Digitalne videokomunikacije - · PDF fileDigitalni video © Mislav Grgić, FER Zagreb 3...

Digitalni video © Mislav Grgić, FER Zagreb

1

Digitalni video

Prof. dr. sc. Mislav Grgić


2

Formati za snimanje digitalnog videosignala

Goran Baotić


3

• 1950-ih godina – era televizije uživo• nema načina pohrane sadržaja• program se više puta izvodio i istovremeno emitirao• ideja o korištenju magnetskih vrpci• pojava kineskopa

Povijest snimanja videosignala


Raspon videosignala

• izrazito veća složenost videosignala u odnosu na audiosignal• veći frekvencijski i kapacitetni zahtjevi• problem raspona signala

(od ~30 Hz do 4,2 MHz)• približno 103 dB razlike• potrebna modulacija signala

• potrebne veće i složenije magnetske vrpce

4


Postupci snimanja videosignala


Analogni videoformati

• U-Matic (Sony, 1969.)• 240 horizontalnih linija

• 480i NTSC, 576i PAL• kompozitni format zapisa• širina vrpce ¾’’ (19,01 mm)• tri inačice:

• LB (Low Band), kućna primjena• HB (High Band), poznat još i kao BVU (Broadcast

Video U-Matic), broadcast primjena• SP (Superior Performance)

• aktivno korišten do kraja ’90-ih godina

7



• Betamax (Sony, 1975.)• kućna primjena• nastao na temelju sustava

U-Matic• prvi kamkorder na svijetu koristi tehnologiju

Betamax• ima važnu ulogu i u audio industriji, s obzirom na

sustav za digitalno snimanje zvuka koji je koristio impulsno-kodnu (PCM) modulaciju signala

• naziv ‘beta’ radi putanje vrpce unutar uređaja koja je podsjećala na grčko slovo beta - β

8



• Betacam / Betacam SP (Sony 1982. / 1986.),• 300 horizontalnih linija, 340 u inačici SP• širina vrpce ½’’ (12,65 mm)• nastao na temelju sustava U-Matic• komponentni (YPbPr) format zapisa ostvaren pomoću

sustava CTDM (Chroma Time Division Multiplex)• profesionalna i broadcast primjena• dugogodišnji industrijski standard u televiziji• još uvijek se koristi za arhiviranje ispod razine

postprodukcije

9


Analogni videoformati10



• VHS (JVC, 1976.)• Video Home System (alt. Vertical Helical Scan)

• 240 horizontalnih linija• širina vrpce ½’’ (12,65 mm)• najpopularniji kućni videoformat• prevladao nad Betamaxom u "dvoboju formata"

tijekom 1980-ih godina• audio najprije u mono zapisu, a kasnije u stereo

zapisu

11



• VHS• maksimalna duljina VHS vrpce - 430 metara• propisana brzina vrpce

• 2,339 cm/s PAL (kapacitet 4 sata)• 3,335 cm/s NTSC (kapacitet 5 sati)

• povećanje kapaciteta proporcionalno smanjivanjem propisane brzine vrpce

• LP (Long Play) – 1/2 brzine vrpce, 50 % povećanje• EP (Extended Play) – 1/3 brzine vrpce, 66 % povećanje

• Compact VHS (VHS-C) – inačica standarda VHS u smanjenom kućištu, namijenjena kućnim kamkorderima

12



• S-VHS (1987.)• Super VHS• 400 horizontalnih linija• fizičke karakteristike (form factor) kao i kod VHS• 60 % poboljšanje u luminantnim dijelovima slike

u odnosu na VHS• poluprofesionalna i profesionalna primjena• potreban S-VHS kompatibilan uređaj za reprodukciju• SQPB (S-VHS Quasi Playback) – reprodukcija

S-VHS vrpce na VHS uređaju, ali u VHS kvaliteti

13



• Video8 (Sony, 1985.)• 240 horizontalnih linija• širina vrpce 8 mm• najstariji od tri formata porodice 8mm• prvi format u kojem je predstavljen prateći servo

mehanizam koji je omogućio protjecanje vrpce na niskim brzinama te manje kućište kazete

• "camcorder format" – primjena je zaživjela samo na kamkorderima kućnog ranga

14



• Video8• kapacitet vrpce

• 135 minuta u PAL/SP• 80 minuta u NTSC/SP

15



• Hi8 (Sony, 1987.)• 400 horizontalnih linija• nasljednik formata Video8• drugi u porodici 8mm formata• kućište kazete i vrpca jednaki su formatu Video8

te su isti unazad kompatibilni (reprodukcija Video8 sadržaja na Hi8-kompatibilnom uređaju)

• kućna i (rijetko) profesionalna primjena

16


17

Poduzorkovanje krominantnog signala(chroma subsampling)


Poduzorkovanje krominantnog signala

• ljudsko oko osjetljivije je na luminantnu komponentu nego na krominantnu komponentu

• poduzorkovanjem krominantnog signala veću razlučivost pridodajemo luminantnoj nego krominantnoj komponenti

• na optimalnim udaljenostima gledanja, ne možemo percipirati smanjenu kvalitetu slike uzorkovanjem krominantne komponente na nižoj razini

18



• u digitalnoj video tehnici, poduzorkuju seCb i Cr komponente Y’CbCr signala

• poduzorkovanje se najviše primjeti na visoko zasićenim bojama

19

Izvorna slika, bez uzorkovanja

Poduzorkovana slika (Vegas DV Codec)



• različiti načini primjene chroma subsamplingaoznačavaju se kao omjer tri komponente,npr. 4:2:2

• značenje:• prvi broj (npr. 4:2:2)

• luminantna komponenta (Y’)

• drugi broj (npr. 4:2:2)• horizontalni faktor na Cb

• treći broj (npr. 4:2:2)• horizontalni faktor na Cr• izuzetak: 0 znači da su Cb i Cr poduzorkovane u omjeru 2:1 vertikalno

20



• zašto namjerno degradiramo kvalitetu?• s obzirom na oskudnost prostora za zapis podataka uvijek

imamo potrebu komprimirati signal• primjerice, 4:2:2 Y’CbCr zahtijeva 2/3 prostora kojeg

zahtijeva nekomprimirani 4:4:4 R’G’B’, a razlike u kvaliteti su male

21



• 4:4:4 Y’CbCr• tvore ga 4:2:2 i 0:2:2 strukture uzorkovanja• koristi se u HQ skenerima dijapozitiva i kinematografiji

• 4:4:4 R’G’B’• nema degradacije kvalitete jer se koristi R’G’B’ prostor

boja• koriste ga formati poput HDCAM SR preko dvokanalnog

sučelja HD SDI (Dual Channel HD SDI)

22



• 4:2:2• prepolovljena kromatska rezolucija• zauzima 2/3 prostora nekomprimiranog materijala• broadcast primjena (Digital Betacam, DVCPRO50, D-9)

• 4:1:1• koristi se u formatima DV, DVCAM, DVCPRO• kapacitet je prepolovljen u odnosu na nekomprimirani

materijal• 4:2:0

• sve verzije MPEG-a• DVD, HDV, JPEG, M-JPEG, H.261

23


24

Snimanje digitalnog videosignalai digitalni formati


Snimanje digitalnog videosignala

• zapis digitalnog videosignala moguć je na više vrsta medija:• optički diskovi – CD, DVD, HD-DVD, Blu-ray...• magnetski diskovi• magneto-optički (MO) diskovi• magnetske vrpce• flash memorija

• prve digitalne formate konzorcij SMPTE definiraoje slovom "D" i pripadajućim brojem (npr. D-1, D-2, D-3, ...)

• prvi digitalni videoformat – D-1 (1986.)

25


Digitalni videoformati

• D-1 (SMPTE, 1986.)• Sony i Bosch-BTS tehnologija• nekomprimirani digitalni videosignal• širina vrpce ¾’’ (19,01 mm)• komponentni format, 4:2:2 Y’CbCr, 8-bitno uzorkovanje

• ITU-R preporuka BT.601 (SMPTE 125)

• dodatna traka vremenskog koda - TC (TimeCode)• kapacitet kazete max. 94 minute• četiri audio trake u PCM zapisu• zahtjeva veće infrastrukturne promjene u TV postajama i

produkcijskim kućama, iznimno skup• brzina prijenosa 173 Mbit/s

26


Snimanje digitalnog videosignala

Zapis podataka na D-1 vrpci

27



• D-2 (Ampex i SMPTE, 1988.)• alternativa (skupom) formatu D-1• nekomprimirani digitalni videosignal• širina vrpce ¾’’ (19,01 mm)• kompozitni format, 8-bitno uzorkovanje• brzina prijenosa 94 Mbit/s• 4 audio trake zapisa + cue traka• praktičniji u primjeni, jer ne zahtijeva veće infrastrukturne

promjene• predstavljena read before write (preread) tehnologija

28



• D-3 (Panasonic i SMPTE, 1991.)• manja vrpca (1/2’’) u odnosu na formate D-1 i D-2

• omogućava izradu kamkordera za format D-3• prvi kamkorderi koji zapisuju nekomprimirani

videosignal• ostale karakteristike generalno iste kao D-2

• nekomprimirani digitalni video• kompozitni zapis, 8-bitno uzorkovanje• 4 audio trake 48 kHz / 16 do 20-bit PCM• brzina prijenosa 94 Mbit/s

29



• D-4 ?

30



• D-5 alt. D-5 HD (Panasonic, 1994.)• nekomprimirani digitalni videosignal• komponentni format, 4:2:2 Y’CbCr, 10-bitno uzorkovanje

(veće u odnosu na D-1)• širina vrpce ½’’ (1,27 cm)• brzina prijenosa 250 Mbit/s• podržava sliku visoke kvalitete (HD)

• interlaced: 1080i, 1035i• progressive: 720p, 1080p

• audio kanali• 4 kanala 20-bit PCM ili,• 8 kanala 24-bit PCM

31



• D-6 (Toshiba/BTS-Philips)• komponentni HDTV digitalni format

• koristi ½’’ kazete za snimanje• videosignal definiran ITU-R preporukom BT.709

• komponentni signal, 4:2:2 Y’CbCr• moguće snimiti najviše 64 minute na kazetu

formata D-1 uz brzina prijenosa 1,2 GB/s

32



• Digital Betacam (Sony, 1993.)• alt. digibeta, d-beta, dbc...• širina vrpce ½’’ (12,65 mm)• komponentni format, 4:2:2 Y’CbCr, 10-bitno uzorkovanje• brzina prijenosa 88 Mbit/s• kompresija (uz DCT), omjer 2:1• dodatne trake

• 4 audio trake nekomprimiranog 48 kHz / 20-bit PCM formata• dodatna analogna cue traka• TimeCode (TC) traka

• nije SMPTE standard

33



• Digital Betacam• produkcijski standard u današnjem svijetu• na kompatibilnim uređajima implementirano sučelje SDI

• implementacija "digibete" bez skupocjenih promjena infrastrukture

34



• Betacam SX (Sony, 1996.)• "hibrid" između formata Betacam SP i Digital Betacam

• unazad kompatibilan s Betacam SP• jeftinija alternativa Digital Betacamu

• komponentni format, 4:2:2 Y’CbCr• kompresija MPEG-2 Profile@ML, omjer 10:1• brzina prijenosa 18 Mbit/s• zastupljen u ENG (Electronic News Gathering)

produkciji• nije SMPTE standard

35



• DV (IEC, 1994.)• norma definirana u Blue Book – IEC 61834• dvije inačice kazeta

• MiniDV• kućište S-size – 65x48x12 mm• kućna i poluprofesionalna primjena

• DV• kućište L-size – 120x90x12 mm• profesionalna primjena

• posebna izvedba – Digital8 (Sony)• zapis signala u DV formatu na kazetu porodice 8mm (Digital8)

36



• DV• širina vrpce ¼’’ (6,35 mm)• komponentni format, 4:1:1 (NTSC) ili 4:2:0 (PAL) Y’CbCr• brzina prijenosa 25 Mbit/s (DV25)• kompresija (uz DCT), omjer 5:1• modovi SP (Standard Play) i EP (Extended Play)• audio

• 2-kanalni 48 kHz / 16-bit, ili• 4-kanalni 32 kHz / 12-bit

• dodatna mogućnost: MIC (Memory-In-Cassete) čip• EEPROM, 1 do 16 kbit prostora• omogućava zapis meta-podataka (TOC, vremena i datumi

snimanja, postavke kamere)

37



• DVCAM (Sony)• izvedenica DV formata• profesionalna primjena• povećana brzina vrpce za 50 % u odnosu na DV

• povećava širinu trake na vrpci za 15 µm• manja mogućnost pogreške

• komponentni zapis, 4:1:1 Y’CbCr

38



• DVCPRO (Panasonic)• izvedenica formata DV - DVCPRO25• norma SMPTE, D-7 iz 1998. godine• namijenjen za ENG primjenu• dodatna audio cue traka• uzorkovanje 4:1:1 Y’CbCr u PAL i NTSC

sustavima• nema EP moda

39



• DVCPRO50 (Panasonic)• "dva DV codeca u paraleli"• brzina prijenosa povećana na 50 Mbit/s

• prepolovljen kapacitet snimanja• poduzorkovanje 4:2:2• kompresija (uz DCT), 3,3:1• konkurent Digital Betacamu

• nije doživio tržišni proboj

40



• D-8 ?• ne postoji kako ne bi došlo do pomutnje s

formatima iz porodice 8mm (Video8, Hi8, Digital8)

41



• Digital-S (D-9) (JVC, 1995.)• SMPTE preuzima format 1999. godine

• promijenjeno ime iz Digital-S u D-9• koristi kazete fizičkih karakteristika S-VHS tipa

• kvalitetnija formulacija metalnih čestica(MP – Metal Particle)

• DV kompresija, 50 Mbit/s• komponentni format, 4:2:2 Y’CbCr• audio 48 kHz / 16-bit, do 4 kanala• konkurentni format Digital Betacamu

42



• D-10 (SMPTE, 2001.)• definiran u SMPTE normi 356M• komponentni 4:2:2 Y’CbCr zapis• MPEG Profile@ML kompresija, varijabilna:

• 6:1 (30 Mbit/s)• 4:1 (40 Mbit/s)• 3,3:1 (50 Mbit/s)

• širina vrpce ½’’ (12,65 mm)• Sonyjeva adaptacija: MPEG IMX

43



• MPEG IMX• tehnologija SDTI

• prijenos audio i videosignala, vremenske i kontrolne funkcije preko jednog koaksijalnog kabela

• tehnologija e-VTR• prijenos audio i videosignala putem IP-mreža

• MPEG IMX magnetoskopi reproduciraju Betacam SX kazete

• kao dodatnu mogućnost mogu reproducirati i ostale kazete iz porodice Betacam (Betacam/SP, Digital Betacam)

44



• MPEG IMX– postprodukcijski i broadcast standard današnjice

45



• HDCAM (Sony, 1997.)• naknadno standardiziran kao SMPTE D-11• komponentni zapis, 3:1:1, 8-bitno uzorkovanje• kompresija (uz DCT)• 1080i (1440x1080) rezolucija

• nekvadratični elementi slike• upsampling elemenata slike na 1920x1080

• brzina prijenosa 144 Mbit/s• audio – 4 kanala AES/EBU, 20-bit / 48kHz

46



• HDCAM• pripada u Sonyjevu skupinu proizvoda CineAlta,

namijenjenoj filmskoj industriji

47



• HDCAM SR (Sony, 2003.)• nasljednik formata HDCAM• komponentni format, 4:2:2 / 4:4:4 R’G’B’• prijenos signala kroz sučelje HD SDI:

• 440 Mbit/s (SQ – Standard Quality)• 880 Mbit/s (HQ – High Quality)

• propuštanje jednog 4:4:4 toka podataka, ili• dva 4:2:2 toka podatka istovremeno

• kompresija MPEG-4 Part2@SP (Studio Profile)• audio: 12 kanala, 48 kHz / 24-bit

48



• HDCAM SR

49



• DVCPRO HD alt. DVCPRO100 (Panasonic)• definiran u SMPTE normi 370M kao D-12• "četiri DV kodeka u paraleli"• brzina prijenosa povećana na 100 Mbit/s• uzorkovanje 4:2:2 Y’CbCr• kompresija (uz DCT), ~ 6,7:1• upsampling videosignala tijekom reprodukcije

• 720p: 960x720• 1080i: 1280x1080/59,94i, 1440x1080/50i• kompatibilnost s HD SDI sučeljima

50



• ostali mediji za zapis i formati...

51


52

Usporedne tabliceanalognih i digitalnih videoformata


Tablica analognih videoformata53


Tablica digitalnih videoformata (1)54


Tablica digitalnih videoformata (2)55

format širina vrpce

videosignal vrsta kompresije omjer kompresije

brzina prijenosa

D-1 19,01 mm komponentni 4:2:2 - - 173 Mbit/s

D-2 19,01 mm kompozitni - - 94 Mbit/s

D-3 12,65 mm kompozitni - - 94 Mbit/s

D-5 12,65 mm komponentni 4:2:2 - - 250 Mbit/s

Digital Betacam 12,65 mm komponentni 4:2:2 DCT intrafield 2:1 88 Mbit/s

Betacam SX 12,65 mm komponentni 4:2:2 MPEG Profile@ML 10:1 18 Mbit/s

DVCPRO 6,35 mm komponentni 4:1:1 DCT intraframe 5:1 25 Mbit/s

DVCPRO50 6,35 mm komponentni 4:2:2 DCT intraframe 3,3:1 50 Mbit/s

DV / DVCAM 6,35 mm komponentni 4:1:1 DCT intraframe 5:1 25 Mbit/s

D-9 (Digital-S) 12,65 mm komponentni 4:2:2 DCT intraframe 3,3:1 50 Mbit/s

D-10 (MPEG IMX) 12,65 mm komponentni 4:2:2 MPEG Profile@ML 3,3:1 50 Mbit/s

Digitalne videokomunikacije - · PDF fileDigitalni video © Mislav Grgić, FER Zagreb 3...

Documents

Transcript of Digitalne videokomunikacije - · PDF fileDigitalni video © Mislav Grgić, FER Zagreb 3...