Видео высокой четкости - High-definition video

Из Википедии, бесплатной энциклопедии

Видео высокой четкости ( HDTV-видео или HD-видео ) - это видео с более высоким разрешением и качеством, чем стандартное разрешение . Хотя нет стандартизированного значения для высокой четкости , обычно любое видеоизображение со значительно более чем 480 вертикальными линиями развертки (Северная Америка) или 576 вертикальными линиями (Европа) считается высоким разрешением. 480 строк развертки - это, как правило, минимум, хотя в большинстве систем это значительно превышает. Изображения стандартного разрешения, снятые с более высокой скоростью, чем обычно (60 кадров в секунду в Северной Америке, 50 кадров в секунду в Европе), с помощью высокоскоростной камеры могут в некоторых контекстах считаться изображениями высокой четкости. Некоторые телесериалы, снятые на видео высокой четкости, выглядят так, как если бы они были сняты на пленку , метод, который часто называют киносъемкой .

История

Первый формат электронного сканирования, 405 строк , был первой телевизионной системой "высокой четкости", поскольку механических систем, которые она заменила, было гораздо меньше. С 1939 года Европа и США пробовали использовать 605 и 441 линию, пока в 1941 году FCC не санкционировала 525 линий для США. Во Франции во время войны Рене Бартелеми тестировал более высокое разрешение, до 1042. В конце 1949 года официальные французские передачи наконец начались с 819 . В 1984 году, однако, от этого стандарта отказались, заменив цвет на 625 строк в сети TF1 .

Аналоговый

Современные спецификации HD относятся к началу 1980-х годов, когда японские инженеры разработали телевизионный стандарт с чересстрочной разверткой HighVision на 1125 строк (также называемый MUSE ), который работал со скоростью 60 кадров в секунду. Система Sony HDVS была представлена ​​на международной встрече телевизионных инженеров в Алжире в апреле 1981 года, а японская компания NHK представила свою систему аналогового телевидения высокой четкости (HDTV) на конференции в Швейцарии в 1983 году.

Система NHK была стандартизирована в Соединенных Штатах как стандарт № 240M Общества инженеров кино и телевидения (SMPTE) в начале 1990-х годов, но от нее отказались позже, когда она была заменена аналоговым стандартом DVB. Видео HighVision по-прежнему можно использовать для обмена видео высокой четкости, но практически нет современного оборудования для выполнения этой функции. Попытки реализовать HighVision в качестве широковещательного канала 6 МГц в большинстве своем не увенчались успехом. К середине 1990-х годов все попытки использовать этот формат для наземного телевещания были оставлены.

Европа разработала HD-MAC (1250 линий, 50 Гц), член семейства гибридных аналогово-цифровых видеостандартов MAC ; однако он так и не стал форматом наземной передачи видео. HD-MAC никогда не предназначался для обмена видео, за исключением Европейского вещательного союза .

Цифровой

Цифровое видео высокой четкости было невозможно с несжатым видео из-за непрактично высоких требований к памяти и полосе пропускания с битовой скоростью, превышающей 1 Гбит / с для видео в формате Full HD . Цифровое HDTV стало возможным благодаря развитию сжатия видео с дискретным косинусным преобразованием (DCT) . DCT - это метод сжатия с потерями , который впервые был предложен Насиром Ахмедом в 1972 году, а затем был адаптирован в алгоритм DCT с компенсацией движения для стандартов кодирования видео, таких как форматы H.26x с 1988 года и форматы MPEG с 1993 года. Сжатие DCT с компенсацией движения значительно сократило объем памяти и пропускную способность, необходимые для цифрового видео, что позволило достичь степени сжатия данных около 100: 1 по сравнению с несжатым видео. К началу 1990-х годов сжатие видео DCT было широко принято в качестве стандарта кодирования видео для HDTV.  

Современные стандарты видео высокой четкости в Северной Америке были разработаны в ходе передового телевизионного процесса, инициированного Федеральной комиссией по связи в 1987 году по запросу американских вещательных компаний. По сути, конец 1980-х годов стал похоронным звоном для большинства аналоговых технологий высокой четкости, которые развивались к тому времени.

Процесс FCC, возглавляемый Комитетом по передовым телевизионным системам (ATSC), принял ряд стандартов из чересстрочного видео 1080 строк (технический потомок исходной аналоговой системы NHK 1125/30 Гц) с максимальной частотой кадров 30 Гц ( 60 полей в секунду) и видео 720 строк с прогрессивной разверткой и максимальной частотой кадров 60 Гц. В конце концов, однако, стандарт разрешения DVB (1080, 720, 480) и соответствующая частота кадров (24, 25, 30) были приняты совместно с европейцами, которые также участвовали в том же процессе стандартизации. FCC официально приняла стандарт передачи ATSC в 1996 году (который включал стандарты видео HD и SD ).

В начале 2000-х казалось, что DVB станет стандартом видео в далеком будущем. Однако и Бразилия, и Китай приняли альтернативные стандарты для видео высокой четкости, которые исключают функциональную совместимость, на которую надеялись после десятилетий отсутствия взаимодействия аналогового телевещания.

Технические подробности

На этой диаграмме показаны наиболее распространенные разрешения экрана , причем цвет каждого типа разрешения указывает соотношение сторон экрана (например, красный цвет обозначает соотношение 4: 3).

Видео высокой четкости (предварительно записанное и транслируемое) определяется трояко:

  • Количество строк в разрешении дисплея по вертикали . Разрешение телевидения высокой четкости (HDTV) составляет 1080 или 720 строк. Напротив, обычное цифровое телевидение (DTV) составляет 480 строк (на которых основан NTSC, 480 видимых строк из 525) или 576 строк (на которых основаны PAL / SECAM, 576 видимых строк из 625). Однако, поскольку HD транслируется в цифровом формате, его появление иногда совпадает с внедрением DTV. Кроме того, текущее качество DVD не является высоким разрешением, в отличие от систем дисков высокой четкости Blu-ray Disc и HD DVD .
  • Система сканирования: прогрессивная развертка (p) или чересстрочная развертка (i) . Прогрессивная развертка (p) перерисовывает кадр изображения (все его строки) при обновлении каждого изображения, например 720p / 1080p. Чересстрочное сканирование (i) рисует поле изображения через каждую вторую строку или «нечетные» строки во время первой операции обновления изображения, а затем рисует оставшиеся «четные» строки во время второго обновления, например 1080i. Чересстрочная развертка дает разрешение изображения, если объект не движется, но теряет до половины разрешения и страдает "расчесыванием" артефактов при движении объекта.
  • Количество кадров или полей в секунду ( Гц ). В Европе более распространена (50 Гц) система телевещания, а в США (60 Гц) . Формат 720p60 составляет 1280 × 720 пикселей , прогрессивное кодирование с частотой 60 кадров в секунду (60 Гц). Формат 1080i50 / 1080i60 - это 1920 × 1080 пикселей, чересстрочное кодирование с 50/60 полями (50/60 Гц) в секунду. Два чересстрочных поля формируют один кадр, потому что два поля одного кадра сдвигаются во времени. Выпадение кадров и сегментированные кадры - это специальные методы, которые позволяют передавать полные кадры с помощью чересстрочного видеопотока.

Часто скорость определяется из контекста, обычно предполагается, что она равна 50 Гц (Европа) или 60 Гц (США), за исключением 1080p , которое обозначает 1080p24, 1080p25 и 1080p30, но также 1080p50 и 1080p60.

Частоту кадров или полей также можно указать без разрешения. Например, 24p означает 24 кадра прогрессивной развертки в секунду, а 50i означает 25 кадров прогрессивной развертки в секунду, состоящих из 50 чересстрочных полей в секунду. Большинство систем HDTV поддерживают некоторые стандартные разрешения и частоту кадров или полей. Наиболее распространенные из них указаны ниже. Для просмотра сигналов высокой четкости требуется телевизор высокой четкости или компьютерный монитор. Видео высокой четкости имеет соотношение сторон 16: 9 (1,78: 1). Соотношение сторон обычной широкоэкранной пленки сегодня обычно составляет 1,85: 1 или 2,39: 1 (иногда традиционно указывается как 2,35: 1). Телевидение стандартной четкости (SDTV) имеет соотношение сторон 4: 3 (1,33: 1), хотя в последние годы многие вещательные компании передают программы, «сжатые» по горизонтали в анаморфном формате 16: 9 , в надежде, что у зрителя будет соотношение сторон 16: 9. набор, который растягивает изображение до нормальных пропорций, или набор, который «сжимает» изображение по вертикали, чтобы представить изображение в виде «почтового ящика», опять же с правильными пропорциями.

Распространенные режимы видео высокой четкости

Видео режим Размер кадра в пикселях (Ш × В) Пикселей на изображение 1 Тип сканирования Частота кадров ( Гц )
720p (также известный как HD Ready) 1,280 × 720 921 600 Прогрессивный 23,976, 24, 25, 29,97, 30, 50, 59,94, 60, 72
1080i (также известный как Full HD) 1920 × 1080 2 073 600 Чересстрочный 25 (50 полей / с), 29,97 (59,94 полей / с), 30 (60 полей / с)
1080p (также известный как Full HD) 1920 × 1080 2 073 600 Прогрессивный 24 (23,976), 25, 30 (29,97), 50, 60 (59,94)
1440p (также известный как Quad HD) 2,560 × 1,440 3 686 400 Прогрессивный 24 (23,976), 25, 30 (29,97), 50, 60 (59,94)

Режимы видео сверхвысокой четкости

Видео режим Размер кадра в пикселях (Ш × В) Пикселей на изображение 1 Тип сканирования Частота кадров ( Гц )
2000 г. 2048 × 1536 3,145,728 Прогрессивный 24, 60
2160p (также известный как 4K UHD) 3,840 × 2,160 8 294 400 Прогрессивный 60, 120
2540p 4520 × 2540 11 480 800 Прогрессивный 24, 30
4000p 4096 × 3072 12 582 912 Прогрессивный 24, 30, 60
4320p (также известный как 8K UHD) 7680 × 4320 33 177 600 Прогрессивный 60, 120

Примечание. 1 Изображение - это либо кадр, либо, в случае чересстрочной развертки, два поля (ЧЕТНОЕ и НЕЧЕТНОЕ).

Кроме того, существуют менее распространенные, но все еще популярные разрешения UltraWide , такие как 2560 × 1080p (1080p UltraWide). Для некоторых из них также есть опция WQHD +.

HD-контент

Источники изображения высокой четкости включают наземное вещание, прямое спутниковое вещание, цифровой кабель, диски высокой четкости ( BD ), цифровые камеры, файлы для загрузки из Интернета и игровые приставки.

  • Большинство компьютеров поддерживают HD или более высокое разрешение через VGA , DVI , HDMI и / или DisplayPort .
  • Стандартный оптический диск Blu-ray Disc может обеспечить достаточно цифрового хранилища для хранения нескольких часов видеоконтента высокой четкости. Универсальные цифровые диски или DVD (которые вмещают 4,7 ГБ для однослойного или 8,5 ГБ для двухслойного) не всегда соответствуют требованиям сегодняшних наборов высокой четкости (HD). Для хранения и воспроизведения фильмов в формате HD требуется диск, на котором хранится больше информации, например, Blu-ray Disc (который вмещает 25 ГБ в однослойной форме и 50 ГБ для двухслойной) или ныне несуществующие цифровые универсальные диски высокой четкости (HD DVD), которые вмещал 15 или 30 ГБ соответственно в однослойной и двухслойной версиях.

Диски Blu-ray были совместно разработаны девятью первоначальными партнерами, включая Sony и Phillips (которые совместно разработали компакт-диски для аудио), а также Pioneer (которая ранее с некоторым успехом разработала свой собственный лазерный диск). Диски HD-DVD были в первую очередь разработаны Toshiba и NEC при некоторой поддержке Microsoft, Warner Bros., Hewlett Packard и других. 19 февраля 2008 года Toshiba объявила, что отказывается от этого формата и прекращает разработку, маркетинг и производство HD-DVD-плееров и приводов.

Типы записываемых носителей

Высокого разрешения фотопленки используется для проекции кино подвергается воздействию со скоростью 24 кадров в секунду , но обычно прогнозируется на уровне 48, каждый кадр проецируется получать в два раза помогает минимизировать мерцание. Одним из исключений был короткометражный фильм « Momentum» Национального совета по кинематографии Канады 1986 года , в котором кратко экспериментировали как со съемкой, так и с проецированием со скоростью 48 кадров / с в процессе, известном как IMAX HD .

В зависимости от доступной полосы пропускания и количества деталей и движений в изображении оптимальный формат для передачи видео - 720p24 или 1080p24. При показе по телевидению в странах с системой PAL фильм должен проецироваться со скоростью 25 кадров в секунду с ускорением на 4,1 процента. В странах со стандартом NTSC скорость проецирования составляет 30 кадров в секунду с использованием метода, называемого 3: 2 pull-down. Один кадр фильма удерживается для трех полей видео (1/20 секунды), а следующий - для двух полей видео (1/30 секунды), и затем процесс повторяется, таким образом достигается правильная скорость проецирования пленки с два кадра фильма показаны за одну двенадцатую долю секунды.

Более старые записи (до HDTV) на видеоленте, такие как Betacam SP, часто имеют формат 480i60 или 576i50. Их можно преобразовать с повышением частоты в формат с более высоким разрешением, но удаление чересстрочной развертки для соответствия общему формату 720p может исказить изображение или потребовать фильтрации, которая фактически снижает разрешение окончательного вывода.

Некинематографические видеозаписи HDTV записываются в формате 720p или 1080i . Используемый формат устанавливается вещательной компанией (если для телевещания). В общем, 720p более точен при быстром действии, потому что он прогрессивно сканирует кадры, а не 1080i, который использует чересстрочные поля и, таким образом, может ухудшить разрешение быстрых изображений.

720p больше используется для распространения через Интернет видео высокой четкости, потому что компьютерные мониторы прогрессивно сканируют; Видео 720p имеет более низкие требования к декодированию хранилища, чем 1080i или 1080p. Это также среда для трансляций высокой четкости по всему миру, а 1080p используется для фильмов Blu-ray .

HD в кинопроизводстве

Пленка как носитель имеет внутренние ограничения, такие как сложность просмотра отснятого материала во время записи, и страдает другими проблемами, вызванными плохой проявкой / обработкой пленки или плохой системой мониторинга. Учитывая, что в фильмах все чаще используются изображения, созданные с помощью компьютера или измененные с помощью компьютера, и что редактирование последовательностей изображений часто выполняется в цифровом виде, некоторые режиссеры снимали свои фильмы в формате HD с помощью цифровых видеокамер высокого класса. Несмотря на то, что качество HD-видео очень высокое по сравнению с SD-видео и обеспечивает улучшенное соотношение сигнал / шум по сравнению с пленкой сравнимой чувствительности, пленка по-прежнему способна отображать больше деталей изображения, чем существующие форматы HD-видео. Вдобавок некоторые пленки имеют более широкий динамический диапазон (способность разрешать экстремальные темные и светлые области в сцене), чем даже лучшие камеры HD. Таким образом, наиболее убедительными аргументами в пользу использования HD в настоящее время являются экономия средств на пленке и простота перехода к системам редактирования специальных эффектов.

В зависимости от года и формата, в котором был снят фильм, экспонируемое изображение может сильно различаться по размеру. Размеры варьируются от 24 мм × 36 мм для перфорационных камер VistaVision / Technirama 8 (таких же, как 35-миллиметровая фотопленка), от 18 мм × 24 мм для Silent Films или Full Frame 4 перфорационных камер до 9 мм. × 21 мм в камерах Academy Sound Aperture, модифицированных для формата перфорации Techniscope 2. Фильмы также производятся с использованием других толщин пленки , включая 70-мм пленки (22 мм × 48 мм) или редко используемые 55 мм и CINERAMA .

Четыре основных формата пленки обеспечивают разрешение пикселей (рассчитанное из пикселей на миллиметр) примерно следующим образом:

  • Academy Sound (Звуковые фильмы до 1955 года): 15 мм × 21 мм (1,375) = 2160 × 2970
  • Широкоэкранная камера Academy (США): 11 мм × 21 мм (1,85) = 1605 × 2970
  • Текущее анаморфное изображение Panavision («Объем»): 17,5 мм × 21 мм (2,39) = 2485 × 2970
  • Super-35 для анаморфных отпечатков: 10 мм × 24 мм (2,39) = 1420 × 3390

В процессе печати для выставки этот негатив копируется на другую пленку (негатив → интерпозитив → интернегативный → печать), что приводит к уменьшению разрешения на каждом этапе копирования эмульсии и при прохождении изображения через линзу (например, на проектор). Во многих случаях разрешение может быть уменьшено до 1/6 разрешения исходного негатива (или хуже). Обратите внимание, что значения разрешения для пленки 70 мм выше, чем указанные выше.

HD во всемирной паутине / потоковое HD-видео

Ряд онлайн-сервисов потокового видео / по запросу и цифровой загрузки предлагают HD-видео, в том числе YouTube , Vimeo , dailymotion , Amazon Video On Demand , Netflix Watch Instantly , Hulu , HBO Max и другие. Из-за сильного сжатия детализация изображения, создаваемого этими форматами, намного ниже, чем у вещательного HD, и часто даже хуже, чем у DVD-Video (3–9 Мбит / с MP2) с повышенным масштабом до того же размера изображения. Ниже приведена диаграмма многочисленных онлайн-сервисов и их предложений HD:

Разрешения World Wide Web HD

Источник Кодек Наивысшее разрешение (Ш × В) Общая скорость передачи / полоса пропускания Битрейт видео Битрейт аудио
Amazon Видео ВК-1 1280 × 720 2,5-6 Мбит / с
BBC iPlayer H.264 1280 × 720 3,2 Мбит / с 3 Мбит / с 192 кбит / с
мигалка 1280 × 720 2,25 Мбит / с (SD) и 4,5 Мбит / с (HD) 2,25 - 4,5 Мбит / с 192 кбит / с
Блокбастер онлайн 1280 × 720
CBS.com/ TV.com 1920 × 1080 3,5 Мбит / с и 2,5 Мбит (720p)
Дакаст VP6 , H.264 Неизвестный 5 Мбит / с
Hulu On2 Flash VP6 1280 × 720 2,5 Мбит / с
iPlayerHD FLV , QuickTime H.264 , MP4 H.264 1920 × 1080 2 Мбит / с и 5 Мбит / с
iTunes / Apple TV QuickTime H.264 1920 × 1080
MetaCDN MPEG-4 , FLV , OGG , WebM , 3GP Безлимитный
Netflix смотреть мгновенно ВК-1 3840 × 2160 25 Мбит / с 2,6 Мбит / с и 3,8 Мбит / с (1080p)
PlayStation Video H.264 / MPEG-4 AVC 1920 × 1080 8 Мбит / с 256 кбит / с
StreamShark H.264 , FLV , OGV , WebM , VP8 , VP9 1920 × 1080
Vimeo H.264 1920 × 1080 4 Мбит / с 320 кбит / с
Вуду H.264 1920 × 1080 4,5 Мбит / с
Xbox видео 1920 × 1080
YouTube H.264 / MPEG-4 AVC , VP9 7680 × 4320
StreamHash Mp4 1920 × 1080

HD в видеонаблюдении

Все больше производителей камер видеонаблюдения теперь предлагают камеры высокого разрешения. Потребность в высоком разрешении, точности цветопередачи и частоте кадров является острой для целей наблюдения, чтобы гарантировать, что качество вывода видео соответствует приемлемому стандарту, который может использоваться как для профилактического наблюдения, так и для доказательств. Однако эти потребности должны быть сбалансированы с дополнительной емкостью хранилища, необходимой для HD-видео.

HD в видеоиграх

И игровая консоль PlayStation 3, и Xbox 360 могут выводить исходный 1080p через HDMI или компонентные кабели, но в системах есть несколько игр, которые отображаются в 1080p; большинство игр изначально работают только с разрешением 720p или меньше, но их можно масштабировать до 1080p. Wii может выводить до 480p ( повышенной четкости ) над компонентом, который пока не HD, очень полезно для телевизоров , как это позволяет избежать расперемежение артефактов. Wii также может выводить 576i и 576p в регионах PAL .

Визуально исходный 1080p дает более резкое и четкое изображение по сравнению с масштабированным 1080p. Хотя только несколько доступных игр имеют собственное разрешение 1080p, все игры на Xbox 360 и PlayStation 3 можно масштабировать до этого разрешения. Игры для Xbox 360 и PlayStation 3 имеют маркировку выходного разрешения на обратной стороне упаковки, хотя на Xbox 360 это указывает на разрешение, до которого будет выполнено масштабирование, а не на собственное разрешение игры.

Как правило, игры для ПК ограничены только размером разрешения дисплея. Драйверы могут поддерживать очень высокие разрешения, в зависимости от чипсета видеокарты. Многие игровые движки поддерживают разрешение 5760 × 1080 или 5760 × 1200 (обычно достигается с помощью трех дисплеев 1080p в настройке с несколькими мониторами ), и почти все будут отображать как минимум 1080p. Разрешения 1440p и 4K обычно также поддерживаются для игр на ПК.

В настоящее время все консоли, Nintendo Wii U и Nintendo Switch , Microsoft Xbox One и Sony PlayStation 4 изначально отображают игры с разрешением 1080p. Nintendo Switch - необычный случай из-за его гибридной природы как домашней консоли, так и портативного устройства: встроенный экран отображает игры с максимальным разрешением 720p, но консоль может изначально отображать изображения с разрешением 1080p при подключении к док-станции. PlayStation 4 может отображать в формате 4K, но только для отображения изображений.

Смотрите также

Рекомендации

дальнейшее чтение

Внешние ссылки