Радуга оптических форматов

width=350
Мысли, возникающие при взгляде на радужные блики лазерного диска, обычно связаны разве что с местом высоких технологий в нашей жизни. Однако в реальности за появлением и распространением очередного чуда, как правило, стоит замысловатое сплетение интересов политики, бизнеса, криминала и тех же технологий.

Сравнительно большая емкость лазерного диска определила его пригодность для записи цифрового видео [1], о чем и пойдет речь в этой статье. Сразу договоримся отделить физические форматы, которые отличаются главным образом плотностью записи, от логических - правил, определяющих, какая информация и в каком порядке записана и т. д. Исторически физические форматы можно разделить на группы LD, CD и DVD; логических - гораздо больше.

LD

Идея использовать лазер для записи и считывания информации возникла еще в 60-х годах. Но тогда отсутствовали необходимые технологии и, вероятно, спрос. А на практике все началось в 1972 году, когда Philips и МСА впервые продемонстрировали LaserDisc, а в 1978-м этот формат, известный также, как LV, появился на рынке.

Диск диаметром примерно 30 см вмещал на каждой стороне до часа видео, качество которого удалось перекрыть только много лет спустя, с появлением DVD. Более поздние выпуски включали еще и многоканальное звуковое сопровождение и субтитры.

К недостаткам LD можно отнести большие габариты, высокую цену, отсутствие меню. Вдобавок выяснилось, что диски подвержены процессу "лазерного гниения" - так называют окисление отражающего слоя. Однако долгое время LD были единственным выбором для желающих иметь видео высокого качества у себя дома.

CD

В 1982 году Philips и Sony создали спецификацию CD-Audio Red Book, ставшую стандартом IEC-908. Хотя содержание аудио-CD и было цифровым, CD-ROM появились только спустя три года, а сразу же вслед за ними - мультимедиа-форматы с элементами интерактивности, такие как CD-I и Photo-CD. С приходом CD-R стала возможна запись единичных копий прямо на ПК. Но реальной точкой отсчета эпохи цифрового видео на CD можно считать появление в 1993 году VideoCD - результат работы VideoCD-консорциума, в который вошли Philips, Sony, Matsushita и JVC.

Video CD

Формат MPEG-1 (www.computerra.ru/1998/36/10.html) был создан для экономного хранения и передачи видео VHS-качества в цифровой форме. CD-ROM пришелся очень кстати: на одном диске помещалось 650 Мбайт информации, что примерно соответствовало 74 минутам видео со стереозвуковым сопровождением при постоянной скорости считывания 1,1 Мбит/с.

Сравнительные характеристики некоторых типов VideoCD.
.

	SVCD	CVD	VCD 3.0	VCD 2.0	VCD 1.1
Формат видеокомпрессии	MPEG-2	MPEG-2	MPEG-1	MPEG-1	MPEG-1
Скорость считывания	переменная, 1,7-2,6 Мбит/с		постоянная, 1,1 Мбит/с	постоянная, 1,1 Мбит/с	постоянная, 1,1 Мбит/с
Стандарт	ISO13818	ISO11172-3
Минимальная скорость привода	2х CD	2х CD	1х CD	1х CD	1х CD
Время воспроизведения, мин.	45	45	74	74	74
Уровень интерактивности [2]	высокий	средний	высокий	средний	низкий
Разрешение, точек	NTSC:480x480 PAL: 480x576	NTSC:480x480 PAL: 480x576	NTSC: 352x240 PAL: 352x288	NTSC: 352x240 PAL: 352x288	NTSC: 352x240 PAL: 352x288
Формат изображения	4:3/16:9	4:3	4:3	4:3	4:3
API	Поддержка JAVA		Поддержка JAVA

Преимущества перед кассетами очевидны: произвольный доступ в любую точку, небольшие габариты, качество, не зависящее от количества воспроизведений и порядкового номера копии. Особенно тепло VCD приняли в азиатских странах, в частности, в Китае. Считается, что в значительной степени этому способствовал разгул видеопиратства, хотя легальных дисков было выпущено тоже немало.

SVCD, или опыт китайских товарищей

Как ни хорош оказался VCD, качество все-таки оставляло желать лучшего. К 1997 году разошлись десятки миллионов видеоплейеров, был бы спрос и на устройства нового поколения. И с появлением стандарта MPEG-2 возникло сразу несколько форматов, использующих его для записи видео на CD. На самом большом для VCD рынке - китайском - определились несколько крупных участников, один из них, компания C-Cube Microsystems вместе с китайскими партнерами создала собственный формат CVD (China Video Disc). Другой формат, HQ-VCD, предложил VideoCD-консорциум.

А в 1998 году специальным комитетом при правительстве Китая, который состоял из экспертов и представителей фирм-производителей, был разработан и принят SuperVCD, фактически включивший в себя и CVD, и HQ-VCD. В порядке отступления можно заметить, что привлечение новых технологий и защиту национальной экономики китайское руководство рассматривает, как одну из важных задач, и в случае принятия нового стандарта записи видео сыграло роль желание Киту национальной экономики китайское руководство рассматривает, как одну из важных задач, и в случае принятия нового стандарта записи видео сыграло роль желание Китая не зависеть от DVD-консорциума и не платить лицензионные отчисления иностранным компаниям. И, конечно, собственный стандарт - предмет национальной гордости.

С разрешением до 480x576 (в PAL) качество видео SVCD при просмотре на телевизоре среднего класса, коих большинство, приближено к DVD. Также есть поддержка многоканального звука. Не беда, что на диск помещается только 45 минут, а фильм занимает два-три диска, - есть специальные трехдисковые плейеры, так что можно смотреть фильм целиком, не вставая с дивана.

Зато 45 минут достаточно для домашнего видео. И учитывая доступность CD-R, в настоящее время SVCD является наиболее привлекательным форматом для самостоятельного изготовления видеодисков.

Дальнейшее развитие SVCD пошло по пути включения поддержки ссылок на вебсайты (SVCD Internet) и увеличения времени проигрывания за счет более сильного сжатия (VCD, SuperDVCD), однако официальными эти форматы не стали.

DVD

И, наконец, в 1996 году группа производителей электроники и компьютеров приняла стандарт DVD-Video, а уже через год начались продажи плейеров в США. Помимо более высокой плотности появилась возможность разместить данные в два слоя и с обеих сторон, и максимальная емкость диска при практически тех же размерах возросла до 17 Гбайт.

Логический формат DVD-видео обеспечивает 720х480 точек в NTSC и 720х576 в PAL, фильм записан в MPEG-2 с переменной скоростью 3-9,8 Мбит/с, в зависимости от того, насколько быстро происходят изменения в кадрах в каждый момент, но в среднем, как правило, эта величина составляет 3,5 Мбит/с. Соответственно, два часа видео без меню и прочих добавок занимают примерно 3 Гбайт. Помимо этого возможен многоканальный звук на нескольких языках, субтитры, видео с нескольких камер, разные соотношения сторон изображения, множество опций воспроизведения, а также поддерживается система сложных динамичных меню и перекрестных ссылок.

Однако несмотря на появление DVD-ROM-дисководов, DVD-RAM- и DVD-R-дисков, проблема доступного самостоятельного изготовления DVD пока не решена. Дело в том, что цена DVD-R-дисководов все еще слишком высока для домашнего использования. DVD-RAM-дисковод сейчас сравнялся в стоимости с приводом CD-RW, но такие диски пока нельзя воспроизводить в DVD-плейерах из-за меньшей разницы между 0 и 1 в отражении лазера. Совместимые модели обещают только к концу года. А если записать DVD-данные на обычный CD? У Sonic Solutions (www.sonic.com) есть собственный формат DVD, представляющий собой образ DVD-диска, перенесенный на CD. Правда, удалось уместить только 15-20 минут видео, и, кроме того, большинство DVD-плейеров, убедившись, что внутри находится CD, не будет искать DVD-информацию и раскручивать CD до скорости, достаточной для DVD-видео. DVD пока можно воспроизвести лишь на ПК.

Сделай сам

Как сделать MP3-диск, более или менее понятно, а вот что необходимо для SVCD или DVD? Для начало видео нужно оцифровать и ввести в компьютер. Лучше сразу сжимать его в MPEG-1 или MPEG-2, в зависимости от конечной цели. Далее неплохо было бы его отредактировать, нарезать на клипы, убрать лишнее, наложить музыку, может быть, комментарии. И, наконец, составить структуру диска, все эти меню, ссылки, короче то, что называется ауторингом. И вс§, можно писать на CD-R, DVD-RAM или на что-нибудь еще. Остановимся подробнее на каждом этапе.

Ввод, редактирование и сжатие

Лучшее исходное качество дает DV-камкодер [3]. Используя приложенное к камере или адаптеру программное обеспечение и соответствующий интерфейс, вы получите довольно объемистый AVI-файл, который можно легко редактировать при помощи различных программ, например, Ulead Video Studio, MGI VideoWave, Adobe Premiere и т. д. Легко, потому что MPEG-файлы редактировать гораздо сложнее: из-за особенностей сжатия трудно вычленить отдельный кадр [4]. Но все эти трудности не ваши, а разработчиков видеоредакторов, и в последнее время с увеличением производительности ПК стало возможным редактирование клипов MPEG-2 в реальном времени.

При использовании аналогового камкодера требуется специальная плата для оцифровки видео. Таких изделий множество, они отличаются качеством оцифровки и, естественно, ценой [5]. Если исходный файл требует конвертации в MPEG, это можно сделать при помощи программных кодеков, а можно использовать решения типа все в одном, как DVC II (Digital Video Creator) от компании Dazzle (www.dazzle.com). DVC II представляет собой программно-аппаратный комплекс, позволяющий оцифровывать видео в MPEG-1 и MPEG-2, хранить медиа-клипы в виде удобных альбомов, редактировать видео любых фоматов в реальном времени, производить ауторинг VCD, SVCD и DVD и загружать видеоклипы в Интернет. Стоимость (349 долларов в США) делает DVC II уникальным решением.

А если вас интересует профессиональный уровень и хватает средств, стоит обратить внимание на продукцию компаний Avid Technology, Canopus, DV Studio Technologies, Matrox Electronic Systems, Pinnacle Systems, Sigma Designs и др.

В последнее время, предвкушая скорое становление рынка техники для самостоятельного создания DVD, практически все компании, имеющие отношение к цифровому видео, создали собственные программы для ауторинга. Задача этих программ - предоставление удобного интерфейса, включающего все возможности, предусмотренные в DVD- или SVCD-спецификациях, и формирование на диске образа DVD или SVCD, с использованием исходной информации и необходимых медиа-файлов. Не удивительно, что интерфейсы всех этих программ похожи: проект DVD-диска выглядит как набор кусочков пленки, изображающих клипы, которые соединены между собой паутиной перекрестных ссылок. Хорошие продукты также включают в себя редакторы для аудио, видео и меню.

Так, в вашем проекте есть возможность создать меню, поделить содержимое диска на части, задать параметры воспроизведения видео и аудио, определить порядок и условия перехода к той или иной части диска в зависимости от действий пользователя, поместить один и тот же сюжет, снятый несколькими камерами, и, главное, связать все это ссылками.. Если у вас есть данные, которые требуют синхронизации с видео, как, например, субтитры, программа решает и эту задачу. Как правило, образ диска сначала создается на винчестере вашего компьютера. Здесь программа следит за размером образа, что особенно важно, если вы собираетесь поместить его на CD.

Для SVCD можно использовать Nero 5.0 от Ahead Software (www.ahead.de), I-Author от EnReach Technology (www.enreach.com). Учебники и ссылки - на www.uwasa.fi/~f76998/video/svcd/overview.

Для DVD самый простой вариант, пожалуй, DVDAuthorQUICK от INTEC America (www.inteca.com). Более сложные инструменты предлагают Authoringware (www.authoringware.com), Sonic Solutions (www.sonic.com), Vitech (www.vitecmm.com), SPRUCE Technologies (www.sprucetechnologies.com), DAIKIN (www.daikindvd.com).

Другие решения

Возможно, почти вся приведенная выше информация скоро станет бесполезной. Нам предлагают устройства, не имевшие до сих пор аналогов. Одно из них - MDdiscam, камкодер от Sony (www.sony.com) - использует в качестве носителя информации Mini Disc емкостью 650 Мбайт. Видео пишется прямо в MPEG-2, на диск помещается до 20 минут. Но самое интересное, что в камеру встроено программное обеспечение Java, которое позволяет редактировать видео без помощи компьютера. То есть, если вам и понадобится ПК, то только чтобы непосредственно создать CD и, может быть, провести ауторинг.

Другая классная штука называется DVD-камкодер Hitachi (www.hitachi.com) и обещает появиться в США к концу года по цене 2-2,5 тыс. долларов, хотя в Японии может оказаться в продаже гораздо раньше. Эта машина пишет сразу на DVD-RAM диаметром 8 см. На двухстороннем диске на каждой стороне помещается по 1,46 Гбайт, или полчаса-час MPEG-2-видео, в зависимости от качества. [7] И можно попросту вытащить диск из камеры, вставить в плейер и смотреть.

MPEG
Алексей Смирнов

Стандарт MPEG определяет несимметричный процесс (декодированный сигнал не идентичен оригиналу), то есть происходит деградация (ухудшение качества) сигнала при каждом декодировании и последующем кодировании. Многими экспертами признавалось, что будущее стандарта MPEG - это вещание (трансляция) цифрового контента, но не теле/видеопроизводство, для которого бы потребовались достаточно дорогие устройства-нейтрализаторы "MPEG-ловушек" (последствий компрессии).

Как показали тесты Рабочей группы AES/EBU (Audio Engineering Society - Общество инженеров по звуковой технике; European Broadcasting Union - Европейский союз вещания), в процессе теле- и видеопроизводства лучше использовать симметричное кодирование (www.internews.ru/era/10/3.html).

Ныне фирма Sony декларирует качественное изменение ситуации, и стандарт MPEG-2 (высший профиль 4:2:2@ML, 50 Мбит/с) объявлен основным стандартом представления данных на всех стадиях телевизионной технологии.

Не претендуя на объективность (в такой изначально субъективной операции, как оценка качества видео), тем не менее, полагаю, что стандарт MPEG предназначен для распространения видеосигнала, и выбор данного формата для всех технологических операций видеопроизводства (например, съемки и монтажа) означает предварительное согласие и принятие неизбежного ухудшения качества видеосигнала.

Защита

Скорее всего, у вас возникал соблазн, получив какой-нибудь фильм DVD, тут же скопировать его на кассету. Но не тут-то было. Для блокировки этого безобразия предусмотрена защита, созданная много лет назад компанией Macrovision (www.macrovision.com). В видеосигнал подмешиваются импульсы высокого уровня, но короткие по времени. Они незаметны для телевизора, но вводят в заблуждение систему автоматической регулировки уровня записи вашего видеомагнитофона. В системе NTSC, кроме того, предусмотрены противные цветные полосы. В результате копия получается неудовлетворительного качества [6]. Однако со взломом системы шифрования DVD-видео стало возможным копировать содержимое диска цифровым способом беэ потери качества с последующей записью DVD-R. На этот случай у Macrovision есть планы в содружестве с Digimarc (www.digimarc.com) снабжать видео цифровыми водяными знаками, а DVD-плейеры - возможностью эти знаки распознавать. Таким образом, плейер будет воспроизводить только родные диски, и незаконное копирование должно потерять смысл.

Многообещающее завтра

Итак, уже сегодня вполне можно наслаждаться высококачественным видео у себя дома и даже делать что-то самому. Но прогресс не стоит на месте. Развитие существующих форматов идет в направлении увеличения емкости, как, например, новый DDCD (CD двойной плотности), увеличения разрешения видео, повышения степени интерактивности. Комбинированный плейер-браузер есть у SPRUCE Technologies (www.sprucetechnologies.com), интеграцию DVD в презентации Power Point предлагает ZUMA digital (www.activedvd.com). А Sonic Solutions (www.sonic.com) продвигает собственные DVD-форматы для HDTV (hDVD) и для Интернета (eDVD, Streaming DVD).

Источники и полезные ссылки

www.cdmediaworld.com
www.cdrinfo.com
www.dell.com/us/en/biz/topics/vectors_2000-rmsd.htm
www.dvddemystified.com/dvdfaq.html
www.dvdforum.com

1 (обратно к тексту) - Ни в процессе видеосъемки, ни в процессе монтажа цифрового видео лазерный диск применения пока не нашел. В этих областях традиционно используются ленточные носители. Ожидаемое устранение ленты из всех процессов видеопроизводства немного напоминает ожидаемое "устранение бумажных документов" из делового документооборота, которое прогнозировалось с появлением компьютеров. - А.С.

2 (обратно к тексту) - Обозначает, насколько пользователь сможет влиять на процесс воспроизведения. Например, если он может только включать и выключать субтитры, это низкий уровень интерактивности, а когда появляются меню, ссылки и пр., то это уже высокий.

3 (обратно к тексту) - Камкодер - видеокамера и магнитофон в едином конструктиве. В настоящее время существует несколько общеупотребимых цифровых форматов видеозаписи - DV, DVCam, DVPro, Betacam SX, Digital Betacam, D9 (Digital S), и новейший - формат MPEG IMX от фирмы Sony. В данном ряду пальма первенства, как лучшему, отнюдь не принадлежит формату DV. Видимо, автор имел в виду, что из ряда доступных по стоимости рядовому пользователю форматов видеокамер (compact VHS, Video 8, Hi-8, S-VHS, digital VHS) DV-камкодер обеспечивает лучшее качество исходного (съемочного) материала. - А.С.

4 (обратно к тексту) - Стандарт MPEG оперирует понятием "группа кадров" (Group Of Pictures - GOP), благодаря чему достигается достаточно низкая скорость потока цифровых данных; при необходимости оперирования отдельными кадрами скорость потока неминуемо должна быть повышена. Последнее трудно реализовать на бытовом компьютере. - А.С.

5 (обратно к тексту) - А также форматом входного/выходного видеосигнала (composite, S-Video, RGB или YCrCb); наличием звукового входа; конкретным методом/алгоритмом компрессии сигнала - JPEG, Motion JPEG, Wavelete, MPEG или другими, наличием on-board-кодека (иначе вся работа по преобразованию будет доверена процессору ПК) и т. д. Значительно лучше, если на плате захвата будет кодек MPEG - качество выходного результата значительно повысится. Как пример можно привести Matrox Rainbow Runner ($170) или семейство Pinnacle DC 10\10+\20\30\30+. - А.С.

6 (обратно к тексту) - Как показала практика, этот алгоритм непобедим только в случае бытового копирования. Если видеосигнал пропустить через любое устройство, имеющее собственную синхронизацию (блок TBC - Time Base Corrector), то защита будет сломана. Большинство плат захвата имеет собственную синхронизацию - и могут с успехом использоваться для нелегального копирования, записывая сквозной видеосигнал, пропущенный через плату захвата видео. Это привело к почти полному отказу от использования алгоритма Macrovision, дабы избежать нелегального копирования. - А.С.

7 (обратно к тексту) - В фоторежиме DVD-RAM вмещает почти две тысячи кадров с разрешением 1280x960 (JPEG). По иронии судьбы поставки DZ-MV100 начнутся в Японии 25 августа. - Г.Б.

.