Vypracoval: Jiří Meixner IV.2001

Digitální zpracování videa

Trocha televizní a video teorie

Záznamové formáty a pásky

Analogové

VHS (Video Home System  - domácí videosystém) - vyvinut firmou JVC v roce 1975. V roce 1985 vzniklo rozšíření VHS HQ a VHS Profeessional. Do kamer se používá zmenšená kazeta VHS-C, kterou je možno přes mechanickou redukci vložit do standardního VHS systému. Rozlišovací schopnost VHS je cca 230 bodů na řádek. Šířka pásku je 12,65mm.

Video8 – vznikl jednáním a spoluprací mnoho firem v roce 1983, především pak firmou Sony. Rozlišovací schopnost Video8 je cca 240 bodů na řádek. Šířka pásku je 8mm.

S-VHS – rozšíření systému VHS pro použití v poloprofesionálním provozu, který je zpětně kompatibilní. Rozšířil se kanál pro jasový signál a oddělil se jasový signál od barvonosného. Došlo tak ke zvýšení rozlišovací schopnosti S-VHS na cca 400 bodů na řádek, odstranění rušivého barevného moaré a většímu odstupu signálu od šumu. Šířka pásku samozřejmě zůstala 12,65mm.

Hi8 (Hi-Band Video8) – v roce 1989 dochází ke podobnému rozšíření jako u systému VHS i pro systém Video8. Rozlišovací schopnost Hi8 je cca 380-430 bodů na řádek. Šířka pásku zůstává 8mm. Existují i profesionální a poloprofesionální zařízení s označením HI8 Pro.

BETACAM – v roce 1987 uvedla firma Sony tento profesionální formát na trh. Na pásku o šířce 12,65mm zapisují dvě videohlavy dvě paralelní magnetické stopy obsahující jasový a barvonosný signál. Nejrozšířenější formát BETACAM SP je dominantní v profesionálním zpracovávání zpravodajství a publicistiky. Rozlišovací schopnost BETACAM SP je cca 500 bodů na řádek.

M II – systém od firmy Panasonic z roku 1987, podobný systému BETACAM, ale méně zastoupený.

Digitální

DV (Digital Video) – je určen pro masové využití ve spotřební oblasti i když kvalitou se přibližuje dřívějším profesionálním analogovým systémům. Zaznamenává se odděleně jasová složka od barvonosné. Signál je samozřejmě digitální se vzorkovacím kmitočtem 13,5MHz, rozlišením 8 bitů a kompresním poměrem 5:1. Společně s digitálním obrazem (4:2:0 - jas:R-Y:B-Y) a digitálním zvukem (48kHz nebo 44,1kHz nebo 32 kHz, 16 bitů) jsou na pásek ukládány ještě informační data (nastavení kamery, time code). Rozlišovací schopnost DV je více než 500 bodů na řádek a díky digitálnímu záznamu se zmenšilo zkreslení a výpadky signálu pomocí samoopravných kódů. Přenosová rychlost 25Mb/s. Šířka pásku 6,35mm.

DVCAM – rozšířené DV pro profesionální provoz od firmy Sony (4:2:0 - jas:R-Y:B-Y).

DVC Pro – rozšířené DV pro profesionální provoz od firmy Panasonic s rozlišením nad 700 bodů na řádek a poměrem převzorkování 4:1:1 nebo 4:2:2 - jas:R-Y:B-Y. Existuje i verze DVC Pro50 používající převzorkování 4:2:2 a datový tok 50Mb/s.Jedná se o konkurenční formát k formátu JVC Digital S.

D8 – hybridní analogově-digitální řešení od firmy Sony. Digitální záznam téměř srovnatelný s DV se ukládá na standardní analogové pásky Hi8.

D1 – v 80-tých letech vyvinula firma Sony plně digitální profesionální záznam odděleně zaznamenávající signál dle normalizovaného protokolu 4:2:2 (stupeň převzorkování jasu:barvy R-Y:barvy B-Y). Díky tomu, že digitální signál není vůbec komprimován dosahuje se zde přenosové rychlosti 270Mb/s. Z takto pořízeného záznamu bylo možno vytvořit několik set generačních kopií. Systém je možno přepnout do módu s 2x 625 řádků pro zvýšení kvality. Šířka pásku 19,05mm.

DCT – v roce 1993 přišla americká firma AMPEX se systémem, který pracoval přímo se signály R,G,B. Využití našel jen v americké armádě.

Digital Betacam – v roce 1993 firma Sony přivedla na svět digitální podobu svého úspěšného profesionálního analogového systému BETACAM. Betacam digital je zpětně kompatibilní se systémem BETACAM a BETACAM SP. Díky komprimaci dat 2:1 se snížila přenosová rychlost na 125 Mb/s při zachování kvalitativních parametrů s formátem D5 od firmy Panasonic z roku 1993.

BETACAM SX – profesionální digitální formát pracující s převzorkováním 4:2:2 a  komprimací dat 10:1 podle protokolu MPEG 2. Přenosová rychlost je 18 Mb/s

Digital S – v roce 1993 vyvinula firma JVC svůj digitální systém zpětně kompatibilní se systémy VHS a S-VHS, který využívá cca 1/3 datového toku systému Digital Betacam (kompresní poměr 3,3:1). Obecně se tento systém používá v nižším profesionálním vysílání a provozu než Digital Betacam.

D-VHS – v roce 1995 firma JVC představuje zpětně kompatibilní digitální systém s VHS a S-VHS ve spotřební a poloprofesionální třídě. Analogové i digitální vysílání se přímo bez dekódování digitálně zaznamenává na standardní S-VHS pásky. K dekódování dochází teprve až při reprodukci. Existují zde tři pracovní režimy. Vysoká hustota záznamu HD – 28,2Mb/s, cca 150min, standardní režim SP – 14,1 Mb/s, 5-7 hodin, cca 220 bodů na řádek jako u VHS avšak bez rušení. Dlouhohrající režim LP – 2Mb/s, 49 hodin.

W-VHS – již v roce 1994 představila JVC formát, používající standardních VHS kazet, tedy taktéž zpětně kompatibilní. Jedná se tedy o analogový záznamový formát určený pro HDTV, zaznamenávající 1125 řádek analogového RGB videa. Systém se provozuje v Japonsku již několik let.

 

Existují i jiné formáty jako například poloprofesionální a profesionální U-Matic od firmy Sony 1969 s šířkou pásku 19,05mm. Nebo jeho rozšířená část pro profesionálnější záznam U-matic HB a SP z roku 1977 s rozlišením 270-300 bodů na řádek. Také formáty Video 2000, BETA a SuperBETA, které byly vytlačeny systémy VHS. U digitálních formátů to byly D2 od Sony v roce 1988 a D3 a D5 od firmy Panasonic z let 1992 a 1993 s šířkou pásku 12,65mm.

 

*1 - rozlišení je udáváno přibližně v řádcích

*2 - šířka pásku v mm

*3 - maximální délka kazety v minutách při nejvyšší kvalitě

*4 - stupeň převzorkování jasu:barvy R-Y:barvy B-Y / kvantizace YUV

Televizní soustavy

SECAM (Séquentiel Couleur á Mémoire – postoupení barevné informace do paměti) – 625 řádků, 50 půlsnímků. Vyvinut francouzskou firmou CSF. Ve vysílaném signálu se přenáší postupně jasový signál a rozdílové barevné signály. V přijímači se ve zpožďovači opět mění postupné signály na současné. Vertikální barevné rozlišení však klesá skoro až na polovinu. Ale díky dřívějšímu omezení tato nevýhoda nemá vliv na výsledný signál. Používá se ve Francii, v některých východoevropských státech, na Blízkém východě, v severní Asii a v západní Africe a Egyptě.

NTSC (National Television Society Comittee – Výbor národní televizní společnosti) – 525 řádků, 60 půlsnímků. Vyvinut v 50-tých letech americkými odborníky. Využívá faktu, že lidské oko hůře rozlišuje barvy než jejich jasové složky. Tedy přenáší se méně informací o barvě a více o jasu. Při provozu však vzniká změna barevného tónu a sytosti. Používá se v Severní Americe, v západní části Jižní Ameriky, v Japonsku.

PAL (Phase Alternating Line – střídání fáze po řádcích) – 625 řádků, 50 půlsnímků. PAL je vlastně vylepšený NTSC a byl vyvinut německou firmou Telefunken. Ve vysílaném signálu se přenáší současně jasový signál a dva rozdílové barevné. Polarita jednoho z nich se kvůli snížení zkreslení přepíná ve dvou po sobě následujících řádcích a nedochází tak k chybě jako u NTSC. Používá se v Evropě mimo Francie a některých východních států, v Austrálii, v jižní Asii a v Africe mimo západní části a Egypta.

 

Existují i další soustavy. Například PAL-M používaný v Brazílii či evropská verze NTSC.

 

HDTV (High Definition Television – televize s vysokou rozlišovací schopností) –zdvojnásobení počtu řádků (na 1125 při 60 půlsnímcích či 1250 při 50 půlsnímcích), změna poměru stran z 4:3 na 16:9, kvůli schopnostem lidského oka. Tento systém není zpětně kompatibilní s žádným z doposud používaným systémem a to na žádné jeho úrovni (natáčení, zpracování, vysílání, přijímání). S uvedením do provozu se v Evropě čekalo na plnou digitalizaci výrobního řetězce, která je již v současné době možná. Tento systém vyvíjeli v Japonsku od 60-tých let a v roce 1980 tam již zahájili pravidelné vysílání.

MAC  - nová evropská přenosová norma D2-MAC přenáší signály (jas, barva, zvuk) odděleně. Může se tak přenášet obraz 16:9, digitální zvuk (až 8 kanálů) a navíc se signály vzájemně neovlivňují. Potřebuje však širší přenosové pásmo a použití dekodérů ke stávajícím systémům. Proto se tento systém moc neujal.

PALplus – Výrazně vylepšený systém PAL, který využívá nové poznatky o schopnostech lidského oka a nové technologie a především je zpětně kompatibilní. Signály jsou jako u normy MAC oddělené avšak jsou zkomprimované a nepotřebují tedy širší přenosové pásmo. Celý výrobní řetězec je digitální až na vysílání a přijímaní, které zůstali kvůli zpětné kompatibilitě analogové. Zvýšila se kvalita obrazu díky horizontálnímu zvětšení skoro až o 1/3 (400 bodů na řádek). Počet řádek se nezměnil. Díky novým digitálním technologiím (100Hz obrazovka, hřebenové filtry apod.) se zvýšila stabilizace obrazu a zmizelo moaré. Tento systém byl vyvíjen od roku 1988 na popud TV společností a firem Grundig, Nokia, Philips a Thomson. Koncem roku 1991 začali první TV stanice vysílat v této soustavě a nyní tak vysílá většina západoevropských TV stanic většinu svých pořadů.

Do digitalizačních karet se signál dostane přes vstupy

Anténní HF – vysokofrekvenční signál, který je nutné nejdříve demodulovat. Obsahuje obraz, zvuk, teletext.

Kompozitní, FBAS – nízkofrekvenční signál se spojenou jasovou a barvonosnou složkou

S-Video, EuroScart – nízkofrekvenční signál s oddělenou jasovou složkou Y/C

RGB – signál se samostatnými R,G,B signály

FireWire, i-Link, IEEE 1394 – interface pro plně digitální přenos vyvinutý společnostmi Apple MacIntosh a Hewlett-Packard. Maximální přenosová rychlost je 400Mb/s.

Digitalizační karty

Amatérské

All in One – grafická karta, TV tuner, teletext, TV out (ATI All In Wonder RADEON 7500Kč)

TV tuner (i s FM tunerem) (3DeMon PV-951 2000Kč, Aver Tv Studio 3200Kč)

Digitalizace spojená s HW kompresí do MPEG1 (3DeMon PC-231 3700Kč i s TV tunerem 4600Kč)

Digitalizace spojená s HW kompresí do MPEG2 (3DeMon PC-256C 8100Kč i s TV tunerem 9100Kč)

Samostatné digitalizační karty (Canopus EZDV2001 10000Kč, Pinnacle StudioDV V7 5000Kč, Fast DV.now 10000Kč)

Poloprofesionální

Digitalizační karty s poloprofesionálním SW, některými real time HW efekty, avšak v poloprofesionální kvalitě záznamu. (Canopus DVRaptor RT 25000Kč, Matrox RT2500 39900Kč,Pinnacle DV500 31200Kč,Pinnacle Pro-One 47500Kč)

Profesionální

Od poloprofesionálních karet se liší především větším rozsahem real time HW efektů a jejich kvalitou, profesionálním záznamem, lepším SW, větší stabilitou celkového systému a možností rozšiřování dalších HW doplňků a akcelerátorů. (řada Matrox DigiSuite 80-400 tis.Kč, řada Avid řádově miliony Kč, dpsReality 195000Kč, dpsVelocity 319000Kč)

 

Ceny jsou orientační bez 22% DPH pro IV. čtvrtletí 2001 .

 

Při využití amatérských karet se obecně tvrdí, že čím výkonnější počítač tím lépe, jelikož se vše zpracovává pomocí výkonu počítače. Naproti tomu poloprofesionální a profesionální řešení má již v sobě určitou část HW akcelerátorů a vlastních výpočetních čipů, takže na počítač nemusí být kladeny až tak velké nároky. Největší nároky se kladou na rychlost a kapacitu disků, stabilitu a kompatibilitu systému. Při dnešní situaci na počítačovém trhu s PC lze k digitalizaci a postprodukci videa použít „normální“ PC jen s tím, že si musíme dát pozor na stabilitu a kompatibilitu celého systému což je velice důležité. V dnešní době to je tedy počítač PC s parametry: Pentium III 1GHz, 256-512MB RAM, grafická karta s vyšším rozlišení pro větší pracovní plochu, nejlépe s možností práce na dvou monitorech, dva IDE disky ATA 60/100 7200ot./min a 19“-21“ monitor. Pracovat lze i na mnohem „pomalejším“ počítači, vše je jen otázkou komfortu při práci, který se, ale také promítne do efektivity práce.

Techniky zpracovávání videa

On-line

Několik vstupních záznamů jde do „black boxu“ a jeden výsledný jde ven. V black boxu se na jednotlivé záznamy mohou použít různé efekty nebo lze provést plynulé efektové přechody mezi dvěma záznamy. Také je možné spojit několik záznamů dohromady a to buď přes technologii klíčování nebo obraz v obraze. Do výsledného obrazu lze naklíčovat i uměle vytvořený obraz vytvořený daným zařízením. Jedná se především o částicové efekty jako jsou plameny, výbuchy, déšť, mlha, mraky apod. Pochopitelně se dá přidat i předem připravený obrazový materiál jako jsou například loga a titulky. Všechny tyto efekty a úpravy se dějí v reálném čase, takže na výstupu máte výsledný signál jen o nepatrný časový úsek zpožděný od vstupního času.

Off-line

Technika off-line je naprosto opačná od techniky on-line a je rozdělená do tří částí.

1. Digitalizace záznamu – převedení záznamu na harddisk do formátu daného kodekem karty.
2. Zpracování záznamu – střih, úpravy, efektování, klíčování, titulkování.
3. Finalizace zpracovaného záznamu – přepočet do univerzálního formátu (VideoCD, DVD, MPEG4 apod.) nebo výstup zpět ven z digitalizační karty.

Časový plán techniky off-line je tedy taktéž složen ze tří částí.

1. Čas potřebný k digitalizaci, který je stejný jako délka digitalizovaného záznamu, popřípadě o něco málo delší. To platí pokud nedigitalizujeme spojitou oblast záznamu a musíme mezi jednotlivými částmi nastavovat medium originálního záznamu.
2. Čas potřebný ke zpracování záznamu. Liší se dle náročnosti projektu, možnostech HW a SW a zkušeností uživatele.
3. Čas potřebný k finalizaci, lišící se dle požadovaného výstupu a možnostech HW. Minimální potřebný čas je délka zpracovaného-vytvořeného záznamu. Ale jen v případě, že na to máme příslušný HW.

 

On-line technika se tedy používá nejčastěji při přímém přenosu sportovního utkání, televizních zpráv či studiovém vysílání. Naproti tomu Off-line technika se použije při přípravě spotů do výše uvedených přenosů či obecně při postprodukci nějakého filmu, klipu, dokumentu apod. Zpracovávání záznamů v off-line technice se většinou provádí za použití výše zmíněných digitalizačních karet ve spolupráci se speciálním SW. Těchto programů je hojné množství a to v různých kvalitativních úrovních. Jen pro ilustraci z poloprofesionálních a profesionálních programů jmenujme například Adobe Premiere, Adobe AfterEfect, Unlead Media Studio, SpeedRazor, Discreet Combustion, Discreet Edit.

Čeští distributoři

Matrox, Avid - Visual Connection – www.visual.cz              

Pinnacle Systems – Exac – www.exac.cz     

Canopus, Leitch-DPS – Syntex Praha s.r.o.– www.syntex.cz          

Fast – Gio s.r.o– www.gio.cz

 

Další informace a recenze můžete nalézt na internetovém časopisu Grafika On-line www.grafika.cz

Vybraní výrobci

www.matrox.com

www.avid.com

www.dps.com

www.pinnaclesys.de

www.canopuscorp.com

www.fastmultimedia.com

www.ati.com

www.aver.com

www.provideo.com.tw

www.adstech.com

 

Informace pro část televizní a video teorie jsou čerpány z knihy Petra Zapletala Videotechnika z nakladatelství Rubico, která popisuje systémy televize, videa, videokamer a příslušenství k nim. Kniha nepředpokládá znalost z této oblasti avšak předpokládá alespoň základní elektrotechnické znalosti, jelikož používá elektrotechnické pojmy bez dalšího vysvětlení.