ГлавнаяПроектыФотографияМатериалыКарта узлаО себе(версия для печати)

Стандарты видеозаписи

читайте также по теме: Стандарты телевизионных сигналов, БВГ, Модуляция сигнала

Написанный в 1998 году первый вариант данного обзора по моему мнению устарел. Поэтому старое название «Бытовые выидеоформаты (аналоговые)» я заменил на «Стандарты видеозаписи» и расширил материал описанием носителей, а также кратким описанием самих форматов записи.

Используемые термины:

  • носитель — физическое устройство для хранения информации видеопотока (например, кассета, диск или флеш-накопитель);
  • формат записи — способ представления видеопотока;
  • файл-контейнер — формат «упаковки» видеопотока и сервисных данных в один файл (например, формат представления в одном файле нескольких видео и аудио дорожек, включая субтитры).

Особенности телевещания

В современном стандарте телевещания принято передавать телевизионный сигнал с разрешением 625 строк по вертикали, с шириной полосы видеосигнала порядка 6,5 МГц. Для того, чтобы осуществить запись на магнитную ленту сигнала с таким спектром необходимо достичь огромной скорости перемещения магнитной головки вдоль ленты — 55 м/с (или около 200 км/ч)! Современные технологии изготовления бытовых лентопротяжных механизмов (ЛПМ) с барабанами вращающихся головок (БВГ) позволяют достичь скорости порядка 4,2 м/с. Поэтому, естественно, встает вопрос о сужении спектра видеосигнала видеозаписывающей аппаратуре для достижения компромисса между качеством и ценой.

Благодаря чересстрочной развёртке в 50 полукадров в секунду телевизионное изображение проигрывает в чёткости (детализации) динамических объектов полнокадровому изображению прогрессивной развёртки. Но в то же время такое решение позволяет вдвое снизить объём передаваемых данных и при этом сохранить качество передачи статических объектов и плавность движения в динамических сценах, не хуже прогрессивного метода передачи. Более того, цветовая информация также сильно сжата в несколько раз, то есть детализация разноцветного изображения в несколько раз ниже по сравнению с монохромным изображением. Перечисленные методы сужения спектра передаваемого сигнала опираются на особенности человеческого зрительного восприятия. Так, например, человек хуже различает детали быстродвижущихся объектов, и восприимает лучше монохромные детали изображения.

Телевизионные стандарты и системы цветности

Попробуем разделить некоторые «сросшиеся» понятия и обозначения. При знакомстве с аналоговым телевизионным вещательным сигналом сразу возникает понятие телевизионного стандарта и системы цветности (метода кодирования цветовой информации). Телевизионный стандарт определяет параметры кадровой и строчной развертки, синхронизации, а также способа кодирования звука. Эти параметры являются являются общими для черно-белого и цветного телевидения для обеспечения исторической совместимости оборудования. В настоящий момент в мире применяются около 10 телевизионных стандартов: В, D, G, Н, I, К, К1, L, М, N. При этом в рамках каждого из перечисленных стандартов могут применяться различные системы цветности: SECAM, PAL, NTSC (см. «Стандарты телевизионных сигналов»).

Методы передачи и записи цветовой составляющей

Вследствие кадрово-строчной развёртки видеосигнал имеет ярко выраженный «гребёнчатый» спектр. Поэтому в спектральные промежутки можно подмешивать дополнительные сигналы, не прибегая к расширению полосы самого спектра.

Дело в том, что кадр изображения делится на строки, воспроизведение которых происходит слева-направо. А поскольку в «молодом» телевидении в качестве устройств отображения применялись электронно-лучевые трубки (кинескопы), реакция отклоняющей системы которых не бесконечна, появилось понятие «время обратного хода луча» строчной и кадровой развертки. Оно характеризует величину задержки перед началом вывода очередной строки, а также перед началом вывода следующего кадра.

Можно, конечно, пофантазировать и предложить зигзагообразный метод обхода кадра изображения, сокращающий, по крайней мере, потерю времени при переходе с одной строки на другую, но кардинально картина не изменится.

Именно таким образом в своё время черно-белый телевизионный сигнал обогатился цветовой информацией, а затем и стереозвуком. Конкретный метод модуляции и кодирования цветовой поднесущей определяется телевизионным стандартом и системой цветности. Но, в отличие от вещательной аппаратуры (которая предаёт видеосигнал либо по эфиру, либо по кабельным волноводам), видеоаппаратура записывает и считывает сигналы с носителя данных. Поэтому даже если записывающая аппаратура принимает и передаёт видеосигнал в каком-то телевизионном стандарте и системе цветности, внутренний метод представления видеосигнала может существенно отличаться.

Например, JVC (Japan Victor Company) при разработке первого бытового формата видеозаписи VHS (Video Home System) предложила ограничить ширину полосы спектра записываемого сигнала в 2,5 МГц, чтобы упростить требования к носителю и конструкции аппаратуры. Это привело к потере высокочастотных составляющих видеосигнала и, соответственно, к потере мелких деталей исходного изображения. Но простого сужения спектра сигнала недостаточно для нормального функционирования видеосистемы, так как на частоте 4,43 МГц в телевизионном сигнале расположена цветоносная поднесущая, следовательно, она будет потеряна при записи на носитель. Поэтому было принято решение произвести «хирургическое вмешательство»: сигналы цветности выделяются, сжимаются и переносятся в низкочастотную часть спектра. Мало того, чтобы избавиться от неприятных искажений, при записи применяют частотную модуляцию сигнала. Поэтому спектр хранимого сигнала в два раза уже спектра записываемого и воспроизводимого сигнала.

Применительно к видезаписывающей аппаратуре, зачастую можно встретить следующие обозначения записи и передачи видеосигнала:

Модели дискретизации можно пояснить следующими схемами.


Схема дискретизации в форматах с максимальным качеством.


Схема дискретизации в форматах серии DV.

Легко заметить, что выбор схемы 4:1:1 или 4:2:0 при оцифровке аналогового видеосигнала зависит в основном от его исходной системы цветности: NTSC или PAL (SECAM), соответственно. Потому что именно в NTSC спектр цветоразностных сигналов в четыре раза уже спектра яркостного, а в PAL (SECAM) передача цветоразностных компонент чередуется по строкам.

Наиболее распространённые форматы записи

Для осуществления видеозаписи необходимо знать стандарт и систему цветности видеосигнала на входе, так как записывающая аппаратура должна корректно выделять составляющие сигнала для соответствующей обработки и записи/воспроизведения видеофонограмм. В зависимости от возможностей применямего типа носителя и характеристик ленто-протяжного механизма записывающую аппаратуру можно приблизительно разделить на следующие форматы:

Аналоговые форматы
Название Разработчик Год Изначальное предназначение Ширина спектра модулированного видеосигнала, МГц Потенциальное разрешение по горизонтали, ТВЛ Горизонтальное разрешение по паспорту, ТВЛ Отношение сигнал/шум, дБ Аудиодорожки Совместимость
U-MaticSony1971студийные устройства≤330
BetamaxSony1975студийные устройства≤300
VHS (Video Home System)JVC1976бытовые стационарные устройства3,8~4,8≤268200 (240 HQ)431 продольная / 2 наклонных (в варианте Hi-Fi Stereo)VHS-C (через адатер)
BetacamSony1982студийные устройства≤36049Betamax
Video8Sony1983бытовые портативные устройства4.2~5.4≤302250 (280 XR)2 наклонных
VHS-C (VHS Compact)1985бытовые портативные устройства3,8~4,8≤268200 (240 HQ)431 продольная / 2 наклонных (в варианте Hi-Fi Stereo)
Betacam SP (Superior Performance)Sony1986студийные устройства5,75≤43051Betacam
S-VHS (Super VHS)JVC1987недорогие студийные устройства5,3~7≤392400452 наклонныхVHS, VHS-C, S-VHS-C
S-VHS-C (S-VHS Compact)1987портативные устройства5,3~7≤392400452 наклонныхVHS-C
Video Hi8Sony1990недорогие студийные портативные устройства5,8~7,7≤431400 (420)442 наклонныхVideo8
Цифровые форматы
Формат Разработчик Год Изначальное предназначение Формат видеопотока Объём цифрового потока, Мбит/с Потенциальное разрешение по горизонтали, ТВЛ Отношение сигнал/шум, дБ Аудиодорожки Совместимость
видеоаудиовсего
(D-1)1986студийные устройства4:2:2 (Y,R-Y,B-Y) 8 бит 768x5762163,84227576ИКМ 4 x 20 бит x 48 кГц
Ampex DCT (D-2)Ampex1986студийные устройства4:2:2 ДКП 8 бит 768x5763,84154576ИКМ 4 x 20 бит x 48 кГц + продольная аналоговая дорожка для монтажного поиска
(D-3)NHK, Matsushita1991студийные устройства948x5763,84150711ИКМ 4 x 20 бит x 48 кГц
DX-10 (D-5)Matsushitaстудийные устройства4:2:2 без сжатия 10 бит на компоненту 1080/59,94i, 720/59,94p, 1080/23,98p (sf), 1080/24p (sf), 1080/50i, 1080/23,98p, 1080/24p, 1080/25p, 1080/25p (sf), 576/50i и 480/59,94i7,68270810/540ИКМ 8 x 20 бит x 48 кГц + продольная аналоговая дорожка для монтажного поиска
Digital BetacamSony1993студийные устройства4:2:2 ДКП 10 бит КПД 720x576i / 720x480i933,84125,5854055ИКМ 4 x 20 бит x 48 кГц + продольная аналоговая дорожка для монтажного поискаBetacam, Betacam SP
(D-6)Toshiba, BTS1994студийные устройства12001250ИКМ 4 x 20 бит x 48 кГц
DV (Digital Video)DVC1994бытовые устройства4:2:0 ДКП 720x576i / 720x480i24,948 5:11,5363354054ИКМ 2 x 16 бит х 48 кГц / 4 x 12 бит x 32 КГцDVCAM
DVC-PRO (D-7)Matsushita1995студийные устройства4:1:1 ДКП КПД 720x576i / 720x480i24,948 5:11,53641,8554054ИКМ 2 x 16 бит х 48 кГц + продольная аналоговая дорожка для монтажного поискаDV, DVCAM
DVCAMSony1996студийные устройства4:2:0 ДКП КПД 720x576i / 720x480i24,948 5:11,5364254054ИКМ 2 x 16 бит х 48 кГц / 4 x 12 бит x 32 КГцDV
Betacam SXSony1996студийные устройства4:2:2 MPEG-2 422P@ML 10:1183,07240514 x 16 бит x 48 кГцBetacam, Betacam SP
MiniDVDVC1996бытовые портативные устройства4:2:0 ДКП 720x576i / 720x480i24,948 5:11,5363354054ИКМ 2 x 16 бит х 48 кГц / 4 x 12 бит x 32 кГц
HDCAMSony1997студийные устройства4:2:2 ДКП 1080/23,98p, 1080/24p, 1080/25p, 1080/29,97p, 1080/30p, 1080/60i, 1080/24p, 720/60p, 1080/50i185810/5404 канала
Digital S (D-9)JVCстудийные устройства4:2:2 ДКП 720x576i / 720x480i501,5369954055ИКМ 2 x 16 бит х 48 кГц / 4 x 12 бит x 32 кГц + продольная аналоговая дорожка для монтажного поискаS-VHS (монтажный плеер BR-D51)
Digital8Sony1999бытовые портативные устройства4:2:0 ДКП 720x576i / 720x480i251,53654054ИКМ 2 x 16 бит х 48 кГц / 4 x 12 бит x 32 кГцVideo8, Video Hi8
DVC-PRO50Matsushitaстудийные устройства4:2:2 ДКП50 3,3:13,07254062ИКМ 4 x 16 бит х 48 кГцDVC-PRO
HD-D-5студийные устройства4:2:2 1080/60i, 1080/24p, 720/60p, 1080/50i, 1080/25p810/5408 каналов (Surround 5.1)
DVC-PRO-HDMatsushitaстудийные устройства4:2:2 1080/60i, 1080/24p, 720/60p, 1080/50i810/540
MPEG-IMX (D-10)Sony2001студийные устройства4:2:2 MPEG-2506,144ИКМ 8 x 16 бит x 48кГц / 4 x 24 бит x 48 кГцBetacam SX
HDCAM SRSony2003студийные устройства4:2:2/4:4:4 ДКП 1080/23,98p, 1080/24p, 1080/25p, 1080/29,97p, 1080/30p, 1080/60i, 1080/24p, 720/60p, 1080/50i880(HQ)810/5404 канала
MicroMVSonyбытовые портативные устройстваMPEG-2 720x576i / 720x480i120,384540MPEG-1 Audio Layer-2, 2 x 16 бит x 48 кГц
HDVбытовые портативные устройстваMPEG-2 1440х1080i250,384810MPEG-1 Audio Layer-2, 2 x 16 бит x 48 кГц, 384 кбит/сMiniDV
DVD-Video (R9)бытовые устройства воспроизведенияMPEG-2 720x576p / 720x576i / 720x480p / 720x480i≤9,8540ИКМ / Dolbi Digital
HD DVDбытовые устройства воспроизведенияMPEG-2 ≤36,6810ИКМ / Dolbi Digital
Blu-Rayбытовые устройства воспроизведенияMPEG-2, VC-1, AVC≤36,6810ИКМ / Dolbi Digital / Dolby Digital Plus / DTS / Dolby TrueHD / DTS-HD / Dolby Lossless

Примечание

Хотел бы также отметить, что цифровые форматы с внутрикадровым сжатием (например, семейство DV) позволяют проводить линейный монтаж с точностью до 1 кадра. Но форматы, основанные на межкадровом сжатии (например, MPEG-2), не позволяют производить произвольный монтаж без потери качества.

540 и 810

У читателя может возникнуть вопрос: почему в таблице цифровых форматов указано разрешение 540 ТВЛ (ТВ линий) и 810? Попробую пояснить эти значения. Разрешение ТВ изображения измеряется в максимальном количестве контрастных линий изображения, которые можно различить по вертикали или горизонтали на единицу линейного размера кадра. Если измеряется разрешение по каналу яркости, то проверяются чёрно-белые пары линий. А если идёт измерение разрешения по цвету, то пары цветных линий соответствующих основных цветов.

Максимальное разрешение по вертикали определяется однозначно ТВ-стандартом, например, 480 видимых строк, 576 или 1080 и т.д. То есть стандарт задает верхнюю планку вертикального разрешения, потому что нельзя на картинке, например, из 576 строк изобразить более 288 пар черных и белых горизонтальных линий. А по горизонтали разрешение зависит от ширины спектра аналогового сигнала, или непосредственно от разрешения кадра и алгоритма кодирования для цифрового сигнала. Поэтому за основу относительного линейного размера кадра выбрана вертикальная сторона кадра.

Отсюда следует, что для цифрового кадра с размерами 768x576 (соотношение 4:3) максимальное горизонтальное разрешение ограничено 576 линиями. А при дискретизации сигнала с 720 отсчётами по строке (соотношение 5:4) получается, что в отрезке строки, равном по длине высоте кадра разместятся 576x(720/768) = 540 пикселов. Отсюда получаем предел горизонтального разрешения в 540 пикселов. Аналогично для HDTV с размерами кадра 1920x1080 при дискретизации с 1440 отсчётами по строке получаем, что горизонтальное разрешение ограничено 1080x(1440/1920) = 810 линиями.

Форматы, контейнеры, носители

Форматы

Не зависимо от того, в какой файл-контейнер упакован видеопоток, он должен быть закодирован в определнном формате. Формат определяет, как минимум, следующие технические характеристики:

К форматам видеопотоков можно отнести следующие:

Контейнеры

Исторически сложилось так, что некоторые контейнеры могут представлять видеопоток только в определенном формате. Это, если можно так сказать, «именные» файл-контейнеры.

К контейнерам видеопотоков можно отнести следующие форматы файлов:

Носители

Для обеспечения совместимости на уровне ленто-протяжных механизмов видеокассеты должны иметь одинаковый конструктив или адаптируемую конструкцию при помощи адаптера. Если взглянуть на столбец совместимость на ранее представленной таблице, то становится очевидным, что аппаратура некоторых форматов использует один и тот же тип кассет. Ниже приведена таблица соответствия видеоформата и носителя.


Типы видеокассет (коллаж)

ФорматНосительЕмкость
VHS12,65 мм оксидная/металлпорошкоая в оригинальной кассете60-300 мин
Video88 мм оксидная/металлпорошкоая лента в оригинальной кассете90-120 мин
VHS-С12,65 мм оксидная/металлпорошкоая в оригинальной кассете, рассчитанной на применение полноразмерного VHS-адаптера30-60 мин
Betacam SP12,65 мм лента в оригинальной кассете двух размеров: съёмочная (<30 мин) и монтажная (<90 мин)
S-VHS12 мм мелкозернистая лента в кассете, совместимой с VHS60-300 мин
Video Hi88 мм лента мелкозернистая лента в кассете, совместимой с Video890-120 мин
S-VHS-С12 мм лента в оригинальной кассете, рассчитанной на применение полноразмерного VHS-адаптера30-60 мин
D-119 мм металлпорошковая лента в оригинальной кассете
D-219 мм металлпорошковая лента в оригинальной кассете
D-312,65 мм металлпорошковая лента в оригинальной кассете
Betacam SXкассета Betacam с новой 12,65 мм лентой металл-порошковаой или с металлическим напылением и защитным графитным покрытием
DV6,35 мм лента c металлическим напылением в оригинальной кассете
DVСPRO6,35 мм металлпорошковая лента в оригинальной кассете
MiniDV6,35 мм лента с металлическим напылением в оригинальной кассете60-80 мин (13,5 Гб/17,5 Гб)
Digital Sиспользуется кассета с конструктивно аналогичная кассете S-VHS
Digital8используется кассета Video Hi8
HDVиспользуется кассета MiniDV60-80 мин (13,5 Гб/17,5 Гб)
DVD
HD DVDоднослойный 30 Гб / двухслойный 60 Гб
Blu-Rayоднослойный 23,9 Гб / двухслойный 47,7 Мб


Носители видеоданных (коллаж).
Использованы изображения с сайта www.vid-doc.ee

Но упомянутая специализация носителей постепенно уходит с появлением цифровых технологий и универсальных носителей данных. Даже среди кассет магнитных лент можно выделить универсальные аналоговые и цифровые носители, например, Video Hi8 и MiniDV. На момент написания данного материала можно говорить, что любой формат цифрового видеопотока можно записать на любой универсальный носитель данных.

Материалы магнитных лент

Металлпорошковые ленты состоят из основы и оксидного покрытия. В металлизированных лентах используются пленки никель-кобальтовых сплавов с примесью кислорода, которые отличаются высокой стойкостью к коррозии.

Хранение носителей

Оптимальным способом архивного хранения видеокассет можно назвать вертикальное размещение (по короткой стороне) в сухом помещении, чтобы исключить сминание кромки ленты, на которой записываются синхроимпульсы.

Оптические диски специалисты рекомендуют также хранить в сухом месте и не подвергать воздействию прямых солнечных лучей (ораганика записываемых дисков разлагается в ультрафиолете). А по своему опыту добавлю, что писать маркерами на дисках лучше не стоит (особенно спиртовыми), а если очень надо можно на внутреннем прозрачном кольце нанести небольшую надпись.

октябрь 1998—04 февраля 2008
Максим Проскурня
Источники: Журнал «Наука и жизнь», П.В. Шмаков «Телевидение», Л.Д. Фельдман «Черно-белый телевизор», Константин Гласман «Цифровая магнитная видеозапись: форматы Ampex DCT, Panasonic D-5, Sony Digital Betacam», Константин Гласман «Цифровая магнитная видеозапись: форматы D-1, D-2, D-3», Юрий Михайловский «Видеомагнитофоны», Константин Гласман ««Цифровая магнитная видеозапись: формат Sony Betacam SX», Студия «Мираж» «Теория цифровой обработки видеоизображения, Russell Video Services
© 1997–2016 Axofiber