Главная | Контакты



Главная > Технологии

Формат DV. История появления и основные характеристики

С середины восьмидесятых годов основные производители электронной техники очень внимательно отслеживали все, что относилось к разработке форматов магнитной записи видео на лентах меньшей ширины, чем половина дюйма. К началу девяностых годов стало ясно, что цифровая обработка сигнала станет доминирующей, в том числе и в видеозаписи. Ясно стало и другое - цифровая видеозапись должна взять очередной рубеж. Перспективные системы магнитной видеозаписи на ленточные носители следует ориентировать на ленты шириной в одну четверть дюйма (6,35 мм). Заметим, что это - ширина магнитной ленты в звуковых компакт-кассетах. Но теперь речь идет не просто о записи видеосигнала, а куда более широкополосных цифровых видеоданных.

Несколько лет назад крупнейшие компании мира, заинтересованные в производстве цифровой видеоаппаратуры бытового назначения, решили объединить усилия, создавая следующее поколение кассетных видеомагнитофонов. Их объявленная цель указывала на тропу к единому международному цифровому формату, обеспечивающему лучшее воспроизведение, чем известные национальные стандарты. Этими компаниями были Sony, Matsushita (Panasonic), JVC, Hitachi, Mitsubishi, Toshiba, Sanyo, Sharp, Philips, Thomson и другие. Они создали консорциум Digital Video Cassette (Цифровая видеокассета) или DVC. Совсем недавно аббревиатура названия консорциума была обрезана до DV. Число членов консорциума в настоящее время приблизилось к шести десяткам. Среди членов консорциума появились и основные разработчики и производители компьютеров: IBM, Apple и другие. Словом, мировая элита электронной техники бросилась осваивать четвертьдюймовую цифровую видеозапись.

Консорциум заявил о себе и о своей программе работы в июле 1993 г. Результатом коллективной работы DV стало определение основных параметров цифрового формата бытовой видеозаписи. Были сформулированы параметры стандарта сжатия, семейства кассет, механизма и формата ленты, набор микропроцессоров. К слову, самая большая из предусмотренных для DV кассет почти не отличается по размерам от компакт-кассеты.

Cтруктура видеофонограммы формата цифровой видеозаписи DV.
Cтруктура видеофонограммы формата цифровой видеозаписи DV

 

Что есть DV ?

Во первых, DV - это формат записи на магнитную ленту шириной всего 6,35 мм со скоростью движения 18,831 мм/сек. Для сравнения (см. табл. 1): привычные большинству 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 очень высока - более 0,4 Mb на кв. мм, так что mini-DV кассета на 60 минут видео имеет размеры 66x48x12.2 мм - менее спичечного коробка. Отметим, что ёмкость стандартной DV-кассеты (125x78x14.6 мм) составляет 180 или даже 240 минут 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.

Видеофонограмма формата цифровой видеозаписи DV представлена на рисунке. Форматом предусмотрена только запись наклонных дорожек. Шаг дорожек 10 мкм. Надо подчеркнуть, что в DV реализуется самая высокая сегодня поверхностная плотность магнитной записи на ленточных носителях.

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 720х576 согласно схеме 4:2:0 (720х480 4:1:1 для NTSC). Это означает, что каждый кадр содержит 720х576 значений яркости Y и по 360х288 значений U и V .

На рисунке: каждая ячейка имеет собственное значение яркости Y. Однако значения цветности UV определяются только для ячеек, обозначенных символами +, и принимаются фиксированными для каждой группы, аналогичной выделенной серым цветом. В результате при схеме 4:2:2 получается по 360х576 различных значений U и V, при схеме 4:1:1 - 180х576, при схеме 4:2:0 - 360х288.

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 16х16 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.

 

Характеристики формата DV, собранные в таблицу
Кодирование
цифровой компонентный стандарт 4:1:1 (или 4:2:0), уровневое кодирование 8-разрядное
Сжатие
внутрикадровое на основе дискретного косинусного преобразования DCT, коэффициент компрессии 5:1
Коррекция ошибок
код Рида-Соломона
Дорожки записи
12 на каждый кадр при числе строк 625, шаг дорожек 10 мкм
Скорость движения ленты
18,8 мм/с
Лента
металлизированная, ширина 6,35 мм (1/4 дюйма)
Вращающийся барабан
диаметр 27,7 мм, частота вращения 9000 об/мин
Скорость передачи видеоданных
24,948 Мбит/с
Скорость записи потока данных
41,85 Мбит/с
Звуковое сопровождение
2 канала, частота отсчетов 48 кГц, уровневое кодирование 16-разрядное, модуляция кодового-импульсная

Материал взят с сайта: http://bercov.h1.ru/dv.htm

Главная > Технологии