Бытовые видеосистемы, с появлением цифровых технологий, вошли в век четких картинок и объемного живого звучания.
Несколько форматов записи телевизионных программ возникли где-то в 1970-80-х годах. Самой популярной до недавнего времени из них была видеокассета VHS, которая была прямым потомком кассет с магнитной лентой, которые были разработанных в начале развития телевидения. Но новые методы хранения видео дали возможность значительно изменить качества телевизионного звука и картинки, и буквально за пару лет облик всей индустрии домашних развлечений очень изменился.
Точка отсчета
В начале основой телевизионной технологии лежала передача очень быстро меняющегося электронного сигнала на ТВ-приемник. Сигнал управляет интенсивностью электронного луча, который генерируется в телевизионной трубке. И пучок электронов врезается в экран, который покрыт точками люминофора - это вещество, которое при бомбардировке электронами истекает свет.
Чем сильнее электронный луч, тем становится ярче пятно света, генерируемое этой точкой люминофора (ее называют пикселем). Так как картинка в телевизоре разбита на 625 строк, а в США на 525, то 50 раз в секунду электронный луч пробегает по этим строкам. При этом создается последовательность кадров (картинок) и человеческий глаз просто не успевает отличить эти кадры от плавного движения. Тот же принцип реализован и в цветном телевизоре, но только используются три электронных пушка, по числу базовых цветов (синий, красный и зеленый). Каждая пушка подсвечивает точки люминофора своего цвета.
Чем сильнее электронный луч, тем становится ярче пятно света, генерируемое этой точкой люминофора (ее называют пикселем). Так как картинка в телевизоре разбита на 625 строк, а в США на 525, то 50 раз в секунду электронный луч пробегает по этим строкам. При этом создается последовательность кадров (картинок) и человеческий глаз просто не успевает отличить эти кадры от плавного движения. Тот же принцип реализован и в цветном телевизоре, но только используются три электронных пушка, по числу базовых цветов (синий, красный и зеленый). Каждая пушка подсвечивает точки люминофора своего цвета.
Запись изображений
На расцвете телевидения видеоинформация с помощью высокочастотных радиоволн могла передаваться и приниматься, но быстро меняющийся сигнал невозможно было записать. В отличие от обычных кинокамер, ТВ-камеры не генерируют последовательность фиксированных картинок, которые затем можно резать и склеивать при монтаже, копировать или хранить для последующей трансляции. Все ранние телепрограммы делались в прямом эфире и. однажды переданные, навсегда утрачивались.
Для решения этой проблемы были использованы два метода. Чтобы записать материал для последующей трансляции (например, репортаж с места события), использовалась технология Telecine (television + cinema) - фрагмент снимался на кинопленку, а в студии проецировался на специальный экран, на который была нацелена телекамера.
В тех редких случаях, когда нужно было решить обратную задачу – сохранить для архива телевизионную программу -использовался обратный процесс: пленочная кинокамера снимала картинку с экрана монитора. Понятно, что решения, использующие пленку, вряд ли можно считать идеальными, и когда в 1050-х годах телевидение пережило второе рождение, специалисты начали искать альтернативный способ записи быстро меняющегося телевизионного сигнала. Собственно, к этому времени приемлемый метод хранения уже существовал - это магнитная лента, которая использовалась для звукозаписи. Нужно было лишь адаптировать его к записи телевизионного сигнала. Так появились первые видеоленты.
В звукозаписи использовалась тонкая лента, покрытая ферромагнитным порошком, частицы которого до записи имели случайно ориентированные магнитные поля. Музыка или звуковой сигнал преобразовывались микрофоном в постоянно меняющийся электрический ток. Ток подавался на записывающую магнитную головку, мимо которой двигалась пленка.
Традиционные видеомагнитофоны VHS произвели настоящую революцию в домашнем просмотре видео и ТВ. Однако магнитная лента - ненадежный носитель, она изнашивается и стареет.
В тех редких случаях, когда нужно было решить обратную задачу – сохранить для архива телевизионную программу -использовался обратный процесс: пленочная кинокамера снимала картинку с экрана монитора. Понятно, что решения, использующие пленку, вряд ли можно считать идеальными, и когда в 1050-х годах телевидение пережило второе рождение, специалисты начали искать альтернативный способ записи быстро меняющегося телевизионного сигнала. Собственно, к этому времени приемлемый метод хранения уже существовал - это магнитная лента, которая использовалась для звукозаписи. Нужно было лишь адаптировать его к записи телевизионного сигнала. Так появились первые видеоленты.
В звукозаписи использовалась тонкая лента, покрытая ферромагнитным порошком, частицы которого до записи имели случайно ориентированные магнитные поля. Музыка или звуковой сигнал преобразовывались микрофоном в постоянно меняющийся электрический ток. Ток подавался на записывающую магнитную головку, мимо которой двигалась пленка.
Традиционные видеомагнитофоны VHS произвели настоящую революцию в домашнем просмотре видео и ТВ. Однако магнитная лента - ненадежный носитель, она изнашивается и стареет.
Четырехдорожечная система
Первая система видеозаписи, пригодная к практическому использованию, появилась в 1956 году. В ней видеосигнал записывался не вдоль ленты, а поперек нее. благодаря чему удалось резко уменьшить скорость ленты. Запись и чтение осуществляли магнитные головки, вращающиеся с высокой скоростью в плоскости, перпендикулярной плоскости ленты.
Система называлась «квадриплексной или <квадро>, поскольку в ней одновременно работали четыре головки чтения/записи, установленные на вращающемся круговом основании, которое с высокой скоростью перемещало головки под углом к ленте. Когда очередная головка проходила над лентой, она записывала тонкую полоску информации почти поперек ленты. За секунду лента перемещалась всего на 19 см, при этом магнитные головки записывали на ней 14 400 строк магнитной информации, что эквивалентно 38,1 м пленки при обычной записи сигнала. Звук записывался на отдельную линейную дорожку вдоль ленты, а еще одна дорожка - управляющая - обеспечивала позиционирование «пролетающих» над лентой головок над теми дорожками, с которых они должны были считывать видеосигнал.
В 70-х годах на смену квадро-системам пришла новая технология записи - т. н. C-format, - в которой лента имела вдвое меньшую ширину - всего 25 мм (1 дюйм). Благодаря новому принципу записи (т. н. геликоидальному сканированию) - системы C-format были намного проще, а ленты - компактнее и дешевле. В них использовались лишь две пишущие головки, смонтированные на барабане, который был установлен под очень небольшим углом к направлению движения ленты. Барабан вращался в направлении, противоположном медленному движению ленты, и записывающие головки укладывали свою информацию в очень длинных, почти горизонтальных дорожках вдоль ленты. Видеокадр, записанный таким образом, занимал намного меньше дорожек, чем в квадро-системах. Схема геликоидального сканирования была реализована в трех конкурирующих форматах - Betamax, Video 2000 и VHS - которые боролись за рынок домашних видеомагнитофонов. Несмотря на свои недостатки, победила система VHS, которая и используется до настоящего времени в бытовых кассетных видеомагнитофонах и плейерах.
Между тем, вещательная индустрия продолжала разрабатывать новые профессиональные системы. В 80-е годы на смену системе C-format пришел стандарт BetaCam, в котором видеокамера вместо комбинированной информации о яркости и цвете генерировала компонентный сигнал, в котором для передачи цвета и яркости использовались раздельные дорожки. Переход к компонентному подходу обеспечил резкое повышение качества изображения.
Между тем, вещательная индустрия продолжала разрабатывать новые профессиональные системы. В 80-е годы на смену системе C-format пришел стандарт BetaCam, в котором видеокамера вместо комбинированной информации о яркости и цвете генерировала компонентный сигнал, в котором для передачи цвета и яркости использовались раздельные дорожки. Переход к компонентному подходу обеспечил резкое повышение качества изображения.
Время перемен
VHS является аналоговым форматом. Аналоговый способ записи и воспроизведения очень прост - изменения намагниченности ленты прямо эквивалентны изменению телевизионного сигнала. Однако у этой простоты есть обратная сторона - аналоговый сигнал легко искажается и повреждается. Дефекты ленты, пятна жира и пыли, износ ленты приводят к изменению намагниченности и ухудшению качества изображения и звука.
В цифровой записи информация о видеосигнале представлена в двоичной системе - в виде единиц и нулей, как в компьютерах. Поскольку данные на ленте или диске представляют собой либо нули (нет сигнала), либо единицы (есть сигнал), вероятность повреждения записи очень мала - изменение намагниченности ленты может ослабить сигнал, но единицы останутся единицами, а тли - тлями.
Появление лазера
До недавнего времени на рынке домашнего видео у VHS был один единственный конкурент - лазерный диск Video CD. CD-диска состоит из прозрачной пластины, которая изготовлена из специального органического стекла, и на которой отштампована спиральная дорожка, состоящая из микроскопических углублений (наподобие как на виниловой пластинке). Поверхность же диска покрыта зеркальным слоем с одной стороны, отражающим свет. Информация с вращающегося диска считывается маломощным инфракрасным лазером, луч этого лазера проходит сквозь прозрачный слой, который отражается от зеркальной поверхности и попадает на фотодатчик. Микроуглубления меняют периодически угол отражения этого луча, и эти изменения представляют собой цифровой код, состоящий из единиц и тлей. Видеоплейер расшифровывает его и преобразует в стандартный аналоговый ТВ-сигнал, который передается на телевизор.
Диски Video CD проигрывались либо специальном видеоплейере, либо на компьютере с дисководом CD-ROM. Помимо надежности, важное преимущество диска перед лентой - возможность немедленного перехода в любую точку видеофрагмента (в видеокассете для этого приходится очень долго перематывать тенту). Впрочем, компьютерные дисково-ш CD-RW, поддерживающие запись, позволяют создавать копии Video CD на перезаписываемых дисках CD-RW.
Эра DVD
V формата Video CD были свои недостатки, s частности, ограниченная емкость - на диске можно было хранить максимум "О минут видео. Неудивительно, что в сере-гине 90-х годов был разработан стандарт DVD (Digital Versatile Disk - универсальный цифровой диск), емкость которого почти в :емь раз превысила емкость CD-дисков 4700 МБ для однослойного DVD-диска, 3500 МБ для двухслойного, при том, что емкость CD-диска - всего 700 МБ). В результате удалось не только уместить полнометражный фильм на один диск, но и резко повысить качество изображения (если в кадре VHS 288 строк по 352 пикселя в строке, го в кадре DVD-видео 576 строк по 720 пикселей в строке). Кроме того, в DVD-видео используется алгоритм сжатия MPEG-2, который обеспечивает лучшее качество изображения, чем MPEG-1 в Video CD.
Алгоритмы MPEG-2 и MPEG-1 используют для сжатия видео тот факт, что видеоизображение меняется не мгновенно - в кадрах, следующих друг за другом, многие области остаются неизменными. Видеофрагмент разбивается на части путем выделения ключевых кадров. Каждый ключевой кадр сохраняется полностью, а в промежуточных кадрах сохраняются тишь те пиксели, которые изменяются в сравнении с ключевым. Стандарты DVD и MPEG-2 разрабатывались производителями бытовой электроники и компьютеров в тесном сотрудничестве с голливудскими студиями и вещательными компаниями, с целью полностью заменить кассеты VHS на рынке домашнего видео.
Алгоритм MPEG-2 применяется не только в DVD-дисках, но также в кассетах профессиональных и любительских видеокамер (DVC и mini DV). Цифровая информация записывается магнитной головкой на ленту точно так же, как в нормальном видеомагнитофоне, но за счет своей цифровой природы и применения сжатия она занимает заметно меньше места, чем аналоговый сигнал.
Поскольку цифровая запись - это лишь последовательность чисел, ее можно скопировать без потери качества. Видеофрагменты можно записывать прямо на жесткий диск компьютера для последующего редактирования. В результате сложный и дорогой комплекс оборудования для аналогового видеомонтажа можно заменить ноутбуком с мощным процессором. Такая гибкость в сочетании с компактностью и относительно невысокой ценой профессиональных цифровых камер произвела революцию в области телерепортажа.
Но у видео есть обратная сторона -простота копирования цифрового видео при отсутствии потерь в качестве породила целую подпольную индустрию, производящую пиратские копии DVD. Этому способствовало широкое распространение нового формата сжатия видео MPEG-4, который при некотором уменьшении разрешения позволяет скопировать DVD-фильм на обычный CD-ROM. При этом качество изображения остается достаточно высоким - намного лучше, чем у кассет VHS или дисков Video CD.
Но у видео есть обратная сторона -простота копирования цифрового видео при отсутствии потерь в качестве породила целую подпольную индустрию, производящую пиратские копии DVD. Этому способствовало широкое распространение нового формата сжатия видео MPEG-4, который при некотором уменьшении разрешения позволяет скопировать DVD-фильм на обычный CD-ROM. При этом качество изображения остается достаточно высоким - намного лучше, чем у кассет VHS или дисков Video CD.
Несмотря на широкое распространение пиратского видео в формате MPEG-4. DVD-диски стали массовыми, а недорогие DVD-плейеры практически сравнялись в цене с видеомагнитофонами. При этом в них обеспечена «обратная совместимость» со старыми дисками Video CD.
Огромная емкость DVD-дисков (особенно двухслойных) позволяет записать на них, помимо самого видеофильма, видеофрагменты наиболее ярких эпизодов, снятые под иными ракурсами. Кроме того, обычно на диск записывается несколько звуковых дорожек на разных языках. В DVD-фильмах используется объемный шестиканальный звук позволяющий при наличии соответствующей акустической системы и экрана с большой диагональю реализовать в «домашнем кинотеатре настоящий эффект присутствия, совсем как в лучших коммерческих кинотеатрах.