Эмми за стандарт. Общество инженеров кино и телевидения наградят за HD-SDI

Интерфейсы и разъемы фото- и видеокамер: от HDMI до 3G-SDI

Какие цифровые интерфейсы и разъемы можно встретить в современных фото- и видеокамерах?

Чем отличаются интерфейсы и разъемы фото- и видеокамер?

Какие новые возможности открываются у камер при использовании существующих цифровых интерфейсов?

На эти вопросы мы ответим в статье, посвященной интерфейсам современных фото- и видеокамер.

Цифровые интерфейсы служат для передачи данных в связке камера–рекордер, камера–электронный видоискатель, камера–монитор, камера–компьютер. Применительно к этому оборудованию мы и будем говорить о цифровых интерфейсах (далее «интерфейсах»).

HDMI

HDMI (High-DefinitionMultimediaInterface) является самым распространенным интерфейсом для передачи видеосигнала.

Первая версия HDMI, HDMI 1.0, была представлена в 2002 г., последняя версия, HDMI 1.4b — в 2011 г.

У интерфейса широкие возможности: его пропускная способность, начиная с HDMI 1.3, достигает 10.2 Гбит/c, интерфейс поддерживает вложенные многоканальные аудиопотоки, а HDMI 1.4 и более поздние версии — 3D-изображение и высокое разрешение 4K×2K.

Длина кабеля для передачи сигнала без потерь может достигать 15 м.

Для подключения HDMI-кабеля к фото- и видеокамере используется mini-HDMI тип С.

Фотокамеры

В фотокамерах HDMI позволяет вывести видеосигнал на монитор. Но многие любители HDSLR пытаются использовать HDMI для подключения к камере внешнего рекордера и таким образом обойти кодек камеры¹ с большой степенью сжатия (низким битрейтом и цветовой субдискретизацией4:2:0)

Фото- и видеокамеры имеют крепление mini-HDMI Type C (слева)

HDMI на большинстве фотокамер ― только для подключения камеры к мониторам

На этом пути возникают следующие препятствия:

у большинства фотокамер через HDMI выводится изображение идентичное изображению на ЖК-дисплее камеры. Это значит, что индикации режима «Запись» и прямоугольное окошко зоны фокусировки также попадут на видео. Но есть исключения: камеры Panasonic и камеры Canon с прошивкой MagicLantern;Программу можно скачать на сайте разработчика, осуществив взнос от 10 долл. США. С августа MagicLantern v2.3 станет бесплатной.
разрешение видео по HDMI меньше FullHD. Итоговое изображение 1920×1080 получается с помощью растягивания исходных 1300–1400 точек по горизонтали (значение зависит от модели камеры и разрешения матрицы);
HDMI — ненадежное крепление. Решением проблемы могла бы стать возможность одновременной записи видео и через HDMI, и на карту памяти. Но, к сожалению, фотокамеры такую возможность не предоставляют;
в большинстве фотокамер на HDMI выводится видеосигнал с высокой степенью сжатия (она идентична степени сжатия видео, записываемого камерой на карты памяти). Исключение составляют Panasonic DMC-GH2, Canon EOS 4K-1D C, Nikon D800 и Nikon D4. На них мы и остановимся подробнее.

Производители предлагают различные зажимы HDMI-кабеля для улучшения надежности крепления. Слева — wireLock от RedrockMicro, справа — CablePincher от Zacuto

Фотокамера Panasonic DMC-GH2 стала популярной среди любителей видеосъемки благодаря хакерской прошивке Виталия Киселева: с ее помощью через HDMI можно вывести видеосигнал со скоростью записи до 176 Мбит/c. Стоит отметить, что высокий битрейт достигается лишь за счет изменения степени сжатия кодеком камеры, а разрешение и цветоваясубдискретизация 4:2:0 остаются неизменными.

Компания Canon, осознавая рост популярности HDSLR, представила новую модель — Canon EOS 4K-1D C. Камера может записывать 8-битный 4K видеосигнал YUV²4:2:2 Motion JPEG на карту памяти CompactFlash, либо через HDMI выводить 1920×1080 HD-видео. Препятствием для роста популярности камеры является цена — 14 999 долл. США.

Отличный от Canon подход выбрала компания Nikon: новые полнокадровые «зеркалки» Nikon D800 и Nikon D4 имеют «true HDMI» («настоящий HDMI» англ.) с возможностью вывода несжатого 8-битного RGB 4:2:2 видеосигнала 24/25/30p. Таким образом, любители HDSLR могут записывать на внешний видеорекордер³как несжатый 4:2:2 видеосигнал, так и выбирать любой доступный кодек видеорекордера для записи сжатого видео.

На всех новых полнокадровых Nikon есть «true HDMI»

У DSLR Canon полноценный HDMI есть только на дорогой Canon 4K EOS-1D C

Видеокамеры

В видеокамерах профессионального и «продвинутого» уровня для подключения видеорекордеров, мониторов, электронных видоискателей используется цифровой последовательный интерфейс ― SDI. Поэтому HDMI может выступать только в качестве альтернативы SDI в случае, если на оборудовании отсутствует цифровой последовательный интерфейс.

Среди «продвинутых» видеокамер, пожалуй, только Sony NEX-FS100 не имеет SDI. Хотя камера и получила матрицу идентичную матрице старшей Sony PMW-F3, но единственная возможность вывести с FS100 несжатый 4:2:2 видеосигнал — только с через ненадежный HDMI.

SDI

Цифровой последовательный интерфейс (англ. «Serial Digital Interface», SDI) ― стандарт. Стандарт, принятый Обществом инженеров кино и телевидения («SocietyofMotionPictureandTelevisionEngineers», SMPTE англ.).

Всего было одобрено 5 стандартов цифрового последовательного интерфейса:

SD-SDI (SMPTE 259M) со скоростью передачи до 360 Мбит/c,
ED-SDI (SMPTE 344M) со скоростью передачи до 540 Мбит/c,
HD-SDI (SMPTE 292M) со скоростью передачи до 1 485 Мбит/c,
DualLink HD-SDI (SMPTE 372M) со скоростью передачи до 2 970 Мбит/c,
3G-SDI (SMPTE 424M) со скоростью передачи до 2 970 Мбит/c (около 370 Мбайт/c).

Широко распространенный в настоящее время HD-SDI был одобрен в 1998 г.

Цифровой последовательный интерфейс поддерживает передачу видео- и аудиопотоков, timecode (для съемки с нескольких камер), скрытых субтитров и других метаданных.

Для передачи данных с помощью SDI применяется коаксиальный кабель волновым сопротивлением 75 Ом с разъемами типа BNC.

Для коаксиального SDI-кабеля применяются BNC-разъемы

Редкий случай — DIN 1.0/2.3. Разъемы Female BNC (слева) и DIN 1.0/2.3 (справа)

Цифровой последовательный интерфейс обеспечивает передачу HD-сигнала без потерь на расстояние в 7 раз большее чем HDMI ― до 100 м. Кроме того BNC-коннекторы за счет поворотного механизма крепления обеспечивают абсолютную надежность соединения.

DualLink HD-SDI ― вывод сигнала через два кабеля HD-SDI, а также 3G-SDI позволяют достигнуть битрейта до 3 Гбит/c. Эти интерфейсы востребованы в камерах с возможностью записи на внешние рекордеры несжатого 4:4:4 видеосигнала 1080p и 4K-5K RAW-данных. Зависимость битрейта от формата записи можно посмотреть ниже.

DualLink HD-SDI со скоростью передачи данных до 3 Гбит/c

Идентичный по битрейту 3G-SDI (слева) и в два раза медленнее HD-SDI (справа)

Необходимо сказать, что 3G-SDI отличается от HD-SDI более высокими требованиями к кабелю и разъемам.

Развитие интерфейса будет происходить в сторону увеличения скорости передачи данных. Рост битрейта будет обусловлен появлением несжатого4K‒6K RAW.

USB

Для обновления прошивки камеры, либо для перекачивания видеоматериала, фото- и видеокамеру можно подключить к компьютеру с помощью интерфейса USB 3.0.

Скорость передачи данных по USB может достигать 5 Гбит/c.

Фото- и видеокамеры имеют крепление mini USB type А (справа)

Настоящее — USB 3.0, будущее — за Thunderbolt (на рисунке)

FireWire, iLink, Thunderbolt

Эти интерфейсы реализованы во многих видеокамерах и необходимы для подключения к компьютеру и видеодекам.

Thunderbolt был представлен компанией Intel в 2010. Интерфейс отличает высокая скорость передачи данных — до 10 Гбит/c и возможность подключения в «горячую» (к работающим устройствам).

В 2012 г. была представлена камера BlackmagicCinemaCamera и видеорекордерAJA KiProQuad с поддержкой Thunderbolt. Многие производители официально заявили, что Thunderbolt найдет место в новых моделях видеокамер и рекордеров.

Впервые Thunderbolt вытеснил USB наBlackmagic Cinema Camera

AJA KiProQuand записывает только видео. Но если подключить видеорекордер к компьютеру по Thunderbolt, то можно записывать RAW-материал с камеры на компьютер

Будущее интерфейсов очевидно:

у фотокамер — увеличение числа моделей с поддержкой вывода несжатого видеосигнала по HDMI для записи на внешний рекордер,

у видео- и кинокамер — рост скорости передачи данных по SDI в связи с появлением несжатого 4K-6K RAW, а также принятие интерфейса Thunderbolt в качестве стандарта для подключения к компьютеру.

[1] Кодек AVCHD используется в камерах Panasonic, в Canon — H.264, в большинстве DSLR Nikon — Motion JPEG. Canon EOS 1D C также как и Nikon использует Motion JPEG.

[2] Цветовая модель YUV (а не RGB) у топовойCanon 4K EOS-1D C говорит о том, что сфера применения DSLR — производство новостных репортажей для телевидения и Интернета (Electronicnewsgathering, ENG). YUV: Y — яркость, U и V — цветоразностные компоненты. Цветовая модель YUV используется на телевидении. Яркостный канал (ч/б и оттенки серого) потребовался в свое время телевизионщикам для совместимости цветной модели со старыми черно-белыми телевизорами.

[3] Видеорекордер должен быть совместим с фотокамерой. На дату публикации два производителя заявили о поддержке несжатого видео для Nikon DSLR через HDMI: ConvergentDesign с рекордером nanoFlash (для Nikon D800) и Atomos с рекордером Ninja (для Nikon D800 и D4).

Многие любителей видеосъемки ставят знак равенства в значении терминов «RAW» и «несжатый видеосигнал». Еще у большего числа любителей вызывают непонимание термины «S-Log», «C-Log», в последнее время получившие широкое распространение.

До недавнего времени RAW, несжатый видеосигнал и S-Log, C-Log гамма-функции были прерогативой очень дорогих камер, но вышеназванные решения через два-три года будут доступны и покупателям недорогих видеокамер.

RAW-формат

RAW (от англ. «сырой») — формат данных, который позволяет записывать информацию с матрицы камеры или сканера без ее предварительной обработки.

RAW предоставляет возможность на этапе обработки материала в компьютере изменять яркость, контраст, баланс белого, четкость, насыщенность и экспозицию.

Что представляет собой матрица большинства современных камер? Это набор фотодиодов, которые накрыты фильтрами трех цветов: красным, синим, зеленым (RGB — Red, Green, Blue). Такой массив цветных фильтров получил название шаблон Байера в честь его первооткрывателя — Брюса Байера (компания Kodak).

Расположение массива цветных фильтров Байера

Преобразование светового потока в RGB-набор с помощью фильтров Байера

RAW-формат подразумевает, что сигнал 12‒16-бит считывается с фотодиодов камеры без учета RGB-фильтров и без последующей обработки процессором камеры. Далее на компьютере с помощью специального программного обеспечения происходит процесс формирования RGB-изображения, получивший название дебайеринг:

с помощью метаданных восстанавливаются параметры шаблона, и каждый пиксель, в зависимости от расположения соответствующего фотоэлемента матрицы, получает один из трех цветов Red, Green, Blue;
с применением специальных алгоритмов производится интерполяция — увеличение недостающих компонент Red, Green, Blue;
формируется полноценное цветное изображение, имеющее яркость, контрастность, четкость.

RAW-данные содержат следующую информацию: данные с матрицы камеры, метаданные параметров съемки и файлы для предпросмотра. RAW-файлы в большинстве случаев записываются с помощью внешнего рекордера. В качестве носителей информации используются диски SSD 1.8 или 2.5 дюйма.

Далее следуют нюансы: в зависимости от применяемого производителем подхода, RAW-данные могут быть записаны как без сжатия, так и с применением сжатия (возможны алгоритмы «без потерь» и «с потерями»).

Так компания RED является последователем сжатия RAW-данных. В камерах компании используется фирменный кодек REDCODE со степенью сжатия в диапазоне от 3:1 до 18:1. В основе REDCODE лежит алгоритм интегрального преобразования для четырех каналов (1×Red, 2×Green, 1×Blue), который является вариацией алгоритма кодека JPEG2000. REDCODE — сжатие с потерями. Совершенно другой подход, без применения сжатия RAW-данных, использует компания ARRI.

Как уже было сказано, RAW — «сырой» материал, который не подходит для просмотра во время съемки на ЖК-экране камеры или монитора. Поэтому в современных цифровых камерах, одновременно с записью RAW-данных, процессором камеры производится дебайеринг и вывод видеосигнала на ЖК-дисплей камеры или монитора.

Несжатый видеосигнал

Несжатый формат записи видеосигнала подразумевает, что процессором камеры осуществлен дебайеринг и сформировано полноценное изображение (видео), которое не подвергается сжатию кодеком камеры. Несжатый видеосигнал — обычно 8-10 бит. Он может быть выведен либо через Dual SDI/SDI (например, Sony F3 — 10-бит 4:4:4/4:2:2), либо через HDMI (Sony FS100 — 8-бит 4:2:2).

Камеры

DalsaOrigin — первая цифровая камера с возможностью записи в несжатом RAW-формате. Камера была представлена на NAB'03. Но так как ни DalsaOrigin, ни ее последовательница DalsaOrigin II не стали массовыми, то в 2008 г. было ликвидировано подразделение компании DalsaCorp., занимавшееся их разработкой.

Delsa Origin — первая RAW-камера

RED One стала самой востребованной RAW-камерой

Более популярной камерой с возможностью записи RAW стала ARRI D20, а настоящим хитом можно считать RED One. Далеепоследовали Sony F35/F65, Phantom Flex, RED Epic, RED Scarlet. За первую половину 2012 г. уже дебютировало несколько RAW-камер: дорогая Canon C500, прозьюмерскаяSony FS700 и массовая BlackmagicCinemaCamera.

К сожалению, рекордеры для записи RAW-файлов и SSD большого объема пока еще очень дороги, но цена — это лишь вопрос времени.

Часть 2: Гамма-характеристики, гамма-функции и динамический диапазон видео

Зависимость емкости SSD от формата записи¹

Формат	Мбайт/c	SSD 512 Гб, мин.	SSD 1024 Гб, мин.
1920×1080 30 к/c DNxHD-220 codec	28	300	600
1920×1080 24 к/c 4:4:4 несжатый	187	44	88
1920×1080 30 к/c 4:4:4 несжатый	233	36	72
1920×1080 50 к/c 4:4:4 несжатый	388	21	42
1920×1080 60 к/c 4:4:4 несжатый	466	18	36
2048×1080 RAW 30 к/c	78	108	216
2048×1080 RAW 120 к/c	311	26	52
ARRIRAW (16:9) 24 к/c	168	50	100
ARRIRAW (16:9) 60 к/c	420	20	40
Canon 4K RAW 24 к/c	265	32	64
Canon 4K RAW 60 к/c (SSD на текущий момент не поддерживают такой битрейт)	663	12	24

Камеры и рекордеры, поддерживающие RAW-формат и несжатый видеосигнал

Модель	Формат	Цена в США, долл.
Камеры с возможностью записи несжатого RAW
ARRI ALEXA	12-бит ARRIRAW	от 89 025 до 167 614
Canon C500	10‒12-бит Canon RAW	29 999
BlackmagicCinemaCamera	12-бит CinemaDNG	2 995
Камеры с возможностью записи сжатого RAW (степень сжатия)
Sony F65	16-бит F65RAW (3:1, 6:1)	от 63 910
Sony NEX-FS700	12-бит RAW (н.д.)	7 995
PhantomFlex/Gold	12-бит Cine RAW (2:1)	от 50 000 до 150 000
PhantomMiro 320S	12-бит Cine RAW (2:1)	от 24 900 до 160 000
RED Epic	12 и 16-бит REDCODE (3:1‒18:1)	от 38 000 до 58 000
RED Scarlet	12 и 16-бит REDCODE (3:1‒18:1)	от 9 700 до 17 465
Камеры с возможностью записи несжатого видео
ARRI ALEXA	10‒12-бит 4:4:4/4:2:2	от 89 025 до 167 614
Canon C500	10‒12-бит 4:4:4/4:2:2	29 999
Sony PMW-F3L	10-бит 4:4:4/4:2:2	13 160
Sony NEX-FS100	8-бит 4:2:2	5 599
Рекордеры сторонних производителей с возможностью записи RAW и несжатого видеосигнала
Codex (ARRI Codex)	12-бит ARRIRAW, 10‒12-бит 4:4:4/4:2:2 QuickTime без сжатия	16 000
Cinedeck EX/RX	12-бит RAW, 8‒10-бит 4:4:4/4:2:2 QuickTime без сжатия	8 990 / 14 995
Gemini RAW	10‒12-бит Cinema DNG, ARRIRAW, Canon RAW, 10-бит 4:4:4/4:2:2 DPX без сжатия	14 995 (предварительно)
Gemini 4:4:4 RAW	10-бит ARRIRAW, 10-бит 4:4:4/4:2:2 DPX без сжатия	5 995 (+ 2 895 за пакет ПО для ARRIRAW)
BlackmagicShuttle 2	10-бит 4:2:2 QuickTime без сжатия	328 (500 в Мск)

Эмми за стандарт. Общество инженеров кино и телевидения наградят за HD-SDI

Национальная академия телевизионных искусств и наук (США) приняла решение наградить Общество инженеров кино и телевидения (сокр. SMPTE) технической премией «Эмми» за стандартизацию и развитие последовательного цифрового интерфейса HD-SDI. Стандарт SMPTE 292M был принят в 1998 г. Он предназначен для передачи несжатого HD-сигнала со скоростью до 1.5 Гбит/c. В дальнейшем появились стандарты SMPTE 372M и SMPTE 424M для DualLink HD-SDI

Вручение награды состоялось в январе на выставке CES-2014 в Лас-Вегасе.

[1] Данные ConvergentDesign для видеорекордераGemini RAW (SSD 1.8 дюйма); прогрессивная развертка. В целом будет верно и для других рекордеров.
SSD для видеорекордера должны быть в листе допустимых по скорости записи производителем.
Стоимость SSD Convergent Design 1.8" 512 Гб — 1 495 долл. США,
SSD Intel 520 2.5" 480 Гб — 780 долл. США, США,
SSD Vertex 4 2.5" 512 Гб — 619 долл. США

Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 379; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!