DV: качество BETACAM по цене S-Video?

В 1995 году в мире прикладного и профессионального видео случилась революция. Как это нередко бывает, объединившись в консорциум, ее совершила немногочисленная, но весьма влиятельная группа (что по-английски — консорциум, то по-русски — «могучая кучка»).

55 ведущих международных производителей электроники, среди которых Sony, Philips, Hitachi, Panasonic и JVC, приняли цифровой формат видеозаписи на магнитную ленту, называемый DVC (Digital Video Cassette) или DV (Digital Video). И уже в конце 95-го Sony, вырвавшись со старта вперед, предъявила миру первую DV видеокамеру DCR-VX1000, действительно обеспечивающую удивительно высокое выходное качество (по некоторым оценкам, приближающееся к BETACAM SP) при малых габаритах и весьма доступной цене — по крайней мере, в 3 раза дешевле самого дешевого бетакамовского камкордера.

Это ли не революционно? Но это еще не все! В соответствии со спецификацией IEEE 1394 (Fire Wire) цифровое видео может переноситься на жесткий диск компьютера (и обратно) напрямую, без оцифровки и других преобразований. А это делает излишними сложные и дорогостоящие системы стоимостью еще в несколько тысяч долларов.

Так что для нашей необъятной России, де-факто живущей в стандарте S-Video, DV представляет уникальный шанс по доступный цене купить билет в вагон первого класса несущегося экспресса цивилизации. Так ударим автопробегом по бездорожью!

Что такое DV?

Прежде всего, DV — это формат записи на магнитную ленту шириной всего 6,35 мм со скоростью движения 18,831 мм/сек. Для сравнения напомним (см. табл. 1), что привычные большинству из нас VHS, S-VHS и даже профессиональные Betacam кассеты имеют в 2 раза большую ширину 12,65 мм, а скорость движения ленты для VHS и S-VHS составляет 23,39 мм/сек, для Betacam — аж 101,5 мм/сек. Это означает, что плотность записи DV-информации уникально высока — более 0,4 Mb на кв. мм, так что mini-DV кассета на 60 минут видео имеет размеры 66×48×12.2 мм — менее спичечного коробка . Отметим, что ёмкость стандартной DV-кассеты (125×78×14.6 мм) составляет 120 или даже 180 минут (объявлено о 240-минутной кассете) против 30 минут Betacam-кассеты. 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.

Формат записи
Тип записи
Вид сигнала
Ширина ленты,мм
Скорость ленты, мм/сек
Отношение сигнал/шум, дБ
Коэффициент компрессии
VHS
аналоговая
композитный
12.65
23.39
43
-
S-VHS
аналоговая
Y/C
12.65
23.39
45
-
Hi8
аналоговая
Y/C
8
20.5
44
-
Betacam
аналоговая
YUV
12.65
101.5
49
-
Betacam SP
аналоговая
YUV
12.65
101.5
51
-
Betacam SX
цифровая
YUV 4:2:2
12.65
59.575
51
10:1
Digital Betacam
цифровая
YUV 4:2:2
12.65
96.7
55
2:1
DV
цифровая
YUV 4:2:0
6.35
18.831
54
5:1
DVCam
цифровая
YUV 4:2:0
6.35
28.2
54
5:1
DVCPro
цифровая
YUV 4:1:1
6.35
33.813
54
5:1
DVCPro50
цифровая
YUV 4:2:2
6.35
67.626
62
3.3:1
Digital-S
цифровая
YUV 4:2:2
12.65
57.8
55
3.3:1

Кадру на ленте соответствует 12 наклонных строк-дорожек (10 для NTSC) шириной всего 10 мкм , на каждой из которых кроме собственно аудио и видео данных, тайм-кода кадра (time-code — час, минута, секунда и порядковый номер кадра) и служебной данных (ITI — Insert and Track Information) предусмотрена возможность записи расширенной информации о видеосюжете, в том числе даты его создания/редактирования, параметров съемки/камеры и прочее.

Во-вторых, это компонентный (YUV) формат представления сигнала, обеспечивающий разрешение по горизонтали в 500 линий (против 400 для S-VHS, но 650 у Betacam SP), отношение сигнал/шум 54 дБ (против 51 для Betacam SP), а также ширину частотного диапазона цветопередачи в 1,5 Мгц (как у Betacam SP, против 0,5 Мгц для S-VHS). В совокупности это соответствует понятию профессионального качества записи видеосигнала.

В-третьих, 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 720×576 согласно схеме 4:2:0 (720×480 4:1:1 для NTSC). Это означает, что каждый кадр содержит 720×576 значений яркости Y и по 360×288 значений U и V .

Существенной чертой цифрового DV-преобразования является адаптивная компрессия видео с фиксированным коэффициентом сжатия 5:1 (но переменным результирующим качеством видео). Аналогично M-JPEG, она основана на внутрикадровом дискретном косинусном преобразовании, но обеспечивает при том же сжатии более высокое визуальное качество. Это достигается путем оперативного анализа блоков 16×16 пикселей изображений и индивидуального подбора 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 Mbit/s по видео, 1.5 Mbit/s аудио и 3.5 Mbit/s служебной информации (всего около 3.7 MB/s), так что на винчестере емкостью 1GB может быть размещено около 5 минут DV. При этом цифровая запись аудио производится без компрессии согласно одной из трех возможных схем: один стереоканал (т.е. 2 аудиодорожки) 16-бит с частотой 44,1 Кгц (соответствует CD-качеству), один стереоканал 16-бит с частотой 48 Кгц (соответствует DAT-качеству) или 2 стереоканала по 12-бит на частоте 32 Кгц. При этом наличие второго канала по аналогии со стандартом Hi8 обеспечивает возможность наложения звука, дозаписи фона 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.

И, наконец, в-четвертых, в DV предусмотрена специальная схема исправления и маскирования ошибок, позволяющая воспроизводить чистую картинку даже в случае полной потери 2 из 12 дорожек. Дело в том, 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. В результате при малой потере 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. Но DV неотрывно связано с другим технологическим прорывом в области цифрового видео, а именно протоколом передачи IEEE 1394.

Мы говорим FireWire, подразумеваем IEEE 1394

Любой рассказ о FireWire должен быть начат с того, что впервые этот термин был предложен инженерами Apple Computer, еще в 1986 году начавшими разработку нового высокоскоростного протокола передачи цифровых данных для компьютеров Macintosh. Они предвидели, что существующий SCSI-протокол передачи неизбежно должен быть 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 (винчестер, CD-ROM, принтер, сканер и т.д.), то попадаете в узкое горлышко одного из интерфейсов: IDE, EIDE, SCSI, Fast/Wide SCSI — ни один из них не обеспечивает необходимую скорость. Нужно в 2, в 5 , в 10 раз быстрее!

И этот высокий заказ был выполнен: FireWire оказался в 5 раз быстрее SCSI-2. А когда дело было сделано, очередным собранием международного комитета IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) 12 декабря 1995 года протокол FireWire был положен в основу нового стандарта P1394. Этот стандарт получил официальное наименование IEEE 1394-1995, но сохранил в качестве синонима и название FireWire, хотя многие не признают этот синоним (впрочем, недавно этот интерфейс получил новое официальное название I-Link). За ним действительно большое будущее. В частности, Microsoft 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, но DV-камеры фирмы Sony. Так каковы же основные преимущества FireWire?

Во-первых, скорость. Настоящие версии предполагают скорость передачи 100 или 200 Mb/s, на завершающей стадии разработки вариант на 400 Mb/s, но исследовательские группы работают уже над следующими шагами в 1 и 8 Gb/s. Столь высокая скорость передачи данных обеспечивается путем согласованной поддержки сразу двух типов передачи. 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 играет служебную роль, предназначен в основном для передачи команд управления и при нормальном режиме работы занимает не более 20% трафика. Другой тип данных, используемый только в 1394 и называемый изохронным, играет ключевую роль. Именно с его помощью и передается основной объем цифровой информации. Его можно уподобить телевещанию — информация уходит в эфир вне зависимости от наличия включенных телеприемников и без получения какого-либо подтверждения получения. 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 — «начало цикла». В случае необходимости асинхронной передачи команды управления этот пакет может быть задержан до получения подтверждения. Но в любом случае за один цикл гарантировано посылается один изохронный пакет.

Во-вторых, это 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 вероятного кандидата на стандарт Домашней Сети (Home Network). При этом топология Сети может произвольной: цепочка, звезда, дерево или их комбинация.

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

В-четвертых, это универсальность. Для реализации FireWire даже не обязательно включение в цепочку соединений компьютера или другого специального устройства — менеджера Сети. Любое 1394-устройство может выполнять ее начальную конфигурацию и в последующем играть роль арбитра для разрешения возможных конфликтов (назначения 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 1394 устанавливает только общие правила передачи данных, но не ограничивает методы их интерпретации. А здесь, к сожалению, согласия нет. Впрочем, и проблемы «нестыковки» тоже пока нет, поскольку единственным типом устройств, реально использующим для передачи FireWire, являются Sony DV-камеры и магнитофоны. Sony реализовала собственный протокол кодирования передаваемой информации, включающей кроме аудио и видео данных и тайм-кода дополнительно дату съемки, специальную информацию о параметрах съемки, а также команды управления (перемотка, поиск, стоп, пауза и т.д.). В силу случившейся уникальности 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 может, гордости), они заняли выжидающую позицию, тем самым практически не оставляя пользователям выбора. Но об этом ниже.

DV-камеры: богатство выбора?

Уже в конце 1995 Sony выпустила первые две модели DV-камер: DCR-VX700 и DCR-VX1000 . Вслед за ними последовали JVC GR-DV1 и Panasonic AG-EZ1 . Однако Sony, захватывая бесспорное лидерство, ответила улучшенными моделями DCR-PC7 и DCR-VX9000 и завершила линейку продуктов магнитофоном DHR-1000. И даже выпуск JVC камеры GR-DVM1, дополненной по сравнению с предыдущей моделью цветным LCD экраном для просмотра, не может поколебать господства Sony на данном сегменте рынка. Некоторые характеристики этих устройств приведены в нижеследующей таблице.

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 приобретает принципиальную важность. 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 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.

Среди прочих важных отличий Sony камер следует отметить возможность сохранения в памяти DV кассеты списка записанных на нее видеосюжетов (конечно, если микросхема памяти встроена, что не является обязательным — проверяйте).

Все представленные камеры могут оперировать в фоторежиме и осуществлять регистрацию отдельных изображений вместе со звуковым сопровождением (в течение 6-7 сек). В этом смысле они могут подменять цифровые фотоаппараты с емкостью на 500-600 снимков. Здесь, однако, необходимо иметь ввиду различный характер развертки для видео (чересстрочный — кадр состоит из двух последовательно регистрируемых полей) и фотоизображений (прогрессивный — кадр представляет собой единое целое). В связи с этим становится понятной 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 не может считаться удовлетворительным решением. Впрочем, требуемый алгоритм является весьма сложным, требует детального анализа фрагментов изображения и, как правило, 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 — для полупрофессионального использования.

В то же время очевидно слабым местом камер Sony PC7, VX700 & VX1000 является запись звука только в режиме 12 bit 32 Кгц. Конечно, этот режим позволяет поддерживать 2 стереоканала и реализовывать различные функции наложения. Однако о профессиональном уровне аудиозаписи говорить не приходится.

Впрочем, если в целом задаваться целью приближения к профессиональному уровню, то безусловно следует остановиться на наиболее продвинутой модели Sony DCR-VX9000. По оптике она аналогична 1000-й камере, но оперирует с кассетами стандартного размера (до 3 часов) и предполагает привычную профессионалам установку на плечо. Но главное — это более продуманное и простое ручное управление. Все основные функции имеют собственные кнопки управления, так что оператор может менять режим не отрываясь от видоискателя. Для сравнения у 1000-й камеры большинство функций реализовано через электронное меню, и для смены режима оператор вынужден прерывать наблюдение за объектом.

Здесь необходимо остановиться. Из таблицы 1 несложно видеть, что как стандарт записи DV принципиально ничуть не уступает 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 — так даже почти в 2 раза — до 18 мкм. Кроме того, выходное качество соответствующей аппаратуры (и ее результирующая 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 , в конце концов, общей эргономичностью. А здесь политика всех фирм такова, что по этим характеристикам представленные на рынке DV-камеры заметно уступают камерам DVCPro и DVCam, что вынуждает позиционировать последние как более высокого класса.

Что касается DV видеомагнитофонов, то выбора пока нет. Реально это единственная модель DHR-1000 фирмы Sony . 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 должно быть. И даже больше. Достаточно сказать, что кроме полагающихся функций записи/воспроизведения как на стандартных, так и на мини-DV кассетах он поддерживает в режиме чтения кассеты стандарта DVCam. Впрочем, подобная универсальность становится обязательной чертой всех профессиональных моделей. Так, например, DVCam магнитофон Sony DSR-30 в режиме чтения поддерживает кассеты стандарта DV. Аналогичной возможностью воспроизведения записей формата DV обладают DVCPro магнитофоны фирмы Panasonic (более того, они поддерживают даже DVCam записи).

DV на PC

Уж коли DV является цифровым видео, то и редактировать его надо на компьютере. Столь очевидная мысль получила практическое воплощение только с лета этого года. Более чем полуторогодовая 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.

Здесь возможно два принципиально различных подхода. Первый из них основан на аппаратном кодеке фирмы Sony, выполненном в виде электронного блока DVBK-1 и выполняющем необходимые цифровые преобразования DV<->YUV в реальном времени. Этот подход реализован в видеоплатах FAST DV MASTER, COMO DV Box и Electronic-Design DV-card, в конвертере DV->YUV/S-Video/Composite COMO DV-Box и Electronic-Design DV-converter. Стоимость этого кодека в настоящее время установлена фирмой Sony весьма высокой (потребителю он обходится около $1500), что и определяет соответствующий ценовой уровень всех основанных на нем устройств — не менее $3000.

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/DV200/DV300 и DPS Spark, стоимость которых вместе с необходимым ПО менее $1000.

Кратко 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 (напомним, что каждый из них может играть как роль 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 настоящее время в комплекте с 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 транкодирования позволяет с помощью DV-Master записывать/воспроизводить в цифровом виде с HDD 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 возможностью микширования DV-сигналов . 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 VIDEO X2 — 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 и получать результат как в S-Video, так и в DV. Отметим, что для варианта 2 DV-входа и DV-выход необходима установка 3 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 HDD 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, справедливости ради необходимо подчеркнуть, что COMO DV-drive является OEM-продуктом фирмы Sony и в силу этого тождественен Fast DV-drive.

miroVIDEO DV200 основан на программном DV-кодеке, реализованным на основании лицензии Sony, и является простейшим интерфейсным DV-устройством для PC компьютеров. Оно представляет 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 вывод результирующих цифровых видеосюжетов через стандартные видеоплаты нелинейного редактирования и монтажа с аналоговыми выходами, например, miroVIDEO DC30. Что касается аналогичной miroVideo DV100/DV200/DV300 видеоплаты DPS Spark, то, к сожалению, в настоящее время она реализована только для NTSC стандарта, а PAL вариант ожидается не ранее следующего года. Впрочем, не стоит унывать друзья! К следующему году несущийся экспресс технического прогресса доставит нас уже на следующую остановку.