Základy digitálního videa 1. - Formáty - Grafika.cz - vše o počítačové grafice

28. listopadu 2001, 00.00 | Vydejte se s námi do světa digitálního videa. Náš seriál věnovaný tomuto fenoménu zahájíme u základních formátů, se kterými se můžete na trhu setkat.

Digitální video je spolu s formátem MP3 jedním z největších technologických hitů posledních let. Soustavně stoupající kapacita pevných disků, rostoucí výkon procesorů a levná digitální rozhraní s vysokou přenosovou rychlostí umožnily zpracování videozáznamů v profesionální kvalitě i v domácích podmínkách.
Nastupující digitální revoluci v kinematografii samozřejmě nemohl přehlédnout ani Apple, který sám sebe prezentuje především jako kreativní platformu. Když k tomu ještě připočteme strategii Digital Hub, jejíž součástí se staly nejnovější softwarové produkty jako Final Cut Pro, DVD Studio Pro nebo amatérské iMovie a iDVD, je zřejmé, že to v Cupertinu myslí s digitálním videem hodně vážně a dobře si uvědomují jeho obrovský komerční i kreativní potenciál.
Vzhledem ke stoupajícím obrátkám digitální revoluce jsme se pro vás rozhodli připravit sérii článků, které vám pomohou se zvládnutím prvních krůčků. Postupně se pokusíme představit jednotlivé aplikace, ale ještě než se k nim dostaneme, považujeme za důležité vysvětlit některé základní technologické termíny z oblasti digitálního videa, neboť jejich pochopení nám později usnadní zvládnutí konkrétních programů.
Abychom začali pěkně od podlahy, představíme si v prvním díle našeho seriálu samotný formát DV, bez něhož by digitální revoluce nemohla vůbec začít, a podrobně se také podíváme na další záznamové formáty z něj odvozené.

DV
DV je mezinárodní standard, na jehož vývoji se podílelo 10 firem z oblasti spotřební elektroniky (mj. Sony, JVC, Panasonic, Philips), a postupem času se k nim připojila ještě další padesátka. V současné době tedy nad vývojem a dodržováním standardu bdí konsorcium tvořené šedesáti nejvýznamnějšími producenty spotřební elektroniky.
Původně se tento systém sice jmenoval DVC (Digital Video Cassete), ale již od počátku byly stanoveny technické parametry, které platí dodnes. Základem je metalický pásek o šíři 6.35 mm a záznam využívá stejného rozlišení jako profesionální Digital Betacam, tedy 720 pixelů na řádek.
Aby bylo dosaženo nižšího datového toku, využívá DV standard kompresní algoritmus Discrete Cosine Transform (DCT), který funguje na obdobném principu jako dobře známý motion-JPEG (MJPEG). Narozdíl od něj však DCT umožňuje při zachování kompresního poměru 5:1 dosažení vyšší obrazové kvality. Pro účely tohoto článku nemá smysl, abychom se pouštěli do podrobného rozboru technických detailů, které k tomuto kvalitativnímu rozdílu vedou, nicméně jednu zásadní odlišnost bychom asi zmínit měli. DV totiž využívá tzv. interframe kompresi, kdy je každé okénko videozáznamu komprimováno coby samostatný obrázek nezávislý na ostatních (stejně jako v případě klasického statického JPEGu, tzv. intraframe encoding). MJPEG oproti tomu sází na tzv. temporal encoding, při němž jsou komprimovány pouze některá okénka, například každé desáté (keyframe), zatímco u ostatních jsou ukládány pouze rozdílné pixely (delta frame) a zbytek je dopočítáván právě na základě předchozího keyframu. Tím je samozřejmě dosaženo nižšího datového toku, nicméně v pasážích s dynamickým střihem nebo rychle se pohybujícími objekty dochází k rozpadu obrazu, který určitě dobře znáte z internetových streamů. Krom toho je tento princip komprese velice náročný na hardware.

Poslední poznámka na adresu DV se týká datového toku. Ten je v tomto případě konstantní a má hodnotu 25 megabit za sekundu. Z tohoto parametru mimo jiné jasně vyplývá, že pro práci s DV jsou Ultra ATA disky s přenosovou rychlostí 66 Mbps, které dnes najdete v každém počítači Apple, zcela dostačující.
Abychom předešli zbytečným zmatkům, musíme také upozornit na časté matení pojmů jako DV, miniDV, DVCAM a DVCPRO. Podrobnější rozdíly mezi těmito formáty si vysvětlíme za chvíli, ale již předem je třeba předeslat, že formát DV jakožto komprimovací algoritmus existuje jen jeden a pojmy miniDV, DVCAM a DVCPRO už se týkají výhradně použitého záznamového média, přičemž právě miniDV je dnes nejrozšířenějším, neboť se používá prakticky ve všech DV kamerách na běžném spotřebitelském trhu.

DVCAM a DVCPRO
Při výběru videokamery se jistě setkáte s těmito dvěma formáty a s největší pravděpodobností se od prodavače také dozvíte, že jsou to narozdíl od miniDV profesionální standardy s vyšší obrazovou kvalitou. Skutečnost je ovšem taková, že jediná odlišnost spočívá v použité kazetě, resp. magnetickém pásku. Ani v tomto případě nebudeme zabíhat do zbytečných podrobností a spokojíme se s konstatováním, že jak DVCAM tak i DVCPRO využívají širší záznamové stopy a pevnější pásky, takže například v televizním zpravodajství, kde často nezbývá čas na převod záznamu do počítače a střih probíhá lineárně (tedy z příspěvkového stroje na záznamový), je tato robustnější konstrukce více než žádoucí. Pokud totiž kazetu donekonečna převíjíte tam a zpátky, neustále ji zastavujete a nezřídka i opakovaně přemazáváte, musí vzdorovat tlaku, který obyčejná miniDV kazeta jen těžko vydrží. Pokud ovšem pořízený záznam převedete do počítače a pak už kazetu prakticky nepoužijete, je tento rozdíl bezvýznamný.
Pro nás je podstatné, že všechny tři formáty (DV, DVCAM i DVCPRO) využívají shodný komprimovací algoritmus i datový tok (DCT), a tudíž v obrazové kvalitě záznamu není sebemenší rozdíl. Na druhou stranu je ovšem třeba podotknout, že DVCAM a DVCPRO kamery jsou vzhledem k zaměření těchto formátů na profesionální trh často lépe konstruovány - využívají větších CCD snímacích čipů a kvalitnější objektivy - takže k určitým kvalitativním posunům skutečně může dojít, nicméně to už je záležitost spíše optická a se samotným formátem záznamu nikterak nesouvisí.
Závěrem ještě dodejme, že DVCAM je dítkem firmy Sony, zatímco DVCPRO vzniklo v konkurenčním koncernu Matsushita, kam patří Panasonic, a mezi oběma formáty je minimální technologický rozdíl. Řada kamer a stolních strojů DVCAM, resp. DVCPRO je navíc zpětně kompatibilní, takže v nich lze použít i miniDV kazety.

Digital8
Tento formát je v podstatě anachronismus vyvíjený výhradně firmou Sony, která se po masovém nástupu DV nechtěla vzdát analogového Hi8 a draze vybudované výrobní linky odepsat na smetiště dějin. Zachovala tedy kazetu, ale nekvalitní analogový záznam nahradila digitálním, přičemž využívá DV komprimovací algoritmus, takže obraz dosahuje srovnatelné kvality a uživatel při počítačovém zpracování prakticky nepozná rozdíl. Kamery formátu Digital8 jsou navíc cenově dostupné a lze v nich používat staré analogové Hi8 kazety, nicméně musíte počítat s tím, že pásek sviští kolem nahrávacích hlav větší rychlostí, takže na šedesátiminutuvou analogovou Hi8 se vejde pouze 45 minut digitálního záznamu.

D-9 a DVCPRO50
I v tomto případě se sice jedná o stále stejnou DV písničku, ale tentokrát už je obrazová kvalita výsledného záznamu skutečně vyšší. V případě D-9 (dříve známého též pod názvem Digital-S, vyrábí JVC) i DVCPRO50 (Panasonic) je totiž využito dvou paralelních DV codeců, takže výsledný datový tok je dvojnásobný (50 mbps), což znamená menší kompresní poměr a tím i kvalitnější obraz, který je srovnatelný s digitálním Betacamem, nicméně s mnohem menšími pořizovacími náklady. Zajímavostí přitom je, že JVC pro záznam využívá staré S-VHS kazety (formát je díky tomu zpětně kompatibilní s analogovým VHS a S-VHS), zatímco Panasonic sází na obyčejné DVCPRO kazety, na které se ovšem vzhledem k dvojnásobnému datovému toku přirozeně vejde jen polovina záznamu (například na pásek v délce 123 minut tak nahrajete jen 61 minut).
Hudbou budoucnosti jsou pak nejnovější varianty D-9HD a DVCPROHD, které jsou určeny pro záznam s velkou rozlišovací schopností (dobře známé HDTV). Zhruba dvojnásobná velikost obrázku HDTV oproti stávajícímu systému PAL (1920x1080 oproti 720x576) samozřejmě přináší zvýšené nároky na datový tok, což obě firmy vyřešily použitím hned čtyř paralelních DV codeců, tedy 100 Mbps.
Zcela jinou koncepci pak zvolila firma Sony, která jde vlastní cestou a vytvořila formát HDCAM. Ten disponuje datovým tokem až 135Mbps a s původním DV nemá nic společného. Teprve až budoucnost a masovější nasazení HDTV do praxe tedy ukáže, jakým směrem se bude ubírat další vývoj.

Pokud máte zájem o podrobnější technické specifikace, nabízíme vám přehlednou tabulku, která shrnuje základní technické parametry jednotlivých formátů.