Формат XAVC. Путь к 4K в кино и телевидении

Автор: Александр Серов

4K – формат «движущегося изображения», как телевизионного, так и кино, который предлагает использовать размер картинки примерно в четыре раза больший, чем в привычном HDTV. Для записи видеоматериалов с разрешением 4K компания Sony представила новый формат XAVC. В настоящий момент существует две разновидности 4K: кинематографическая и телевизионная.

Кинематографический 4K основан на спецификации, которая выпущена (с дополнениями) в период с 2010 по 2012 год консорциумом Digital Cinema Initiatives (DCI), куда входит Sony Entertainment, а также шесть крупнейших кинокомпаний США. Спецификация определяет формат изображения, предназначенный для распространения и демонстрации кинофильмов. В соответствии со спецификацией DCI размер цифрового изображения 4K должен составлять 4096х2160 при скорости 24 к/с.

Телевизионный формат 4K основан на стандарте Международного союза электросвязи (ITU-T), который был опубликован в августе 2012 года (документ ITU-R Recommendation BT.2020). Этот стандарт предлагает использование размера кадра 3840х2160 и целый ворох различных скоростей (от 24 до 120 к/с). Он предназначен для использования в ТВ-производстве. Уменьшенное количество точек изображения по горизонтали связано с особенностями конструкции воспроизводящих устройств (телевизионных экранов).

Объявляя о выведении на рынок нового формата видеокомпрессии XAVC, компания Sony заявляет о поддержке как телевизионного, так и кинематографического 4K. Таким образом, XAVC удовлетворяет как потребностям DCI, так и потребностям производителей телевизионного контента. Однако XAVC поддерживает и другие размеры картинки, что делает его универсальным. Возможно использование XAVC для HDTV (2K) и более мелких разрешений. В действительности XAVC не такая уж и новинка в мире видеокомпрессии. В основе этого формата лежит старый добрый H.264, модернизированный для больших размеров телевизионной картинки. В XAVC используется уровень 5.2 стандарта H.264 – это наибольший из всех уровней, предназначенный для изображений сверхвысокой четкости.

В настоящий момент объявлено, что новые камеры PMW-F55 / F5 будут поддерживать XAVC, производя запись на карты памяти SxS Pro+, специально разработанные для XAVC. Это и неудивительно, ведь скорость цифрового потока XAVC будет составлять для I-кадров от 240 до 600 Мб/с (24 или 60 к/с). Длительность записи на карту памяти 128 ГБ в зависимости от выбранной скорости кадров составит от 50 до 20 минут. Необходимо отметить, что камеры PMW-F55 / F5 относятся к семейству камер CineAlta, который обладают особенностями, присущими кинематографическим камерам для пленки 35 мм, и разработаны для использования в цифровом кинематографе.

В таблице 1 приведены основные характеристики XAVC. Обратите внимание, что это характеристики самого стандарта. В различных типах оборудования, которое будет поддерживать XAVC, могут быть реализованы не все представленные возможности. Например, обозначение Proxy соответствует материалам, которые могут применяться в станциях подготовки контента (монтажа) для создания листа монтажных решений вместо полноразмерных материалов (4K). Intra в последней колонке означает, что возможен режим, когда выполняется внутрикадровое кодирование, Long GOP – межкадровое. В случае если используется режим Intra, компрессированная видеопоследовательность состоит только из I-кадров (в H.264 они называются IDR – instant decoder refresh). Рассмотрим несколько возможностей интеграции XAVC в существующее кино- и видеопроизводство, которые предлагаются разработчиками.

Камеры PMW-F55/F-5 могут быть снабжены рекордером AXS-R5, который записывает изображение в формате RAW. Одновременно на карту SxS Pro+ может быть записано то же изображение, но в формате XAVC, которое может быть использовано при монтаже цифрового кинофильма в качестве proxy-материала. Качество компрессии XAVC при этом позволяет сохранить все нюансы исходного несжатого изображения сверхвысокой четкости. Размер семпла RAW составляет 16 бит для обеспечения совместимости со спецификацией, которая в настоящий момент разрабатывается консорциумом ACES (Academy of Color Encoding System), в котором Sony принимает активное участие. Спецификация ACES призвана обеспечить одинаковое воспроизведение изображений цифровых кинофильмов при использовании различных технических средств.

В телевизионном производстве XAVC не направлен на замену MPEG2 Long GOP, который весьма популярен вследствие быстроты работы алгоритмов компрессирования. Специализация MPEG2 Long GOP – это производство скоропортящегося продукта, новостей. Если для схожих условий в течение одной секунды может быть обработано 160 кадров MPEG2 Long GOP, то XAVC – только 40 кадров. Таким образов, производительность MPEG2 Long GOP в четыре раза быстрее. Еще меньшая производительность у формата MPEG4 SStP, который позиционируется Sony как высококачественный формат для премиум-контента.

Таким образом, XAVC способен заполнить собой нишу между MPEG2 Long GOP и MPEG4 SStP в телевизионном производстве, например, для создания коммерческих продуктов (презентаций), съемки спортивных мероприятий и т.п. Еще одна возможность использовать камеры PMW-F55/F5 – это запись HDTV в XAVC с очень высокой скоростью. Заявляется, что на одну карту SxS Pro+ 128 ГБ можно записать 40 минут видео в разрешении 1920x1080 со скоростью 180 к/с.

Помимо формата видеокомпрессии предлагается механизм инкапсуляции компрессированной информации, который соответствует стандарту H.264, т.е. предлагается использование NAL H.264. NAL – уровень сетевой абстракции (network abstraction layer), определяющий синтаксис представления компрессированных данных. В случае использования режима внутрикадрового кодирования (intro), NAL формируется таким образом, чтобы таблицы служебной информации предшествовали каждому I-кадру (IDR). В случае использования режима межкадрового кодирования – каждому GOP.

Структура файла XAVC показана на рисунке выше. Верхний уровень – ‘’крупномасштабная’’ структура, состоящая из edit unit, каждый из которых представляет собой мультиплексированные цифровые потоки с видео- и аудиоинформацией. Средний уровень реализован по известному принципу KLV – key, length, value: идентификатор типа, длина поля данных, данные. Нижний уровень демонстрирует собственно NAL с таблицами служебных данных SPS, PPS и другими.

Кодер XAVC реализован в виде двухступенчатого процесса – предварительного кодирования, которое необходимо для оценки параметров кодируемого изображения, и собственно кодирования XAVC. Компания Sony разработала микросхему-кодер, которая помимо XAVC имеет возможность кодирования и декодирования MPEG2. Sony объявила формат XAVC открытым и предлагает всем производителям оборудования или программного обеспечения получать лицензии на использование XAVC. Объявлено, что к  настоящему моменту лицензии получены такими известными компаниями, как Adobe (для CS6), Avid, Apple, Grass Valley, Quantel, Assimilate, Codex, FilmLight, Matrox и другими. Реализована поддержка в монтажном ПО Sony Vegas.

(с) 625

Мы в Telegram

Назад в раздел