: архив : архив журнала "625" : 1995 : #6

VICTOR COMPANY OF JAPAN: Новый цифровой формат видеозаписи
Neil Neubert, Hisashige Fujiwara

К шести цифровым форматам магнитной видеозаписи на ленточные носители недавно добавились еще два: четвертьдюймовый DVC, журнал уже рассказывал о нем, и цифровая версия формата S-VHS. Создатель семейства форматов VHS, фирма JVC - как считали ведущие специалисты - была обязана сделать решительный шаг в сторону цифровой видеозаписи и далее, к полной цифровой линейке видеопроизводства, опирающейся на популярный аналоговый формат. Фирма не торопилась предъявить новый цифровой формат на суд общественности, следуя традиционной для JVC обстоятельности, надежности и завершенности новинок. Смотрины нового формата состоялись на последней выставке NAB. Появление нового, тем более, цифрового формата - событие. Мы обращаемся к специалистам JVC, которые рассказывают о своей разработке.

Появление цифровой обработки и магнитной записи видео и аудио информации привело к появлению принципиально новых средств мультимедиа и диалоговых технологий с чрезвычайно насыщенным видеосодержанием. Даже в традиционном вещании превосходное качество, легкость обработки, насыщенность художественными возможностями, системная гибкость и совместимость с компьютерами - настолько важные преимущества, что широкое распространение цифровых технологий в профессиональном производстве вещательных программ неизбежно.

JVC сконцентрировала усилия на разработке и продаже профессионального оборудования Pro S-VHS (далее мы сохраним маркирование формата S-VHS, как "S", прим. ред.). Теперь JVC намерена всюду, где возможно, вводить цифровые технологии, чтобы повысить качество видеопродукции. Хотя мы убеждены, что в будущем дисковые и ленточные аппараты будут дополнять друг друга.

В последнее время интересы в области цифровой записи сосредоточились на разработках средств записи информации на диски. При выборе того или иного средства записи, мы руководствуемся следующими критериями:

Каково время записи?
Стоимость средства записи информации?
Насколько используемый аппарат легок в обращении и надежен?
Возможна ли его совместимость с элементами всей технологической цепи - от входа и монтажной системы до систем передачи в эфир и воспроизведения?

Основная концепция, заложенная в основу нашей разработки цифровой технологии видеопроизводства на базе ленточных носителей, сводится к трем принципиальным положениям. Прежде всего, это экономичное и по цене. Важно обеспечить совместимость и непрерываемость цепи с существующей инфраструктурой. И, наконец, следует подумать о повышении качества изображения для мультимедиа. Опираясь на эти положения, мы и разработали новый профессиональный видеоформат Digital S. В нем воплотились все преимущества цифровой обработки с превосходным соотношением "стоимость/производительность", унаследованным от лентопротяжного механизма формата ProS. 

Описание системы Digital S

Цифровой видеомагнитофон формата Digital S изначально разрабатывался как легко управляемый аппарат следующего поколения цифровых видеомагнитофо нов. Концептуальные основы цифрового видеомагнитофона формата Digital S поясняются схемой, приведенной на рисунке.

Чтобы легко вписываться в текущую инфраструктуру, новое оборудование должно мягко согласовываться с профессиональной аналоговой окружающей средой и быть приспособлено к возможным изменением вплоть до следующего поколения цифрового оборудования. Совместимость с ProS (способность воспроизводить записи формата S-VHS на магнитофоне Digital S) необходима для того, чтобы заказчик мог полностью использовать имеющуюся у него аппаратуру и программное обеспечение формата ProS. Новый формат разрабатывался на основе системы ProS, включая и транспортные механизмы этой аналоговой системы.

Как профессиональный формат следующего поколения Digital S обеспечивает все преимущества цифровой обработки в видеомонтаже и других операциях видеопроизводства, включая многократную перезапись сигналов стандарта 4:2:2. Нам удалось обеспечить превосходное качество изображения при многократной перезаписи, а также двухчасовую длительность записи.

Предусмотрена гибкая и легкая приспосабливаемость к различному аналоговому окружению. Новая система предлагает функционально полную линейку оборудования от портативного съемочного до полного монтажного комплекта.

Хотя новый формат рассчитан на применение металлизированной магнитной ленты W-VHS, обеспечивающей очень высокую плотность записи в сравнении с обычными лентами, этого еще недостаточно для записи двухчасовой программы. Размеры кассеты те же, что и VHS. Кассета имеет специальное устройство защиты от пыли, из-за чего не может загружаться с помощью обычных VHS-аппаратов.

Если внимательно проанализировать все функции профессионального видеомонтажного оборудование, в том числе и многократную перезапись, а также цифровые функции поиска, то оптимальное отношение коэффициента сжатия видеоинформации для поставленной задачи составит около 1/3,3.

Две дополнительные звуковые дорожки и дорожка временного кода (VITC/LTC) обеспечивают все необходимое для видеомонтажа. Покадровый монтаж выполняется легко, благодаря независимости видео- и 4-х звуковых каналов (в первой опытной модели - 2). Для обеспечения совместимости Digital S с существующими аналоговыми системами имеются аналоговые интерфейсы, блок предварительного просмотра монтажа и интерфейс управления RS-422.

Основные характеристики формата Digital S:

Видео	4:2:2, компонентный сигнал
Сжатие	внутрикадровое блочное, 50 МБ/с
Звук	48 кГц, 16 бит, 4 канала
Кассета	W-VHS, 188х104х25 мм
Лента	1/2 дюйма, металлопорошковая
Слежение за дорожкой	импульсное (CTL track)
Записываемый поток	99 МБ/с
Канальный ход	S-INRZI/24-25
Коррекция ошибок	Код Рида-Соломона
Ширина наклонной дорожки	20 мкм
Сектора наклонной дорожки	видео, звук, субкод
Канальный ход	S-INRZI/24-25
Число дорожек/кадр	12 (625/50)
Продольные дорожки	2 - звук, 1 - управляющая

Транспортные и другие механизмы форматов ProS и Digital S - общие. Основное различие - скорость движения ленты, в цифровом варианте формата она составляет 57,9 мм/с. При такой скорости протягивания ленты и ее обычной ширине время записи составит 105 мин. Если ориентироваться на перспективную супертонкую ленту, которая вскоре станет доступной, можно рассчитывать на полуторачасовую запись (точнее 124 мин.). Скорость вращения барабана - 4500 об/мин. Применена параллельная двухдорожечная запись, для чего используются две магнитные головки, строго противоположные по месту (точно на 180 град.). Один кадр записывается на 12 дорожках при стандарте 625/50. В системе автотрекинга применен тот же сервомеханизм, что и в ProS. И в этом случае опорным сигналом является одиночный (на каждый кадр) импульс, считываемый с продольной дорожки управления - CTL.

Система записи

Чтобы ослабить перекрестные помехи от соседних дорожек, в новом цифровом формате применена азимутальная запись с разворотом рабочих зазоров магнитных головок на 60 град.(на барабане они противоположны). По отношению к оси дорожек зазор одной повернут на +15, другой на -15 град. Для повышения надежности записи и воспроизведения в процессе монтажа используются вращающиеся стирающие головки, размещенные на барабане. Это позволяет использовать магнитофон в режиме предварительного считывания перед стиранием (pre-read).

В системе защиты от ошибок используется код Рида-Соломона. Система защиты достаточно мощная. Она позволяет маскировать ошибки за счет интерполяции, даже когда одна из сдвоенных воспроизводящих головок вышла из строя.

Основные параметры формата

Геометрия формата и размещение данных на магнитной видеоленте поясняются на рисунке (вариант для стандарта 625/50), ниже приводится таблица числовых характеристик.

Размещение дорожек и секторов на ленте (625/50)

Сигнал видео, звука и субкода (включая данные о системе) размещены на наклонных дорожках. Здесь среднюю часть наклонных дорожек, наименее подверженную короблению и другим механическим повреждениям, занимают сектора сигналов звука АО/А1 и А2/АЗ, а также субкода SC. К краям сдвинуты сектора сигналов видео VO и V1. Между этими секторами размещены защитные промежутки, необходимые для надежного независимого монтажа сигналов этих секторов. В режиме предмонтажного просмотра воспроизводящая головка проходит укороченный путь с тем, чтобы за один цикл можно было просмотреть 5 кадров.

Числовые параметры

Скорость ленты	57,8 мм/с
Скорость вращения барабана	4500 об/мин
Скорость головка-лента	14,5 м/с
Ширина области записи	9,25 мм
Длина наклонной дорожки	88,01 мм
Ширина	20 кмк
Угол наклона	5,96 град
Ширина служебной звуковой дорожки	0,35 мм
Ширина управляющей дорожки	0,75 мм

Сигналы

Формат опирается на стандарт цифрового кодирования для студий 4:2:2. Параметры сигналов обеспечивают запись/воспроизведение в стандарте разложения 525/60 - 720 активных точек и 480 линий, в стандарте 625/50 - 720 точек и 576 линий. В обоих случаях полный Сигналы видео, звука и субкода цифровой поток составляет приблизи-(включая данные о системе) размеще- тельно 166 МБ/с. Система сжатия с иены на наклонных дорожках. Здесь сред- пользованием внутрикадровой корреляции понижает этот поток до 50 МБ/с.

В формате предусмотрена запись двух стереозвуковых каналов или четырех моно. Используется импульсно-кодовая модуляция поднесущей звука. Уровневое кодирование 16 бит, частота дискретизации 48 кГц.

Пока в предъявленных образцах реализована запись двух звуковых каналов, в будущем появятся аппараты с четырехканальным звуком.

Для обеспечения независимого монтажа звука монтажные метки могут записываться на продольные звуковые служебные дорожки, а для совместного монтажа вводятся в состав сигналов временного кода. Сжатие данных

Сжатия данных

В Digital S применен широко используемый метод сжатия потока видеоданных - ОСТ. Сжатие не обходимо потому, что поток данных, который может быть записан на ленту, фиксирован и приблизительно втрое ниже общего потока видео данных. По этому методу записываются некоторые усредненные данные об определенной части изображения (это может быть полный кадр или его отдельные блоки). Объем информации, соотнесенной к каждому блоку, на которые разбивается изображение, должен быть оговорен заранее. Чем больше размер блока, тем выше должен быть коэффициент сжатия. При определении параметров системы сжатия важно не только обеспечить исходное качество изображение (прозрачность системы), но и позаботится о том, чтобы сжатие не мешало при монтаже и не снижало эффективность систем защиты от ошибок.

Монтаж

Digital S рассчитан на точный покадровый монтаж. Метод покадрового монтажа эффективнее полевого метода. По этой же причине применено внутрикад-ровое сжатие и система маскирования ошибок. Система компрессии оперирует блоками фиксированных размеров, которые определены как наименьшие из допустимых с учетом требований к системе опознавания слов и защиты от групповых ошибок. На основании приведенных соображений и был установлен поток записываемых данных 50 МБ/с, который соответствует, приблизительно, коэффициенту сжатия 3,3:1.

ЛПМ и БВГ

Стоимостная эффективность играет решающую роль на рынке. Сохранение лучшего, наиболее отработанного в предыдущих моделях, существенно снижает затраты на разработку новых технологий. В формате Digital S использован лентопротяжный механизм, прекрасно проявивший себя в ProS.

Возможность предмонтажного просмотра материала - важная характеристика для профессионального формата. Для реализации этой функции приняли оригинальное и смелое решение. Барабан был разделен на две секции: верхняя используется в обычных режимах записи/воспроизведения, нижняя -для предмонтажного просмотра.

Высокая линейность наклонных дорожек гарантирована применением в конструкции барабана износостойкого сплава алюминия с высоким содержанием кремния. Этот новый материал также используется в направляющих роликах, что позволяет длительное время поддерживать заданные углы захода ленты на барабан и ее схода с него.

Проблема видеомагнитофонов всех форматов - это обеспечение длительного срока службы магнитных головок. Применение металлопорошковой ленты осложняет ее решение. В Digital S предусмотрено чистящее устройство, предотвращающее накопление порошка на рабочих поверхностях. С этой же целью повышены требования к идентичности парных магнитных головок.

Защита от ошибок

Ошибки - зло неизбежное, поэтому важно, с одной стороны принять меры к снижению вероятности их появления, с другой - к их оперативному выявлению и исправлению. Вторая задача решается с помощью специальных кодов. В Digital S, с этой целью, используется корректирующий код Рида-Соломона.

Для восстановления протяженных участков, поврежденных ошибкой, применяется система маскирования ошибок. Обычно для интерполяции, с целью маскирования ошибки, используется информация от соседних элементов и строк. К сожалению в ОСТ - системе сжатия с усреднением по блокам изображения - такой алгоритм интерполяции затруднен. Поэтому интерполяция выполняется по данным, взятым от предыдущих или последующих кадров. Этому способствует известное положение, утверждающее, что при сжатии с использованием внутрикадровой корреляции избыточность информации по оси времени сохраняется. Обратная совместимость, необходимая для воспроизведения записей формата S-VHS при воспроизведении магнитофоном Digital S, обеспечена тем, что размеры барабана, охват его лентой и другие параметры конструкции удалось сделать общими для обоих форматов.

Линейка оборудования Digital S

Для успешного внедрения нового формата в видеопроизводство мало предъявить только видеомагнитофон, необходима функционально полная линейка оборудования, обеспечивающая все необходимые операции. Основываясь на технологических новшествах, JVC разработала монтажную версию цифрового видеомагнитофона, аппарат воспроизведения/записи, воспроизводящую деку с возможностью воспроизведения записей S-VHS, а также стационарный аппарат. Появятся и другие устройства, обеспечивающие полностью все операции, требуемые в современном видеопроизводстве, в том числе камкордер.

Заключение

Новый цифровой формат Digital S предлагает все преимущества современной цифровой технологии. Есть все основания ожидать, что Digital S будет хорошо встречен профессиональным сообществом специалистов видео. Со своей стороны хотели Ч бы подчеркнуть: новый цифровой формат - только начало. Этот формат соединяет существующие аналоговые системы видео с цифровой технологией. Следующий шаг - переход к цифровым технологиям, где в основе - видеозапись на дисковые носители. Этим будут заложены основы принципиально новых аудиовизуальных технологий.