DV - качество BETACAM по цене S-Video

В 1995 г. в мире видео произошла революция, которую совершила, объединившись в консорциум, немногочисленная, но весьма влиятельная группа, в которую вошли 55 ведущих международных производителей электроники, в том числе Sony, Philips, Hitachi, Panasonic и JVC. Был принят цифровой формат видеозаписи на магнитную ленту - DVC (Digital Video Cassette) или DV (Digital Video). И уже в конце 1995 г. Sony, лидировав на старте, представила первую DV-видеокамеру DCR-VX1000, обеспечивающую удивительно высокое выходное качество (по некоторым оценкам приближающееся к качеству формата BETACAM SP), отличающуюся небольшими размерами и весьма доступной ценой, примерно в 3 раза ниже цены самой дешевой видеокамеры, работающей в формате Betacam. Но и это еще не все! В соответствии со стандартом IEEE 1394 (FireWire), цифровое видео может переноситься с видеокамеры на жесткий диск компьютера и обратно без оцифровки и других преобразований. Благодаря этому становятся ненужными сложные и дорогостоящие системы оцифровки видео стоимостью несколько тысяч долларов. Так что для нашей необъятной России, еще де-факто живущей в стандарте S-Video, DV - это уникальный шанс приобщиться к самым прогрессивным видеотехнологиям.

DV - что это такое?

DV - это формат записи на магнитную ленту шириной 6,35 мм со скоростью передвижения 18,831 мм/с. Для сравнения напомним, что знакомые большинству из нас VHS, S-VHS и даже профессиональные Betacam-кассеты имеют ширину 12,65 мм, а скорость передвижения ленты для VHS и S-VHS составляет 23,39 мм/с, для Betacam же - 101,5 мм/с (табл. 1). Это означает, что плотность записи DV-информации необычайно высока - более 0,4 Мбайт на 2 мм2, и поэтому кассета mini-DV, рассчитанная на 60 мин видео, имеет размеры 66548512,2 мм.

Таблица 1.
Характеристика различных форматов записи на магнитную ленту.

Емкость стандартной (большой) DV-кассеты (125578514,6 мм) может составлять 120 или даже 180 мин (было объявлено даже о кассете на 240 мин), а емкость Betacam-кассеты - 30 мин. Кроме того, Sony предложила DV-кассеты с интегрированной микросхемой памяти для хранения списка записанных видеосюжетов: временные коды начала и конца каждого видеосюжета, монтажные метки и номера сцен и дублей.

Кадру на ленте соответствуют 12 наклонных строк-дорожек (для NTSC - 10) шириной 10 мкм, на каждой из которых наряду с записью собственно аудио- и видеоданных, тайм-кода кадра (time-code - час, минута, секунда и порядковый номер кадра) и служебных данных (ITI - Insert and Track Information) предусмотрена возможность записи расширенной информации о видеосъемке.

DV - это компонентный (YUV) формат представления сигнала, который обеспечивает разрешение по горизонтали 500 линий (для S-VHS - 400, а для Betacam SP - 650 линий), отношение сигнал/шум 54 дБ (для Betacam SP - 51 дБ), а также ширину частотного диапазона цветопередачи 1,5 МГц (для Betacam SP - 1,5 МГц, для S-VHS - 0,5 МГц). Следовательно, он обеспечивает профессиональное качество записи видеосигнала.

DV - это цифровой формат записи, что само по себе гарантирует идентичность каждой копии оригиналу и возможность цифрового редактирования видео (вплоть до отдельных кадров) без потери качества. Оцифровка осуществляется с разрешением 7205576 согласно схеме 4:2:0 (для NTSC - 7205480 4:1:1). Это означает, что каждый кадр содержит 7205576 значений яркости Y и по 3605288 значений U и V.

Существенной чертой цифрового DV-преобразования является адаптивная компрессия видео с фиксированным коэффициентом сжатия 5:1, но переменным результирующим качеством видео. Так же, как M-JPEG, она основана на внутрикадровом дискретном косинусном преобразовании, но при этом же сжатии обеспечивает более высокое визуальное качество благодаря оперативному анализу блоков 16516 пикселов изображений и индивидуальному подбору для них таблиц квантования. При этом коэффициент компрессии малоинформативных блоков увеличивается, а блоков с большим количеством мелких деталей уменьшается относительно среднего 5:1. Результирующий поток составляет 25 Мбит/с по видео, 1,5 Мбит/с аудио и 3,5 Мбит/с служебной информации (всего около 3,7 Мбайт/с), поэтому на винчестере емкостью 1 Гбайт может быть размещено примерно 5 мин DV-видео. Цифровая запись аудио производится без компрессии согласно одной из трех возможных схем: один стереоканал (т. е. две аудиодорожки) с 16-битной разрядностью и частотой дискретизации 44,1 кГц (соответствует CD-качеству), один стереоканал с 16-битной разрядностью и частотой дискретизации 48 кГц (соответствует качеству DAT-магнитофонов) или два стереоканала с 12-битной разрядностью и частотой дискретизации 32 кГц. При этом наличие второго канала по аналогии со стандартом Hi8 обеспечивает возможность наложения звука, дополнительной записи фонового звукового ряда или звуковых эффектов. Благодаря раздельной записи видео и звука формат DV позволяет добавлять звуковое сопровождение после завершения записи/редактирования видео, а также перезаписывать звук в режиме Audio Dub (дублирование аудиоряда).

И наконец, в DV предусмотрена специальная схема исправления и маскирования ошибок, позволяющая воспроизводить чистую картинку даже в случае полной потери двух из 12 дорожек. Это объясняется тем, что в отличие от аналоговых типов с линейным процессом записи в DV информация о последовательных участках изображения равномерно распределяется, причем с некоторой избыточностью, между различными дорожками кадра. Таким образом, при малой потере данных информация может быть полностью восстановлена, а при более существенной - аппроксимирована с высокой достоверностью по сохранившимся смежным участкам. В любом случае визуально потеря будет не слишком заметна.

Перечислением данных отличий DV можно было бы закончить доказательство революционности произошедшего события и удобства нового DV-формата для бытового и профессионального применения. Но DV-технология неотрывно связана и с еще одним технологическим прорывом в области цифрового видео, а именно - с протоколом передачи данных в соответствии со стандартом IEEE 1394.

Мы говорим FireWire - подразумеваем IEEE 1394

Говоря о FireWire, нужно начать с того, что этот термин предложили инженеры компании Apple Computer, уже в 1986 г. начавшие разработку нового высокоскоростного протокола передачи цифровых данных для компьютеров Macintosh. Они предвидели, что существующий SCSI-протокол передачи неизбежно будет заменен чем-то более скоростным, универсальным и, что немаловажно, более простым в использовании. Общеизвестно, что скорость передачи данных внутри современных компьютеров очень высока, но как только вы покидаете PCI-шину и соединяетесь с периферийными устройствами различных типов (винчестером, CD-ROM, принтером, сканером и т.д.), вы сразу же попадаете в узкое горлышко одного из интерфейсов - IDE, EIDE, SCSI или Fast/Wide SCSI, ни один из которых не обеспечивает необходимую скорость. Нужно быстрее - в 2, в 5 , в 10 раз!

Наконец столь важный заказ выполнен: создан FireWire, который в 5 раз быстрее, чем SCSI-2 (см. врезку "Новее нового", "Мир ПК", # 11-12/96, с. 42). Дело сделано, и очередным собранием международного комитета IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) от 12 декабря 1995 г. протокол FireWire был положен в основу нового стандарта P1394. Этот стандарт получил официальное наименование IEEE 1394-1995, однако сохранил и название FireWire (впрочем, не всеми признанное), а недавно он получил еще одно новое официальное название - I-Link. У него действительно большое будущее. В частности, Microsoft уже заявила о его поддержке в следующей версии Windows. Но главное, он должен стать общим универсальным интерфейсным протоколом не только для персональных компьютеров, но и для всей современной бытовой электроники, что отвечает общей тенденции превращения домашних PC в мультимедийные информационно-развлекательные центры. Однако, по иронии судьбы, первыми продуктами, принявшими на вооружение FireWire, стали не компьютеры Macintosh, а DV-камеры фирмы Sony.

Так в чем же основные преимущества FireWire?

Во-первых, скорость. Настоящие версии предполагают скорость передачи данных 100 или 200 Мбайт/с, на завершающей стадии разработки находится вариант с пропускной способностью 400 Мбайт/с, но исследовательские группы уже пытаются работать со скоростями в 1 и 8 Гбайт/с. Столь высокая скорость передачи данных обеспечивается путем согласованной поддержки сразу двух способов передачи информации. Первый из них, так называемый асинхронный, широко используется в компьютерной технике для стандартного обмена информацией между двумя устройствами по схеме "посылка - подтверждение". В DV-камерах он предназначен в основном для передачи команд управления и поэтому при нормальном режиме работы обрабатывает не более 20% данных. Второй способ передачи данных, используемый только в 1394 и называемый изохронным, играет главную роль. Именно с его помощью передается основной объем цифровой информации. Его можно как бы уподобить телевещанию - информация уходит в эфир независимо от того, включены ли телеприемники, и не требует какого-либо подтверждения о получении сигнала. В изохронном режиме все время передачи делится на циклы фиксированной длительности, в течение которых передаются изохронные пакеты. Сжатый кадр видео и является подобным пакетом. Каждый цикл передачи инициируется посылкой специального пакета - это "начало цикла". В случае асинхронной передачи команды управления этот пакет может быть задержан до получения подтверждения, но в любом случае за один цикл гарантированно посылается один изохронный пакет.

Во-вторых, наращиваемость. FireWire обеспечивает возможность объединения в единую цифровую сеть до 63 устройств. Это побудило ассоциацию VESA (Video Electronic Standards Association) принять к рассмотрению интерфейс FireWire в качестве одного из кандидатов на стандарт Домашней Сети (Home Network), причем топология Сети может быть произвольной: цепочка, звезда, дерево или их комбинация.

В-третьих, простота соединения и устойчивость в работе. Стандарт реализует принцип Plug & Play в полном смысле этого слова. Он использует тонкие (диаметром менее 1/4 дюйма) 6-жильные (две экранированные витые пары для данных и одна пара для дополнительного питания/земли) или 4-жильные (только две информационные пары) кабели (в DV-камерах применяется вариант из 4-жильных) длиной до 4,5 м (объявлено о возможном увеличении длины до 15-25 м) и крошечные защелкивающиеся разъемы-гнезда, напоминающие используемые в телефонных соединениях. Когда вы присоединяете или отсоединяете новое устройство, FireWire автоматически распознает его. Более того, поддерживая в линии постоянное напряжение, последовательная цепь соединений не разрывается даже в случае отключения устройства. DV-кабели обеспечивают передачу информации в обоих направлениях, а каждый DV-вход одновременно является и выходом.

В-четвертых, универсальность. Для реализации FireWire даже не обязательно включать в цепочку соединений компьютер или другое специальное устройство - менеджер Сети. Любое устройство, совместимое со стандартом IEEE 1394, может выполнять начальную конфигурацию сети и в последующем играть роль арбитра при разрешении возникающих конфликтов (назначение новых адресов устройств). Так, DV-видеомагнитофон будет действовать, как FireWire-контроллер, и самостоятельно управлять камерой, ТВ-приемником и другими устройствами сети. При этом, естественно, разрешается передача в цифровом виде любой информации, в том числе команд управления. Главное, чтобы все устройства правильно интерпретировали получаемые данные. Ведь стандарт IEEE 1394 только устанавливает общие правила передачи данных, а не ограничивает методы их интерпретации. И здесь, к сожалению, согласия нет. Впрочем, и проблемы "нестыковки" тоже пока нет, поскольку единственным типом устройств, в которых реально используются для передачи интерфейсы FireWire, являются Sony DV-камеры и магнитофоны.

Sony реализовала собственный протокол кодирования передаваемой информации, включающей кроме аудио- и видеоданных и тайм-кода дополнительно дату съемки, специальную информацию о параметрах съемки, а также команды управления (перемотка, поиск, стоп, пауза и т. д.). Ситуация уникальна: этот протокол претендует на де-факто стандарт, а Sony предлагает другим фирмам его лицензировать. И процесс пошел! Все производители компьютерных устройств цифрового видео, рвущиеся на захватывающий воображение рынок DV, вынуждены договариваться с Sony. Судя по ценам появляющихся устройств, это достается недешево. А что же другие производители DV-камер? По-видимому, в силу понятной осторожности (а возможно, гордости), они заняли выжидательную позицию, тем самым практически не оставляя пользователям выбора.

DV-камеры: богатство выбора?

Уже в конце 1995 г. Sony выпустила первые две модели DV-камер: DCR-VX700 и DCR-VX1000. За ними последовали камеры JVC GR-DV1 и Panasonic AG-EZ1. Однако Sony, имея определенную фору по времени, в ответ выпустила улучшенные модели DCR-PC7 и DCR-VX9000 и завершила линейку DV-продуктов магнитофоном DHR-1000. И даже выпуск компанией JVC камеры GR-DVM1, дополненной по сравнению с предыдущей моделью цветным LCD-экраном для просмотра, пока не может поколебать позиции Sony в данном секторе рынка. Некоторые характеристики этих устройств приведены в табл. 2.

Таблица 2.
Характеристики DV-камер различных моделей.

Здесь прежде всего необходимо подчеркнуть, что DV-выход имеют только модели Sony. И если ранее это отличие имело несколько теоретическое значение, то сейчас, с началом активного предложения различных компьютерных плат и других устройств, поддерживающих интерфейс IEEE-1394, оно стало принципиальным. Справедливости ради стоит отметить, что JVC для переноса DV на РС разработала особый протокол JLIP-последовательной (и соответственно сравнительно медленной) передачи, требующий использования специального интерфейсного устройства HS-VIKIT. Конечно, данный подход можно использовать для переноса отдельных кадров, но при этом о реальной работе с длительными сюжетами и об эффективном видеомонтаже на PC говорить не приходится. Для пользователей камер Panasonic и JVC, не желающих терять качество DV за счет вынужденного перехода в аналоговое S-Video, остается единственный выход - использовать для воспроизведения записанных кассет DV-видеомагнитофоны, поддерживающие FireWire, например Sony DHR-1000 или компьютерный DV-drive.

Одно из важных отличий камер Sony - возможность сохранения в памяти DV-кассеты списка записанных на нее видеосюжетов (конечно, если микросхема памяти встроена, это не является обязательным - проверяйте).

Все представленные камеры могут оперировать в режиме фотосъемки и осуществлять регистрацию отдельных изображений вместе со звуковым сопровождением в течение 6-7 с. В этом смысле они могут как бы подменять цифровые фотоаппараты с емкостью 500-600 снимков. Однако при этом необходимо иметь в виду, что развертка для видео (чересстрочная - кадр состоит из двух последовательно регистрируемых полей) и развертка для фотоизображений (прогрессивная - кадр представляет собой единое целое) имеют различный характер. Поэтому становится понятна необходимость специальной адаптивной межстрочной интерполяции, устраняющей возможный сдвиг деталей изображения на соседних строках. Она реализована только у камер Sony (AFI - Adaptive Frame Interpolation), но в основном сводится к сглаживающему усреднению соседних строк, что приводит к определенной потере в разрешении, и это не может считаться удовлетворительным решением. Впрочем, реализация на практике такого алгоритма является делом весьма сложным, требующим детального анализа фрагментов изображения. Как правило, это полноценно выполняется только в продвинутых программах обработки изображений, например Picture Man 95. В целом, сознавая субъективность и недолговечность любых оценок, можно рекомендовать Sony DCR-PC7 как лучшую камеру для домашней студии, а Sony DCR-VX1000 - как камеру для полупрофессионального использования.

В то же время слабым местом камер Sony PC7, VX700 & VX1000 является то, что запись звука возможна только в режиме 12 бит, 32 кГц. Конечно, этот режим позволяет поддерживать два стереоканала и реализовывать различные функции наложения, однако о профессиональном уровне аудиозаписи говорить не приходится. Впрочем, если задаваться целью приблизиться к профессиональному уровню, то безусловно следует остановиться на модели Sony DCR-VX9000. По оптике она аналогична камере DCR-VX1000, но работает с кассетами стандартного размера (до 3 ч) и предполагает привычную профессионалам установку на плечо. Главное же - у нее наиболее продуманное и простое ручное управление. Имеются кнопки управления, соответствующие всем основным функциям, так что оператор может изменять режим, не отрываясь от видоискателя. Для сравнения, у камеры DCR-VX1000 большинство функций реализовано через электронное меню, и для смены режима оператор вынужден прерывать наблюдение за объектом.

Из табл. 1 видно, что стандарт записи DV принципиально ничуть не уступает стандартам DVCam и DVCPro, хотя все они и не дотягивают до уровня студийного качества, обеспечиваемого цифровыми форматами записи Digital Betacam, Digital-S и DVCPro50. Однако для профессионалов уникально высокая плотность записи DV-стандарта оказывается не слишком привлекательной, так как возрастает вероятность потерь при частичном выпадении на ленте. В результате у DVCam ширина дорожек была увеличена до 15 мкм, а у DVCPro - даже до 18 мкм. Кроме того, выходное качество соответствующей аппаратуры (и, следовательно, профессиональная оценка) определяется совокупностью параметров: используемой (обязательно сменной) оптикой, параметрами регистрирующей ПЗС-матрицы, системой стабилизации и автоподстройки, набором встроенных функций настройки/редактирования, надежностью эксплуатации и долговечностью записей, а также общей эргономичностью. А по этим характеристикам представленные на рынке DV-камеры заметно уступают камерам DVCPro и DVCam, что позволяет позиционировать последние как камеры более высокого класса.

Что касается DV-видеомагнитофонов, то выбора нет. Реально существует только одна модель - Sony DHR-1000. К счастью, этот аппарат по всем параметрам (набору функций, монтажным возможностям, удобству интерфейса и т. д.) сразу может быть позиционирован как профессиональный - в нем есть все что нужно, и даже больше. Достаточно сказать, что кроме функций записи/воспроизведения как на стандартных, так и на mini-DV-кассетах он поддерживает в режиме чтения кассеты стандарта DVCam. Впрочем, подобная универсальность становится обязательной для всех профессиональных моделей. Так, DVCam-магнитофон Sony DSR-30 в режиме чтения поддерживает DV-кассеты. Аналогичной возможностью воспроизведения записей в формате DV обладают магнитофоны Panasonic DVCPro, более того, они поддерживают даже DVCam-записи.

DV на PC

Если уж DV является цифровым видео, то и редактировать его надо на компьютере. Столь очевидная мысль получила практическое воплощение только с лета этого года. Более чем полуторагодовая задержка была вызвана необходимостью разработки и интеграции соответствующего кодека (кодера-декодера) для DV. Дело в том, что цифровое представление видео в стандарте DV существенно отличается от принятых в компьютерном мире форматов, в первую очередь AVI. Как следствие DV, переписанное один к одному с ленты видеокассеты на жесткий диск, не может быть прочитано ни одной из программ редактирования. С другой стороны, обработанный на компьютере видеосюжет не может быть записан на кассету без обратного преобразования.

Возможны два принципиально различных подхода. Первый основан на аппаратном кодеке фирмы Sony, выполненном в виде электронного блока DVBK-1 и осуществляющем необходимые цифровые преобразования DV<->YUV в режиме реального времени. Он реализован в видеоплатах Fast DV-Master, COMO DVX и Electronic-Design DV-card, в конвертерах DV->YUV/S-Video/ Composite COMO DV-Box и Electronic-Design DV-converter. Стоимость этого кодека весьма высока - для потребителя он обходится примерно в 1500 долл., что и определяет соответствующий ценовой уровень всех основанных на нем устройств - не менее 3000 долл.

Более доступное по цене решение основано на программной реализации кодека, в которой необходимое преобразование DV осуществляется уже после его записи на жесткий диск и, конечно, не в реальном времени. Этот подход использован в видеоплатах miroVideo DV100 и DPS Spark, стоимость которых вместе с необходимым ПО получается менее 1000 долл.

Коротко остановимся на наиболее важных устройствах. DV-Master немецкой фирмы Fast Multimedia по сути состоит из двух устройств. Во-первых, это PCI-видеоплата с двумя DV-разъемами (каждый из которых может играть роль как входа, так и выхода для передачи цифрового видео, стереозвука, тайм-кода и управляющих команд) и интегрированным кодеком Sony DVBK-1. С ее помощью, собственно, и происходит ввод с одного из двух программно выбираемых входов DV-сигнала, его преобразование в DVBK и запись на HDD как AVI-файла. После записи цифровое видео может быть отредактировано (включая монтаж с другими фрагментами) поставляемой в комплекте программой Ulead MediaStudio Pro 2.5. Результирующий новый AVI-файл данная видеоплата позволяет обратно преобразовать в DV. Во-вторых, DV-Master - это внешний блок для подключения к видеоплате аналоговых сигналов, пропускаемых через тот же DVBK. В результате DV-Master может выполнять в реальном времени цифро-аналоговое транскодирование DV в YUV/S-Video + стереозвук и S-Video/ Composite + стереозвук в DV. Возможность подобного транскодирования позволяет с помощью DV-Master записывать/воспроизводить в цифровом виде с жесткого диска аналоговое видео упомянутых стандартов. С этой точки зрения Fast DV-Master подобен Fast AV-Master, но с фиксированным коэффициентом компрессии 5:1.

PCI-видеоплата DVX немецкой фирмы COMO уникальна: она позволяет микшировать DV-сигналы. На нее может быть установлено от одного до трех модулей Sony DVBK-1 в зависимости от числа задействованных DV-сигналов. Как микшер, она опирается на видеоплату COMO VideoX2 - профессиональный цифровой аудиовидеомикшер, изначально предназначенный для S-Video и обеспечивающий более 250 различных цифровых эффектов и переходов. В результате пара VideoX2 + DVX позволяет микшировать DV c DV, DV c S-Video и S-Video c S-Video, а также получать результат как в S-Video, так и в DV. Для получения двух DV-входов и двух DV-выходов необходима установка трех модулей DVBK. Очевидно, что эта пара также является и транскодером DV/S-Video. В то же время DVX с одним установленным модулем, подобно DV-Master, позволяет записывать/воспроизводить DV на жесткий диск, как AVI.

Рассказывая о продуктах фирмы COMO, нельзя не упомянуть о конвертере DV в YUV/S-Video/Composite + стереозвук COMO DV-Box, а также о компьютерном DV-видеомагнитофоне DV-drive. Впрочем, необходимо подчеркнуть, что COMO DV-drive является OEM-продуктом фирмы Sony и поэтому тождественен Fast DV-drive.

miroVideo DV100 основан на программном DV-кодеке, реализованном по лицензии Sony. Он является простейшим интерфейсным DV-устройством для PC-компьютеров, представляющим собой собственно PCI-видеоплату с двумя внешними и одним внутренним DV-разъемами, а также программу управления miroVideo StoryTools. Данная программа позволяет при просмотре DV-записей находить и запоминать расположение различных видеосюжетов, а также осуществлять сброс на HDD определенных фрагментов (в заданной последовательности) и отдельных кадров. При этом записанные видеофрагменты до редактирования должны быть преобразованы с помощью этой же программы в стандартные AVI-файлы. К сожалению, фирма-производитель отказалась от реализации обратного программного преобразования AVI в DV и рекомендует осуществлять вывод результирующих цифровых видеосюжетов через стандартные видеоплаты нелинейного редактирования и монтажа с аналоговыми выходами, например miroVideo DC30. Видеоплата DPS Spark, аналогичная miroVideo DV100, к сожалению, реализована пока только для NTSC-стандарта, а PAL-вариант ожидается не ранее следующего года. Впрочем, не стоит унывать! Уж к следующему-то году экспресс технического прогресса доставит нас на следующую остановку.