Анаморфотная широкоэкранная съемка и сжатие изображения

Введение

Техника, сжимающая широкоэкранное изображение в формат 4:3 в киноформате.

Анаморфный широкоэкранный формат (также называемый анаморфным полнокадровым или FHA) — это процесс, при котором сравнительно широкое широкоэкранное изображение горизонтально сжимается для размещения на носителе информации (например, на кинопленке или в кадре MPEG 2 стандартной четкости) с более узким соотношением сторон. При этом уменьшается горизонтальное разрешение изображения, но сохраняется его полное исходное вертикальное разрешение. Совместимое оборудование для воспроизведения (проектор с модифицированным объективом, цифровой видеопроигрыватель или приставка) может затем расширить изображение по горизонтали, чтобы отобразить исходное широкоэкранное изображение. Обычно это используется для хранения широкоэкранных изображений на носителе, изначально предназначенном для более узкого соотношения сторон, при этом максимально используя площадь кадра и, следовательно, записывая как можно больше деталей. Эта техника пришла из кинематографа, где фильм снимался и записывался в широкоэкранном формате, но изображение "сжималось" с помощью специальной вогнутой линзы, чтобы поместиться в неширокоэкранную пленку с соотношением сторон 1,37:1. Эту пленку можно проявлять и обрабатывать как любую другую пленку 1,37:1, хотя изображения на ней будут казаться горизонтально сжатыми (или вертикально вытянутыми). Анаморфный объектив проектора в кинотеатре (выпуклая линза) корректирует изображение, выполняя обратное искажение, возвращая ему исходную ширину и широкоэкранное соотношение сторон. Оптическое масштабирование объектива для кинопленки считается более предпочтительным, чем цифровое, из-за значительного непропорционального масштабирования пикселей, применяемого к ширине изображения для достижения (отчасти ошибочного) так называемого "прямоугольного" широкоэкранного изображения с пикселями. Устаревший стандарт ITU-R Rec. 601 для изображения 4:3 используется для совместимости с исходной полосой пропускания видео, доступной для профессиональных видеоустройств, использующих фиксированную частоту кадров последовательного цифрового интерфейса SMPTE 259M. Для получения более качественного масштабированного широкоэкранного изображения 16:9 можно использовать либо размер кадра 640x360 с прогрессивной разверткой SD в соотношении 1:1, либо, для совместимости с ITU-R Rec. 601 и SMPTE 259M, кадр с "черными полосами" размером 480i или 576i. Аналогичные операции выполняются в электронном виде, чтобы широкоэкранный материал можно было хранить в форматах или транслировать в системах, предполагающих неширокоэкранное соотношение сторон, например, на DVD или при цифровом телевизионном вещании стандартной четкости.

Anamorphic widescreen (also called full height anamorphic or FHA) is a process by which a comparatively wide widescreen image is horizontally compressed to fit into a storage medium (photographic film or MPEG 2 standard definition frame, for example) with a narrower aspect ratio, reducing the horizontal resolution of the image while keeping its full original vertical resolution. Compatible play back equipment (a projector with modified lens, or a digital video player or set top box) can then expand the horizontal dimension to show the original widescreen image. This is typically used to allow one to store widescreen images on a medium that was originally intended for a narrower ratio, while using as much of the frame – and therefore recording as much detail – as possible. The technique comes from cinema, when a film would be framed and recorded as widescreen but the picture would be "squashed together" using a special concave lens to fit into non widescreen 1.37:1 aspect ratio film. This film can then be printed and manipulated like any other 1.37:1 film stock, although the images on it will appear to be squashed horizontally (or elongated vertically). An anamorphic lens on the projector in the cinema (a convex lens) corrects the picture by performing the opposite distortion, returning it to its original width and its widescreen aspect ratio. The optical scaling of the lens to a film medium is considered more desirable than the digital counterpart, due to the amount of non proportional pixel decimated scaling that is applied to the width of an image to achieve (something of a misnomer) a so called "rectangular" pixel widescreen image. The legacy ITU R Rec. 601 4:3 image size is used for its compatibility with the original video bandwidth that was available for professional video devices that used fixed clock rates of a SMPTE 259M serial digital interface. One would produce a higher quality upscaled 16:9 widescreen image by using either a 1:1 SD progressive frame size of 640×360 or for ITU R Rec. 601 and SMPTE 259M compatibility a letterboxed frame size of 480i or 576i. Similar operations are performed electronically to allow widescreen material to be stored on formats or broadcast on systems that assume a non widescreen aspect ratio, such as DVD or standard definition digital television broadcasting.

Фильм

Многие коммерческие фильмы (особенно эпические – обычно с оптическим звуком CinemaScope 2.35:1 или более старым 4-трековым магнитным звуком с соотношением сторон 2.55:1) записываются на стандартную 35-мм пленку с соотношением сторон ~4:3, используя анаморфную линзу для горизонтального сжатия всех кадров в кадр ~4:3. Другая анаморфная линза в кинотеатральном проекторе корректирует (оптически расширяет) изображение (подробности см. в разделе об анаморфном формате). Другие фильмы (часто с соотношением сторон 1.85:1 в США или 1.66:1 в Европе) создаются с использованием более простой маскировочной техники, которая предполагает съемку и проекцию без использования дорогостоящих специальных линз. Фильм снимается в формате 1.375, а затем полученное изображение просто обрезается на этапе постпродакшна (или, возможно, в проекторе кинотеатра), чтобы соответствовать желаемому соотношению сторон 1.85:1, 1.66:1 или любому другому. Помимо более низкой стоимости, основное преимущество маскировочной техники заключается в том, что она предоставляет студии "неиспользованные" кадры (части изображения, которые обрезаются для театрального показа), которые можно использовать вместо панорамного сканирования при создании DVD-дисков в формате 4:3. Анаморфное кодирование на DVD связано с анаморфной техникой съемки (например, CinemaScope) только названием. Например, "Звёздные войны" (1977) были сняты в соотношении 2.39:1 с использованием анаморфной объектива камеры и показаны в кинотеатрах с использованием соответствующей объектива проектора. Поскольку это широкоэкранный фильм, при кодировании на DVD в широкоэкранном формате студия почти наверняка использует процесс анаморфного кодирования. "Монти Пайтон и Святой Грааль" был снят в соотношении 1.85:1 без использования анаморфной линзы на камере и, соответственно, демонстрировался в кинотеатрах без необходимости в линзе для оптического расширения. Однако, поскольку это также широкоэкранный фильм, при кодировании на DVD в широкоэкранном формате студия, вероятно, будет использовать процесс анаморфного кодирования. Неважно, использовалась ли при съемке анаморфная линза: если исходные кадры предназначены для широкоэкранного формата, процедура цифрового анаморфного кодирования подходит для выпуска DVD. Как дополнительная информация, если чисто не широкоэкранная версия аналоговых "Звёздных войн" будет выпущена на DVD, единственными вариантами будут панорамное сканирование или жёстко закодированные чёрные полосы 4:3 (с чёрными полосами, фактически закодированными как часть данных DVD).

Many commercial films (especially epics – usually with the CinemaScope 2.35:1 optical sound or the older 4 track mag sound 2.55:1 aspect ratio) are recorded on standard 35 mm ~4:3 aspect ratio film, using an anamorphic lens to horizontally compress all footage into a ~4:3 frame. Another anamorphic lens on the movie theatre projector corrects (optically decompresses) the picture (see anamorphic format for details). Other movies (often with aspect ratios of 1.85:1 in the USA or 1.66:1 in Europe) are made using the simpler matte technique, which involves both filming and projecting without any expensive special lenses. The movie is produced in 1.375 format, and then the resulting image is simply cropped in post production (or perhaps in the theater's projector) to fit the desired aspect ratio of 1.85:1 or 1.66:1 or whatever is desired. Besides costing less, the main advantage of the matte technique is that it leaves the studio with "real" footage (the areas that are cropped for the theatrical release) which can be used in preference to pan and scan when producing 4:3 DVD releases, for example. The anamorphic encoding on DVD is related to the anamorphic filming technique (like CinemaScope) only by name. For instance, Star Wars (1977) was filmed in 2.39:1 ratio using an anamorphic camera lens, and shown in theaters using the corresponding projector lens. Since it is a widescreen film, when encoded on a widescreen format DVD the studio would almost certainly use the anamorphic encoding process. Monty Python and the Holy Grail was filmed in 1.85:1 ratio without using an anamorphic lens on the camera, and similarly was shown in theaters without the need for the decompression lens. However, since it is also a widescreen film, when encoded on a widescreen format DVD the studio would probably use the anamorphic encoding process. It does not matter whether the filming was done using the anamorphic lens technique: as long as the source footage is intended to be widescreen, the digital anamorphic encoding procedure is appropriate for the DVD release. As a sidenote, if a purely non widescreen version of the analog anamorphic Star Wars were to be released on DVD, the only options would be pan and scan or hardcoded 4:3 letterboxing (with the black letterboxes actually encoded as part of the DVD data).

Лазерный диск

Хотя это и не было полноценным анаморфным широкоэкранным форматом, многие из самых ранних лазерных дисков отказались от типичной для домашних релизов обрезки и паносканирования, и вместо этого техники мастеринга просто сжимали исходное соотношение сторон фильма до 4:3. Это приводило к чрезмерно сжатому изображению на стандартных телевизорах, однако многие более поздние HDTV способны растянуть это изображение, восстанавливая тем самым правильное соотношение сторон. Позже, в 1990-х годах, появилось несколько лазерных дисков с корректными анаморфными переносами. Видео растягивалось по вертикали, чтобы заполнить всю область 4:3 на лазерном диске (и добавить информацию там, где были бы черные полосы сверху и снизу), а затем расширялось по горизонтали на 16:9 телевизоре или с помощью анаморфной линзы на 4:3 видеопроекторе.

DVD видео

DVD с надписью "Anamorphic Widescreen" содержит видео, которое имеет тот же размер кадра в пикселях, что и традиционное полноэкранное видео, но использует пиксели с другим соотношением сторон. Форма пикселей называется коэффициентом аспекта пикселя и кодируется в видеопотоке, чтобы DVD-плеер мог правильно определить пропорции изображения. Если анаморфное DVD-видео воспроизводится на стандартном телевизоре 4:3 без настройки, изображение будет выглядеть горизонтально сжатым. Меню также выполнены в анаморфном формате.

Упаковка

Хотя в настоящее время не существует единого стандарта маркировки, DVD-диски с контентом, изначально созданным в формате с соотношением сторон больше 1,33:1, обычно обозначаются как "Anamorphic Widescreen" ("Анаморфный широкоэкранный"), "Enhanced for 16:9 televisions" ("Улучшено для телевизоров 16:9"), "Enhanced for widescreen televisions" ("Улучшено для широкоэкранных телевизоров") или аналогичным образом. Если такая маркировка отсутствует, DVD предназначен для отображения на экране с соотношением сторон 4:3 ("полный экран") и будет содержать черные полосы сверху и снизу (letterboxed) или подвергаться кадрированию (panned and scanned). Для компаний не существует четких стандартов в отношении рекламы анаморфно улучшенных широкоэкранных DVD. Некоторые компании, такие как Universal и Disney, указывают соотношение сторон фильма.

Видео Blu-ray

В отличие от DVD, Blu-ray поддерживает разрешения SMPTE HD 720p и 1080i/p с соотношением сторон изображения 16:9 и соотношением сторон пикселя 1:1, поэтому широкоэкранное видео масштабируется неанаморфно (такие пиксели называют "квадратными"). Blu-ray также поддерживает анаморфный широкоэкранный формат, как при разрешениях DVD Video/D1 720×480 (NTSC) и 720×576 (PAL), так и при более высоком разрешении 1440×1080 (исходное соотношение сторон 4:3, следовательно, соотношение сторон пикселя 4:3, равное 16:9/4:3 при использовании в анаморфном 16:9). Подробности см. в разделе Blu-ray Disc: Технические характеристики.

Телевидение

Основные цифровые телевизионные каналы в Европе (например, пять основных британских наземных телеканалов BBC One, BBC Two, ITV, Channel 4 и Channel 5), а также в Австралии, транслируют анаморфные широкоэкранные программы в стандартном разрешении. Почти во всех случаях программа в формате 4:3 также передается на том же канале. Сигнал переключения SCART может использоваться ресивером для передачи телевизору информации о типе принимаемого контента (4:3 или анаморфный), чтобы телевизор мог автоматически переключаться в соответствующий режим. Пользователь часто может выбрать отображение широкоэкранного контента в формате 4:3 с черными полосами сверху и снизу (letterbox) вместо кадрирования (pan and scan), если у него нет широкоэкранного телевизора. Телевизионные станции и сети также могут использовать Active Format Description (AFD), как и на DVD. Многие тюнеры ATSC (встроенные или внешние) могут быть настроены на распознавание AFD или на применение пользовательских настроек. Настройку можно иногда выполнить для каждого канала, а часто и для каждого источника сигнала, обычно с помощью кнопки на пульте дистанционного управления. Однако тюнеры часто не позволяют использовать эти настройки на SDTV-каналах (в режиме 480i), в результате чего зрителям приходится смотреть уменьшенное изображение вместо обрезки лишних полей (выходящих за пределы безопасной зоны), увеличения для устранения эффекта "окна", приводящего к уменьшению изображения, или растяжения/сжатия для исправления других ошибок преобразования формата. Уменьшенные изображения особенно заметны на небольших телевизорах. Многие современные HDTV-телевизоры способны обнаруживать черные области в видеосигнале и плавно масштабировать изображение независимо по горизонтали и вертикали, чтобы оно заполнило экран. Однако некоторые телевизоры имеют соотношение сторон 16:10 (1,6:1), как и некоторые компьютерные мониторы, и не обрезают левый и правый края изображения, из-за чего весь контент выглядит слегка (хотя обычно незаметно) вытянутым по высоте и суженным по ширине. ATSC поддерживает два анаморфных широкоэкранных SDTV-формата (чересстрочный и прогрессивный) с разрешением 704×480 (на 10% шире, чем 640×480); это разрешение уже, чем 720×480 у DVD, из-за того, что 16 пикселей используются для пересканирования (номинальное аналоговое заполнение) – см. Пересканирование: проблемы разрешения при переходе от аналогового к цифровому. Этот формат также может использоваться для полноэкранного контента, в этом случае он анаморфный, с пикселями немного выше (10:11 или 0,91:1), чем шире.

Major digital television channels in Europe (for example, the five major UK terrestrial TV channels of BBC One, BBC Two, ITV, Channel 4 and Channel 5), as well as Australia, carry anamorphic widescreen programming in standard definition. In almost all cases, 4:3 programming is also transmitted on the same channel. The SCART switching signal can be used by a set top box to signal the television which kind of programming (4:3 or anamorphic) is currently being received, so that the television can change modes appropriately. The user can often elect to display widescreen programming in a 4:3 letterbox format instead of pan and scan if they do not have a widescreen television. TV stations and TV networks can also include Active Format Description (AFD) just as DVDs can. Many ATSC tuners (integrated or set top box) can be set to respond to this, or to apply a user setting. This can sometimes be set on a per channel basis, and often on a per input basis, and usually easily with a button on the remote control. However, tuners often fail to allow this on SDTV (480i mode) channels, so that viewers are forced to view a small picture instead of cropping the unnecessary sides (which are outside of the safe area), or zooming to eliminate the windowboxing that may be causing a small picture, or stretching/compressing to eliminate other format conversion errors. The shrunken pictures are especially troublesome for smaller TV sets. Many modern HDTV sets have the capability to detect black areas in any video signal, and to smoothly re scale the picture independently in both directions (horizontal and vertical) so that it fills the screen. However, some sets are 16:10 (1.6:1) like some computer monitors, and will not crop the left and right edges of the picture, meaning that all programming looks slightly (though usually imperceptibly) tall and thin. ATSC allows two anamorphic widescreen SDTV formats (interlaced and progressive scan) which are 704×480 (10% wider than 640×480); this is narrower than the 720×480 of DVD due to 16 pixels being consumed by overscan (nominal analogue blanking) – see overscan: analog to digital resolution issues. The format can also be used for fullscreen programming, and in this case it is anamorphic with pixels slightly taller (10:11, or 0.91:1) than their width.