Porównanie formatów kamer DV
„Nie, nie nakręciłem tego w DV, nakręciłem go w DVCAM!”
Jakiś czas temu usłyszałem, jak powiedział to przyjaciel. Doskonale rozumiałem, co miał na myśli, ale przez chwilę miałem ochotę odpowiedzieć „Hej, DVCAM to DV”.
Przypomniało mi to, że wciąż jest sporo zamieszania w związku z różnymi formatami „DV”. Aby wyjaśnić sprawę, oto przegląd różnych formatów taśm cyfrowych wraz z podstawowym technicznym wyjaśnieniem, co czyni je podobnymi i różnymi.
Po pierwsze, termin „wideo cyfrowe” z małą literą „d” i małą literą „v” opisuje proces, a nie format. To po prostu wzięcie strumienia danych wideo i audio, który jest zgodny ze standardami technicznymi Twojej części świata, i „zakodowanie” tych danych w strumień cyfrowych zer i jedynek. A gdyby istniał tylko jeden prosty sposób na zrobienie tego, WSZYSCY wiedzielibyśmy dokładnie, co każdy rozumie przez „cyfrowe wideo”, a wtedy nie potrzebowalibyśmy tego artykułu.
Ale niestety, to nie jest takie proste. Rzeczywistość jest taka, że „cyfrowe wideo” to nie tylko jedna rzecz, to termin określający wiele, wiele odmian tego, jak ludzie zaczęli robić coś podstawowego — na przykład ruchome obrazy na ekranie i towarzyszące im ścieżki dźwiękowe — i przekształć te obrazy w strumień cyfrowych bitów i bajtów.
Wideo cyfrowe (duże „D” i duże „V”) lub DV to format kamkordera. Istnieją różne taśmy i różne typy DV i właśnie to omówimy tutaj.
Obecnie zdecydowana większość producentów kamer obsługuje konsumencki format danych DV, znany również jako DV25 — który jest powszechnym sygnałem wideo i audio DV, zwykle zapisywanym na i z kasety Mini DV.
Ale chociaż Mini DV jest „typową” konfiguracją konsumencką, DV jest tak elastyczną architekturą wideo, że jest również w domu w różnych odmianach specyficznych dla producenta. Niektóre przeznaczone do użytku konsumenckiego, a inne przeznaczone dla użytkowników przemysłowych, a nawet profesjonalnych.
Zanim przejdziemy do listy popularnych formatów aparatów cyfrowych i ich różnic, powinniśmy pokrótce zdefiniować kilka terminów. Częstotliwość próbkowania to liczba opisująca ilość danych cyfrowych używanych do reprezentowania strumienia wideo, mierzona w megabitach na sekundę (Mb/s). Próbka koloru to porównanie względnych ilości danych wideo przypisanych do każdej części strumienia wideo. Pierwsza liczba reprezentuje Y, czyli czarno-białą część strumienia; drugie dwie liczby reprezentują względne ilości przeznaczone na R-Y i B-Y, dwie kolorowe części strumienia (więcej na ten temat na pasku bocznym). Kompresja to prosty współczynnik opisujący, jak bardzo plik wideo staje się mniejszy po przejściu przez schemat kompresji/dekompresji lub kodek. Tak więc, jeśli nieskompresowany strumień wideo ma rozmiar 1 gigabajta, zostanie zmniejszony do zaledwie 200 megabajtów po przepuszczeniu go przez kodek DV, który kompresuje wideo w stosunku 5:1. Jeśli to wszystko brzmi dla Ciebie dezorientująco, trzymaj się tego – zdefiniujemy te terminy bardziej szczegółowo w dalszej części artykułu.
Jedną z pierwszych rzeczy, które zauważysz, jest to, że na dolnym końcu cyfrowego spektrum wideo liczby są dokładnie takie same, nawet gdy przechodzisz do bardziej „profesjonalnych” formatów.
Co się dzieje? Czy nie ma różnicy między, powiedzmy, kamerą Digital8 Handycam (300 USD) a Sony DVCAM DSR-450 (18 000 USD)?
Tak, na pewno są różnice. Droższe zestawy będą miały solidniejszą obudowę, lepsze opcje obiektywów, bardziej niezawodne systemy akumulatorów, a nawet pewne różnice techniczne.
W ich sercu, podstawowy strumień danych zapisywanych na taśmie jest dokładnie taki sam, niezależnie od tego, czy twój sprzęt zapisuje do Digital8, Mini DV, DVCAM czy DVCPRO. Innymi słowy, jakość danych jest taka sama.
Czy Twoja szybkość transmisji danych?
Kiedy technicy planowali DV dla konsumentów, zdecydowali się na szybkość transmisji danych wynoszącą około 25 megabitów na sekundę (zwykle zapisywaną jako 25 Mb/s).
Kiedy pojawiły się pierwsze konsumenckie kamkordery Mini-DV, zarówno konsumenci, jak i profesjonaliści mieli wielką niespodziankę. Ten podstawowy cyfrowy strumień wideo o przepustowości 25 Mb/s wyglądał naprawdę dobrze! W rzeczywistości może wyglądać tak dobrze, że pierwsi użytkownicy natychmiast skorzystali z niej jako z wyższej jakości alternatywy dla formatów kamer S-VHS, Hi8 i 8 mm z przeszłości.
I wtedy zaczęło się dziać coś naprawdę zaskakującego. Użytkownicy z wyższej półki zaczęli zwracać na to uwagę jako na akceptowalny przemysłowy i korporacyjny format wideo.
I nagle zaczęły pojawiać się „ekskluzywne” smaki tego prostego domowego standardu DV. Sony wprowadziło DVCAM, który wykorzystuje dokładnie ten sam przepływ sygnału 25 Mb/s, co w jej kamerach, z pewnymi udoskonaleniami, w tym szerszymi ścieżkami ścieżek w głowicach kamer DVCAM, zablokowanymi funkcjami audio i linią sprzętu zbudowanego zgodnie z bardziej wytrzymałymi standardami sprzętu „przemysłowego”.
Ta ścieżka opisuje również format DVCPRO firmy Panasonic. Bardziej wytrzymała linia sprzętu — odczyt i zapis dokładnie tego samego sygnału 25 Mb/s, z którego korzysta zwykła kamera konsumencka.
Pamiętaj jednak, że powiedzieliśmy, że DV to nie tylko jeden format. To od producentów zależy określenie, ile danych należy zapakować w ich poszczególne odmiany cyfrowego wideo. Nie powinno więc dziwić, że niektórzy producenci — nawet tacy, którzy inwestują duże pieniądze w podstawowe DV — produkują również inne rodzaje cyfrowego sprzętu wideo przeznaczonego dla użytkowników końcowych o wyższym poziomie.
„W górę!”
Jedną z alternatyw o wyższej szybkości transmisji danych jest linia Panasonic DVCPRO50. W tym wariancie DV inżynierowie podwoili szybkość transmisji danych do 50 Mb/s. Co ci to daje? Aby to zrozumieć, musimy porozmawiać o próbkowaniu kolorów 4:1:1 i 4:2:2.
Pamiętaj, że celem wszystkich cyfrowych systemów wideo jest przekształcenie sygnału wideo lub audio w liczby. Ten proces nazywa się „próbkowaniem”.
Obraz wideo składa się z czterech elementów, które muszą być dokładnie zapisane i odtworzone, aby stworzyć przyjemny obraz.
Pierwszym i najważniejszym elementem jest wartość jasności każdego piksela. Tylko dzięki tym informacjom można opisać czarno-biały obraz z odcieniami szarości. Pozostałe trzy elementy to wartości czerwony, zielony i niebieski dla każdego piksela. (Dlatego też surowe sygnały telewizyjne są czasami nazywane sygnałami RGB).
Kiedy nadszedł czas na ustalenie konwencji próbkowania dla cyfrowego wideo, popularny system DV kamkorderów został stworzony do korzystania z próbkowania 4:1:1. W prostym języku angielskim oznacza to, że część luminancji (lub czarno-biała) sygnału jest próbkowana czterokrotnie. To 4 w semestrze. Następnie kolor jest próbkowany raz dla części sygnału koloru, po czym ponownie następuje kolejna część sygnału koloru.
(Ach, widzę, że niektórzy z was zastanawiają się, dlaczego tylko 2 próbki kolorów opisują 3 kolory w RGB? Zobacz pasek boczny, aby uzyskać szczegółowe informacje!)
Ale użycie tylko jednej czwartej danych wykorzystywanych do opisania luminancji do opisania każdego z dwa kanały informacji o kolorze prowadzą do pewnych trudności.
Jednym z najbardziej znanych jest kluczowanie. Okazuje się, że o ile próbkowany kolor 4:1:1 może być doskonale przyjemny dla oka, to trochę trudno opisać i odpowiednio ustawić kolor na ekranie, aby zapewnić dobre, wyraźne kluczowanie.
Tak więc w przestrzeni kolorów 4:2:2 — takiej jak ta używana w formacie DVCPRO50, jest dwa razy więcej informacji o kolorze, co pozwala uzyskać jeszcze ładniejsze i dokładniejsze kolorowe obrazy.
A kiedy kolor jest naprawdę ważny — na przykład w przypadku złożonych napisów, tworzenia gradientów lub animacji komputerowych, których celem jest odtworzenie światów z fotorealistyczną precyzją, DVCPRO50 może nie zawierać wystarczającej ilości danych — dlatego istnieje format DVCPRO100, który podwaja informacje o kolorze ponownie!
Sen DigiBeta
Więc gdzie pasuje ten inny, wszechobecny, high-endowy format Digibeta?
Do tej pory dyskutowaliśmy o częstotliwości próbkowania. Ale to nie jedyny czynnik, który wpływa na jakość zdigitalizowanego obrazu. Innym ważnym obszarem jest kompresja, a dokładniej, jak bardzo i jaka redukcja danych jest stosowana do oryginalnego sygnału cyfrowego w celu dopasowania danych cyfrowych na taśmie.
Kluczową zaletą Digital Betacam — i powodem, dla którego jest tak popularny wśród firm produkcyjnych z najwyższej półki — jest to, że wykorzystuje łagodniejszą kompresję danych (w skromnym stosunku 2:1) w porównaniu z formatami opartymi na DV25 i DV50.
W ten sposób zapewnia bardzo wysoką jakość i solidne możliwości wideo — ale przy kosztach sprzętu często wielokrotnie przewyższających niektóre inne rodzaje sprzętu do cyfrowej produkcji wideo.
Cyfrowy dylemat
Zawsze będą spory o to, o ile lepszy jest obraz w jednym formacie cyfrowym niż w innym. A kwestie poboczne, takie jak to, czy Mini DV jest „wystarczająco dobry” dla określonego typu projektu, będą dyskutowane prawdopodobnie do czasu, gdy format stanie się przestarzały!
Ale bez względu na to, po której stronie debaty się znajdziesz, jedno jest pewne. Rewolucja DV zapewniła więcej możliwości wyboru jakości — w szerszym zakresie cen — niż kiedykolwiek wcześniej widziała branża produkcji wideo.
To dobra wiadomość dla nas wszystkich!
Bill Davis pisze, kręci, edytuje i wykonuje lektora dla różnych klientów korporacyjnych i przemysłowych.
Paski boczne:
Y-RY-BY
Kiedy po raz pierwszy napotykasz liczby takie jak 4:1:1 i 4:2:2 opisujące informacje o luminancji i kolorze sygnału, często ciekawscy zastanawiają się, dlaczego nie ma innej liczby, jednej dla czerwieni, a innej dla niebieski, a ostateczna liczba dla zielonego?
To znowu ci sprytni inżynierowie. Gdzieś na tej linii zorientowali się, że gdyby mogli przechowywać wartości z czerwonych i niebieskich pikseli i porównać te wartości z wartościami luminancji tego samego piksela, mogliby obliczyć zielone wartości „w locie”. I tak narodził się system kolorów komponentów. Są w nim trzy sygnały:Y oznacza luminancję, R-Y to wartość czerwonego piksela w porównaniu z wartością luminancji, a B-Y to wartość niebieskiego, również w porównaniu z luminancją.
Biorąc pod uwagę wartości trzech sygnałów, obwody są zaprojektowane tak, aby po prostu obliczyć ostatni element układanki, zielony sygnał. Co ciekawe, po zakończeniu obliczeń obliczony zielony sygnał zawiera więcej surowych danych niż czerwony lub niebieski kanał w cyfrowym wideo i jest to jeden techniczny powód, dla którego często używa się zielonego zamiast niebieskiego do kluczowania DV.
Tabela 1 zawiera listę formatów według szybkości transmisji danych,
współczynnik próbkowania i kompresja.
Digital 8 25Mbps 4:1:1 5:1
Mini DV 25Mbps 4:1:1 5:1
DVCAM 25Mbps 4:1:1 5:1
DVCPRO 25Mbps 4:1:1 5:1
DVPRO50 50Mbps 4:2:2 3,3 :1
Cyfrowa-S (D-9) 50Mbps 4:2:2 3.3:1
Cyfrowa Betacam 90Mbps 4:2:2 2:1