dtcinema

Назад
Вперёд
Группа в контакте
F.A.Q.
О журнале
Главная
Контакты
Карта сайта
Главная

15.11.08

ТВ высокой четкости и цифровой кинематограф

35-летняя история эволюционного развития цветного телевидения высокой четкости (ТВЧ), которая наиболее полно отражена в монографии проф. М.И. Кривошеева [1], началась с вклада Японии в 11-ю Исследовательскую комиссию МККР [там же]. Ставилась задача, чтобы зритель с нормальной остротой зрения1 при наблюдении ТВЧ-изображения и исходной сцены с расстояния трех высот экрана (ЗН) давал бы примерно одинаковую оценку их субъективной четкости. (В соответствии с этим определением стандарт 720р не может считаться стандартом ТВЧ [там же].) Указывалось также, что формат кадра должен быть в пределах от 5:3 до 2:1

С целью консолидации международных усилий по разработке единого стандарта ТВЧ с учетом его многофункциональности был подготовлен проект нового отчета "Глобальный подход к ТВЧ" [2]. К этому времени были предложены два варианта системы ТВЧ. Проект первой рекомендации по студийному стандарту 1125/60 поступил в МККР в 1985 г. от Канады, Японии и США [3]. Бельгия, Франция, ФРГ, Италия, Нидерланды и Великобритания предложили проект европейской студийной системы 1250/50 двумя годами позже [4].

Заметным событием в становлении ТВЧ стало проведение международных сравнительных испытаний конкурирующих чересстрочных систем 1125/60 и 1250/50, проведенных по инициативе Г.З. Юшкявичюса, в то время заместителя Председателя Гос-телерадио СССР, в Московском испытательном центре (ВНИИТР, 1990) [5, 6]. Испытания показали, что при очень высоком субъективном качестве неподвижных изображений, формируемых в обеих системах, получаемые оценки для системы 1125/60 систематически превышали соответствующие оценки для системы 1250/50 приблизительно на половину балла шкалы качества МККР. Объяснить этот факт можно тем, что наблюдателей, вероятно, несколько раздражало мерцание больших ярких участков изображения, обновляемого с частотой 50 Гц. Следует отметить, что этот дефект обнаруживается только при прямом сравнении 50- и 60-Гц изображений. Европейцы обычно привыкают к такому мерцанию, тем более, что в продаже имеются 100-Гц телевизоры.

 

"Лев и обезьяна"

Сравнение двух систем с использованием крупногабаритной диорамы, внутри которой размещались реальные объемные предметы ("Цветы", "Модель яхты", "Лев и обезьяна") [6], позволило сделать парадоксальный вывод: приведенное выше определение ТВЧ теряет всякий смысл в случае наблюдения достаточно близких трехмерных объектов. Наделенный механизмом стереоскопического восприятия человек безошибочно отличает такую натуру от ТВ-изображения, что делает их сравнение по качеству невозможным. Удаление диорамы от кабины наблюдателя на 6 м позволило почти полностью подавить стереоэффект и провести испытания. Можно ожидать, что указанное определение ТВЧ будет "реабилитировано" в стереотелевидении.

Важной вехой стало появление первой редакции Рекомендации ITU-R ВТ.709 "Значения параметров ТВЧ для производства и международного обмена программами" [7], принятой XVII Пленарной ассамблеей МККР в 1990 г. 9 лет понадобилось на то, чтобы в результате многочисленных и бурных обсуждений в МСЭ в 1999 г. была принята третья редакция ВТ.709-3, подробно описанная в совместной работе с М.И. Кривошеевым [8]. Все разрешенные для применения стандарты (1080/24/1:1, 1080/25/1:1, 1080/30/1:1, 1080/50/1:1, 1080/60/1:1, 1080/50/2:1 и 1080/60/2:1) основаны на "едином формате изображения ТВЧ" (HD-CIF), предусматривающем 1080 активных строк в кадре с 1920 отсчетами в активной части строки. Формат 16:9 означает формирование квадратной структуры отсчетов, то есть квадратных элементов изображения (пикселей) на экране.

В рекомендации приняты следующие координаты цветности (МКО, 1931) основных цветов: красный х = 0,640 и y = 0,330; зеленый х = 0,300 и y = 0,600; синий х = 0,150 и y = 0,060. Для опорного белого D65 х = 0,3127 и y = 0,3290.

Соответствующий цветовой треугольник отмечен синими квадратами на рис. 1 [9]. Кодируются сигналы R, G, В (или CR, CB), сигнал каждого источника подвергается гамма-коррекции согласно следующим выражениям: V = 1,099 L0,45 - 0,099 при 1 ≥ L ≥0,018 или V = 4,500 L при 0,018 > L ≥ 0, где L - яркость изображения, причем 0 ≤ L ≤ 1, а V - соответствующий сигнал.

На рис. 2 показана характеристика передачи оптоэлектронного преобразования источника с учетом гамма-коррекции (синяя кривая). Масштаб рисунка не позволяет показать линейную часть этой кривой, которая заметно улучшает передачу градаций в области наиболее темных участков изображения с яркостью менее 1,8%.

Применяется линейное кодирование с разрядностью 10 бит (или 8 бит) для всех сигналов, причем шкала квантования используется неполностью: при 10-битном кодировании от уровня 64 при передаче черного до уровня 940 при передаче сигнала с номинальным максимальным уровнем.

На основе Рекомендации ВТ.709-3 промышленность в короткие сроки создала базовое оборудование (теле- и видеокамеры, видеомагнитофоны, видеосерверы, видеомикшеры, знакогенераторы, аппаратуру видеоэффектов, видеомониторы, видеопроекторы, контрольно-измерительную аппаратуру и др.) и законченные комплексы, что позволило начать не только производство программ для телевидения, но и съемку художественных фильмов для кинопроката.

 

Достаточно вспомнить нашумевший фильм "Звездные войны: Эпизод П. Атака клонов" Джорджа Лукаса (2002 г.), кассовый сбор которого достиг почти S310 млн в США и около S339 млн в других странах. Лукас пользовался специализированной съемочной системой CineAlta, разработанной на основе 24-Гц видеокамеры HDCAM HDW-F900 Sony [10], существенно переделанной фирмой Panavision. (Следует отметить, что цифровым способом снимались только сцены с участием актеров, а значительная его часть была создана методами компьютерной анимации.) Прежде всего, встала задача механического сопряжения с корпусом камеры новых объективов Panavision серии Primo Digital, специально разработанных для проекта "Эпизод П". Камера была укомплектована двумя вариообъективами с диапазоном 4:1 и 11:1 (F1.6), которые использовались при съемке большинства кадров, и ультрасветосильным (F1.5) дискретным широкоугольным объективом. Эти нестандартные объективы Panavision позволили улучшить качество изображения, формируемого 17-мм матрицами HDWF900. Это было просто необходимо, поскольку Лукас запланировал распространять прокатные фильмокопии формата 2,40:1, поэтому из 1080 строк ТВЧ-изображения формата 1,78:1 на широкий экран проецируются только 800 строк. Panavision снабдила видеокамеру Sony новым видоискателем и широким набором кинематографических аксессуаров, для чего потребовалось установить сверху и снизу корпуса дополнительные крепежные элементы.

 

Несмотря на шумный успех проекта "Эпизод П", во многом обусловленный новизной события, Голливуд не "клюнул" на пионерский почин Лукаса. Окончились неудачей и его попытки убедить владельцев кинотеатров установить цифровые проекторы для более качественного показа фильма, так как откликнулись лишь немногие. Многие кинематографисты открыто выражали сомнение в пригодности ТВЧ-видеокамеры HDW-F900 для цифрового фильмопроизводства высшей категории. Изучение технических характеристик этой камеры убеждает в обоснованности их сомнений.

 

Действительно, стандарт HDCAM предусматривает запись на ленту только 1440 из 1920 отсчетов исходного изображения (перед записью используется передискретизация 4:2:2/3:1:1), подвергнутого значительному внутрикадровому сжатию (7:1) с использованием 8-бит дискретного косинусного преобразования (ДКП). При воспроизведении формат 1920x1080 и структура дискретизации 4:2:2 восстанавливаются, но четкость изображения, очевидно, остается пониженной. Можно предположить, что Лукасу пришлось смириться с этим дефектом HDW-F900, поскольку в период съемки фильма "Атака клонов" других ручных ТВЧ-видеокамер не было; кроме того, он вряд ли мог отказаться от проекта стоимостью $120 млн. Съемку фильма "Эпизод III. Месть Ситхов" Лукас осуществил улучшенной камерой HDW-F950 с внешним видеомагнитофоном, способным записывать полноценное изображение формата 1920x1080.

Из многочисленных обзорных публикаций в основных отраслевых и тематических изданиях о ТВЧ известно, что в последние годы ТВ-индустрия достигла больших успехов в создании телекамер нового поколения, в том числе RGB-кинотелекамер с разрешением 4K (4096 х 2160 отсчетов) и логарифмическим 10-бит квантованием. Тем не менее Голливуд продолжал предъявлять ряд принципиальных претензий к технологии киносъемки с помощью ТВ-техники, одна из которых - ограниченный цветовой охват, регламентированный в Рекомендации 709. С целью разработки добровольно принимаемых единых спецификаций для цифрового кинематографа (ЦКМ) ведущие кинокомпании Disney, Metro Goldwyn Mayer (MGM), Paramount Pictures, Sony Picture Entertainment, Universal Studios и Warner Bros. создали в марте 2002 г. временное объединение Digital Cinema Initiatives, DCI ("Инициативы цифрового кинематографа"), причем каждая из них внесла S1 млн. Стандартизацией ЦКМ занимаются также Комитет DC28 SMPTE "Технология цифрового кинематографа", Европейский форум по цифровому кинематографу (EDCF), Национальная ассоциация владельцев кинотеатров (NATO), Американское общество кинематографистов (ASC) и Международная организация по стандартизации (ISO).

 

Само определение понятия "цифровой кинематограф" до сих пор вызывает дискуссии. По мнению автора, наиболее удачное определение предложил проф. Д. Монк из университета City University London: "Цифровой кинематограф - это название технологии и оборудования, которые творческие киностудии считают приемлемыми для премьерного показа фильмов". При этом он имел в виду не только компании, создавшие объединение DCI, но и некоторые крупные европейские кинокомпании. Премьерные фильмы обычно демонстрируются в элитных кинотеатрах с очень большими экранами (самый большой экран шириной 30,6 м находится в Новой Зеландии), и в этих условиях к качеству проецируемого изображения предъявляются особо высокие требования. Поэтому можно понять озабоченность кинокомпаний, создающих многомиллионные блокбластеры.

 

Основные понятия

20 июля 2005 г. была принята знаменитая теперь "Спецификация системы цифрового кинематографа", а после устранения 148 неточностей и ошибок 12 апреля 2007 г. появилась вторая редакция этого документа [11]. Необходимо определить ряд терминов, используемых в этих документах. Отечественная терминология в данной области еще не разработана, однако уместно предложить эквиваленты двух оригинальных терминов, имеющих отношение к тематике данной статьи. Это Digital Source Master (DSM) - "продукт (мастер) цифрового источника", создаваемый на этапе постпроизводства, в спецификации DCI никак не регламентируется, поскольку является прерогативой поставщика контента, и Digital Cinema Distribution Master (DCDM) - "распределяемый продукт (мастер) ЦКМ", формируемый из DSM. Именно DCDM представляет интерес для сравнения изображений ТВЧ и ЦКМ.

В таблице "Структура изображения" спецификации DCI (VI.1) указаны 3 уровня разрешения (принимается, что каждый пиксель содержит три компонента).

Как указывалось выше, Рекомендация 709-3 предусматривает применение только одного формата изображения - 1920x1080 пикселей, термин "отсчет" заменен на составной термин "пиксель" (что корректно только в случае кодирования сигналов R, G, В) для удобства сравнения телевизионного с киноизображением; ТВ-пискели также имеют формат 1:1. Как следует из таблицы, изображение уровня 2 вполне можно преобразовать в изображение ТВЧ-стандарта 1080р/50, если прибегнуть к ускоренному воспроизведению киноматериала. Возникающий при этом нежелательный эффект повышения основного тона (pitch) на 4% можно устранить с помощью процессора Dolby.

В спецификации DCI приняты нереальные, аппаратно-независимые основные цвета X, Y и Z с координатами цветности (МКО-1931) х = 1,0000 и y = 0,0000, х = 0,0000 и y = 1,0000 и х = 0,0000 и y = 0,0000 соответственно. Кроме опорного белого D65 могут использоваться D55 и D61. Сигналы X, Y, Z подвергаются гамма-коррекции с показателем 1/2,6 согласно выражениям:

Здесь: 4095 - максимальный уровень квантования при 12-битном кодировании, принятом для всех трех цветовых сигналов (таким образом, каждому пикселю выделяется 36 бит), шкала квантовая используется полностью; 52,37 - пиковый уровень яркости киноэкрана в единицах кд/м2, установленный выше нормированного уровня 48 кд/м2 (SMPTE Standard), чтобы можно было выбрать другое опорное белое - D55или D61; INT - оператор, округляющий дробную часть преобразования, превышающую 0,5: при половинной яркости 26,185 кд/м2 получаем CVYy' = 3136,70112 -округленный уровень квантования 3137. Линейные сигналы X, Y, Z формируют из входных нелинейных R', G', В' в два этапа: сначала они подвергаются дегаммированию с показателем 2,6, а затем - линейному матричному преобразованию с помощью табличных преобразователей (Look Up Tables).

Цифровое представление гамма-коррекции можно условно заменить аналоговым вида V - L1/2,6 и отобразить для сравнения соответствующую зависимость на рис. 2 (красная кривая).

На современном этапе развития ЦКМ в кинотеатрах применяют исключительно DLP-проекторы на микрозеркальных приборах (Digital Light Processing - цифровое управление светом), создающими на экране RGB-изображение с координатами цветности, отмеченными белыми квадратами на рис. 1. Как видно, DLP-проектор обеспечивает гораздо больший цветовой охват, чем предусматривает Рекомендация 709-3. Поскольку в цифровой кинотеатр тем или иным способом (физическая доставка на съемных накопителях, передача по спутниковым или кабельным линиям связи) поступают гаммированные сигналы X', У, Z', проектор должен иметь средства формирования негаммированных сигналов R, G, В. Для этого поступающие сигналы сначала дегаммируют: Х= (Х'У'\ У = (У)2'6, Z = (Z')2'6, а затем подвергают линейному матричному преобразованию вида:

Литература

  1. М.И. Кривошеев. Международная стандартизация цифрового телевизионного вещания. - М.: Научно-исследовательский институт радио (НИИР), 2006.-928 с: ил.
  2. CCIR. Draft new Report - A Global Approach to HDTV // Doc. 11/245, 12 November 1987.
  3. CCIR. Canada, Japan, United States of America. Draft Recommendation for the HDTV programmes //Doc. 11/236, 12 November 1985.
  4. CCIR. Belgium, France, Germany (Federal Republic of), Italy, Netherlands and United Kingdom. Draft Recommendation - Parameter values for a single world-wide high definition television standard for programme production and for the international exchange of HDTV programmes // Doc. 11/161, 30 October 1987.
  5. G.T. Waters, G. Barbieri, V. Khleborodov, D. Wood. Comparative evaluations of HDTV scanning standards // EBU Review - Technical, No. 244 (December 1990), pp. 196-206.
  6. B.A. Хлебородов. Сравнительные испытания чересстрочных стандартов ТВЧ 1125/60 и 1250/50 - ВНИИТР, 1990 г. // Телерадиовещение: Информ. бюл. / ОАО НИИТР. - 2004. № 2. С. 11.
  7. Recommendation ITU-R BT.709 "Parameter values for the HDTV standards for production and international programme exchange".
  8. М.И. Кривошеее, В.А. Хлебородов. Историческое решение для мирового телевидения, кинематографии и компьютерной индустрии // Техника кино и телевидения. 1999. № 9. С. 5.
  9. Understanding Digital Cinema. A Professional Handbook. Charles S. Swartz, Editor. - Oxford: Focal Press, 2005. - 327 p.
  10. Sony Digital Camcorder HDW-F900 // Brochure MK7351V2SMC02MAR, Sony Corporation, 2002.
  11. Digital Cinema System Specification, V1.1 // Digital Cinema Initiatives, LLC, 2007, 12 April.

1 Для указания нормальной остроты зрения в Европе используется обозначение "6/6". "Зрение 6/6" означает, что наблюдатель в шести метрах от таблицы видит те же строки, что и среднестатистический гражданин (в США нормируется расстояние 20 футов, отсюда обозначение "20/20" ).

Опубликовано: Журнал "Broadcasting. Телевидение и радиовещание" №4-2007

Необходимо зарегистрироваться