www.tvfreak.cz
>
>
>
>
>

Komerční formáty videa a TV

Komerční formáty videa a TV
, , článek
Pokud potřebujeme grabovat video, zpracovat ho a uložit, je třeba znát něco o komerčních formátech PAL, NTSC, VHS atd. Z toho se odvíjí, jaké rozlišení použít pro zachytávání, aby nebylo moc vysoké či nízké, čímž by se ztratilo to hlavní - kvalita.
K oblíbeným
reklama

Na počátku bylo...


Žijeme ve světě elektroniky, a tak se podívejme rovnou na tzv. "elektrické" formáty videa. Pomineme různé prohlížečky a promítačky, které se používaly před nástupem elektronek a polovodičů. Zkusme se podívat stručně do historie.

První formáty videa byly černobílé a měly souvislost hlavně s počátkem TV vysílání. Po různých pokusech různých vědců již v 19. století a začátkem 20. století s mechanickými zařízeními představil "otec televize", ruský vědec Vladimir Kosma Zworykin, žijící v Pittsburghu a pracující u Westinghouse Electric Corporation, v roce 1923 elektronku pro snímání obrazu - iconoskop, s první plně fotoelektrickou mozaikou. Ta dostala ještě mnoho vylepšení, ale stala se základem budoucích kamer, a Zworykin si ji nechal patentovat. V roce 1928 již byla představena první televize s rozlišením 30 (slovy třiceti) řádky a o rok později již s 60 řádky. V té době byl objeven princip prokládání proti blikání obrazu (1930). Až v roce 1934 se začala pomalu televize rozvíjet s prvními diváky (pouze několik desítek veřejně umístěných přijímačů) až se nakonec v roce 1941 ustálil v zámoří standard s 525 řádky.

V Evropě byl vývoj podobný. Již v roce 1929 zahájil Angličan John L. Baird pokusné vysílání s 30 řádky na střední vlně 261,5 metru. Ruský emigrant Isaak Schoenberg (přítel Zworykina), pracující v britské EMI, vyvíjel kamerovou elektronku s názvem Emitron, která byla dokonce lepší než iconoskop. V roce 1934 již dosáhl 405 řádek. První "komerční" vysílání ale bylo uskutečněno v Berlíně v březnu 1935 se 180 řádky a 25 snímky za vteřinu. Ke snímání se ovšem stále používal mechanický systém s rotujícím diskem. Stejný rok v listopadu začalo také vysílání z Paříže na stejném principu a ještě ten samý rok EMI přišla s plně elektronickým systémem se 405 řádky, podporu pro vysílání pak zajišťoval Marconi - vysílání ale začalo v roce 1937. Ve stejném roce přešla Francie na vysílání se 455 řádky a Německo se 441. Se započetím druhé světové války se rozvoj TV v Evropě zastavil, hned po jejím skončení bylo ale vysílání okamžitě obnoveno. Výzkum ale mohl těžit i z rozvoje rádiových zařízení během války a v roce 1952 byl ustaven standard pro vysílání v Evropě - měl 625 řádek při 50 půlsnímcích. Tak se zrodila moderní televize...

Ani tehdejší Československo nezůstalo pozadu. První, kdo přijímal TV vysílání byl František Pilát, který ještě jako student techniky sestrojil televizní přijímač a použil ho k příjmu 30-řádkového Bairdova vysílání z Velké Británie. Největším průkopníkem byl Dr. Jaroslav Šafránek, který sestrojil v roce 1935 vlastní fungující televizní zařízení. Ministerstvo pošt a telegrafů ale nechtělo povolit vysílání amatérům a raději vyčkávalo na nějaký rozvinutější projekt. Do toho ale přišly události roku 1938 a výzkumy byly ukončeny. Zajímavé je, že Šafránek se snažil odlišit technologii přenosu pohyblivého obrazu od komplexního procesu televizního vysílání a pro televizi jako masové médium prosazoval slovo rozjev. Po válce se Československo ale zařadilo v tomto oboru k nejrozvinutějším státům a již v roce 1948 přišlo s vlastním TV zařízením a studiem.


Příchod barvy


Televizní formát se již tedy ustálil, již delší dobu ale výzkumníci bádali nad barevnou TV. Již v roce 1949 bylo v USA v provozu přes 10 miliónů přijímačů a byla zde nutnost zpětné kompatibility s černobílým vysíláním - nové barevné TV měli mít možnost přijímat staré černobílé vysílání a naopak starší černobílé TV měli umět přijímat nové barevné vysílání (samozřejmě černobíle). To značně komplikovalo situaci. Největšími výrobci byli tehdy RCA a CBS, oba přišli s novým systémem. Ten od CBS ale nebyl plně zpětně kompatibilní (i když na některých černobílých TV fungoval), takže nakonec zvítězil systém od RCA, který byl National Television System Committee (NTSC) přijat jako standard v roce 1953, vysílání začalo 23. ledna 1954. Mimochodem, v roce 1953 byl představen první domácí video rekordér, ovšem pouze černobílý.

Evropa se oproti zámoří díky druhé světové válce značně opozdila. První varianty barevného systému, kompatibilním zpětně s černobílým vysíláním s 625 řádky byly experimentálně v provozu již od roku 1953, byl ale často měněn a teprve v roce 1967 byl uveden do provozu systém PAL a ve stejném roce i francouzský systém SECAM, který převzalo i tehdejší Československo.


Černobílý formát


Podívejme se teď na princip přenosu a zobrazení "běžícího obrazu" na televizní obrazovce. Nebudeme se ale zabývat samotným principem fungování TV jako přístroje, to je na delší povídání. Protože nelze přenést celý jeden obrázek (frame) najednou, jako je tomu například u kinofilmu, musí se přenést obrázky postupně, bod po bodu. Začíná se vlevo nahoře, pokračuje doprava až ke kraji obrazu (konec řádku) a pak postupuje směrem dolu opět zleva doprava. Celý obraz je tedy rozdělen do řádků. Navíc se zobrazuje prokládaně, nejprve sudé řádky (2,4,6,..) a teprve potom liché (1,3,5,...) - mluvíme o půlsnímcích. Skutečnost tedy vypadá nějak takto:



Tyto půlsmímky se navzájem střídají určitou frekvencí (50Hz pro Evropu a 60Hz pro USA) a vytváří tak běžící video. Vyobrazené čáry určují běh paprsku v obrazovce, který rozsvěcuje na malý okamžik sítnici. Všimněte si čárkovaných čar, během kterých je paprsek vypnut a tedy se nezobrazuje nic. Jde o vertikální (mezi jednotlivými řádky) a horizontální (mezi půlsnímky) zatemňovací intervaly (blanking interval), které slouží k přesměrování paprsku na požadovanou pozici (to nelze okamžitě díky charakteristice vychylovacích cívek obrazovky). U druhého půlsnímku se paprsek nevrací přímo, ale tzv. zig-zagem. Počet řádků určuje vertikální rozlišení, tedy ostrost obrazu ve svislém směru. V Evropě se používá 625 řádků, z nichž pouze 576 je viditelných. V horizontálním směru je rozlišení určeno dostupnou šířkou pásma. Udává se jako počet svislých řádků (tedy sloupců), které je schopna televize zobrazit. Tato hodnota nemá co do činění s počtem bodů při digitalizaci, o tom si řekneme později. Opět jeden obrázek:


Na obrázku A je vidět čtvercový signál, který lze rozdělit do sinusových signálů o různých frekvencích. Pokud tyto sinusovky opět sečteme, získáme původní čtvercový signál. Pokud ale z těchto signálů odstraníme ty, které mají vyšší frekvenci a necháme např. jen dvě s nejnižší frekvencí (viz obrázek B), po složení získáme signál, který se už tolik původnímu nepodobá. Mluví se pak o zkreslení. Pokud je nejnižší frekvence z těchto signálů vyšší, než maximální frekvence, kterou dokážeme přenést, neuvidíme nic. Ze šířky pásma 4,5MHz lze vypočítat pro "rozumné" zkreslení horizontální rozlišení přibližně 500 řádků. Máme tedy rozlišení přibližně 500x768 řádků, někdy se ale berou vyšší nároky na zkreslení, pak se uvádí cca 330 řádků.



Ještě malé srovnání celkového rozlišení s jinými systémy, hodnoty jsou pouze orientační:


SystémPočet obrazových elementů
Profesionální 35mm1 000 000
Profesionální 16mm250 000
TV 625 řádků230 000
Amatérský 16mm200 000
Amatérský 8mm50 000


TV přijímač ale musí ze signálu poznat daleko více věcí, např. kde začínají jednotlivé řádky, kde začíná další půlsnímek, správné úrovně signálu atd. - prostě synchronizace. Před každým signálem řádku je vložen synchronizační puls, který určuje začátek řádku. Signál také není měřen přímo, ale v procentech. Hned po synchronizačním pulsu je horizontální zatemňovací interval, který má úroveň černé - 0% (standardní video signál 0V), synchronizační puls je -43% (-0,3V) a bílá barva je 100% (+0,7V).



Pro synchronizaci půlsnímků se používá vertical blanking interval (VBI), kde je speciální sekvence pulsů, určující začátek každého půlsnímku. VBI je celkem 22 řádků každého půlsnímku, které nenesou obrazovou informaci. Proto se používají pro přenos dodatečných informací, např. teletextu apod.


NTSC


O zachování zpětné kompatibility s černobílým vysíláním jsme již mluvili, teď se podívejme, jak je vše řešeno. Začneme formátem NTSC, který je standardem v USA a některých dalších zemích (někdy i mírně modifikovaným) a byl zde dříve než evropské formáty.

Barevná obrazovka pracuje se třemi barvami - červená (Red), zelená (Green) a modrá (Blue), zkráceně RGB, které se (zjednodušeně) snímají kamerou zvlášť přes tři filtry (jak jinak červený, zelený a modrý). U všech složek se dále používá gama korekce pro redukci šumu při přenosu (=2.2). Kvůli zpětné kompatibilitě je ale nutné přenášet jasovou složku a barevnou zvlášť. Nejjednoduší by bylo všechny tři RGB složky jednoduše sečíst, je ale nutné kompenzovat různou citlivost oka na barvy, proto se používá tato formule:
Y=0.299R + 0.587G + 0.114B

Toto je tedy monochromatická složka, která se přenáší stejně jako u černobílého vysílání. Šířka pásma tohoto spektra je 4MHz, většinou je ale oříznuta až na 3.2MHz kvůli interferenci s barevnou složkou. Nad touto složku se namoduluje barva, která se nazývá chrominance, přesně na 3.58 MHz. ta nese dvě složky:
Q=0.21R - 0.52G + 0.31B
I=0.60R - 0.28G - 0.32B

Pokud se podíváme samostatně na obě složky, tak mohou nabývat kladné i záporné hodnoty. Pokud je Q kladné, jde o purpurovou, při záporné hodnotě o zelenou bavu. Kladné I dává oranžovou a záporné cyanovou barvu. Proto se někdy nazývají "purple-green" a "orange-cyan" složky. Lidské oko je více citlivé na složku I a proto dostala šířku pásma 1.5MHz, kdežto Q pouze 0.5MHz. Jde tedy o polovinu resp. čtvrtinu pásma monochromatického signálu a o tolik je také menší efektivní rozlišení barvy. Obě složky jsou kvadraturně namodulovány na 3.58MHz, ale I je ve fázy s čb složkou a Q o 90 stupňů mimo. Takto složený signál lze popsat také jinak - amplitudou (saturation) a fází (hue). Kvůli definování standardní úrovně amplitudy a fáze je přenášen na začátku každé řádky referenční signál, nazývaný "color burst".


PAL

Evropský systém PAL (Phase Alternation Line) používá podobný princip jako NTSC, nedefinuje ale pro přenášení barevný systém YIQ, ale YUV:
Y=0.299R + 0.587G + 0.114B
U = Cb = 0.492(B – Y)
V = Cr = 0.877(R – Y)

RGB hodnoty jsou opět gamma korigovány hodnotou 2.2 (i když ve standardu je 2.8, používá se 2.2). U i V mají obě šířku pásma 1.3MHz a jsou opět namodulovány na 4.43361875 MHz pro PAL-B,D,G,H,I,N nebo 3.58205625 MHz pro PAL-NC nebo 3.57561149 MHz pro PAL-M, s jedním podstatným rozdílem - Každá druhá řádka obrazí polaritu fáze V složky (proto název Phase Alternation Line). V praxi to tedy znamená:
C = U sin wt ± V cos wt
zatímco NTSC používá jen
C = I sin wt + Q cos wt


SECAM


Systém SECAM (Sequentiel Couleur Avec Mémoire neboli sekvenční barva s pamětí) vychází ještě z jiného předpokladu: když může být sníženo rozlišení barev horizontálně (snížením šířky pásma), proč by nemohlo být sníženo i vertikálně? Toho lze pak využít pro přenos berevných složek úplně zvlášť, každou na jiném řádku. Kódování monochromatické Y složky je jako u PAL, gamma 2.8, barevné složky jsou:
Dr = –1.902(R – Y)
Db = 1.505(B – Y)

Navíc aby přijímač poznal, která složka je právě vysílána, složka Db je vysílána na nosné 4.25MHz a Dr složka na 4.4MHz. Modulace je ale frekvenční, šířka pásma u obou 1.3MHz a je uplatňena pre-emfáze. Pro synchronizaci přepínání obou složek jsou dále vysílány v devíti řádcích VBI synchronizační a referenční pulsy.


Srovnání formátů

Existuje několik standardů, lišící se pouze v několika parametrech. Zkusme si vše srovnat do tabulky:


SystémNTSCPAL B,G,HPAL IPAL DPAL NPAL MSECAM B,G,HSECAM D,K,K1,L
Řádků/půlsnímků525/60625/50625/50625/50625/50525/60625/50625/50
Horizontální frekvence15.734 kHz15.625 kHz15.625 kHz15.625 kHz15.625 kHz15.750 kHz15.625 kHz15.625 kHz
Vertikální frekvence60 Hz50 Hz50 Hz50 Hz50 Hz60 Hz50 Hz50 Hz
Nosná barvy3.579545 MHz4.433618 MHz4.433618 MHz4.433618 MHz3.582056 MHz3.575611 MHz4.25/4.4 MHz4.25/4.4 MHz
Šířka pásma videa4.2 MHz5.0 MHz5.5 MHz6.0 MHz4.2 MHz4.2 MHz5 MHz6 MHz
Nosná zvuku4.5 MHz5.5 MHz6.0 MHz6.5 MHz4.5 MHz4.5 MHz5.5 MHz6.5 MHz


Jeden z těchto formátu se vždy používá ve státech světa, u nás se až do devadesátých let používal systém SECAM-D, stejně jako v ostatních socialistických zemích, postupně se ale přešlo na PAL-D/K.


HDTV


Přechod na barevné vysílání byl poměrně rychlý. Pokusy s HDTV začaly již v sedmdesátých letech a cílem byl přechod na vysílání s širokým formátem 16:9 (výše jmenované formáty jsou všechny s poměrem stran 4:3) a větším rozlišením, dvakrát větším v obou směrech. V 80. letech byl firmami Sony a NHK vyvinut systém HDTV s názvem NHK Hi-vision se stejným rozlišením jako profesionální 35mm film. Ten byl používán pro editaci a filmové efekty a zpětně přenášen na 35mm film. Požadavek byl ale na systém, který by mohl být použit pro veřejné vysílání. K tomu ale zatím nedošlo. Požadavek byl opět na zpětnou kompatibilitu se starším vysíláním, což nebylo příliš snadno řešitelné, takže se spíše přiklánělo k simultálnímu vysílání programů v obou normách. Problém je také v šířce pásma, která je 4x větší, což narušuje mezinárodní frekvenční plánování.

Zatím jediný, kdo uvedl HDTV do provozu jsou Japonci, kteří ale používají pro přenos satelity a pouze změnily původní systém na víceřádkový a kompletně oddělili barevnou složku kvůli nárokům na výkon vysílače. Jediné, co vzešlo ze všech pokusů je systém PALplus, který ale zachovává původní rozlišení, pouze přidává možnost poměru stran 16:9. Ani ten se ale příliš nerozšířil. Za všechno může příchod digitálního vysílání s formátem MPEG-2, který snižuje potřeby na šířku pásma a je daleko více expandovatelný. HDTV je stále ještě ve vývoji, především v USA (kde lze již pořídit první přijímače), Evropa zatím vyčkává (a hodlá adoptovat systém z USA pouze změnou počtu snímků/půlsnímků na 25/50). Také to vypadá, že se možná konečně odprostí od prokládání půlsnímků, s největší provděpodobností ale budou existovat obě možnosti. Můj názor je, že analogový systém nikdy nevejde v život a nahradí ho digitální vysílání, budou pouze existovat "bedny" pro zobrazení. Odborníci se na mě asi za tyto informace budou zlobit, nechci ale zabrouzdat do podrobností, když ještě není nic jisté. Předběžné informace o parametrech HDTV:


Ikona Odkaz na databázi(Ne)ProkládaněŘádek celkemViditelných řádekPoměr stranŠířka pásma
HDTV USAN/P105096016:98MHz
HDTV EvropaN/P1250100016:99MHz
HDTV NHKP1125108016:920MHz


Ukládání videa


K čemu by bylo video, kdyby ho nebylo možné někam uložit pro pozdější přehrání. Pomineme studiové rekordéry a podívejme se na komerční formáty pro domácí použtí.

V polovině 70. let se o místo ucházely dva formáty - VHS a Betamax. Betamax byl sice o něco lepší (na tu dobu), díky marketingu ale zvítězil a po celém světě se rozšířil VHS (Video Home System), vyvinutý firmou JVC. Podívejme se blíže na tento formát.
Pro uložení záznamu nebyla v podstatě jiná metoda, než magnetický pásek. Pokud bychom chtěli uložit video stejnou metodou jako na audiokazetu, potřebovali bychom rychlost posuvu pásku pro šířku pásma 5MHz a štěrbinu 0.6mikrometru: 5MHz * 0.6um * 2 = 6m/s. To je pro jednu hodinu 21.6km pásky. To je hodně pásky nehledě na rychlost posuvu, která by pásek brzy zničila. Takže byla vyvinuta jiná metoda. Použila se rotující hlava, která zaznamenává signál do šikmých pásů (stop). Na jedné bubnové hlavě jsou dvě štěrbiny posunuté o 180 stupňů, pásek ale obepíná hlavu o více jak 180 stupňů, takže se částečně překrývají. Aby bylo zajištěna šikmost stop, hlava je natočena šikmo přes pásek (stopy jsou šikmé o 5-6°). Každá stopa nese informaci o jednom půlsnímku, na začátku jsou asi tři poslední řádky předchozího půlsnímku a vertikální synchronizace.



Zkreslení a šum pásku je na vyšších frekvencích větší, čímž by utrpěla kvalita barev, proto dochází k částečné redukci. Jasivá složka je namodulována na přibližnš 3.4MHz a barevná složka pak na 600kHz. Je také snížena šířka pásma jasové složky oproti klasickému TV vysílání na asi 2MHz, takže se snižuje i horizontální rozlišení. Zvuk je nahráván do podélné stopy stejně jako u zvukových magnetofonů. U některých rekordérů je možné nahrávat stereo zvuk, ten se moduluje ještě nad obrazovou složku.

Kvůli optimalizaci záznamu a čtení se používají dvě rozdílné hlavy. Byl uveden i tzv. LP mód, u kterého je snížena rychlost posuvu pásku, stopy jsou zúženy a přiblíženy k sobě (dokonce se malinko překrývají). K tomu se používají další dvě hlavy, které mají užší štěrbinu, máme tak už čtyřhlavové video (čtyřhlavá videa umí tedy SP a LP mód, dvouhlavá pouze SP mód, ale některá videa s LP režimem mají pouze dvě hlavy s užší štěrbinou, které se používají i pro SP záznam a tím mají i horší parametry, především při přehrávání na čtyřhlavém videu). V poslední době je vidět i EP formát, který ještě více prodlužuje délku záznamu. Není třeba připomínat, že prodlužováním délky záznamu se snižuje kvalita. Při zastavení pásku nebo při zrychleném přehrávání se změní rychlost pásku, ale sklon hlavy je stejný, takže jsou snímány vždy pouze části obrazu - je vidět známé rozčlenění obrazovky na asi 5 částí s pruhy šumu mezi sebou. Toto se kompenzuje dalšími hlavami, viděl jsem až osmihlavé video, to už jsou ale opravdu profesionální stroje, se kterými je možné provádět i editaci snímek po snímku (když pomineme nevhodnost analogového záznamu pro editaci). Stále ale platí - pro samotné přehrávání a záznam nemá počet hlav význam, takže běžný uživatel vystačí s dnešním čtyřhlavým standardem.


MódNTSCPAL/SECAM
SP33.35mm/s23.39
LP16.6711.69
EP(SLP,ELP)11.127.79


VHS kazeta byla ale příliš velká a tak byl uveden nový formát s menší kazetou - Video 8, který používal pásku o šířce 8mm a jen s o málo lepšími parametry. V 80. letech byl tento systém vylepšen na Hi-8 a hned vzápětí přišel Panasonic a JVC se systémem S-VHS (kompatibilní s VHS, ale ne naopak), který rozšiřoval šířku pásma na 3.2MHz. Poslední dva systémy také začali používat pro propojení nový kabel s oddělenou jasovou a barevnou složkou, čímž se zlepšily barevné přechody. VHS-C a S-VHS-C používají pouze menší kazetu, ale stejný pásek, takže je lze s adaptérem přehrát v běžném přehrávači. Jen zběžně ještě o o jiných formátech. Umatic byl vůbec první formát pro záznam videa na kazetu (Sony 1969), nenašel ale velkého rozšíření, i když byl vylepšován (low-band, high-band a SP Umatic). Betacam byl vyvinut Sony v 80. letech pro zpravodajství. Používá kazety jako měl Betamax a byl to první plně komponentní systém (barva je zpracována plně odděleně, takže dosahuje vyšší věrnosti a separace). V 90. letech byl vylepšen na Betacam SP s broadcast kvalitou (kvalita TV vysílání, dnes už to ale neplatí). M-II (čti em dva) je formát podobný Betacamu, dokáže zaznamenat čtyři zvukové kanály, používal kazety podobné VHS, nenašel ale většího rošíření. Ještě srovnejme některé formáty:


FormátŠířka pásma (MHz)Horizontální rozlišení (řádků)
VHS/V82.0240
S-VHS/Hi83.2400
Beta12.6250
Beta II/III2.4240
Superbeta2.4290
ED Beta5.0500
BetacamIkona Odkaz na databázi300
Betacam SPIkona Odkaz na databázi380
M-IIIkona Odkaz na databázi420



DV


Formát DV je prvním plně digitálním komerčním (opakuji komerčním, ne profesionálním) digitálním formátem ve spotřební elektronice, který umožňuje jak přehrávání, tak záznam. Ostatně to je jeho hlavní účel - použítí především v kamerách. Jedná se o zkratku Digital Video a byl přijat jako standard konzorciem 10 firem Matsushita (Panasonic), Sony, Victor Company of Japan (JVC), Philips Electronics, N.V., Sanyo, Hitachi, Sharp, Thomson Multimedia, Mitsubishi Electric a Toshiba. Další se přidali časem a dnes jich je přes 60.

Abychom překlenuli mezeru mezi analogovým a digitálním světem, podívejme se nejprve na rozlišení. To je v digitálním světě chápáno trochu jinak. V analogových systémech byl dán pouze počet řádek, horizontální rozlišení pak bylo určeno frekvenční šířkou pásma. Signál s vyšší frekvencí, než je šířka pásma, již nelze zobrazit (přenést, uložit). Frekvenční charakteristika také není rovná až do zlomové frekvence, takže signál blížící se této hranici ztrácí na intenzitě. Digitální obraz je proti tomu definován přesně, rozlišením v počtech bodů horizontálně a vertikálně, např. 320x240. Při převodu analogového videa na digitální pak záleží pouze na vzorkovací frekvenci, kolik bodů získáme. Takže informace o digitálním rozlišení analogového signálu je poměrně zavádějící.

Elektronici ale nejsou hlupácí a ví, že mezi digitálním a analogovým rozlišením je pevně definovaný vztah. U DV formátu se postupovalo (zjednodušeně) takto: Analogové sytémy používají v PAL 576 řádek, takže vertikální rozlišení je jasné. V horizontálním směru potřebujeme dosáhnout stejné rozlišení jako v analogových systémech, tedy asi 500 řádků. Při vzorkovánní bychom tedy (ze Shanonova teorému) potřebovali minimálně dvojnásobek vzorků. Protože ideální rozlišení TV s nízkým zkreslením je již zmíněných cca 330 řádků a videkamery stejně většinou nepoužívají jako zdroj analogový signál (digitální CCD čip, jehož rozlišení je předem definované a nemůže dojít k oversamplingu), bylo zvoleno jako kompromis 720 bodů, tedy rozlišení 720x576. To odpovídá vzorkování analogového videa frekvencí 13.5MHz. Počet snímků je také dán z analogového světa - 25 (stále prokládané 50 půlsnímků). V USA pak je rozlišení 720x480 při 29.97 sn/s. Barevná složka je opět vzorkována s nižší frekvencí, tentokrát 4x - 4:2:0 (poloviční vzorkování v horizontálním i vertikálním směru). Tak je zaručen snadný převod mezi staršími analogovými systémy a DV a prvně dosahuje komerční formát tzv. broadcast kvalitu, tedy hodící se i pro TV vysílání (reportáže apod.).

DV ale nedefinuje pouze rozlišení. Obraz není ukládán nekomprimovaně, používá se diskrétní kosinová transformace pro snížení šířky pásma, stejně jako (M)JPEG. DV ale obsahuje navíc algoritmy pro lokální optimalizace obrazu v závislosti na struktuře a tak dosahuje vyšší kvality. Dále je možno kombinovat tzv. interfield kompresi, tedy při stejných dvou půlsnímcích (nebo částech) se tyto zkompresují jako celek (popř. jen části), čímž se také zlepšuje kvalita. Nevyužívá se ale informace z předchozích nebo následujících snímků (jako u MPEGu), takže záznam je editovatelný snímek po snímku. Výsledný poměr komprimovaného a nekomprimovaného obrazu je 5:1 a je konstantní. Celý video tok má 25Mbps, pak se ale přidá zvuk (stereo 16bit/48kHz nebo 2x12bit/32kHz), kontrolní kódy pro detekci a opravu chyb a dodatečné informace jako čas, timecode apod. a celkem dostáváme 36Mbps.

DV dále definuje jak mají vypadat kazety pro záznam. Někdy se o DV mluví jako o formátu a miniDV popř. DVC (DV Cassette) se označují kazety, to ale není podstatné. Používá se metalový pásek o šířce 6.35mm, velikost kazety je 66x48x12.2mm, šířka stopy 10 mikrometrů pro SP záznam a poloviční pro LP. Dále také existují profesionální formáty DVCAM a DVCPRO. Jde o systémy od Sony resp. Panasonicu, které používají stejné kazety, šířka stopy je ale 15 resp. 18mikrometru. Tím je zajištěno spolehlivější uložení a tyto přístroje umí číst i komerční miniDV kazety (ale většinou ne v LP módu). DV formát použila Sony u svých Digital8 kamer, které pro záznam používají kazetu formátu Hi8 (nechtěla se vzdát strojů na výrobu mechanik, které jsou velmi drahé kvůli precisnosti) a jsou o něco levnější.

Hlavní výhodou DV kamer a zařízení je snadná a bezeztrátová přenositelnost dat. K propojení se používá rozhraní IEEE1394 (FireWire, iLink), které má patentovaná firma Apple. Video lze uložit do počítače, zde se edituje a přenáší zpět na pásku nebo ukládá na jiná média (CD, DVD, Betacam apod.). Celý proces je velmi efektivní a co je nejdůležitější - velmi kvalitní a bezeztrátový. Ještě porovnání s jinými formáty:


Formát
Bitrate
Samplování
Komprese
Horizontální rozlišení
DVCPRO
25 Mbps
4:1:1
5:1
500
DVCPRO 50
50
4:2:2
3.3:1
500
DV
25
4:1:1
5:1
500
DVCAM
25
4:1:1
5:1
500
Digital-S
50
4:2:2
3.3:1
500
D-VHS
do 28.2
MPEG-2
VBR
500
Betacam SX
18
MPEG-2
10:1
500
Digital Betacam
90
4:2:2
2:1
550
D1
270
4:2:2:4
1:1
500
D2
270
4:0:0
1:1
500
D3
270
4:0:0
1:1
>500
D5
170
4:2:2
1:1
>500
D6
?
4:2:2
?
HDTV


Placky


Pomalu ale jistě se musíme připravit na novou éru, kde již nebudou vládnout kazety všech velikostí a tvarů, ale hezky kulaťoučké, možná i v ochraném obalu balené, disky. Mají jednu ohromnou výhodu - rychlé vyhledávání, protože není třeba přetáčet. Další výhoda je především z obchodnického hlediska - velmi levná výroba. Jak s oblibou říkám, bouchne lis a vypadne kompakt. Ať už se to obhcodníkům a manažerům líbí nebo ne, cena není stanovena výrobní cenou, ale každá novinka se prostě musí pořádně vyplatit. A tak doba disků přichází pomaleji, než by tomu bylo bez kapitalistického myšlení.

Nevýhodou disků je jejich relativně nízká kapacita (optoti páskovým kazetám), takže je nutné používat efektivnější metody komprese záznamu. Prvním diskem použitým pro záznam videa byl již v osmdesátých letech dvacátého století kompaktní disk CD o průměru 12cm s optickým záznamem, určený původně pouze pro zvuk - vzniklo VideoCD (white book). Cílem bylo využít stávajících mechanik a zařízení pro mastering, takže parametry byly relativně shodné s AudioCD - délka záznamu 70 minut se stejnou rychlostí otáčení a fyzicky stejný záznam. VideoCD obsahuje několik stop. První je standardní ISO 9660 (datová stopa) se soubory, říkající přehrávači jak nalézt a přehrát obsažené video na disku, dále menu pro výběr titlulů, obrázky apod. Další stopy mají strukturu jako AudioCD (CD-DA Red book) a obsahují buď video ve formátu MPEG-1 nebo pouze zvuk. Nevýhodou formátu bylo, že disk byl určen pouze pro přehrávání a nešlo ho použít podobně jako kazetové rekordéry. Také rozlišení bylo relativně nízké. V horizontálním směru na tom bylo sice podobně jako VHS, počet řádků byl ale poloviční - 352x288 bodů pro PAL (sice MPEG-1 lze použít i pro vyšší rozlišení, VideoCD je ale striktně vázáno na toto rozlišení a konstantní bitrate 1150kbps, které odpovídá kapacitě a rychosti otáčení disku).


KompreseMPEG-1 (SIF combo)
Snímků/s29.97 nebo 25 Hz
RozlišeníNTSC: 352x240
PAL: 352x288
BitrateCBR 1150kbps
ZvukMPEG-1 audio 224kbps


Velice brzy začal vývoj nového disku pro záznam videa v kvalitě srovnatelné s S-VHS. Hlavním úkolem bylo zvýšit kapacitu, což se povedlo při oboustraném a dvouvrstvém záznamu až na 17GB. Po prvním uveřejnění specifikací a názvu DVD - Digital Video Disc se samozřejmně zvedla vlna zájmu a především požadavky na využití i v jiném oboru, takže došlo záhy k přejmenování na Digital Versatile Disc (DVD) a doplnění a upřesnění specifikací. DVD již není tak striktně vázáno na formát jako VideoCD a může obsahovat video o různých parametrech, přesto s různými omezeními. Rozlišení je až 720x576 bodů prokládaně nebo neprokládaně, komprese MPEG-1/2, bitrate může být až 9.8Mbps, ale i s proměnlivým bitratem (VBR), poměr stran 4:3 nebo 16:9, více viz tabulka. Je také definováno, co musí splňovat přehrávač honosící se označením DVD Player. Předně musí dokázat dekódovat stream s trvalým bitratem 9.8Mbps, což je maximum při dvouvrstvém záznamu. Dále musí umět přehrát 16:9 disk na TV s poměrem stran 4:3 (tzv. letterbox - dodání černých pruhů). Nemusí být ale nutně podporovány další věci, které specifikace obsahuje, např. multi-angle view pro volbu shlédnutí scény z různého úhlu apod.


KompreseMPEG-1 (SIF combo)
MPEG-2 (Main Profile @ Main Level)
Snímků/s29.97 nebo 25 Hz
TV systém525/60 (NTSC) nebo 625/50(PAL)
Poměr stran4:3 (všechny video formáty)
16:9 (všechny video formáty kromě 352 bodů na řádek)
Display Modepan & scan, letterbox
DataVBI (closed caption)
Podobrázkyobrázky kódovány run-length metodou zobrazené přes video snímky
pro titulky, karaoke, jednoduché animace
maximum 32 streamů (jazykových verzí titulků)
RozlišeníNTSC: 720x480, 704x480, 352x480, 352x240
PAL: 720x576, 704x576, 352x576, 352x288
(MPEG-1 pouze 352x240 nebo 352x288)
GOPmax 36 půlsnímků nebo 18 snímků (NTSC)
max 30 půlsnímků nebo 15 snímků (PAL)
Vyrovnávací paměť1.8535008 Mbitů (MPEG-2)
327689 bitů (MPEG-1)
MetodaVBR nebo CBR pro MPEG-2
pouze CBR pro MPEG-1
Maximální bitrate9.8 Mbps
ZvukPCM: 48/96kHz, 16/20/24bitů, max 8 kanálů, max 6.144Mbps
Dolby AC-3: 48kHz, 16bitů (kompr.), max 5+1 kanálů, max 448kbps
MPEG-2 audio: 48kHz, 16bitů (kompr.), max 7+1 kanálů, max 640kbps


Zdá se, že formátu DVD se blýská na lepší časy, protože se začínají objevovat první nahrávací disky (DVD-RAM, DVD-R, DVD-RW, DVD+RW) a první rekordéry. Především posledně jmenovaný DVD+RW začíná být nejvíce akceptovaný, protože by měl být kompatibilní se všemi stávajícími DVD přehrávači.


Placky 2


Formát MPEG-2 přinesl značné zlepšení kvality, ale vypalování DVD nebylo (a není) tak dostupné jako u CD, hlavně z důvodů několika rúzných formátů (DVD-RAM, DVD+RW, DVD-RW, DVD+R, ...) a ceny. Byla zde tedy snaha o vylepšení kvality obrazu na úroveň DVD, ale na CD médiu. Žádný z těchto formátů (kromě jednoho, viz dále) se ale nedočkal standardizování, takže není jisté, zda půjdou přehrát na DVD nebo VCD přehrávači (na některých to funguje, o tom je třeba se informovat z manuálu popř. u výrobce nebo prodejce).

Začněme tím nejjednodušším - MiniDVD. Tento formát využívá shodnosti formátu ukládání na CD a DVD (ne fyzicky, ale logicky!). Stačí vzít celou strukturu DVD a vypálit ji na CD v UDF formátu tak jak je. Parametry jsou shodné až na kapacitu a tedy i délku záznamu. Mírnou redukcí datového toku lze dosáhnout asi 20 minut záznamu v dobré kvalitě na jedno CD. Zdá se to málo, pro různá krátká instruktážní nebo domácí videa to ale postačuje. Problém je ale s přehratelností. Je jen pár výjimek z DVD přehrávačů, které takovýto disk dokáží přehrát, naopak problémy nejsou na PC. Důvodem je hlavně rychlost čtení CD v mechanikách DVD, která je nižší než u PC mechanik.

Stále rozšířenějším formátem se stává Super VideoCD (SVCD). Byl standardizován čínským úřadem pro standardizaci a již i mezinárodně akceptován. Na CD se ukládá v MPEG-2 formátu, ale v nižším rozlišení 480x576 pro PAL (480x480 pro NTSC), takže kvalita je srovnatelná nebo o něco lepší (hlavně v dynamice a šumu) s VHS. Bitrate byl také snížen na maximum 2520kbps VBR pro zvýšení délky záznamu (cca 40 minut), odráží se to ale částečně v kvalitě hlavně při hodně pohyblivých scénách. Oproti VCD byla částečně rozšířena i možnost menu, chapters, obraz může být i prokládaný (díky MPEG-2), multichannel audio, zvuk je kódován stejně jako na VCD. Tento formát přehrají všechny novější DVD přehrávače.

Extended VideoCD (XVCD) rozšiřuje možnosti VideoCD o vyšší rozlišení a vyšší bitrate, jinak je shodný (MPEG-1 komprese atd.). Nevýhodou je nižší doba a přehratelnost jen na některých DVD přehrávačích. Podobně funguje i Extended Super VideoCD (XSVCD), který rozšiřuje možnosti SVCD o bitrate až 9800kbps.

Podobně jako CD dostalo své zapisovatelné bratříčky CD-R a CD-RW, i DVD má několik zapisovatelných následovníků, všechny s jednovrstvím zápisem s kapacitou 4.37GB. Jako první to bylo DVD-R s jedním zápisem. Je kompatibilní s většinou existujících DVD přehrávačů a PC mechanikami (udává se asi 90%). Následovalo DVD-RW, která je již přepisovatelné, přehratelné na lepších DVD přehrávačích (asi 70%). Nový DVD+RW formát má trošku odlišný záznam a hlavně pár vylepšení (CLI i CLV zápis, lossless linking), kompatibilní by měl být s většinou DVD přehrávačů (cca 90%), udává se se všemi novějšími. DVD+R je stejná verze ale pouze s jedním zápisem. U nich (DVD+RW a DVD+R) má být hlavně nižší cena médií, protože výrobní postup je hodně blízký CD-RW. Pro mně jsou tyto disky horkým favoritem. DVD-RAM není kompatibilní s DVD mechanikami a je potřeba speciální mechanika, která dokáže číst i normální DVD.


Závěr


Pokud jste dočetli až sem, měli byste mít alespoň základní přehled o komerčních formátech videa, které se používali v minulosti nebo používají teď. Možná tam nějaké chybí, asi přijdou další formáty, takže v budoucnu asi dojde ještě k doplnění. Cílem nebylo informovat o všech formátech co exitují, ale o těch, které jsou podporovány výrobci. Nemělo by se tedy stát, že si vytvoříme video (např. domácí video), které si za pár let nebudeme schopni nikde přehrát. Trend je jasný - budoucnost má DVD, i když dnes ještě není plně rošířené. Zdá se ale, že v tomto směru se začíná blýskat na lepší časy.
reklama
Nejnovější články
HBO GO v srpnu 2020: jaké nové filmy a seriály si můžete pustit? HBO GO v srpnu 2020: jaké nové filmy a seriály si můžete pustit?
Druhá polovina prázdnin bude na HBO GO ve znamení několika nových seriálů nejen pro fanoušky krimi a hororu. Připraveno bude také několik filmových premiér včetně čerstvé novinky Artemis Fowl od Disney.
Dnes, aktualita, Jáchym Šlik
Na český trh míří další Philips TV z řady Performance. Lákají i cenou Na český trh míří další Philips TV z řady Performance. Lákají i cenou
Tento týden byla oficiálně potvrzena dostupnost televizorů Philips ze série 8500 na českém trhu. Tyto modely označované jako Performance Series podporují 4K HDR, třístranný Ambilight a Android TV.
Dnes, aktualita, Jáchym Šlik
Netflix v srpnu 2020: nejnovější filmy a seriály na druhou půlku prázdnin Netflix v srpnu 2020: nejnovější filmy a seriály na druhou půlku prázdnin
Chvíle u bazénu si můžete zpříjemnit novinkami z Netflixu. I tento měsíc přinášíme přehled pořadů z původní produkce. Premiéru bude mít pátá řada seriálu Lucifer nebo několik nových dokumentů.
Včera, aktualita, Jáchym Šlik
To nejlepší od Panasonicu. Na trh vstoupily HZ2000 OLED TV To nejlepší od Panasonicu. Na trh vstoupily HZ2000 OLED TV
Teprve nedávno byl zahájen prodej OLED TV ze série Panasonic HZ2000, která představuje vlajkovou loď této značky pro rok 2020. Jak správně tušíte, nejedná se o žádnou lidovku, cena se totiž může přiblížit až ke 100 000 Kč.
2.8.2020, aktualita, Jáchym Šlik
Sony SRS-LSR200: přenosný reproduktor k TV zamíří na český trh Sony SRS-LSR200: přenosný reproduktor k TV zamíří na český trh
Zkraje letošního roku představilo Sony v Japonsku přenosný bezdrátový reproduktor, který obsahuje i dálkový ovladač k televizoru. Tento neobvyklý produkt nakonec nabídne i českým zákazníkům. Jaké bude využití?
2.8.2020, aktualita, Jáchym Šlik