DV (от Digital Video ) — семейство кодеков и форматов лент , используемых для хранения цифрового видео , запущенное в 1995 году консорциумом производителей видеокамер во главе с Sony и Panasonic . Оно включает в себя форматы записи или кассеты DV, MiniDV, DVCAM, Digital8 , HDV , DVCPro, DVCPro50 и DVCProHD. DV в основном использовался для видеозаписи с помощью камкордеров в любительском и профессиональном секторах.
DV был разработан как стандарт для домашнего видео с использованием цифровых данных вместо аналоговых . [1] По сравнению с аналоговыми форматами Video8/Hi8 , VHS-C и VHS , DV имеет более высокое разрешение видео (наравне с профессиональным Digital Betacam ), а также записывает звук в цифровом виде с разрядностью 16 бит, как CD . [2] Самым популярным форматом ленты, использующим кодек DV, был MiniDV ; эти кассеты имели размер всего 6,35 мм/¼ дюйма, что делало их идеальными для видеокамер и делало старые аналоговые форматы устаревшими. [2] В конце 1990-х и начале 2000-х годов DV был тесно связан с переходом от аналогового к цифровому настольному видеопроизводству , а также с несколькими устойчивыми конструкциями « просьюмерских » камер, такими как Sony VX-1000 . [3]
В 2003 году к DV присоединился формат-преемник под названием HDV , который использовал те же ленты, но с обновленным видеокодеком с видео высокой четкости ; камеры HDV обычно могли переключаться между режимами записи DV и HDV. [4] В 2010-х годах DV быстро устарел, поскольку камеры, использующие карты памяти и твердотельные накопители, стали нормой, записывая с более высокими битрейтами и разрешениями , которые были непрактичны для механических форматов ленты. Кроме того, поскольку производители перешли с чересстрочных на более совершенные прогрессивные методы записи, они нарушили совместимость , которая ранее поддерживалась в нескольких поколениях оборудования DV и HDV.
DV был разработан Ассоциацией HD Digital VCR: в апреле 1994 года в ней приняли участие 55 компаний по всему миру, которые разработали стандарты и спецификации формата. [5]
Первоначальная спецификация DV, известная как Синяя книга , была стандартизирована в рамках семейства стандартов IEC 61834. Эти стандарты определяют общие характеристики, такие как физические видеокассеты , метод модуляции записи, намагничивание и основные системные данные в части 1. Часть 2 описывает особенности видеосистем, поддерживающих 525-60 для NTSC и 625-50 для PAL . [6] Стандарты IEC доступны в виде публикаций, продаваемых IEC и ANSI .
DV использует сжатие видео с потерями , в то время как аудио хранится в несжатом виде. [7] Внутрикадровая схема сжатия видео используется для покадрового сжатия видео с помощью дискретного косинусного преобразования ( DCT).
В точности следуя стандарту ITU-R Rec. 601 , DV-видео использует чересстрочную развертку с частотой дискретизации яркости 13,5 МГц. Это дает 480 строк развертки на полный кадр для системы 60 Гц и 576 строк развертки на полный кадр для системы 50 Гц. В обеих системах активная область содержит 720 пикселей на строку развертки, из которых 704 пикселя используются для контента, а 16 пикселей по бокам оставлены для цифрового гашения. Один и тот же размер кадра используется для соотношений сторон кадра 4:3 и 16:9, что приводит к разным соотношениям сторон пикселей для полноэкранного и широкоэкранного видео. [8] [9]
Перед стадией сжатия DCT к исходному видео применяется цветовая субдискретизация , чтобы уменьшить объем данных для сжатия. Базовый DV использует цветовую субдискретизацию 4:1:1 в своем варианте 60 Гц и цветовую субдискретизацию 4:2:0 в варианте 50 Гц. Низкое цветовое разрешение DV (по сравнению с более дорогими цифровыми видеоформатами) является причиной того, что этот формат иногда избегают в приложениях цветовой рирпроекции , хотя достижения в технологиях цветовой рирпроекции и программном обеспечении сделали возможным создание качественных ключей из материала DV. [10]
Аудио может храниться в двух формах: 16-битный линейный PCM стерео с частотой дискретизации 48 кГц (768 кбит/с на канал, 1,5 Мбит/с стерео) или четыре нелинейных 12-битных канала PCM с частотой дискретизации 32 кГц (384 кбит/с на канал, 1,5 Мбит/с для четырех каналов). Кроме того, спецификация DV также поддерживает 16-битный звук с частотой 44,1 кГц (706 кбит/с на канал, 1,4 Мбит/с стерео), та же частота дискретизации, что используется для CD-аудио. [11] На практике стереорежим 48 кГц используется почти исключительно.
Аудио, видео и метаданные упакованы в 80-байтовые блоки формата цифрового интерфейса (DIF), которые мультиплексируются в последовательность из 150 блоков. Блоки DIF являются основными единицами потоков DV и могут храниться как компьютерные файлы в необработанном виде или быть упакованы в такие форматы файлов, как Audio Video Interleave (AVI), QuickTime (QT) и Material Exchange Format (MXF). [12] [13] Один видеокадр формируется из 10 или 12 таких последовательностей, в зависимости от скорости сканирования, что приводит к скорости передачи данных около 25 Мбит/с для видео и дополнительно 1,5 Мбит/с для аудио. При записи на ленту каждая последовательность соответствует одной полной дорожке. [8]
Baseline DV использует незаблокированный звук . Это означает, что звук может быть рассинхронизирован с видео на +/- ⅓ кадра. Однако это максимальный дрейф синхронизации аудио/видео; он не компенсируется на протяжении всей записи.
Sony и Panasonic создали собственные версии DV, ориентированные на профессиональных пользователей и вещателей. Они используют ту же схему сжатия, но улучшены в плане надежности, возможностей линейного редактирования , цветопередачи и размера растра.
Все варианты DV, за исключением DVCPRO Progressive, записываются на ленту в чересстрочном видеопотоке. Частота кадров, подобная кинофильму, возможна при использовании pulldown . DVCPRO HD поддерживает собственный прогрессивный формат при записи на карты памяти P2.
DVCPRO, также известный как DVCPRO25 и D-7, представляет собой разновидность DV, разработанную компанией Panasonic и представленную в 1995 году. Первоначально она предназначалась для использования в оборудовании для электронного сбора новостей (ENG).
В отличие от базового DV, DVCPRO использует заблокированный звук , то есть тактовая частота аудиовыборки синхронизирована с тактовой частотой видеовыборки. [14] Звук доступен с точностью 16 бит/48 кГц.
При записи на ленту DVCPRO использует более широкий шаг дорожек — 18 мкм против 10 мкм у базового DV [15] , что снижает вероятность ошибок выпадения во время записи. Две дополнительные продольные дорожки обеспечивают поддержку аудиосигнала и управления временным кодом. Лента транспортируется на 80% быстрее по сравнению с базовым DV, что приводит к сокращению времени записи. Режим длительного воспроизведения недоступен.
DVCPRO50 был представлен компанией Panasonic в 1997 году и часто описывается как два DV-кодека, работающих параллельно.
DVCPRO50 удваивает скорость кодированных видеоданных до 50 Мбит/с. Это позволяет сократить общее время записи любого носителя вдвое. Разрешение цветности улучшается за счет использования цветовой субдискретизации 4:2:2.
После появления камкордера AJ-SDX900 в 2003 году DVCPRO50 использовался во многих постановках, где не требовалось видео высокой четкости . Например, BBC использовала DVCPRO50 для записи высокобюджетных телесериалов, таких как «Космическая гонка» (2005) и «Древний Рим: Расцвет и падение империи» (2006).
Похожий формат, D-9 (или Digital-S) , предлагаемый JVC, использует видеокассеты с тем же форм-фактором, что и VHS .
К сопоставимым форматам цифровой записи стандартной четкости высокого качества относятся Digital Betacam компании Sony , представленный в 1993 году, и MPEG IMX , представленный в 2000 году.
DVCPRO Progressive был представлен Panasonic вместе с DVCPRO50. Он предлагал 480 или 576 строк прогрессивной развертки записи с 4:2:0 цветовой субдискретизацией и четырьмя 16-битными 48 кГц PCM аудиоканалами. Как и HDV-SD , он был задуман как промежуточный формат во время перехода от стандартного разрешения к видео высокой четкости. [16] [17]
Формат предлагал шесть режимов записи и воспроизведения: 16:9 прогрессивный (50 Мбит/с), 4:3 прогрессивный (50 Мбит/с), 16:9 чересстрочный (50 Мбит/с), 4:3 чересстрочный (50 Мбит/с), 16:9 чересстрочный (25 Мбит/с), 4:3 чересстрочный (25 Мбит/с). [18]
Формат был заменен на DVCPRO HD.
DVCPRO HD, также известный как DVCPRO100 и D-12, — это видеоформат высокой четкости , который можно рассматривать как четыре кодека DV, работающих параллельно. Скорость передачи видеоданных зависит от частоты кадров и может составлять от 40 Мбит/с для режима 24 кадра/с до 100 Мбит/с для режимов 50/60 кадров/с. Как и DVCPRO50, DVCPRO HD использует цветовую выборку 4:2:2. Он был представлен в 2000 году. [19]
DVCPRO HD использует меньший размер растра, чем вещательное телевидение высокой четкости: 960x720 пикселей для 720p, 1280x1080 для 1080/59.94i и 1440x1080 для 1080/50i. Подобная горизонтальная понижающая дискретизация (с использованием прямоугольных пикселей ) используется во многих других форматах HD на основе магнитной ленты, таких как HDCAM . Для поддержания совместимости с HD-SDI оборудование DVCPRO100 повышает дискретизацию видео во время воспроизведения.
Переменная частота кадров (от 4 до 60 кадров/с) доступна на камкордерах Varicam . Оборудование DVCPRO HD обеспечивает обратную совместимость со старыми форматами DV/DVCPRO.
При записи на ленту в стандартном режиме воспроизведения DVCPRO HD использует тот же шаг дорожек 18 мкм, что и другие разновидности DVCPRO. Вариант с долгим воспроизведением, DVCPRO HD-LP, удваивает плотность записи, используя шаг дорожек 9 мкм.
DVCPRO HD кодируется как SMPTE 370M; формат ленты DVCPRO HD — SMPTE 371M, а формат MXF Op-Atom, используемый для DVCPRO HD на картах P2, — SMPTE 390M.
Хотя технически DVCPRO HD является прямым потомком DV, он используется почти исключительно профессионалами. Камеры DVCPRO HD на основе ленты существуют только в варианте с плечевым креплением.
Похожий формат, Digital-S (D-9 HD), был предложен компанией JVC и использовал видеокассеты с тем же форм-фактором, что и VHS .
Основным конкурентом DVCPRO HD был HDCAM , предложенный Sony. Он использует похожую схему сжатия, но с более высоким битрейтом.
В 1996 году Sony ответила собственной профессиональной версией DV под названием DVCAM. [20]
Как и DVCPRO, DVCAM использует заблокированный звук, что предотвращает дрейф синхронизации звука, который может возникнуть на DV, если сделано несколько поколений копий. [21]
При записи на ленту DVCAM использует шаг дорожек 15 мкм, что на 50% шире по сравнению с базовым значением. [15] Соответственно, лента транспортируется на 50% быстрее, что сокращает время записи на треть по сравнению с обычным DV. Благодаря более широкой дорожке и шагу дорожек DVCAM имеет возможность выполнять редактирование вставки с точностью до кадра, в то время как обычное DV может отличаться на несколько кадров при каждом редактировании по сравнению с предварительным просмотром.
Digital8 представляет собой комбинацию ленточного транспорта, изначально разработанного для аналоговых форматов Video8 и Hi8 , с кодеком DV . Оборудование Digital8 записывает только в формате DV, но обычно может также воспроизводить ленты Video8 и Hi8.
В таблице ниже представлен краткий обзор физических форматов кассет DV:
Первоначально DV был разработан для записи на магнитную ленту . Лента заключена в видеокассету четырех различных размеров: маленькую, среднюю, большую и сверхбольшую. Все кассеты DV используют ленту шириной 1 ⁄ 4 дюйма (6,4 мм). DV на магнитной ленте использует спиральное сканирование , которое наматывает ленту вокруг наклонного вращающегося барабана головки с видеоголовками, установленными на нем. По мере вращения барабана головки считывают ленту по диагонали. DV, DVCAM и DVCPRO используют барабан головки диаметром 21,7 мм со скоростью 9000 об/мин. Диагональные видеодорожки, считываемые головками, имеют ширину 10 микрон в лентах DV. [15] [24]
Технически любая кассета DV может записывать любой вариант видео DV. Тем не менее, производители часто маркируют кассеты как DV, DVCAM, DVCPRO, DVCPRO50 или DVCPRO HD и указывают время записи относительно нанесенной этикетки. Кассеты с маркировкой DV указывают время записи базового DV; другое число может указывать время записи Long Play DV. Кассеты с маркировкой DVCPRO имеют желтую дверцу для ленты и указывают время записи при использовании DVCPRO25; при DVCPRO50 время записи составляет половину, при DVCPRO HD — четверть. Кассеты с маркировкой DVCPRO50 имеют синюю дверцу для ленты и указывают время записи при использовании DVCPRO50. Кассеты с маркировкой DVCPRO HD имеют красную дверцу для ленты и указывают время записи при использовании формата DVCPRO HD-LP; второе число может использоваться для записи DVCPRO HD, которая будет в два раза короче.
Panasonic предусмотрела использование особой формулы магнитной ленты — металлических частиц (MP) — как неотъемлемой части своего семейства форматов DVCPRO. Обычная лента DV использует формулу Metal Evaporate (ME) (которая, как следует из названия, использует физическое осаждение паров для осаждения металла на ленту [25] ), которая была впервые использована в камкордерах Hi8 . Ранние ленты Hi8 ME страдали от чрезмерных выпадений, что заставило многих операторов перейти на более дорогие ленты MP. После улучшения технологии частота выпадений значительно снизилась, тем не менее Panasonic посчитала формулу ME недостаточно надежной для профессионального использования. Профессиональные камкордеры и деки Panasonic DVCPRO на основе ленты записывают только на кассеты марки DVCPRO, что фактически исключает использование ленты ME.
Небольшие кассеты (66 x 48 x 12,2 мм), [26] также известные как кассеты S-size или MiniDV , были предназначены для любительского использования, но стали приняты и в профессиональном производстве. Кассеты MiniDV используются для записи базовых DV, DVCAM и HDV . Эти кассеты имеют длину примерно до 14~20,8 ГБ для 63 или 90 минут видео DV или HDV. [27] При записи в DVCAM эти кассеты вмещают до 41 минуты видео. Существуют некоторые 83-минутные версии, но они используют более тонкую ленту, чем 63-минутные, и Panasonic не рекомендовал воспроизводить эти кассеты на деках DVCPRO.
Кассеты среднего или M-размера (97,5 × 64,5 × 14,6 мм), [26] которые примерно соответствуют размеру восьмимиллиметровых кассет, используются в профессиональном оборудовании Panasonic и часто называются лентами DVCPRO . Видеомагнитофоны Panasonic, которые принимают средние кассеты, могут воспроизводить и записывать на средние кассеты в различных вариантах формата DVCPRO; они также будут воспроизводить небольшие кассеты, содержащие запись DV или DVCAM через адаптер. Эти кассеты имеют длину до 66 минут для DVCPRO, 33 минуты для DVCPRO50 и DVCPRO HD-LP и 16,5 минут для оригинального DVCPRO HD.
Большие или L-размерные кассеты (125,1 x 78 x 14,6 мм) [26] близки по размеру к малым MII- кассетам и принимаются большинством автономных DV-магнитофонов и используются во многих плечевых камкордерах. L-размерные кассеты могут использоваться как в оборудовании Sony, так и в Panasonic; тем не менее, их часто называют лентами DVCAM . Старые деки Sony не воспроизводили большие кассеты с записями DVCPRO, но более новые модели могут воспроизводить их и кассеты DVCPRO размера M. Эти кассеты имеют длину до 276 минут видео DV или HDV (или 184 минуты для DVCAM). В отличие от форматов VHS и Digital8, которые используют более тонкую ленту для своих самых длинных вариантов, 276-минутная DV-кассета использует ту же ленту, что и ее более короткие варианты. Что касается DVCPRO, то эти кассеты имеют почти вдвое большую емкость ленты, чем их аналоги размера M, с продолжительностью до 126 минут для DVCPRO, 63 минут для DVCPRO50 и DVCPRO HD-LP и 31,5 минуты для оригинального DVCPRO HD. [ обсудить ] Также была выпущена версия на тонкой ленте на 184/92/46 минут. [ необходима цитата ]
Кассеты сверхбольшого размера или XL-size (172 x 102 x 14,6 мм) [26] близки по размеру к кассетам VHS и были разработаны для использования в оборудовании Panasonic и иногда называются DVCPRO XL. Эти кассеты не получили широкого распространения, только несколько моделей магнитофонов Panasonic могут их принимать. Каждая кассета XL-size вмещает почти вдвое больше ленты, чем полноразмерные кассеты L-size, с емкостью 252 минуты видео DVCPRO или 126 минут видео DVCPRO50 или DVCPRO HD-LP.
С распространением видеозаписи безленточным камкордером , DV-видео можно записывать на оптические диски , твердотельные флэш-карты памяти и жесткие диски и использовать в качестве компьютерных файлов . В частности:
Видео хранится либо как собственный битовый поток DIF, либо упаковано в аудио/видеоконтейнер, такой как AVI , QuickTime или MXF .
Почти все DV-камкордеры и деки имеют порты IEEE 1394 (FireWire, i.LINK) для передачи цифрового видео. Обычно это двусторонний порт, так что данные DV-видео могут выводиться на компьютер (DV-выход) или вводиться либо с компьютера, либо с другой камкордера (DV-вход). Возможность DV-входа позволяет копировать отредактированное DV-видео с компьютера обратно на ленту или делать копию без потерь между двумя взаимно подключенными DV-камкордерами. Однако модели, предназначенные для продажи в Европейском союзе, обычно имели возможность DV-входа отключенной в прошивке производителем, поскольку камкордер классифицировался бы ЕС как видеомагнитофон и, следовательно, облагался бы более высокой пошлиной; [31] модель, которая имела только DV-выход, могла бы продаваться в ЕС по более низкой цене.
Когда видео захватывается на компьютер, оно сохраняется в файле-контейнере, который может быть либо необработанным потоком DV, AVI, WMV или QuickTime. Какой бы контейнер ни использовался, само видео не перекодируется и представляет собой полную цифровую копию того, что было записано на ленту. При необходимости видео можно записать обратно на ленту, чтобы создать полную и без потерь копию исходного материала.
Некоторые камкордеры также оснащены портом USB 2.0 для подключения к компьютеру. Этот порт обычно используется для передачи неподвижных изображений, но не для передачи видео. Камкордеры, которые предлагают передачу видео через USB, обычно не обеспечивают полного качества DV; обычно это видео 320x240, за исключением камкордера Sony DCR-PC1000 и некоторых камкордеров Panasonic, которые обеспечивают передачу потока DV полного качества через USB с использованием протокола UVC . DV полного качества также можно захватывать через USB или Thunderbolt, используя отдельное оборудование, которое получает данные DV с камкордера по кабелю FireWire и пересылает их без какой-либо перекодировки на компьютер через кабель USB [32] или адаптер Firewire to Thunderbolt [33] - это может быть особенно полезно для захвата на современных ноутбуках, которые обычно не имеют порта FireWire или слота расширения, но всегда имеют порты USB или Thunderbolt.
Высококлассные камеры и видеомагнитофоны могут иметь дополнительные профессиональные выходы, такие как SDI , SDTI или аналоговый компонентный видеосигнал . Все варианты DV имеют временной код , но некоторые старые или потребительские компьютерные приложения не могут использовать его преимущества.
Высокое качество изображений DV, особенно по сравнению с Video8 и Hi8, которые были уязвимы к неприемлемому количеству выпадений видео и «попаданий», побудило основных вещателей принять материал, снятый на DV. Низкая стоимость оборудования DV и простота его использования отдали такие камеры в руки нового поколения видеожурналистов . [ необходима цитата ]
DVCPRO HD был предпочтительным стандартом высокой четкости BBC Factual . [ необходима ссылка ]
Известные фильмы, снятые в формате DV:
Большинство DV-плееров, редакторов и кодировщиков поддерживают только базовый формат DV, но не его профессиональные версии. Исключением является то, что большинство (не все) потребительского оборудования Sony miniDV воспроизводят ленты mini-DVCAM. Аудио- и видеоданные DV могут храниться как необработанный файл потока данных DV (данные записываются в файл по мере получения данных по FireWire, расширения файлов .dv и .dif ) или данные DV могут быть упакованы в файлы-контейнеры (например, Microsoft AVI , Apple MOV ). Метаинформация DV сохраняется в обоих типах файлов, включая Sub-timecode и Start/Stop date time, которые можно мультиплексировать в стандартный временной код Quicktime SMPTE.
Большинство программ для работы с видео в Windows поддерживают только DV в контейнерах AVI, поскольку они используют avifile.dll от Microsoft , который поддерживает только чтение файлов avi. Программы для работы с видео в Mac OS X поддерживают как контейнеры AVI, так и MOV.
Существовали значительные разногласия, основанные исключительно на слухах, по поводу того, может ли использование лент от разных производителей привести к выпадениям. [35] Первоначально это предполагалось в связи с концепцией использования в основном лент MiniDV в середине-конце 90-х годов, поскольку единственные два производителя лент MiniDV (Sony, которая выпускает свои ленты исключительно под брендом Sony; и Panasonic, которая производит собственные ленты под своим брендом Panasonic и передает их на аутсорсинг TDK, Canon и т. д.) использовали два разных типа смазки для своих камер.
Исследование, проведенное Sony, заявило, что нет никаких веских доказательств вышеизложенного утверждения. Единственным заявленным доказательством было то, что использование лент ME в оборудовании, разработанном для лент MP, может привести к повреждению ленты и, следовательно, к выпадению записи. [36] [ ненадежный источник? ] Sony провела значительное количество внутренних испытаний для имитации засорения головок в результате смешивания смазочных материалов для лент, и не смогла воссоздать проблему. [ сомнительно – обсудить ] Sony рекомендует использовать чистящие кассеты один раз в 50 часов записи или воспроизведения. Для тех, кто все еще настроен скептически, Sony рекомендует чистить видеоголовки с помощью чистящей кассеты, прежде чем пробовать другую марку ленты.
В 1999 году Стив Эпштейн, технический редактор журнала Broadcast Engineering , получил следующий ответ от представителя Sony относительно совместимости кассет:
Sony разработала DVCAM на основе потребительского формата DV. Формат DV был разработан для использования с металлизированной лентой, которая обеспечивает примерно на 5 дБ лучшие показатели несущей/шума, чем лента с металлизированными частицами. Клиенты запросили видеомагнитофоны, которые могут воспроизводить дополнительные 6-миллиметровые форматы на основе DV, такие как потребительский DV LP и DVCPRO. Sony предложит новые видеомагнитофоны, которые могут воспроизводить оба этих дополнительных формата без проблем с головкой и трактом ленты.
На раннем этапе было решено, что транспорт VTR необходимо оптимизировать для воспроизведения различных формул и толщины ленты. Кроме того, нет необходимости дублировать отснятый материал DV LP или DVCPRO в другой формат для использования в качестве исходного материала. Этот новый VTR — студийный рекордер DSR 2000 DVCAM, и ожидается, что он будет доступен в конце этого года.
Роберт Отт, вице-президент по продуктам хранения данных и маркетингу, Sony Electronics, Парк-Ридж, Нью-Джерси [37]