Професійні формати відеозапису

Історія розвитку форматів відеозапису почалася порівняно недавно. Для оптимізації роботи телебачення інженери були вимушені зайнятися розробкою методів консервації телепередач, керуючись наступними вимогами:

1. На відміну від кіноформатів повинна здійснюватися можливість відтворення тільки що записаного зображення і звуку.

2. Носій і звукозаписна апаратура повинні мати характеристики, що дозволяють записати телевізійний сигнал в неспотвореному вигляді.

Оптичний або фотографічний запис цим параметрам не відповідав, оскільки процес отримання запису зображення був тривалим і багатоступінчатим. Тому інженери-розробники зупинили свій вибір на магнітному носієві, що є стрічкою з полімерних матеріалів, покритою робочим шаром - магнітним порошком в речовині, що пов'язує. Але для реалізації задуманого їм було необхідно вирішити декілька труднощів, пов'язаних з такими чинниками, як:

1. Мала швидкість транспортування стрічки. Для запису високочастотних компонент телевізійного сигналу, що займає широкий діапазон частот, було б потрібно малу довжину хвилі запису, який можна досягти або зменшенням робочого зазору магнітної головки, що технологічно неможливе, або збільшенням швидкості транспортування стрічки. Останнє було досягнуте шляхом створення блоку головок, що оберталися (БВГ). Таким чином була збільшена швидкість магнітного носія щодо головок.

2. Широкий частотний діапазон телевізійного сигналу, що не дозволяє без спотворень зафіксувати запис у зв'язку з характеристиками магнітного носія. Для усунення цієї трудності була реалізована ідея зсуву спектру відеосигналу у високочастотну область шляхом частотної модуляції. Перераховані вище проблеми були основними, але окрім них існували цілий ряд певних труднощів, які довелося вирішувати розробникам відеоапаратури. Кожному рішенню можна присвятити цілу або навіть декілька статей, але в рамках даної ми обмежимося лише описом основних аналогових і цифрових форматів.

Що таке формат відеозапису? Найкоротше, вичерпне і зрозуміле визначення цього терміну дається в підручнику для вузів "Телебачення" під редакцією професора В. Е. Джаконія: "Формат запису - це впорядковане розташування на поверхні стрічки строчок і доріжок, намагнічених під дією різноманітних сигналів. Опис формату і його параметрів дає однозначна вказівка, яким чином проводиться запис або відтворення інформації".

Перший аналоговий формат, який отримав назву Q, був побудований на принципі поперечний-рядкового запису на 2-дюймову стрічку за допомогою чотирьох відеоголовок, що оберталися. Швидкість кожної головки щодо стрічки складала 41,27 м/с. Звук писався на одну з трьох подовжніх доріжок звичайною магнітною головкою, інші дві служили для запису контрольних сигналів управління і режисерських міток.

Час йшов, техніка удосконалювалася, і в телебачення став упроваджуватися похило-рядковий відеозапис. Завдяки спіралеподібному обхвату блоку головок, що обертаються, стрічкою, записані доріжки виходили з нахилом, що дозволило істотно збільшити інформаційну місткість носія. Одним з форматів, що використовують цей принцип, був аналоговий формат В, розроблений фірмою Bosh. На відміну від попереднього, цей формат дозволяв запис двох звукових доріжок уздовж носія, крім звичайної режисерської і такої, що управляє. На блоці головок, що обертаються, розташовувалися 2 записуючих і 2 стираючих головки. Швидкість головок щодо стрічки складала вже 24 м/с.
Вперше була застосована касетна конструкція носія, замість ранішою - котушковою.

.

Відеомагнітофони формату C, розроблені фірмами Ampex і Sony, використовували 1-головочную запису або 1,5-головочную на однодюймову стрічку. Швидкість руху стрічки щодо головки складала 21,39 м/с. На барабані розташовувалися головка запису/відтворення телевізійного сигналу і головка запису/відтворення кадрового синхроімпульса, 2 головки контрольного відтворення і 2 стираючих головки. На відміну від інших форматів, запис був несегментним, тобто записувалася вся активна частина поля, а імпульс, що гасить, дописувався другою головкою - головкою запису кадрового синхроімпульса. У 1971 році фірма Sony створила 19.
01-міліметровий формат U-matic, в якому сигнал кольоровості записувався по частоті нижче, ніж сигнал яскравості. Відеосигнал записувався двома відеоголовками, що оберталися. У форматі були передбачені: подовжня доріжка для запису сигналу, що управляє, 2 доріжки для запису звукового сигналу і доріжка тимчасового коду. Саме тоді вперше заговорили про "прорив" на ринку відеотехніки.

.

Справжній прорив звичайно ж трапився трохи пізніше, з появою формату VHS в 1976 році, який вже в 80-х роках став де-факто стандартом побутового відеозапису. Але в рамках даної статті нас цікавлю більше те значення, яке мало для телебачення і тележурналістики створення форматів Betacam. Їх розвиток можна прослідкувати по назвах: Betacam, Betacam SP, Betacam SP 2000PRO, Betacam SP 1000PRO. За даним стандартом на напівдюймові стрічки із швидкістю 101,5 мм/с проводиться запис компонентного сигналу, що складається з сигналів яскравості і кольоровості. За кожну з складових відповідає окрема відеоголовка, що пише на свою доріжку.

Крім того, формат передбачає запис двох подовжніх звукових доріжок, а також доріжок управління і адресний-тимчасового коду.

Завдяки ряду переваг техніки, що працює з форматом Betacam, таких як малі габарити і висока якість отриманого зображення, цей стандарт міцно увійшов до історії тележурналістики і протягом десятиліть був для цієї сфери телебачення основним. Була реалізована моноблочна конструкція відеокамери, в якій камерна головка і рекордер знаходилися в одному корпусі. Після його впровадження стало можливим готувати репортажі до ефіру за считаниє годинник.
Betacam SP є свого роду нащадком формату Betacam і відрізняється від свого попередника тим, що в нім використовується металлопорошковая стрічка, а також є 2 додаткових звукових доріжки, записаної головками, що обертаються, поряд з сигналами яскравості. Цветоразностниє сигнали зрушені в область високих частот, що дало можливість розширити діапазон сигналу яскравості. Цей аналоговий формат довгий час був одним з популярних. До цих пір він використовується при створенні репортажів в багатьох регіональних телевізійних компаніях.

.

Та ж фірма Sony в 1984 році розробила формат Video-8 для запису зображення на 8-мм стрічки. Техніка, створена для роботи з цим форматом, змагалася з Betacam за массогабарітним показниками, але поступалася по якісних.

В кінці 80-х і на початку 90-х в телебачення, як і в багато інших областей техніки, стали проникати цифрові пристрої. Формат D-1 - перший формат цифрового відеозапису - передбачає запис сигналів цифрового телебачення 625- або 525-рядкових стандартів розкладання і формованих відповідно до стандарту цифрового кодування МККР 601. Відповідно до цього стандарту здійснюється запис яскравості і цветоразностних сигналів на 3/4-дюймовую магнітну стрічку (на основі порошків двоокису кобальту або гамма-окиси заліза, легованих кобальтом), що переміщається із швидкістю 286,87 мм/сек.
При цифровому кодуванні компонентного сигналу формується потік з частотою дискретизації сигналу яскравості 13,5 Мгц, а цветоразностних - 6,75 Мгц. Квантування по рівню 8-розрядне. Звук записується на 4 доріжки з розрядністю 20 битий і частотою дискретизації 48 кгц. Повний цифровий потік сигналів звукового супроводу близько 4 Мбіт/с. Окрім цього, стандарт передбачає три подовжні доріжки: управління, монтажу і тимчасового коду. Магнітна стрічка розміщена в касеті трьох можливих розмірів: мала (172х109х33 мм), середня (254х150х33 мм) і велика (366х206х33 мм). При товщині стрічки 16 мкм касети забезпечують відповідно 11,34 і 76 хвилин безперервного запису.
Даний формат дуже зручний для здійснення монтажу і цифрових відеоефектів.

.

Формат D-2 багато в чому схожий з форматом D-1. Запис сигналу теж проводиться на 3/4-дюймовую, але вже металлопорошковую стрічку, упаковану в касети трьох видів: малі, середні і великі. Запис проводиться без міжрядкових проміжків, а для усунення перешкод від сусідніх строчок застосовується канальне кодування, що забезпечує малий рівень низькочастотних компонент записуваного сигналу. У системі використовується азимутний розворот робочих зазорів головок на кути біля 15°, внаслідок цього щільність запису в порівнянні з D-1 підвищена, і, отже, більш ніж в 2 рази зріс час запису на одну касету.
Устаткування, що працює з форматом D2, стоїть дешевше за апаратуру формату D-1, крім того воно примітне можливістю багатократного перезапису з мінімальними втратами якості.

.

Формат D-3 був розроблений могутньою мовною корпорацією NHK в 1991 році, але чималу роль в його просуванні на ринок зіграла фірма Panasonic. Устаткування D-3 працює з композитними 8-бітовими відеосигналами стандартів PAL і NTSC. Відеомагнітофони D-3 багато в чому подібні до апаратів формату D-2. Але кількісні відмінності параметрів формату D-3 від D-2 вельми значительни. Ширина стрічки рівна половині дюйма, що робить можливим створення цифрової відеокамери. Ширина доріжок похилих і крок строчок запису значно менші, ніж в попередніх цифрових форматах D-1 і D-2, а саме 18 мкм (кут нахилу складає 4,9°).
Поверхнева щільність запису даних набагато більша, а витрата стрічки - набагато менше, за рахунок застосування вдосконалених носіїв, головок і могутнішої і довершеної системи обробки і кодування. Тривалість запису на одну касету D-3 складає від 50 до 245 хвилин.

.

Створення форматів D-3 і D-5 (DX-10) відбувалося майже одночасно, але важливішим є те, що їх розробка здійснювалася з використанням загальної технічної платформи.

Відеомагнітофон формату D-5 здійснює цифровий запис телевізійного відеосигналу в компонентній формі, відповідної рекомендації CCIR601 (частота дискретизації сигналу Y - 13,5 Мгц, число розрядів - 10), і чотирьох звукових каналів (48 кгц, 20 битий). У відеоканалі можливе перемикання на частоту дискретизації сигналу яскравості 18 Мгц при числі розрядів рівному 8.

D-5 пропонує вищу якість, що досягається завдяки збільшенню числа розрядів цифрового представлення відеосигналу з 8 до 10. При цьому ширина стрічки зменшена з трьох чвертей до половини дюйма. D-3 і D-5 мають одні і ті ж формати: крок строчок запису, мінімальну довжину хвилі запису, канальний код, спаровування звукових секторів, діаметр і частоту обертання барабана. Не дивлячись на те, що поверхнева щільність запису у обох форматів однакова - 13 Мбит/смІ, швидкість потоку збільшена за рахунок переходу до 4-канального принципу побудови відеоканалу - запис здійснюється відразу чотирма відеоголовками, що обертаються, при подвоєній швидкості транспортування магнітної стрічки.
Природно, це приводить до двократного зменшення тривалості запису на одну касету. Вона складає 32, 62 і 123 хвилини в касетах S, M і L відповідно. Стрічка має 2 значення товщини: 11 мкм, яка застосовується для отримання максимального часу запису, і 14 мкм.

.

Фірмами Toshiba і BTS в 1993 році був розроблений формат D6, призначений для запису цифрових сигналів ТВЧ із співвідношенням сторін зображення 16:9, а в 1994 році був випущений перший відеомагнітофон цього формату. Стандарт розрахований на високу пропускну спроможність до 1,2 Гбіт/с і володіє могутньою системою корекції помилок.
Він дозволяє записувати цифрові сигнали ТВЧ обох стандартів - 1250/50/2:1 і 1125/60/2:1 на касету з 3/4-дюймовой стрічкою похило-рядковим способом з кроком доріжок 21 мкм (кут нахилу доріжки - 15°) у вигляді блоків цифрових даних, в кожному з яких знаходяться дані про відеосигнал і звук, допоміжну і службову інформацію, а також міститься запис монтажних міток. Тривалість запису, залежно від величини касети, складає 8, 28, 64 хвилини.

.

В даний час в світі використовується дуже велике число апаратів Betacam і Betacam SP і накопичена величезна кількість записаних в цих форматах записів, тому можливість їх відтворення на апаратах нового формату визначив той напрям, в якому рухалася фірма Sony при розробці нового формату компонентного цифрового відеозапису для телевізійного віщання під назвою Digital Betacam. Як і в апаратах Betacam SP, при записі використовується напівдюймова стрічка, на яку фіксується телевізійне поле у вигляді 6 доріжок (азимутний розворот робочих відеоголовок - 15°) похилих, подовжні доріжки управління, режисерська і тимчасового коду.

В Digital Betacam компонентний цифровий сигнал пишеться з розрядністю 10 битий і із співвідношенням частот дискретизації 4:2:2 для сигналів яскравості і кольоровості. Підтримуються 4 канали звукового супроводу, частота дискретизації аудіосигналу - 48 кгц при 20-бітовому квантуванні. У результаті отримуваний цифровий потік складає 125,58 Мбіт/с. Міні-касети Digital Betacam забезпечують 40 хвилин цифрового запису, а великі - більш 2-го годинника.

Ще один з форматів фірми Sony - Betacam SX. За цим стандартом запис компонентного цифрового сигналу проводиться з розрядністю 8 битий і із співвідношенням частот дискретизації 4:2:2 для сигналів яскравості і кольоровості на напівдюймову металлопорошковую стрічку. У результаті колірна інформація зберігається з детальністю, необхідною для виконання монтажу і введення спеціальних ефектів на рівні, відповідному вимогам виробництва програм. Підтримує 4 канали цифрового звуку (16 бит/48 кгц). Таким чином, потік відеоданих складає 18 Мбіт/с. Максимальний час запису - 184 мин. на касету типа L і 60 мин. на касету типа S.

Формат Digital S, розроблений фірмою JVC, передбачає дискретизацію зображення в компонентному форматі 4:2:2. Запис кожного відеокадру проводиться на 12 доріжок похилих шириною 20 мкм (кут нахилу - 5,96°) на металлопорошковую стрічку шириною 12,65 мм в касеті типа S-VHS, час запису може досягати 2 годин. При цьому виходить маленький коефіцієнт компресії 3.3:1. У результаті максимально зберігається вся інформація. Достоїнства формату полягають в здатності багатократного перезапису і прискореному перегляді без втрати якості, а також в точності монтажних операцій.

Записи стандарту Digital S сумісні із записами формату S-VHS. Кожен відеокадр записується на 12 доріжках (PAL) похилих шириною 20 мкм і кутом нахилу 5,96°.

Найбільші компанії миру - Sony, Matsushita (Panasonic), JVC, Hitachi, Mitsubishi, Toshiba, Sanyo, Sharp, Philips, Thomson та інші - створили консорціум Digital Video Cassette (Цифрова відеокасета) або DVC. Таким чином, був створений формат DV. При ширині стрічки 6,35 мм доріжки похилих займають смугу шириною 5,24 мм. Швидкість руху стрічки - 18,8 мм/с. Один кадр записується на 12 доріжках. Запис складається із службових даних, сигналів звуку, відео і субкоду.
Між цими частинами сигналограмми на кожній з доріжок передбачені захисні або монтажні інтервали, а частина області субкоду використовується для запису допоміжних даних і сигналів тимчасових кодів: лінійного LTC і польового VITC. Формат DV розроблявся і використовується як побутовою, але став базою професійних версій, що розглядалися нижче. Одна з цих версій - DVCPRO 50 - була розроблена фірмою Panasonic. Характеризується швидкістю передачі даних 50 Мбіт/с, обробкою сигнал кодується за стандартом 4:2:2 з чотирма нестислими каналами звуку з розрядністю 16 битий і частотою дискретизації 48 кгц, в результаті виходить цифровий потік розміром 50 Мбіт/с.
Сигналограмма складається з 24 доріжок похилих, записаних з кроком 18 мкм на четвертьдюймовую стрічку і що містять один кадр, а також режисерською і такою, що управляє подовжніх доріжок. Як і в DV, коефіцієнт компресії складає 3. 3:1. Час запису на 1/4" касети DVCPRO 50 - 61. 5 і 31. 5 мин. Фірма Sony теж не відставала. Її розробкою з'явився формат DVCAM, розроблений для запису компонентного цифрового сигналу на металлопорошковую стрічку шириною 6,25 мм за стандартами 4:2:0 (PAL) і 4:1:1 (NTSC). Вперше він був представлений в 1996 році. На доріжках похилих записується відео/аудіосигнал (один кадр на 12 доріжках похилих шириною 15 мкм), субкод, службові дані (ITI).
Завдяки останнім вдається досягти високої точності в процесі монтажу. Частота квантування в кожному з чотирьох звукових каналів - 32 кгц, розрядність рівневого кодування - 12 битий. Підсумкова швидкість потоку є невеликою величиною - 25 Мбіт/с.

.

Крім того, в касети цього формату вбудовані спеціальні мікросхеми, на які записуються необхідні надалі довідкові дані: інформація про тимчасові коди почала і кінця кожного відеосюжету і всього проведеного запису, монтажні мітки, номери сцен і дублів, показники якості проведеної зйомки.

Така коротко історія появи і короткий опис основних аналогових і цифрових професійних форматів відеозапису.

Джерело: photovision.ru


0 Відгуків на “Професійні формати відеозапису”


  1. Немає коментарів

Залишити відгук