Видео высокой четкости ( HD-видео ) — это видео более высокого разрешения и качества, чем видео стандартной четкости . Хотя не существует стандартизированного значения термина « высокая четкость» , обычно любое видеоизображение со значительно более чем 480 строками вертикальной развертки (Северная Америка) или 576 вертикальными строками (Европа) считается высокой четкостью. [ нужна цитация ] 480 строк сканирования обычно являются минимумом, хотя большинство систем значительно превышают этот показатель. Изображения стандартного разрешения, снятые со скоростью выше обычной (60 кадров в секунду в Северной Америке, 50 кадров в секунду в Европе) высокоскоростной камерой, в некоторых контекстах могут считаться изображениями высокой четкости. Некоторые телесериалы, снятые на видео высокой четкости, выглядят так, как будто они были сняты на пленку . Этот метод часто называют киносъемкой .
Первый формат электронного сканирования, 405 строк , был первой системой телевидения высокой четкости , поскольку механические системы, которые он заменил, имели гораздо меньшее количество строк. С 1939 года Европа и США опробовали 605 и 441 линию , пока в 1941 году Федеральная комиссия по связи не обязала США использовать 525 линий. Во время войны во Франции Рене Бартелеми тестировал более высокое разрешение — до 1042. В конце 1949 года официальные французские передачи наконец начались с 819 . Однако в 1984 году от этого стандарта отказались в пользу 625-строчного цвета в сети TF1 .
Современные спецификации HD относятся к началу 1980-х годов, когда японские инженеры разработали стандарт чересстрочного телевидения HighVision с 1125 строками (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 швейцарской конференции 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 позже от нее отказались, когда она была заменена аналоговым стандартом DVB. Видео HighVision по-прежнему можно использовать для обмена видео HDTV, но современного оборудования для выполнения этой функции практически нет. Попытки реализовать HighVision в качестве вещательного канала 6 МГц в основном не увенчались успехом. К середине 1990-х годов все попытки использовать этот формат для передачи наземного телевидения были прекращены. [ нужна цитата ]
В Европе разработан HD-MAC (1250 строк, 50 Гц), член семейства гибридных аналогово-цифровых видеостандартов MAC ; однако он так и не стал популярным форматом наземной передачи видео. HD-MAC никогда не предназначался для обмена видео, за исключением Европейского вещательного союза .
Цифровое видео высокой четкости было невозможно с несжатым видео из-за непрактично высоких требований к памяти и пропускной способности , а скорость передачи данных превышала 1 Гбит / с для видео Full HD . [1] Цифровое телевидение высокой четкости стало возможным благодаря развитию сжатия видео с дискретным косинусным преобразованием (DCT) . [2] DCT — это метод сжатия с потерями , который был впервые предложен Насиром Ахмедом в 1972 году, [3] и позже был адаптирован в алгоритм DCT с компенсацией движения для стандартов видеокодирования , таких как форматы H.26x с 1988 года и Форматы MPEG с 1993 года. [4] [5] Сжатие DCT с компенсацией движения значительно сократило объем памяти и пропускную способность, необходимые для цифрового видео, позволяя достичь степени сжатия данных около 100:1 по сравнению с несжатым видео. [6] К началу 1990-х годов сжатие видео DCT получило широкое распространение в качестве стандарта кодирования видео для HDTV. [2]
Нынешние стандарты видео высокой четкости в Северной Америке были разработаны в ходе усовершенствованного 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 , начиная с чересстрочного видео с разрешением 1080 строк (технический потомок оригинальной аналоговой системы NHK 1125/30 Гц) с максимальной частотой кадров 30 Гц ( 60 полей в секунду) и 720-строчное видео с прогрессивной разверткой и максимальной частотой кадров 60 Гц. В конце концов, однако, стандарт разрешения DVB (1080, 720, 480) и соответствующей частоты кадров (24, 25, 30) был принят 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 [ нужна ссылка ] , которые исключают функциональную совместимость, на которую надеялись после десятилетий практически несовместимого аналогового телевещания.
Видео высокой четкости (заранее записанное и транслируемое) определяется тройственно:
Часто скорость выводится из контекста и обычно принимается равной 50 Гц (Европа) или 60 Гц (США), за исключением 1080p , который обозначает 1080p24, 1080p25 и 1080p30, а 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 перечислены 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 обычного широкоэкранного фильма, снимаемого сегодня, обычно составляет 1,85:1 или 2,39:1 (иногда традиционно указывается соотношение 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 анаморфотном формате 16:9 в надежде, что у зрителя будет телевизор с соотношением сторон 16:9, 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.
ЕС определяет [7] разрешение HD как 1920 x 1080 пикселей или 2 073 600 пикселей, а разрешение UHD – как 3840 x 2160 пикселей или 8 294 400 пикселей.
Примечание: 1 Изображение представляет собой либо кадр, либо, в случае чересстрочной развертки, два поля (ЧЕТНОЕ и НЕЧЕТНОЕ).
Кроме того, существуют менее распространенные, но все же популярные разрешения UltraWide , например 2560×1080p (1080p UltraWide). Для некоторых из них также есть опция WQHD+.
Источники изображений высокой четкости включают наземное вещание, прямое спутниковое вещание, цифровой кабель, диск высокой четкости ( BD ), цифровые камеры, файлы для загрузки из Интернета и игровые приставки.
Диски Blu-ray были совместно разработаны девятью первоначальными партнерами, включая Sony и Phillips (которые совместно разрабатывали компакт-диски для аудио) и Pioneer (которая ранее с некоторым успехом разработала собственный лазерный диск) и другие. Диски HD DVD в основном разрабатывались компаниями 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 проигрывателей и приводов HD DVD.
Фотопленка высокого разрешения, используемая для кинопроекции, экспонируется со скоростью 24 кадра в секунду, но обычно проецируется со скоростью 48, причем каждый кадр проецируется дважды, что помогает минимизировать мерцание. Единственным исключением из этого правила был короткометражный фильм Национального совета по кинематографии Канады 1986 года «Импульс» , в котором кратко экспериментировались как съемка, так и проецирование со скоростью 48 кадров в секунду в процессе, известном как IMAX HD .
В зависимости от доступной пропускной способности и количества деталей и движения изображения оптимальным форматом для передачи видео является 720p24 или 1080p24. При показе по телевидению в странах системы PAL фильм должен проецироваться со скоростью 25 кадров в секунду с ускорением на 4,1 процента. В странах стандарта NTSC скорость проецирования составляет 30 кадров в секунду с использованием метода, называемого понижением 3:2. Один кадр фильма удерживается для трех видеополей (1/20 секунды), а следующий — для двух видеополей (1/30 секунды), а затем процесс повторяется, таким образом достигается правильная скорость проецирования фильма с два кадра фильма показаны за одну двенадцатую секунды.
Старые записи (до HDTV) на видеокассете, 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 обычному формату 720p может исказить изображение или потребовать фильтрации, которая фактически снижает разрешение конечного вывода.
Некинематографические видеозаписи HDTV записываются в формате 720p или 1080i . Используемый формат устанавливает вещательная компания (если речь идет о телевещании). В целом, 720p более точен при быстром движении, поскольку он постепенно сканирует кадры, вместо 1080i, который использует чересстрочные поля и, таким образом, может ухудшить разрешение быстрых изображений.
720p больше используется для распространения через Интернет видео высокой четкости, поскольку компьютерные мониторы прогрессивно сканируют; Видео 720p требует меньших требований к памяти для декодирования, чем 1080i или 1080p. Это также среда для трансляций высокой четкости по всему миру, а формат 1080p используется для фильмов Blu-ray .
Фильм как носитель имеет присущие ему ограничения, такие как сложность просмотра отснятого материала во время записи, а также другие проблемы, вызванные плохой проявкой/обработкой пленки или плохими системами мониторинга. Учитывая, что в фильмах все чаще используются изображения, созданные или измененные компьютером, а также то, что редактирование последовательностей изображений часто осуществляется в цифровом формате, некоторые режиссеры снимали свои фильмы в формате HD с помощью цифровых видеокамер высокого класса. Хотя качество HD-видео очень высокое по сравнению с SD-видео и обеспечивает улучшенное соотношение сигнал/шум по сравнению с пленкой сопоставимой чувствительности, пленка по-прежнему способна разрешать больше деталей изображения, чем современные форматы HD-видео. Кроме того, некоторые фильмы 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 на пленке и простота переноса на системы монтажа для создания специальных эффектов.
В зависимости от года и формата, в котором был снят фильм, размер экспонированного изображения может сильно различаться. Размеры варьируются от 24 мм × 36 мм для камер VistaVision / Technirama с 8 перфорациями (так же, как фотопленка 35 мм) и от 18 мм × 24 мм для бесшумных пленок или полнокадровых камер с 4 перфорациями до 9 мм. × 21 мм в камерах Academy Sound Aperture, модифицированных для формата перфорации Techniscope 2. Фильмы также производятся с использованием пленок других размеров , в том числе пленок 70 мм (22 мм × 48 мм) или редко используемых пленок 55 мм и CINERAMA .
Четыре основных формата пленки обеспечивают разрешение пикселей (рассчитывается из пикселей на миллиметр) примерно следующим образом:
В процессе изготовления отпечатков для выставки этот негатив копируется на другую пленку (негатив → интерпозитив → интернегатив → печать), в результате чего разрешение снижается на каждом этапе эмульсионного копирования и при прохождении изображения через объектив (например, на проектор). Во многих случаях разрешение можно уменьшить до 1/6 разрешения исходного негатива (или хуже). [ нужна ссылка ] Обратите внимание, что значения разрешения для пленки 70 мм выше, чем перечисленные выше.
Многие онлайн-сервисы потокового видео, по требованию и цифровой загрузки предлагают HD-видео. Из-за сильного сжатия детализация изображения, создаваемого этими форматами, может быть намного ниже, чем у вещательного HD, а часто даже уступать DVD-Video (3–9 Мбит/с MP2) , масштабированному до того же размера изображения. [8] Ниже представлена таблица многочисленных онлайн-сервисов и их HD-предложений:
С конца 2000-х годов значительное количество производителей камер видеонаблюдения начали производить камеры HD. Потребность в высоком разрешении, точности цветопередачи и частоте кадров является острой для целей наблюдения, чтобы гарантировать, что качество видеовыхода соответствует приемлемому стандарту, который можно использовать как для профилактического наблюдения, так и в целях доказательства. [35]
Несмотря на то, что HD-камеры могут быть очень эффективными в помещении, в особых отраслях, работающих на открытом воздухе, возникла необходимость обеспечивать гораздо более высокое разрешение для эффективного покрытия. Постоянно развивающиеся технологии датчиков изображения позволили производителям разработать камеры с разрешением 10–20 МП, которые, таким образом, стали эффективными инструментами для наблюдения за большими территориями.
Чтобы еще больше повысить разрешение камер видеонаблюдения, некоторые производители разработали мультисенсорные камеры. В этих устройствах несколько комбинаций сенсор-линза создают изображения, которые позже объединяются во время обработки изображений . [36] Эти камеры видеонаблюдения способны передавать даже сотни мегапикселей при частоте кадров кинофильма.
Однако столь высокие разрешения требуют специальных технологий записи, хранения, а также отображения видеопотока.
Игровые консоли PlayStation 3 [37] и Xbox 360 [38] могут выводить исходное разрешение 1080p через HDMI или компонентные кабели, но в этих системах мало игр, которые воспроизводятся в формате 1080p; большинство игр изначально работают только с разрешением 720p или меньше, но их можно масштабировать до 1080p. Визуально исходное разрешение 1080p обеспечивает более четкое и четкое изображение по сравнению с разрешением 1080p с повышенным разрешением. [ нужна цитата ] Wii не поддерживает HD . [39] В 8-м поколении Wii U от Nintendo [40] и Nintendo Switch , [41] Xbox One от Microsoft и PlayStation 4 от Sony отображают игры в исходном разрешении 1080p. [42] Nintendo Switch представляет собой необычный случай из-за своей гибридной природы как домашней консоли, так и портативного устройства: на встроенном экране отображаются игры с максимальным разрешением 720p, но при подключении консоль может отображать изображения с разрешением 1080p. [41] Xbox One X и PlayStation 4 Pro могут отображать некоторые игры в формате 4K. [42] PlayStation 5 и Xbox Series X могут отображать игры в разрешении 4K и 8K. [43]
Как правило, компьютерные игры ограничены только разрешением дисплея и поддержкой драйверов графического процессора . Некоторое оборудование ПК поддерживает DisplayPort 2.1 для обеспечения собственного разрешения 8K с высокой частотой обновления. [44] Поддерживаются сверхширокие мониторы, которые могут отображать большую часть игрового мира, чем традиционный дисплей с соотношением сторон 16:9 , [45] и возможны конфигурации с несколькими мониторами , например, один игровой период на трех мониторах для более захватывающий опыт. [46]
...с использованием сверхэффективного кодека Advanced Profile VC-1.
Наши HD-файлы со скоростью 2,5 Мбит/с транслируются в высококачественном разрешении 720p.
Мы используем h.264 с битрейтом 3,2 Мбит/с и звуком 192 Кбит/с.
Чтобы быть классифицированным как «настоящее» высокое разрешение, мы кодируем как минимум с разрешением 1280x720 или 720p.
Видео Hulu передаются в виде файлов Flash (FLV). Эти файлы закодированы с помощью кодека On2 Flash VP6...
HD-видео на Hulu транслируется с разрешением 1280 x 720.
Hulu в настоящее время поддерживает четыре различных потока, включая 480 кбит/с, 700 кбит/с, 1000 кбит/с (кодирование H.264, которого нет в On2 VP6) и 2,5 Мбит/с.
...но остановился на HD-кодировании второго поколения с помощью VC1AP
HD второго поколения кодирует... со скоростью 2600 кбит/с и 3800 кбит/с
Для достижения наилучших результатов мы рекомендуем использовать H.264 (иногда называемый MP4) для видеокодека и AAC (сокращение от Advanced Audio Codec) для аудиокодека.[ постоянная мертвая ссылка ]
640x480 для видео стандартной четкости 4:3, 853x480 для широкоэкранного DV или 1920x1080 для видео высокой четкости.[ постоянная мертвая ссылка ]
Используйте скорость 2000 кбит/с для видео стандартного разрешения 4:3, 3000 кбит/с для широкоэкранного DV или 5000 кбит/с для видео высокой четкости.[ постоянная мертвая ссылка ]
Вам нужно установить скорость передачи данных 320 кбит/с и частоту дискретизации 44,100 кГц.[ постоянная мертвая ссылка ]
...весь HD-контент... закодирован с помощью H.264 High Profile.
HDX (1080p)
HDX (1080p) требует 4500 кбит/с.