Цифровое анаморфирование

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Соотношение сторон пикселя разных стандартов с анаморфированием и без. Пунктиром обозначен размер пикселя 576i и 480i анаморфированного видео

Цифрово́е анаморфи́рование — технология передачи и записи широкоэкранного изображения цифрового телевидения при помощи стандартов разложения, изначально рассчитанных на классическое соотношение сторон экрана 4:3[1]. При этом информационная ёмкость такого кадра используется наиболее эффективно за счёт трансформации соотношения сторон пикселя. Кроме цифрового телевещания стандартной чёткости, технология применяется при мастеринге DVD-дисков и является цифровым аналогом оптического анаморфирования.

Подобный принцип применяется в цифровом кинематографе при использовании анаморфотной оптики с цифровой кинокамерой.

Телевидение[править | править код]

Современное цифровое телевещание стандартной чёткости (SDTV) в большинстве стран использует технологию анаморфирования из-за повсеместного распространения широкоэкранных телевизоров и соглашений о постепенном переходе к вещанию высокой чёткости[2]. Изображение формата 16:9 передается анаморфированным: в общепринятых стандартах разложения 576i и 480i, но с «прямоугольным пикселем». В этих стандартах, предусматривающих соотношение сторон экрана 4:3, количество элементов строки считается равным 720. Это результат международного соглашения, закреплённого в документе, получившем название 601-й рекомендации МККР[3].

С учётом запаса гашения в стандарте 576i изображение занимает 702 пикселя, тогда как в американском 480i на полезное изображение отводится 704. При этом, из-за разного количества строк в разных стандартах, одинаковое число отсчётов в строке привело к небольшому отличию пикселя стандартного кадра 4:3 от квадратной формы[4]. В случае использования анаморфирования строка изображения содержит столько же пикселей, но более вытянутых по горизонтали. Совершенно квадратный пиксель используется только в международных стандартах телевидения высокой чёткости 1920×1080 и 1280×720, однако в цифровых форматах видеозаписи HDV и HDCAM пиксель также имеет прямоугольную форму при пониженной горизонтальной чёткости 1440×1080[5]. Соотношение сторон пикселей разных стандартов с использованием анаморфирования и без него отражено в таблице[6]:

Стандарт
разложения
Соотношение
сторон экрана
Размеры
изображения
в пикселях
Соотношение
сторон пикселя
Ширина в
квадратных пикселях
МККР 601 Цифровое МККР 601 Цифровое
576i
4:3
702×576
59:54
12:11
769
768
анаморф. 16:9
118:81
16:11
1026
1024
480i
4:3
704×480
10:11
640
анаморф. 16:9
40:33
853
1080i
анаморф. 16:9
1440×1080
4:3
1920

Информация о соотношении сторон пикселя и экрана передаётся вместе с сигналом изображения в виде служебного бита «AR» (англ. Aspect Ratio). Для экрана 16:9 он принимает значение «1», а для обычного экрана 4:3 передаётся «0»[7]. Дополнительная информация о заполнении экрана приёмника передаётся в составе 14-битного кода WSS (англ. Wide Screen Signaling), размещённого в 23-й строке кадрового гасящего импульса при стандартной чёткости, или более современной 4-битной метки AFD (англ. Active Format Description)[8][9][10]. В случае, если изображение не заполняет передаваемый кадр полностью, информация о дополнительных чёрных полях передаётся специальным 5-байтным кодом «Bar Data»[7]. Телевизор автоматически отображает каждый переданный элемент на экране с исходным соотношением сторон на основании полученной информации. Благодаря этому изображение на широкоэкранных телевизорах 16:9 демонстрируется в нормальных пропорциях, заполняя весь экран. Телевизоры со стандартным экраном могут по выбору показывать передачу с пансканированием и потерей краев изображения или с экранным каше без обрезки. В последнем случае используется только часть строк, отображаемых кинескопом.

DVD[править | править код]

Одно из обозначений анаморфированного DVD

Диски DVD-Video могут использовать такую же технологию цифрового анаморфирования, кодируя изображение с «прямоугольным пикселем», растянутым по горизонтали[11]. За счёт этого горизонтальный масштаб записанного изображения отличается от вертикального. При декодировании видеозаписи изображение отображается в оригинальной пропорции 16:9 в соответствии со значением служебного бита «AR». При такой технологии горизонтальная чёткость получаемого изображения, ниже вертикальной, пропорционально «растягиванию» пикселя. Широкоэкранный телевизор отображает такое видео в нормальных пропорциях во весь экран. На аналоговом видеовыходе плеера формируется изображение, достроенное чёрными каше до кадра 4:3, давая на экране обычного телевизора правильные пропорции кадра. Такая технология даёт возможность более эффективно использовать высоту кадра 4:3 телевидения стандартной чёткости при записи широкоэкранного видео. Без анаморфирования кадр 16:9, передаваемый без обрезки, занимает лишь часть активных строк изображения: 432 из 576 в стандарте разложения 576i и ещё меньше в стандарте 480i.

Особенно эффективно сжатие пикселя при записи фильмов широкоэкранных форматов с леттербоксингом. В отличие от пансканирования, это даёт не обрезанное изображение таких фильмов, но использует лишь небольшую часть вертикального пространства телекадра. В телевидении стандартной четкости с ограниченной разрешающей способностью это приводит к потере качества и детализации. Особенно это заметно при использовании американского стандарта разложения 480i, в котором широкоэкранный фильм с соотношением сторон 2,35:1 занимает не более 270 строк. При цифровом анаморфировании высота телевизионного поля используется полностью, повышая качество видеокопии. Причём фильмы с соотношением сторон, большим, чем 16:9, все равно отображаются на широкоэкранном телевизоре с чёрными полями. Однако в видеозаписи эти поля занимают значительно меньшую высоту кадра, увеличивая вертикальное разрешение конечного изображения при неизменном горизонтальном. Стандартного обозначения анаморфированной видеозаписи не существует, потому что различные релизеры обозначают такие диски по-своему. В России большинство таких DVD имеют обозначение «16:9» (на рисунке). Диски без анаморфирования обозначаются «4:3» и в случае, если содержат широкоэкранный фильм, на экране телевизора с экраном 16:9 он будет отображаться в режиме «почтовой марки».

Blu-ray и HD DVD[править | править код]

Эти типы видеодисков используют стандарты разложения телевидения высокой четкости, изначально рассчитанные на соотношение сторон экрана 16:9 при квадратном пикселе. Поэтому цифровое анаморфирование изображения на таких дисках не требуется. Однако в случае использования обычных стандартов разложения, также поддерживаемых Blu-ray-дисками, может быть использовано цифровое анаморфирование, аналогичное DVD.

Цифровой кинематограф[править | править код]

В современном кинопроизводстве анаморфирование пикселя используется при изготовлении цифровых копий широкоэкранных фильмов формата Scope, снятых анаморфотными киносъёмочными объективами. Использование такой оптики, создающей специфический оптический рисунок, привносит характер изображения, который у зрителей ассоциируется с «голливудским» видением[12]. Поэтому некоторые операторы-постановщики используют такую оптику в качестве изобразительного приёма. Кроме того, это позволяет полноценно использовать вертикальное пространство матрицы цифровой кинокамеры с соотношением сторон кадра 1,33:1[13]. При этом анаморфированное (сжатое по горизонтали) изображение, даваемое съёмочным объективом, заполняет всю площадь матрицы, максимально используя её разрешающую способность. При дальнейшей обработке полученного цифрового изображения производится его цифровая трансформация в формат 2,39:1 за счёт растягивания пикселей: эта возможность предусматривается в программном обеспечении для монтажа цифрового кино и видеоредакторах. В целом такой процесс является цифровым аналогом киноплёночных форматов «Синемаскоп» или «Панавижн» с той разницей, что вместо оптической трансформации анаморфотным объективом кинопроектора изображение принимает нормальные пропорции уже в процессе цифрового монтажа в расчёте на сферическую оптику цифровых кинопроекторов. В случае вывода такого фильма на киноплёнку исходные пропорции изображения сохраняются, поскольку совпадают с форматом анаморфированных фильмокопий.

Широкоэкранный цифровой кинофильм также может быть снят традиционным сферическим объективом меньшего фокусного расстояния с последующей обрезкой изображения по вертикали. Такая же технология используется в плёночном формате «Супер-35», предназначенном для широкоэкранных фильмов. Недостатком съёмки с анаморфированием является большая стоимость аренды съёмочной оптики и её громоздкость. Светосила анаморфотных объективов ниже сферических, что требует более интенсивного освещения снимаемой сцены. В некоторых случаях качество изображения, даваемого сферической оптикой, недостижимо для анаморфотной. Поэтому большая часть фильмов формата Scope в настоящее время снимается аксиально-симметричными объективами без анаморфирования[14].

См. также[править | править код]

Примечания[править | править код]

  1. Телеспутник, 2010, с. 67.
  2. Области безопасности программ с широкоэкранным 16:9 и стандартным 4:3 форматами изображения. РЕКОМЕНДАЦИЯ МСЭ-R BT.1379-2. ITU. Дата обращения 2 декабря 2012. Архивировано 4 декабря 2012 года.
  3. Студийные параметры кодирования цифрового телевидения. Рекомендация МСЭ-R BT. 601-7. ITU (март 2011). Дата обращения 2 декабря 2012. Архивировано 4 декабря 2012 года.
  4. Chris Pirazzi. Square and Non-Square Pixels (англ.). Lurker's guide to video. Дата обращения 2 декабря 2012. Архивировано 11 декабря 2012 года.
  5. Владимир Дулепов. Работа с форматом AVCHD (рус.) // iXBT.com : журнал. — 2009.
  6. Телеспутник, 2010, с. 68.
  7. 1 2 Телеспутник, 2010, с. 66.
  8. Настройка WSS. Поддержка. SkyLark. Дата обращения 3 января 2015.
  9. Keith Jack. Widescreen Signaling (WSS) (англ.). Application Note AN9716.1. Intersil (August 1998). Дата обращения 3 января 2015.
  10. Randy Conrod. Demystifying Active Format Description (англ.). White Paper. Harris Broadcast Communications. Дата обращения 3 января 2015.
  11. Соотношение сторон (Aspect Ratio) и разрешение кадра. ProVegas (9 августа 2009). Дата обращения 2 декабря 2012. Архивировано 11 декабря 2012 года.
  12. Анаморфотная оптика. Сайт русских кинооператоров. Дата обращения 9 декабря 2012. Архивировано 11 декабря 2012 года.
  13. Владимир Савоскин, Людмила Березенцева. Объективный взгляд на оптику электронного кинематографа (рус.) // «Техника кино» : каталог. — 2006.
  14. Масуренков, 2012, с. 83.

Литература[править | править код]