Teräväpiirtovideo - High-definition video

Teräväpiirtovideota ( HD-video ) on video korkeamman resoluutio ja laatu kuin tavallisen tarkkuuden . Vaikka teräväpiirtoteleillä ei ole standardoitua merkitystä , yleensä mitä tahansa videokuvaa, jossa on huomattavasti enemmän kuin 480 pystysuoraa skannausviivaa (Pohjois-Amerikka) tai 576 pystysuoraa viivaa (Eurooppa), pidetään teräväpiirtona. 480 skannauslinjaa on yleensä minimi, vaikka suurin osa järjestelmistä ylittää sen huomattavasti. Normaalia nopeampia kuvia, jotka on otettu tavallista nopeammin (60 kuvaa sekunnissa Pohjois-Amerikassa, 50 kuvaa sekunnissa Euroopassa), nopealla kameralla, voidaan pitää teräväpiirtona joissakin yhteyksissä. Jotkut teräväpiirtovideoihin kuvatut televisiosarjat näyttävät siltä, ​​kuin ne olisi kuvattu elokuvalle , tekniikkaa, joka tunnetaan usein elokuvana .

Historia

Ensimmäinen sähköinen skannausmuoto, 405 riviä , oli ensimmäinen "teräväpiirto" -televisiojärjestelmä, koska sen korvaamia mekaanisia järjestelmiä oli paljon vähemmän. Vuodesta 1939 lähtien Eurooppa ja Yhdysvallat kokeilivat 605- ja 441 -linjoja, kunnes vuonna 1941 FCC valtuutti 525 Yhdysvaltoihin. Sodan aikana Ranskassa René Barthélemy testasi korkeampia resoluutioita, jopa 1042. Vuoden 1949 lopulla Ranskan viralliset lähetykset alkoivat lopulta 819: llä . Vuonna 1984 tästä standardista luovuttiin kuitenkin 625-rivisen värin osalta TF1- verkossa.

Analoginen

Nykyaikaiset HD-tekniset tiedot ovat peräisin 1980-luvun alkupuolelta, jolloin japanilaiset insinöörit kehittivät HighVision 1125-rivisen lomitetun TV-standardin (jota kutsutaan myös MUSE- standardiksi ), joka toimii 60 kuvaa sekunnissa. Sony HDVS järjestelmä esiteltiin kansainvälisessä kokouksessa televisio insinöörien Algerissa , huhtikuusta 1981 Japanin NHK esitteli analoginen teräväpiirtotelevision (HDTV) järjestelmän sveitsiläinen konferenssissa vuonna 1983.

NHK -järjestelmä standardoitiin Yhdysvalloissa elokuva- ja televisioinsinöörien yhdistyksen (SMPTE) standardiksi #240M 1990 -luvun alussa, mutta hylättiin myöhemmin, kun se korvattiin analogisella DVB -standardilla. HighVision -video on edelleen käyttökelpoinen HDTV -videonsiirtoon, mutta tämän toiminnon suorittamiseen ei ole juuri nykyaikaisia ​​laitteita. Yritykset toteuttaa HighVision 6 MHz: n lähetyskanavana olivat enimmäkseen epäonnistuneita. Kaikki yritykset käyttää tätä muotoa maanpäällisessä TV-lähetyksessä lopetettiin 1990-luvun puoliväliin mennessä.

Eurooppa kehitti HD-MAC: n (1250 riviä, 50 Hz), joka on analogisten/digitaalisten hybridivideostandardien MAC- perheen jäsen ; se ei kuitenkaan koskaan noussut maanpäälliseksi videolähetysmuodoksi. HD-MAC ei ole koskaan nimetty videonsiirtoon paitsi Euroopan yleisradioliitto .

Digitaalinen

HD- digitaalinen video ei ollut mahdollista pakkaamatonta videota , koska epäkäytännöllisen suuri muisti ja kaistanleveyden vaatimukset, jossa bittinopeus on suurempi kuin 1 Gbit / s varten koko HD- videota. Digitaalisen HDTV: n mahdollisti diskreetin kosinimuunnoksen (DCT) videopakkaus . DCT on häviöllinen pakkaustekniikka , jonka Nasir Ahmed ehdotti ensimmäisen kerran vuonna 1972 ja jota myöhemmin mukautettiin liikekompensoituun DCT-algoritmiin videokoodausstandardeille , kuten H.26x- muodoille vuodesta 1988 alkaen ja MPEG- muodoille vuodesta 1993 lähtien. Liikekompensoitu DCT-pakkaus pienensi merkittävästi digitaalivideolle tarvittavaa muistia ja kaistanleveyttä, mikä kykenee saavuttamaan noin 100: 1 tiedon pakkaussuhteen verrattuna pakkaamattomaan videoon. 1990 -luvun alkuun mennessä DCT -videopakkaus oli laajalti otettu käyttöön HDTV: n videokoodausstandardina.  

Pohjois-Amerikan nykyiset teräväpiirtovideostandardit kehitettiin kehittyneen televisioprosessin aikana, jonka Federal Communications Commission aloitti vuonna 1987 amerikkalaisten lähetystoiminnan harjoittajien pyynnöstä. Pohjimmiltaan 1980 -luvun loppu oli kuolema useimmille siihen asti kehittyneille analogisille teräväpiirtotekniikoille.

FCC-prosessi, jota johtaa Advanced Television Systems Committee (ATSC), otti käyttöön erilaisia ​​standardeja lomitetusta 1080-rivisestä videosta (alkuperäisen analogisen NHK 1125/30 Hz -järjestelmän tekninen jälkeläinen), jonka maksimikuvataajuus on 30 Hz, ( 60 kenttää sekunnissa) ja 720-rivinen video, progressiivisesti skannattu, enintään 60 Hz: n kuvataajuudella. Lopulta DVB -resoluutiostandardi (1080, 720, 480) ja vastaavat kuvataajuudet (24, 25, 30) hyväksyttiin yhdessä eurooppalaisten kanssa, jotka olivat myös mukana samassa standardointiprosessissa. FCC hyväksyi virallisesti ATSC -lähetysstandardin vuonna 1996 (joka sisälsi sekä HD- että SD -videostandardit ).

2000 -luvun alussa näytti siltä, ​​että DVB olisi videostandardi pitkälle tulevaisuuteen. Sekä Brasilia että Kiina ovat kuitenkin hyväksyneet vaihtoehtoisia standardeja teräväpiirtovideoille, jotka estävät yhteentoimivuuden, jota toivottiin vuosikymmenien pitkälti ei-yhteensopivan analogisen TV-lähetyksen jälkeen.

Tekniset yksityiskohdat

Tämä kaavio näyttää yleisimmät näytön resoluutiot , ja kunkin tarkkuustyypin väri osoittaa näytön suhteen (esim. Punainen ilmaisee 4: 3 -suhteen)

Teräväpiirtovideo (esitallennettu ja lähetetty) määritellään kolminkertaisesti seuraavasti:

• Rivien määrä pystysuorassa näytön tarkkuudessa . Teräväpiirtotelevision (HDTV) resoluutio on 1080 tai 720 riviä. Sitä vastoin tavallinen digitaalitelevisio (DTV) on 480 viivaa (johon NTSC perustuu, 480 näkyvää skannauslinjaa 525: stä) tai 576 riviä (johon PAL/SECAM perustuu, 576 näkyvää skannauslinjaa 625: stä). Kuitenkin, koska HD lähetetään digitaalisesti, sen käyttöönotto sattuu joskus DTV: n käyttöönoton kanssa. Lisäksi nykyinen DVD-laatu ei ole teräväpiirto, vaikka HD-levyjärjestelmät Blu-ray Disc ja HD DVD ovat.
• Skannausjärjestelmä: progressiivinen skannaus (p) tai lomitettu skannaus (i) . Progressiivinen skannaus (p) piirtää uudelleen kuvakehyksen (kaikki sen viivat) päivitettäessä jokaista kuvaa, esimerkiksi 720p/1080p. Lomitettu skannaus (i) piirtää kuvakentän joka toinen rivi tai "parittomat" rivit ensimmäisen kuvan päivitystoiminnon aikana ja piirtää sitten loput "parilliset" viivat toisen päivityksen aikana, esimerkiksi 1080i. Lomitettu skannaus tuottaa kuvan tarkkuuden, jos kohde ei liiku, mutta menettää jopa puolet resoluutiosta ja kärsii "kampaavista" esineistä kohteen liikkuessa.
• Kehysten tai kenttien määrä sekunnissa ( Hz ). Euroopassa yleisempi (50 Hz) televisiolähetysjärjestelmä ja Yhdysvalloissa (60 Hz) . 720p60 -muoto on 1280 × 720 pikseliä , progressiivinen koodaus 60 kuvaa sekunnissa (60 Hz). 1080i50/1080i60 -muoto on 1920 × 1080 pikseliä, lomitettu koodaus 50/60 -kentillä (50/60 Hz) sekunnissa. Kaksi lomitettua kenttää muodostavat yhden kehyksen, koska yhden kehyksen kaksi kenttää siirtyvät ajallisesti. Kehyksen alasveto ja segmentoidut kehykset ovat erityisiä tekniikoita, jotka mahdollistavat täyden kuvan lähettämisen lomitetun videovirran avulla.

Usein taajuus päätellään kontekstista, jonka oletetaan yleensä olevan joko 50 Hz (Eurooppa) tai 60 Hz (USA), paitsi 1080p , joka tarkoittaa 1080p24, 1080p25 ja 1080p30, mutta myös 1080p50 ja 1080p60.

Frame tai Kenttien määrää voidaan myös määritellä ilman päätöslauselmaa. Esimerkiksi 24p tarkoittaa 24 progressiivista skannauskehystä sekunnissa ja 50i 25 progressiivista kuvaa sekunnissa, joka koostuu 50 lomitetusta kentästä sekunnissa. Useimmat HDTV -järjestelmät tukevat joitakin vakiotarkkuuksia ja kehys- tai kenttätaajuuksia. Yleisimmät on mainittu alla. Teräväpiirtosignaalien katseluun tarvitaan teräväpiirtotelevisio tai tietokoneen näyttö. Teräväpiirtovideon kuvasuhde on 16: 9 (1,78: 1). Nykyään tavallisten laajakuvaelokuvien kuvasuhde on tyypillisesti 1,85: 1 tai 2,39: 1 (joskus perinteisesti 2,35: 1). Vakiotarkkuuden television (SDTV) kuvasuhde on 4: 3 (1.33: 1), vaikka viime vuosina monet lähetystoiminnan harjoittajat ovat lähettäneet vaakasuunnassa "puristettuja" ohjelmia anamorfisessa muodossa 16: 9 , toivoen, että katsojalla on 16: 9 sarja, joka venyttää kuvan normaaliin ulottuvuuteen, tai sarja, joka "liisuttaa" kuvan pystysuoraan ja näyttää "kirjelaatikkokuvan" näkymän jälleen oikeilla mittasuhteilla.

Yleisiä teräväpiirtovideotiloja

Erittäin teräväpiirtovideotilat

Huomautus: ¹ Kuva on joko kehys tai lomitetun skannauksen yhteydessä kaksi kenttää (EVEN ja ODD).

Lisäksi on vähemmän yleisiä, mutta silti suosittuja UltraWide -tarkkuuksia, kuten 2560 × 1080p (1080p UltraWide). Joihinkin näistä on myös WQHD+ -vaihtoehto.

HD -sisältöä

Teräväpiirtolähteitä ovat maanpäällinen lähetys, suora lähetyssatelliitti, digitaalinen kaapeli, teräväpiirtolevy ( BD ), digitaalikamerat, Internetistä ladattavat videopelikonsolit.

• Useimmat tietokoneet kykenevät teräväpiirtotarkkuuteen tai suurempaan resoluutioon VGA- , DVI- , HDMI- ja/tai DisplayPort -liitännän kautta .
• Optisen levyn standardi Blu-ray-levy voi tarjota tarpeeksi digitaalista tallennustilaa HD-videosisällön tallennukseen. Digitaaliset monipuoliset levyt tai DVD-levyt (joiden yksi kerros on 4,7 Gt tai kaksikerroksinen 8,5 Gt) eivät aina vastaa nykypäivän teräväpiirtosarjojen (HD) haasteita. HD-elokuvien tallentaminen ja toistaminen vaatii levyn, joka sisältää enemmän tietoa, kuten Blu-ray-levyn (jossa on 25 Gt: n yksikerroksinen muoto ja 50 Gt: n kaksikerroksisen levyn) tai nyt käytöstä poistettujen teräväpiirtoisten digitaalisten monilevyjen (HD DVD -levyt) mahtui 15 Gt tai 30 Gt yhden ja kahden kerroksen muunnelmissa.

Blu-ray-levyjä ovat yhdessä kehittäneet yhdeksän kumppania, mukaan lukien Sony ja Phillips (jotka yhdessä kehittivät CD-äänilevyjä) ja Pioneer (joka kehitti oman laserlevynsä aiemmin menestyksekkäästi). HD-DVD-levyt ovat pääasiassa Toshiban ja NEC: n kehittämiä, ja niitä tukevat Microsoft, Warner Bros., Hewlett Packard ja muut. 19. helmikuuta 2008 Toshiba ilmoitti luopuvansa muodosta ja lopettavan HD-DVD-soittimien ja -asemien kehittämisen, markkinoinnin ja valmistuksen.

Tallennettujen medioiden tyypit

Elokuvan projisoinnissa käytettävä korkean resoluution valokuvaelokuva valotetaan nopeudella 24 kuvaa sekunnissa, mutta yleensä heijastetaan 48 nopeudella, jolloin jokainen kuva projisoidaan kahdesti ja minimoi välkkymisen. Yksi poikkeus tähän oli Kanadan National Film Boardin vuoden 1986 lyhytelokuva Momentum , joka kokeili lyhyesti sekä kuvaamista että heijastamista 48 kuvan sekuntinopeudella IMAX HD -prosessissa .

Käytettävissä olevan kaistanleveyden sekä kuvan yksityiskohtien ja liikkeen määrästä riippuen optimaalinen videonsiirtomuoto on joko 720p24 tai 1080p24. Kun elokuva esitetään televisiossa PAL -järjestelmän maissa, se on projisoitava 25 kuvaa sekunnissa nopeuttamalla sitä 4,1 prosenttia. NTSC-standardimaissa projisointinopeus on 30 kuvaa sekunnissa käyttäen tekniikkaa, jota kutsutaan 3: 2-alasvetoksi. Yksi elokuvakehys pidetään kolmella videokentällä (1/20 sekuntia) ja seuraava kahdella videokentällä (1/30 sekuntia) ja sitten prosessi toistetaan, jolloin saavutetaan oikea elokuvan projisointinopeus kaksi elokuvakehystä näytetään sekunnin kahdestoistaosassa.

Vanhemmat (ennen HDTV: tä) tallenteet videonauhalle, kuten Betacam SP, ovat usein joko muodossa 480i60 tai 576i50. Ne voidaan muuntaa korkeamman resoluution muotoon, mutta lomituksen poistaminen vastaamaan yleistä 720p -muotoa voi vääristää kuvaa tai vaatia suodatusta, mikä todella pienentää lopputuloksen resoluutiota.

Ei-elokuvamaiset HDTV-videotallenteet tallennetaan joko 720p- tai 1080i- muodossa. Lähetystoiminnan harjoittaja asettaa käytettävän muodon (jos kyseessä on televisiolähetys). Yleensä 720p on tarkempi nopealla toiminnolla, koska se skannaa asteittain kehyksiä 1080i: n sijasta, joka käyttää lomitettuja kenttiä ja voi siten heikentää nopeiden kuvien resoluutiota.

720p: tä käytetään enemmän teräväpiirtovideon Internet-jakeluun, koska tietokonenäytöt skannaavat asteittain; 720p-videolla on pienemmät tallennustilan dekoodausvaatimukset kuin joko 1080i: llä tai 1080p: llä. Tämä on myös väline teräväpiirtolähetyksille ympäri maailmaa ja 1080p käytetään Blu-ray- elokuvissa.

HD elokuvissa

Elokuvalla välineenä on luontaisia ​​rajoituksia, kuten vaikeuksia katsella materiaalia tallennuksen aikana, ja sillä on muita ongelmia, jotka johtuvat huonosta elokuvan kehityksestä/käsittelystä tai huonoista seurantajärjestelmistä. Koska tietokoneella tai tietokoneella muokattuja kuvia käytetään elokuvissa yhä enemmän ja että kuvasarjojen muokkaaminen tapahtuu usein digitaalisesti, jotkut ohjaajat ovat kuvanneet elokuvansa HD-muodossa huippuluokan digitaalisten videokameroiden avulla. Vaikka HD -videon laatu on erittäin korkea SD -videoon verrattuna, ja se tarjoaa parannetut signaali/kohinasuhteet vertailukelpoiseen herkkyyskalvoon verrattuna, elokuva pystyy edelleen ratkaisemaan enemmän yksityiskohtia kuin nykyiset HD -videoformaatit. Lisäksi joillakin elokuvilla on laajempi dynaaminen alue (kyky ratkaista äärimmäiset pimeät ja vaaleat alueet) kuin parhailla HD -kameroilla. Näin ollen vakuuttavimmat perustelut HD: n käyttöön ovat tällä hetkellä elokuvakantojen kustannussäästöt ja helppo siirto erikoistehosteiden muokkausjärjestelmiin.

Valotetun kuvan koko voi vaihdella suuresti riippuen elokuvan kuvausvuodesta ja -muodosta. Koot vaihtelevat jopa 24 mm × 36 mm: stä VistaVision / Technirama 8 -rei'ityskameroissa (sama kuin 35 mm: n still -valokuvafilmeissä) aina 18 mm × 24 mm: n läpi Silent Films- tai Full Frame 4 -rei'ityskameroissa jopa 9 mm: n kokoisiin × 21 mm Academy Sound Aperture -kameroissa, jotka on muokattu Techniscope 2 -rei'itysmuotoa varten. Elokuvia tuotetaan myös käyttämällä muita kalvomittareita , mukaan lukien 70 mm: n filmit (22 mm × 48 mm) tai harvoin käytetyt 55 mm: n ja CINERAMA .

Neljä suurta elokuvamuotoa tarjoavat pikselitarkkuuden (pikseliä millimetriä kohden laskettuna) suunnilleen seuraavasti:

• Academy Sound (Äänielokuvat ennen vuotta 1955): 15 mm × 21 mm (1,375) = 2160 × 2970
• Akatemiakamera US -laajakuva: 11 mm × 21 mm (1,85) = 1605 × 2970
• Nykyinen anamorfinen Panavision ("laajuus"): 17,5 mm × 21 mm (2,39) = 2485 × 2970
• Super-35 anamorfisille tulosteille: 10 mm × 24 mm (2,39) = 1420 × 3390

Näytteitä valmistettaessa tämä negatiivi kopioidaan toiselle filmille (negatiivinen → interpositiivinen → internegatiivinen → tulostus), jolloin resoluutio pienenee jokaisen emulsion kopiointivaiheen aikana ja kun kuva kulkee linssin läpi (esimerkiksi projektori). Monissa tapauksissa resoluutio voidaan pienentää 1/6: een alkuperäisen negatiivin resoluutiosta (tai huonompaan). Huomaa, että 70 mm: n kalvon tarkkuusarvot ovat korkeammat kuin yllä luetellut.

HD World Wide Webissä/HD -suoratoisto

Useat online -videoiden suoratoisto-/tilauspalvelut ja digitaaliset latauspalvelut tarjoavat HD -videota, kuten YouTube , Vimeo , dailymotion , Amazon Video On Demand , Netflix Watch Instantly , Hulu , HBO Max ja muut. Vahvan pakkauksen vuoksi näiden formaattien tuottamat kuvan yksityiskohdat ovat paljon alhaisemmat kuin HD-lähetysten, ja usein jopa huonompia kuin DVD-Video (3-9 Mbit/s MP2), joka on skaalattu samaan kuvakokoon. Seuraavassa on kaavio lukuisista online -palveluista ja niiden HD -tarjonnasta:

World Wide Web HD -tarkkuudet

HD videovalvonnassa

2000 -luvun lopulta lähtien huomattava määrä turvakameroiden valmistajia on alkanut tuottaa HD -kameroita. Korkean resoluution, väritarkkuuden ja kuvataajuuden tarve on tarkka valvontaa varten, jotta voidaan varmistaa, että videolähdön laatu on hyväksyttävä standardi, jota voidaan käyttää sekä ennaltaehkäisevään valvontaan että todistustarkoituksiin.

Vaikka HD -kamerat voivat olla erittäin tehokkaita sisätiloissa, erityiset teollisuudenalat, joissa on ulkoilmaa, vaativat tarvetta tuottaa paljon korkeampia resoluutioita tehokkaaseen peittoon. Aina kehittyvä kuva-anturitekniikka antoi valmistajille mahdollisuuden kehittää 10-20 MP: n tarkkuudella kameroita, joista on tullut tehokkaita välineitä suurempien alueiden seurantaan.

Turvakameroiden resoluution lisäämiseksi jotkut valmistajat ovat kehittäneet monianturisia kameroita. Näissä laitteissa useat anturi-linssiyhdistelmät tuottavat kuvia, jotka myöhemmin yhdistetään kuvankäsittelyn aikana . Nämä turvakamerat pystyvät tuottamaan jopa satoja megapikseleitä liikkuvaan kuvataajuuteen.

Tällaiset suuret resoluutiot vaativat kuitenkin erityisiä tallennus-, tallennus- ja myös videovirtaustekniikoita.

HD videopeleissä

Sekä PlayStation 3 -pelikonsoli että Xbox 360 voivat lähettää natiivia 1080p: tä HDMI- tai komponenttikaapeleiden kautta, mutta järjestelmissä on vain vähän pelejä, jotka näkyvät 1080p: ssä; Useimmat pelit toimivat vain alkuperäisellä nopeudella 720p tai vähemmän, mutta ne voidaan skaalata 1080p: ksi. Wii voi tuottaa jopa 480p ( tehostettu-määritelmä ) yli komponentti, joka taas ei HD, on erittäin hyödyllinen HDTV koska se välttää de-lomitusartefakteja. Wii voi myös lähettää 576i ja 576p PAL -alueilla.

Visuaalisesti natiivi 1080p tuottaa terävämmän ja selkeämmän kuvan kuin parannettu 1080p. Vaikka vain muutamilla peleillä on 1080p: n alkuperäinen resoluutio , kaikkia Xbox 360: n ja PlayStation 3: n pelejä voidaan skaalata tähän resoluutioon asti. Xbox 360- ja PlayStation 3 -pelit on merkitty pakkauksen takana olevaan resoluutioon.

Yleensä PC -pelejä rajoittaa vain näytön resoluutio. Ajurit pystyvät tukemaan erittäin korkeita resoluutioita riippuen näytönohjaimen piirisarjasta. Monet pelimoottorit tukevat resoluutioita 5760 × 1080 tai 5760 × 1200 (tyypillisesti saavutetaan kolmella 1080p-näytöllä usean näytön asetuksissa), ja lähes kaikki näyttävät vähintään 1080p-tarkkuuden. 1440p ja 4K ovat tyypillisesti tuettuja resoluutioita myös PC -peleissä.

Tällä hetkellä kaikki konsolit, Nintendon Wii U ja Nintendo Switch , Microsoftin Xbox One ja Sonyn PlayStation 4 -näyttöpelit ovat 1080p: n alkuperäisiä. Nintendo Switch on epätavallinen tapaus, koska se on hybridi luonteeltaan sekä kotikonsolina että kämmenlaitteena: sisäänrakennettu näyttö näyttää pelit enintään 720p: n tarkkuudella, mutta konsoli voi näyttää luonnollisesti kuvia 1080p: n ollessa telakoituna. PlayStation 4 pystyy näyttämään 4K -muodossa, tosin vain kuvien näyttämiseen.

Katso myös

• ATSC -viritin
• Digitaalinen videolähetys (DVB)
• DTV -kanavan suojaussuhteet
• HD valmis
• HDTV -tulo ja väriavaruus ( YPbPr / YCbCr )
• Integroitujen palvelujen digitaalinen lähetys
• Yhdysvaltain liittovaltion standardi 1037C
• Aaltomuodon näyttö

Viitteet

Lue lisää

• "HDTV -kuvien formaatit" (PDF) . (549  KiB ) , artikkeli EBU: n teknisestä katsauksesta.
• "Teräväpiirto Euroopalle - progressiivinen lähestymistapa" (PDF) . (207  KiB ) , artikkeli EBU: n teknisestä katsauksesta.
• "Teräväpiirtokuvakuvat (HD) televisiotuotantoa varten" (PDF) . (117  KiB ) , EBU: n tekninen raportti
• "Digitaalinen maanpäällinen HDTV -lähetys Euroopassa" (PDF) ., EBU: n tekninen raportti

Ulkoiset linkit

• ATSC