная особенность приводит к быстрому износу ленты. Дорожки (tracks) расположены почти перпендикулярно направлению движения ленты. За время одного прохода головки записывается 19,5 строк развертки, а полное телевизионное поле записывается за четыре оборота барабана. Поэтому формат называют сегментированным, то есть видеосигнал записывается сегментами. Это свойство формата не позволяет реализовать режимы стоп-кадра (still frame) и замедленного/убыстренного воспроизведения (slow motion) без применения внешних электронных устройств, так как за один оборот блока головок (head assembly) нельзя считать телевизионное поле.

Страницы: 1, 2, 3