Úvod do HDV
3.5.2005, Radek Jahoda, článek
Před 10 lety se největší výrobci kamer dohodli na tomto formátu coby nástupci analogových formátů záznamu pro videokamery. Byl to i první digitální formát pro širokou veřejnost. V roce 2003 se Canon, Sharp, Sony a JVC domluvily na novém formátu budoucnosti.
Často dochází k zaměňování dvou pojmů HD a HDV. Zatímco HD (High Definition) označuje pouze, že video má vysoké rozlišení, a vztahuje se na jakékoliv systémy včetně nekomprimovaných a definuje rozlišení až 1920x1080, tak HDV (High Definition Video) je už přímo formát, který definuje jak parametry videa, tak jeho záznam a jeho použití je výhradně pro kamery. Pro srovnání, DV (Digital Video) používá rozdílná rozlišení pro PAL 720x576 při 25sn/s a pro NTSC 720x480 při cca 30sn/s (29.97sn/s), ukládá se na pásku datovým tokem 25Mbit/s, tedy asi 3.5MB/s. Jako kodek je použit DV, který je založen na kompresi MJPEG (=JPEG pro jednotlivé snímky), tedy jde o Intraframe kompresi, pro dekódování jednoho snímku stačí mít data právě tohoto snímku. U NTSC má subsamplování barev 4:1:1 a u PAL 4:2:0, komprese je přibližně 5:1. Zvuk je nekomprimovaný 48kHz, 16bit, stereo nebo 32kHz, 12bit, stereo.
HDV bylo koncipováno tak, aby dokázalo využít stávající technologie, tedy především záznam na pásek, kde jsou největší limity. Trhem by nebylo akceptovatelné přílišné zvětšování kazet nebo zkracování doby záznamu na pásku, takže bylo nutné ponechat datový tok stejný jako u DV (odtud HDV). Rozlišení vychází z HD, buď 1280x720 nebo 1440x1080 bodů jak pro NTSC, tak pro PAL. Prvně jmenovaný formát je progresivní nebo chcete-li neprokládaný (označuje se jako 720p nebo HD1) a definuje počet (celých) snímků za vteřinu 25, 29.97, 50 a 59.94sn/s (25p, 30p, 50p, 60p), druhý je prokládaný (označovaný jako 1080i nebo HD2) a umožňuje použít 50 nebo 59.94 půlsnímků za vteřinu (50i a 60i). Nesmíme opomenout ani poměr stran, který je vždy 16:9, oproti DV, kde bylo možné 4:3 i 16:9.
Záznam na pásek je stejný jako u DV, používá se stejná kazeta, takže nové kamery dokáží nahrávat i do staršího DV formátu. Je tedy nutné snížit datový tok také na maximálně 25Mbit/s, k čemuž již není možné použít kodek DV, ale nějaký účinnější. Nejde jen o uložení takových dat, ale i o střih, na což je nutný hodně rychlý počítač s velmi velkými a hlavně rychlými disky. Pro představu, nekomprimované HD video zabere přibližně 60MB/s, hodina pak přes 200GB. Představte si, že při střihu v reálném čase mícháte dva HD streamy, takže čtete z disku 120MB/s, zvládne to Váš počítač? Zkomprimovat video na požadovaných 25Mbit/s dává kompresi přibližně 17:1. Využívá se k tomu komprese MPEG-2, která je v podstatě totožná s DVD (pouze Main profile / Level High-1440). Existuje verze pro studia, která používá u MPEG-2 pouze I-snímky, tzv. Short-GOP (Group of Pictures - skupina snímků na jeden I frame, short od krátký - pouze I snímky), tedy jde o intraframe kompresi jako u DV, což je lepší pro editaci. Pro HDV kvůli větší redukci dat je ale zvolena MPEG-2 Long-GOP komprese (interframe), tedy jsou použity P i B snímky, k jejichž dekódování je nutné nejprve dekódovat všechny snímky od posledního I snímku. To je jak jistě uznáte dosti časově náročné. S tím se ale už musejí střižny a střihové programy nějak poprat.
Zastavme se ještě u zvuku. Používá se normálně opět komprese (oproti DV, kde je zvuk nekomprimovaný), konkrétně jde o MPEG-1 Layer 2 s bitrate 384kbit/s, samplovací frekvence je 48kHz, stereo.
U formátu 720p se používá datový tok videa 17.8Mbit/s, zvuk je 384kbit/s a přidaná data pro multiplex a korekci chyb je dalších 1.2Mbit/s, celkově to tvoří 19.4Mbit/s. Délka GOPu je šest snímků, struktura je IBBPBB. Tento formát je na DV kazetu nahrán úplně stejně jako DV. Každá DV stopa je rozdělena do tří segmentů, největší je video, další je zvuk a třetí jsou přidaná data jako timecode apod. Ve skutečnosti je ale video a zvuk multiplexován a nahrán do video segmentu, zvukový segment není využit, jeden snímek je nahrán do 10 stop jako u DV NTSC (PAL NTSC zabírá 12 stop). Formáty 50p a 60p se zatím nepoužívají a jsou definovány pro budoucí použití. Vyžadují totiž větší datový tok nebo delší strukturu GOP.
Formát 1080i používá datový tok videa 23.4Mbit/s, zvuk 384kbit/s a doplňková data 1.2Mbit/s, celkový bitrate je 25Mbit/s. U formátu 50p se používá GOP dlouhý 12 snímků, struktura je IBBPBBPBBPBB, u 60p je dlouhý dokonce 15 snímků, struktura je IBBPBBPBBPBBPBB. Prokládaný formát se zaznamenává rozdílně od DV, jsou pouze dva segmenty, jeden pro multiplexované video se zvukem a druhý pro timecode.
Je zřejmé, že pro editaci je MPEG-2 nevhodný, pokud je nunté například u 720p zobrazit šestý snímek, je nejprve nutné dekódovat předchozích pět snímků. Pokud si v editoru vložíte video například pozpátku, je to opravdu problém. Proto se to řeší tak, že při nabírání videa do počítače se MPEG-2 formát převede do jiného formátu, který již není interframe, ale intraframe, nebo alespoň nemá tak dlouhý GOP. Sice při konverzi může docházet k malé degradaci obrazu, ale je to výhodnější vzhledem ke snadnější editaci v (téměř) reálném čase. Takto k tomuto problému přistupuje většina softwarových editorů (Sony Vegas, Adobe Premiere, Canopus EDIUS). Toto se nedělá pouze u hardwarových střižen, např. Matrox Axio.
Shrňme si tedy ještě do tabulky stručně parametry HDV formátu:
Po střihu videa je nutné ho někam uložit. HD video má daleko větší nároky na bitrate než SD video (Standard Definition), takže ho nelze dát jen tak například na DVD. Vývoj nových médií ještě nebyl dokončen, přestože jejich uvedení na trh je očekáváno co nejdříve. Několik firem již přišlo se svým řešením, například Microsoft s kodekem Windows Media Video 9 (HD WMV9), označovaným jako VC-1, HD podporuje i DivX a mnoho dalších firem. Jelikož nic ještě není ve fázi ukončení standardizace, necháme tuto otázku zatím otevřenou. Pokud kvalitu videa v rozlišení HD ještě neznáte, doporučuji shlédnout ukázková videa, která má Microsoft na svých stránkách. Zjistíte, že HD a HDV je opravdovou revolucí ve videu, srovnatelnou pouze se zavedením televize. Vždyť je to teprve první zvýšení rozlišení videa od samých počátků televizního vysílání (nepočítáme-li experimenty předtím).
HDV bylo koncipováno tak, aby dokázalo využít stávající technologie, tedy především záznam na pásek, kde jsou největší limity. Trhem by nebylo akceptovatelné přílišné zvětšování kazet nebo zkracování doby záznamu na pásku, takže bylo nutné ponechat datový tok stejný jako u DV (odtud HDV). Rozlišení vychází z HD, buď 1280x720 nebo 1440x1080 bodů jak pro NTSC, tak pro PAL. Prvně jmenovaný formát je progresivní nebo chcete-li neprokládaný (označuje se jako 720p nebo HD1) a definuje počet (celých) snímků za vteřinu 25, 29.97, 50 a 59.94sn/s (25p, 30p, 50p, 60p), druhý je prokládaný (označovaný jako 1080i nebo HD2) a umožňuje použít 50 nebo 59.94 půlsnímků za vteřinu (50i a 60i). Nesmíme opomenout ani poměr stran, který je vždy 16:9, oproti DV, kde bylo možné 4:3 i 16:9.
Záznam na pásek je stejný jako u DV, používá se stejná kazeta, takže nové kamery dokáží nahrávat i do staršího DV formátu. Je tedy nutné snížit datový tok také na maximálně 25Mbit/s, k čemuž již není možné použít kodek DV, ale nějaký účinnější. Nejde jen o uložení takových dat, ale i o střih, na což je nutný hodně rychlý počítač s velmi velkými a hlavně rychlými disky. Pro představu, nekomprimované HD video zabere přibližně 60MB/s, hodina pak přes 200GB. Představte si, že při střihu v reálném čase mícháte dva HD streamy, takže čtete z disku 120MB/s, zvládne to Váš počítač? Zkomprimovat video na požadovaných 25Mbit/s dává kompresi přibližně 17:1. Využívá se k tomu komprese MPEG-2, která je v podstatě totožná s DVD (pouze Main profile / Level High-1440). Existuje verze pro studia, která používá u MPEG-2 pouze I-snímky, tzv. Short-GOP (Group of Pictures - skupina snímků na jeden I frame, short od krátký - pouze I snímky), tedy jde o intraframe kompresi jako u DV, což je lepší pro editaci. Pro HDV kvůli větší redukci dat je ale zvolena MPEG-2 Long-GOP komprese (interframe), tedy jsou použity P i B snímky, k jejichž dekódování je nutné nejprve dekódovat všechny snímky od posledního I snímku. To je jak jistě uznáte dosti časově náročné. S tím se ale už musejí střižny a střihové programy nějak poprat.
Zastavme se ještě u zvuku. Používá se normálně opět komprese (oproti DV, kde je zvuk nekomprimovaný), konkrétně jde o MPEG-1 Layer 2 s bitrate 384kbit/s, samplovací frekvence je 48kHz, stereo.
U formátu 720p se používá datový tok videa 17.8Mbit/s, zvuk je 384kbit/s a přidaná data pro multiplex a korekci chyb je dalších 1.2Mbit/s, celkově to tvoří 19.4Mbit/s. Délka GOPu je šest snímků, struktura je IBBPBB. Tento formát je na DV kazetu nahrán úplně stejně jako DV. Každá DV stopa je rozdělena do tří segmentů, největší je video, další je zvuk a třetí jsou přidaná data jako timecode apod. Ve skutečnosti je ale video a zvuk multiplexován a nahrán do video segmentu, zvukový segment není využit, jeden snímek je nahrán do 10 stop jako u DV NTSC (PAL NTSC zabírá 12 stop). Formáty 50p a 60p se zatím nepoužívají a jsou definovány pro budoucí použití. Vyžadují totiž větší datový tok nebo delší strukturu GOP.
Formát 1080i používá datový tok videa 23.4Mbit/s, zvuk 384kbit/s a doplňková data 1.2Mbit/s, celkový bitrate je 25Mbit/s. U formátu 50p se používá GOP dlouhý 12 snímků, struktura je IBBPBBPBBPBB, u 60p je dlouhý dokonce 15 snímků, struktura je IBBPBBPBBPBBPBB. Prokládaný formát se zaznamenává rozdílně od DV, jsou pouze dva segmenty, jeden pro multiplexované video se zvukem a druhý pro timecode.
Je zřejmé, že pro editaci je MPEG-2 nevhodný, pokud je nunté například u 720p zobrazit šestý snímek, je nejprve nutné dekódovat předchozích pět snímků. Pokud si v editoru vložíte video například pozpátku, je to opravdu problém. Proto se to řeší tak, že při nabírání videa do počítače se MPEG-2 formát převede do jiného formátu, který již není interframe, ale intraframe, nebo alespoň nemá tak dlouhý GOP. Sice při konverzi může docházet k malé degradaci obrazu, ale je to výhodnější vzhledem ke snadnější editaci v (téměř) reálném čase. Takto k tomuto problému přistupuje většina softwarových editorů (Sony Vegas, Adobe Premiere, Canopus EDIUS). Toto se nedělá pouze u hardwarových střižen, např. Matrox Axio.
Shrňme si tedy ještě do tabulky stručně parametry HDV formátu:
| Médium | DV nebo miniDV kazeta | |
Video | ||
| Označení | 720/60p, 720/30p 720/50p, 720/25p | 1080/60i, 1080/50i |
| Rozlišení | 1280x720 | 1440x1080 |
| Poměr stran | 16:9 | |
| Komprese | MPEG-2 Main profile / Level High-1440 | |
| GOP | 6-IBBPBB | 12-IBBPBBPBBPBB (50p) 15-IBBPBBPBBPBBPBB (60p) |
| Samplovací frekvence | 74.25MHz | 55.7MHz |
| Barevný formát | 4 : 2 : 0 | |
| Kvantizace | 8 bitů | |
| Bitrate | 19.4Mbit/s | 25Mbps |
Audio | ||
| komprese | MPEG1 Audio Layer II | |
| Samplovací frekvence | 48kHz | |
| Kvantizace | 16 bits | |
| Bitrate | 384kbps | |
| Audio mód | Stereo | |
Multiplex | ||
| Formát | MPEG2 Systems | |
| Typ streamu | Transport Stream | Packetized Elementary Stream |
| Stream Interface | IEEE1394 (MPEG-2 TS) | |
Po střihu videa je nutné ho někam uložit. HD video má daleko větší nároky na bitrate než SD video (Standard Definition), takže ho nelze dát jen tak například na DVD. Vývoj nových médií ještě nebyl dokončen, přestože jejich uvedení na trh je očekáváno co nejdříve. Několik firem již přišlo se svým řešením, například Microsoft s kodekem Windows Media Video 9 (HD WMV9), označovaným jako VC-1, HD podporuje i DivX a mnoho dalších firem. Jelikož nic ještě není ve fázi ukončení standardizace, necháme tuto otázku zatím otevřenou. Pokud kvalitu videa v rozlišení HD ještě neznáte, doporučuji shlédnout ukázková videa, která má Microsoft na svých stránkách. Zjistíte, že HD a HDV je opravdovou revolucí ve videu, srovnatelnou pouze se zavedením televize. Vždyť je to teprve první zvýšení rozlišení videa od samých počátků televizního vysílání (nepočítáme-li experimenty předtím).
