D1 форматы: Цифрлық бейнежазбаның тарихы мен ерекшеліктері
D-1 (Sony)
D-1/D-4:2:2 форматы – сандық бейнежазба стандарты. 1986 ж. Sony & Bosch ұсынған, кәсіби сандық бейне өндірісіндегі алғашқы формат. SMPTE 125M негізінде.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Магниттік таспаға негізделген бейнекассета форматы
Magnetic tape based videocassette format
D 1 немесе 4:2:2 Компоненттік цифрлық – SMPTE инженерлік комитеттерінің күш-жігерімен 1986 жылы енгізілген SMPTE цифрлық бейне жазу стандарты. Ол бастапқыда Sony және Bosch – BTS өнімі ретінде пайда болды және алғашқы маңызды кәсіби цифрлық бейне форматы болды. SMPTE форматын ITU R 601 (алғашқы CCIR 601), сондай-ақ Rec. 601 стандартында бекітті, ол SMPTE 125M және EBU 3246 E стандарттарынан туындаған.
D 1 or 4:2:2 Component Digital is an SMPTE digital recording video standard, introduced in 1986 through efforts by SMPTE engineering committees. It started as a Sony and Bosch – BTS product and was the first major professional digital video format. SMPTE standardized the format within ITU R 601 (orig. CCIR 601), also known as Rec. 601, which was derived from SMPTE 125M and EBU 3246 E standards.
Формат
D 1 немесе 4:2:2 D 1 (1986) – нақты уақыт, хабар тарату сапалы цифрлық бейне жазудағы маңызды жетістік. Ол сығылмаған цифрлық компоненттік бейнені сақтайды, Y'CbCr 4:2:2 форматында кодталған, 8 биттік CCIR 601 растрлық форматын қолданады, сондай-ақ PCM аудио тректері мен уақыт кодын 3/4 дюймдік (19 мм) видеокассета таспасында (бірақ бұл жердегі 3/4 дюймдік U Matic/U Matic SP кассетасымен шатастырмау керек) сақтайды. Сығылмаған компоненттік бейне өз уақытына қарай өте көп өткізу қабілетін пайдаланды: 167 Мбит/сек (бит жылдамдығы). Алғашқы D 1 VTR-дің бірі, Sony DVR 1000, жеке, үлкен бейне процессорды қажет етті. Формат спиральді сканерлеуді қолданады, М орама үлгісімен, онда таспа бас барабанның айналасына сол және оң жақтан оралады. Спиральді сканерлеу бас барабаны NTSC бейнесі үшін 10 800 айналымға немесе 9000 айналымға айналады. Оның диаметрі 75 мм, ал бас барабанға орнатылған бейнебақылау бастары оқитын спиральді жолдар 40 микронға дейін ені бар. Көрнекі сапасының жоғары болуы, компоненттік өңдеуі және сығылмаған жазуы D 1-ді жоғары деңгейдегі графикалық және анимациялық өндірісте ең танымал етті, онда бірнеше қабаттар бұрын қатты дискілер (Quantel Harry, Henry, Harriet, Hal немесе Abekas DDR) арқылы немесе бір мезгілде жұмыс істейтін бірнеше аналогтық машиналар арқылы қысқа уақыт ішінде жасалатын. 1980 жылдары бейне сапалы бейнені сақтаған қатты дискілер әдетте 30 секундтан бірнеше минутқа дейін орын алатын, бірақ оларды жұмыс істеткен жүйелердің құны $500,000-ға жететін. Ал D 1 машинасы 200 долларлық кассетаға 94 минут жазу мүмкіндігін берді. D 1 ажыратымдылығы 720 (көлденең) × 486 (тік) NTSC жүйелері үшін және 720 × 576 PAL жүйелері үшін; бұл ажыратымдылық Rec. 601 стандартынан алынған. Кейінірек орынды үнемдеу үшін жоғарғы 6 жолды алып тастайтын шағын нұсқа енгізіліп, 1/4 дюймдік DV/DVCAM/DVCPRO форматтарында және NTSC үшін 720 x 480 пикселге ие цифрлық хабар таратуда танымал болды; сондай-ақ DVD Видео және стандартты ажыратымдылықтағы теледидарда қолданылады. D1 құрылғылары NTSC және PAL арасында ауыстырыла алады. Luma 13,5 МГц жиілігінде, Chroma 6,75 МГц жиілігінде сынамаланады, ал жалпы дерек беру жылдамдығы 27 МГц құрайды. 13,5 МГц жиілігінде сынама алу қолданылды, өйткені бұл NTSC/PAL желілік жылдамдығының (6 x 2,5 МГц) ортақ еселігі. Алғашқы кіріс/шығыс интерфейсі 25 контактілі параллель кабель (SMPTE 125M) болды, кейіннен коаксиалды кабельдегі сериялық цифрлық интерфейске (SDI, SMPTE 259M, 75Ω коаксиалды, 270 МГц) жаңартылды. Қосалқы деректерді H/V бос интервалдарына орналастыруға болады. Y’B’Y’R’ түстік кеңістік ITU Rec. 601 немесе Rec. 709 түстік кеңістігінде анықталған. Panasonic-тің D 5 форматы ұқсас сипаттамаларға ие, бірақ D 1-дің 8 битіне қарағанда 10 биттен сынама алады. Ол Sony-дің D 1 форматынан әлдеқайда кейінірек және Sony-дің Digital Betacam форматы жарияланғаннан бір жыл өткен соң шығарылғандықтан, даму уақытының артықшылығына ие болды. Sony және Ampex компанияларының D 2 форматы екі жылдан кейін пайда болды, қажетті өткізу қабілетін азайту үшін композиттік бейне қолданылды. Бұл D 2 бағасын D 1 бағасының жартысына дейін төмендетті. D 2 композиттік компонентке қарағанда композиттік цифрлық болғандықтан, оны сол кезде қолданылған композиттік аналогтық машиналардың кеңістігіне және инфрақұрылымына оңай енгізуге болады (2 дюймдік Quadruplex, 1 дюймдік Type C және 3/4 дюймдік U Matic). D 2-де D 1-ге қарағанда аз ақпарат жазылғандықтан, таспа жылдамдығы азайтылып, D 1-дің 94 минутына қарағанда 208 минутқа дейін сақтауға болады. Дегенмен, D 2 композиттік бейне ретінде әлі де компромистік шешім болды. Кейіннен телерадиокомпаниялар аналогтық желіні цифрлық желіге ауыстырғанда, компоненттік цифрлық инфрақұрылым мүмкін болды. Sony-дің танымал компоненттік Digital Betacam осы ауысуды түстерді компоненттік цифрлық кеңістікте (D1/D5) бөлек ұстау арқылы қолдады (композиттік кеңістікте (D2/D3) біріктірудің орнына). Digital Betacam бұрынғы аналогтық Betacam/Betacam SP таспаларын ойната алды, ол қазірдің өзінде телерадио хабар таратушылар үшін 1/2 дюймдік таспа форматын қолдана отырып, кітапхана архивін құрды (бұл 19 мм D1/D2 кассеталарына қарағанда). 1/2 дюймдік Digital Betacam осылайша де-факто стандартты анықтамалық хабар тарату редакциялау, жеткізу және архив стандарты болды. HD хабар тарату және жеткізу 2008–2010 жылдардан кейін АҚШ-та кеңінен таралғандықтан, желілер көбінесе Digital Betacam-те стандартты анықтама көшірмелерін қажет етеді. CBS-тің "The Rachael Ray Show" сияқты телешоулар әлі де 2012 жылы Digital Betacam-да жазылып, мұрағатталған.
D 1 or 4:2:2 D 1 (1986) was a major feat in real time, broadcast quality digital video recording. It stores uncompressed digitized component video, encoded at Y'CbCr 4:2:2 using the CCIR 601 raster format with 8 bits, along with PCM audio tracks as well as timecode on a 3/4 inch (19 mm) videocassette tape (though not to be confused with the ubiquitous 3/4 inch U Matic/U Matic SP cassette). The uncompressed component video used enormous bandwidth for its time: 167 Mbit/sec (bit rate). One of the first D 1 VTRs, the Sony DVR 1000, required a separate, large video processor. The format uses helical scan, with an M wrap pattern in which the tape is wrapped around the head drum around the left and right side. The helical scan head drum rotates at 10,800 RPM for NTSC video, or at 9000 RPM. It is 75 mm in diameter and the helical tracks, read by video heads mounted on the head drum, are 40 microns wide. Because of the uncompromising picture quality, component processing and uncompressed recording, D 1 was most popular in high end graphic and animation production – where multiple layering had previously been done in short run times via hard drives (Quantel Harry, Henry, Harriet, Hal or Abekas DDR) or via multiple analog machines running at once. Hard drives in the 1980s that stored broadcast quality video would typically only hold 30 seconds to a few minutes of space, yet the systems that made them work could cost $500,000. By contrast, the D 1 machine allowed 94 minutes of recording on a $200 cassette. D 1 resolution is 720 (horizontal) × 486 (vertical) for NTSC systems and 720 × 576 for PAL systems; these resolutions come from Rec. 601. A small variation removing the top 6 lines to save space was later introduced and made popular in the 1/4 inch DV/DVCAM/DVCPRO formats and for digital broadcasting, which have 720 x 480 pixels for NTSC; and is also used in DVD Video and standard definition television. The D1 units are switchable between NTSC and PAL. Luma is sampled at 13.5 MHz and Chroma at 6.75 MHz with an overall data rate of 27 MHz. Sampling at 13.5 MHz was used as it is a common multiple of NTSC/PAL line rate (6 x 2.5 MHz). The first input/output interface was a 25 pin parallel cable (SMPTE 125M) and later updated to serial digital interface on coaxial cable (SDI, SMPTE 259M, 75Ω coax, 270 MHz). Ancillary data can be put in H/V blanking intervals. Color space for Y’ B’ Y’ R’ Y’ is also defined in ITU Rec. 601 or Rec. 709 color space. Panasonic's D 5 format has similar specifications, but sampled at 10 bits as opposed to D 1's 8 bits. It had the advantage of development time as it was released much later than Sony's D 1 and one year after Sony's Digital Betacam format was unveiled. The D 2 format system from Sony and Ampex soon followed two years later, using composite video in order to lower the bandwidth needed. This reduced D 2's price tag to half that of D 1. Since D 2 was composite digital as opposed to component, it could easily be dropped into the space and infrastructure of composite analog machines presently used at the time (2 inch Quadruplex, 1 inch Type C and 3/4 inch U Matic). Since less information was recorded on D 2 than on D 1, tape speed could be reduced and hold a maximum of 208 minutes compared to D 1's 94 minutes. However, D 2 was still a compromise, being composite video. As broadcasters would later convert from analog to digital wiring, component digital infrastructure became feasible. Sony's popular component Digital Betacam supported this transition by keeping the colors separated in component digital space (D1/D5) rather than combined in composite space (D2/D3). Digital Betacam could play previous analog Betacam/Betacam SP tapes which by now had built a library archive for broadcasters using its 1/2 inch tape format (as opposed to the bulkier 19mm D1/D2 cassettes). 1/2 inch Digital Betacam thus became the de facto standard definition broadcast editing, delivery and archive standard. Even as HD broadcasting and delivery became more commonplace in the U. S. after 2008–2010, networks would often require standard definition copies on Digital Betacam. Television shows such as CBS' The Rachael Ray Show were still recorded and archived on Digital Betacam as late as 2012.
Қолдану
D 1 өте қымбатқа түсті және осы цифрлық жазу форматына жаңартылған жабдықтарға инфрақұрылымда үлкен өзгерістер енгізу қажет болды, себебі бұл машиналар сапасы бойынша ұстамсыздық танытып, компоненттік өңдеуге қайта оралды (онда бейненің жарықтылығы немесе қара-ақ ақпараты) және оның негізгі түстері – қызыл, жасыл және көк (RGB) 4:2:2 деп аталатын дискретизация алгоритмі бойынша бөлек сақталды, сондықтан көптеген машиналарда "D 1" орнына "4:2:2" деген белгі орналасқан. D 1 форматының алғашқы кезеңдері қиындықтарға толы болды, бірақ формат тез тұрақтап, әлі күнге дейін өте жақсы стандартты сападағы бейнесімен танымал. D 1 – бұл нақты уақыт режимінде цифрлық хабар тарату сапасын қамтамасыз ететін алғашқы таспа форматы. 1986 жылы ұсынылған Sony DVR 1000-нің бастапқы бағасы 160 000 АҚШ долларына тең болды. Бірнеше жылдан кейін Sony инженерлері электрондық өңдеуді негізгі кассеталық жетек шассиіне сыйымды ету арқылы машинаның өлшемін айтарлықтай қысқартып, оны DVR 2000 деп атады, соның нәтижесінде АҚШ-тағы құны 120 000 долларға дейін төмендеді. Сыртқы бір блоктық құрылғы машинаға қосымша кілт (матта) арнасын (4:2:2:4) жазуға немесе екі VTR-ді бір уақытта іске қосып, көлденең ажыратымдылығын екі есеге арттыруға (8:4:4) мүмкіндік берді. Кейінгі "SP" және "OS" модельдері Off SPeed режимінде жұмыс істеді, бұл оларды D1 таспасына 24 кадрлық телекино фильмдерін беру үшін техникалық тұрғыдан қолайлы етіп, бір таспаға NTSC (525 тік сызық) және PAL (625 сызық) мастерлерін бір уақытта сақтауға мүмкіндік берді.
D 1 was notoriously expensive and the equipment required very large infrastructure changes in facilities which upgraded to this digital recording format, because the machines being uncompromising in quality reverted to component processing (where the luminance or black and white information of the picture) and its primary colors red, green and blue (RGB) were kept separate in a sampling algorithm known as 4:2:2, which is why many machines have a badge of "4:2:2" instead of "D 1." Early D 1 operations were plagued with difficulties, though the format quickly stabilized and is still renowned for its superb standard definition image quality. D 1 was the very first real time digital broadcast quality tape format. The original Sony DVR 1000 unveiled in 1986 had a U. S. MSRP (manufacturer suggested retail price) of $160,000. A few years later, Sony's engineers were able to drastically reduce the size of the machine by reducing the electronic processing to fit into the main cassette drive chassis, christened the DVR 2000, lowering the U. S. cost to $120,000. An external single rack unit would enable the machine to record an additional key (matte) channel (4:2:2:4) or double the horizontal resolution (8:4:4) by combining two VTRs running simultaneously. Later "SP" and "OS" models ran Off SPeed, making them technically friendly for 24 frame telecine film transfers to D1 tape – and allowing a single tape to provide both NTSC (525 vertical lines) and PAL (625 lines) masters at one time.
Басқа таспалармен байланысы
Алғашқы түсті теледидар эксперименттері RGB компоненттік доменінде сақталғанда, 1960 және 1970 жылдары инфрақұрылым мен таратуды жеңілдету үшін түс пен жарықтылықты (композитті) біріктіру арқылы түсті теледидар тарату мен пост-өндірістің көп бөлігі күрделенді. Алайда, түс және жарықтылық туралы ақпарат біріктірілгеннен кейін, оны бастапқыдағыдай таза түрде бөліп алу мүмкін болмады. Компоненттік бейне компьютерлік дисплейлердегідей RGB түрінде бейне құрылғы арқылы сирек өңделді. Тарихи қажеттілік ретінде ақ-қара сигналдарды сақтау қажеттілігі болды. Сонымен қатар, адам көзі түске қарағанда ақ-қара суреттерге сезімтал болғандықтан, инженерлер ең үлкен үй теледидары экранының мөлшеріне қарай әрбір түсті бейне жолын әрбір өзгертілген цифрлық пиксел үшін өлшеудің қажеті жоқ екенін есептеп шықты. Sony компаниясының 1982 жылғы 1/2 дюймдік Betacam видео форматы, алғашқы видеокамера комбинациясы YUV деп аталатын компромисске келді. "Y" – жарықтылық, яғни бейненің ақ-қара егжей-тегжейі. Ол тұрақты сурет жасау үшін қажетті синхрондау 'кадрын' қамтиды. Егер тек "Y" кабелін қосса, ақ-қара сурет көрінеді, бірақ басқа екі түсті ақпараттық арнаны ғана қосса, көрінбейді. "UV" – R Y (қызыл минус жарықтылық) және B Y (көк минус жарықтылық) математикалық алгоритмі. Жасыл ақпарат айырмашылықтан алынды (сондықтан YUV түс айырмашылығын өңдеу деп аталады). Мысалы, егер қорапта бес ақ-қара панда аю (Y) болса; сонымен қатар сегіз қызыл алма (R Y) және екі көкжидек (B Y); және заттардың жалпы саны 20-ға тең болса, онда 20 минус 15 қалған жасыл алманың санын оңай есептей аласыз, өйткені 5-тің айырмашылығы қалады. Инженерлер алғашқы цифрлық видеотаспа форматын жасау үшін қажетті үлкен көлемдегі цифрлық деректерді нақты уақытта өңдеуге және жазуға тырысқанда, Y, R Y, B Y немесе YUV алгоритмін сақтау сынамаланған бастапқы сурет ақпаратын жеңілдету және азайту, сондай-ақ бағалы орынды үнемдеудің кілті болды. 4:2:2 – Y, R Y және B Y; RGB емес. 4:2:2 жиі қате түрде 4 деп аталады, бұл қызыл түсті білдіреді, ал қалған 2-лер жасыл және көк түсті білдіреді. Егер бұл шын болса, онда қызылға қарағанда жасыл және көк деректердің біркелкі тіркелуіне себеп болар еді. Видео суреттің берілген шағын үлгісінде, мысалы, экранның жоғарғы сол жақ бұрышында көлденеңнен өтетін алғашқы төрт пиксел, алғашқы "4" дегеніміз, маңызды жарықтылық/ақ-қара сурет егжей-тегжейі осы 4 үлгідегі әрбір пикселден сынама алынды дегенді білдіреді. Келесі екі 2 дегеніміз, R Y және B Y әр екінші пикселден сынама алынды, арадағысы жіберіліп тасталды. Көз арадағы екі пикселде түстің жоқтығын байқамауы керек, өйткені бастапқы камерадағы түстің алдыңғы пикселдері жай ғана көшірілді. Осылайша 4:2:2-де барлық түстер, қызыл, жасыл және көк, ақ-қара (жарықтылық) сурет егжей-тегжейінің жарты мөлшерінде сынамаланады. Түстің 50%-ы жазылған деуге болады, себебі теледидар экраны үшін адам көзіне жеткілікті болды. 1995/96 жылғы 1/4 дюймдік DV/DVCAM/DVCPRO форматында 4:1:1 компоненттік цифрлық YUV сынамасы болды, яғни 4 пикселдің тек 1-і немесе түстің 25%-ы ғана жазылды, сондықтан түстер 4:2:2 жазбасымен салыстырғанда "соқыр" болып көрінеді және жанды емес. Бұл форматта жасыл экранды мүлтіксіз жасау мүмкін емес еді. DV форматы цифрлық деректерді 5:1 деңгейінде қысып, сурет ақпаратын 80%-ға төмендетіп, 25 миллион бит/секундық деректерді баяу жылдамдықпен қозғалатын кішкентай таспаға жазды. DV сапасын 1986 жылғы D1 форматымен салыстырыңыз, 4:2:2, қысылмау және секундына 173~226 миллион бит дерек сақталды. Sony HDCAM SR форматы сияқты қазіргі заманғы жоғары ажыратымдылықтағы бейне жазба құрылғылары, SR – жоғары ажыратымдылықты білдіреді, үлкен экранды кино түсіру үшін 4:2:2 және толық RGB жазуы арасында ауысу мүмкіндігіне ие, сондықтан RGB әр пикселден сынамаланады және 4:4:4 деп таңбаланады.
While early color television experiments were kept in the component domain of RGB, most color television broadcasting and post production was compromised in the 1960s and 1970s to simplify infrastructure and transmission by combining the color and luminance (composite). However, once the color and luminance information was combined, it could never truly be uncombined as cleanly as originated. Component video was rarely processed through a video facility as RGB, as it is in computer displays. There was a historical legacy need to maintain black and white signals. Further, as the human eye is more sensitive to black and white picture information than color, engineers calculated that with the size of the largest home television screen, the color video lines did not need to be sampled for every converted digital pixel. Sony's 1982 news gathering 1/2 inch video format Betacam, the first camcorder combination came up with a compromise, known as YUV. The "Y" was luminance, or the detail of the video picture, in black and white. It contained the sync 'frame' needed to make a stable picture. If one connects only the "Y" cable, one can see a black and white image, but not if only connecting the other two color information channels. The "UV" was a math algorithm of R Y (red minus luminance) and B Y (blue minus luminance). The green information was derived by the difference (thus YUV is referred to as color difference processing). For example, if there are five black and white panda teddy bears in a box (Y); plus eight red apples (R Y) and two blueberries (B Y); and the total number of items has to equal 20, one can easily calculate how many remaining green apples there are, as 20 minus 15 would leave a difference of five. When engineers sought to process and record in real time the huge amount of digital data needed to make the first digital video tape format, keeping the Y, R Y, B Y or YUV algorithm was key to simplifying and reducing the initial picture information sampled, saving valuable space. 4:2:2 is Y, R Y and B Y; not RGB; 4:2:2 is often erroneously quoted as 4 meaning red, and the remaining 2s standing for green and blue. If this were true, it would produce an uneven recording of green and blue data compared to red. In a given small sample of the video picture – for instance the first four pixels going across horizontally in the top left corner of the screen, the first "4" means that the more important luminance/black and white picture detail was sampled in every pixel in that 4 sample. The next two 2s mean that R Y and B Y were sampled at every other pixel, skipping the one in between. The eye should not be able to see the two in between pixels not having the actual color information that the originating camera recorded – previous color pixel is simply replicated. Thus with 4:2:2, all color, red, green and blue, is sampled at half the rate of the black and white (luminance) picture detail. You could say that 50% of the color is actually recorded – because for the TV screen, it was good enough for the human eye. The popular 1995/96 1/4 inch DV/DVCAM/DVCPRO format had a component digital YUV sampling of 4:1:1, meaning only 1 out of 4 pixels or 25% of the color is actually recorded, which is why the color looks "muddy" and not as vibrant when compared to any 4:2:2 recording. This further made perfect green screen mattes impossible on the format. The DV format further compressed the digital data at 5:1, meaning compromising the picture information by 80% to get 25 million bits per second onto a small tape moving at a slow speed. Compare the DV quality to 1986's D1, with 4:2:2, no compression, and 173~226 million bits per second of data preserved. Modern high definition video recorders like Sony's HDCAM SR format, SR stands for superior resolution, have the ability to switch between 4:2:2 and full RGB recording for giant screen motion picture work, thus RGB is sampled at every pixel and branded 4:4:4.