Descrierea formatelor de televiziune HDTV si SDTV existente la nivelul anului 2010. Informatii suplimentare privind standardele UHD gasiti aici.
Televiziunea de inalta definitie (HDTV) a devenit deja o alternativa viabila pentru transmisiile digitale in Europa. Principalii factori ce favorizeaza televiziunea de inalta definitie sunt:
- disponibilitatea pe piata a ecranelor LCD de mari dimensiuni si a videoproiectoarelor compatibile cu formatele HD si a potentialilor clienti dispusi sa cumpere si sa vizioneze emisiuni in HDTV
- recorderele HD sunt deja existente pe piata
- monitoarele PC cu rezolutii similare cu ale formatelor HDTV se utilizeaza deja in mod curent
Din nefericire au fost acceptate o multitudine de formate ale imaginii pentru HDTV. In momentul de fata nu exista un format unic pentru SDTV sau HDTV, dar exista o tendinta spre fabricarea unor receptoare compatibile cu toate formatele de imagine disponibile intr-o anumita regiune a lumii. Acest lucru pune probleme deosebite producatorilor video care trebuie sa realizeze materiale pentru o piata media cat mai mare.
Pentru intelegera formatelor de explorare e necesar sa reamintim ca o imagine in miscare este caracterizata de urmatorii parametri principali:
- frecventa cadrelor (frame rate)
- tipul de explorare a imaginii
- rezolutie [pixeli/(orizontala) x pixeli/(verticala)]
I. Frecventa cadrelor
Frecventa cadrelor este exprimata in cadre pe secunda. Exista o multitudine de frecvente de explorare pe verticala in HDTV:
- 24p (cadre pe secunda), explorare progresiva folosita la filmarea pe pelicula de film
- 23.98p (cadre pe secunda), versiune “drop frame” pentru 24p (compatibila cu sistemul NTSC)
- 25p (cadre pe secunda), explorare progresiva folosita la filmarea pe pelicula de film si compatibila cu sistemul PAL
- 50i (semicadre pe secunda), explorare intretesuta (este si frecventa pe verticala sistemului PAL)
- 50p (cadre pe secunda), explorare progresiva folosita in televiziune si compatibila cu sistemul PAL
- 30p (cadre pe secunda), explorare progresiva folosita la filmarea pe pelicula de film si in televiziune, acolo unde compatibilitatea cu sistemul NTSC nu este necesara
- 29.97p (cadre pe secunda), versiune “drop frame” pentru 30p (compatibila cu sistemul NTSC)
- 59.94p (cadre pe secunda), versiune “drop frame” pentru 60p (compatibila cu sistemul NTSC)
- 60i (semicadre pe secunda), explorare intretesuta, acolo unde compatibilitatea cu sistemul NTSC nu este necesara
- 60p (cadre pe secunda), explorare progresiva folosita in televiziune, acolo unde compatibilitatea cu sistemul NTSC nu este necesara
In cazul explorarii intretesute, un cadru este alcatuit din doua semicadre (campuri) intretesute. Explorarea intretesuta contine mai multa informatie despre cantitatea de miscare, dar mai putina informatie spatiala. Este si motivul pentru care stop-cadrul facut pe un subiect in miscare este lipsit de definitie datorita decalarii temporale intre cele doua semicadre.
II. Tipul de explorare
- Explorare progresiva. Liniile de rang par si impar apartin aceluiasi cadru (nu exista semicadre)
- Explorare progresiva cu cadre segmentate (segmented frame scan). Explorarea se face pe semicadre, ambele fiind capturate la acelasi moment in timp (nu exista decalare temporala intre ele). Imaginea este capturata ca un singur cadru printr-o singura explorare, dar este transmisa ca intr-un format intretesut cu liniile impare formand un camp, iar liniile pare campul urmator. Astfel se obtin avantajele explorarii progresive, dar cu reducerea largimii de banda a semnalului ca in explorarea intretesuta. Formatele cu cadre segmentate pot fi preluctate asa cum sunt sau pot fi cu usurinta convertite in formate cu explorare progresiva.
- Explorare intretesuta. Liniile impare formeaza un semicadru, iar liniile pare apartin celuilalt semicadru, fiecare din acestea fiind capturate la momente de timp diferite (exista decalare temporala intre semicadre)
III. Rezolutie [pixeli/(orizontala) x pixeli/(verticala)]
Exista o multitudine de rezolutii, incepand de la telefonia mobila, IPTV, televiziunea traditionala (terestra, satelit, cablu), cinematografie digitala si tehnologia display-uilor de mari dimensiuni. Paleta de rezolutii se intinde de la CIF (Common Interface Format) pana la rezolutii de 4k si chiar mai mult.
- rezolutie CIF: 352x240, cu raport de aspect al imaginii de 22:15
- rezolutie NTSC: 708x480, raport de aspect 4:3 (folosita in televiziune)
- rezolutie PAL: 720x576, raport de aspect 4:3 (folosita in televiziune)
- rezolutie HD 720p: 1280x720, raport de aspect 16:9 (folosita in televiziune)
- rezolutie HD 1080p sau 1080i: 1920x1080, raport de aspect 16:9 (folosita in televiziune)
- rezolutie 2k: 2048x1080, raport de aspect 1.88:1 (folosita in cinematografia digitala si post productie video)
- rezolutie 4k: 4096x2160, (folosita in cinematografia digitala si post productie video). Numarul de pixeli pe orizontala si verticala pentru rezolutiile 2K si 4K pot fi in jurul valorilor specificate in functie de standardul cinematografic utilizat (in conformitate cu DCI - Digital Cinema Initiatives, ASC - American Society of Cinematographers, s.a).
Observatie privitoare la rezolutiile 2K si 4K
Spre deosebire de rezolutiile HDTV 720 si 1080, care specifica prin notatie rezolutia pe verticala, notatiile 2k si 4k se refera la rezolutia maxima pe orizontala exprimata in pixeli care este de 2048, respectiv 4096 de pixeli.
Specificatiile actuale definesc rezolutiile 2k (2048x1080) si 4K (4096x2160), amandoua maxim cuantizabile pe 36 de biti de culoare. Numarul real de pixeli poate varia in functie de raportul de aspect cu care se filmeaza, care de obicei nu este 16:9 (variaza intre 1.37:1 si 2.89:1).
Rezolutia 2K, si mai ales 4K, sunt utilizate ca intermediare digitale pentru post-productie. Filmul realizat clasic este scanat digital in vederea editarii, aplicarii corectiilor de culoare, efectelor speciale, etc. inainte de a fi transferat inapoi pe film sau re-esantionat in rezolutie 2k pentru cinematografele digitale sau chiar subesantionat pentru promovare pe piata sub forma de dicuri Blu-ray sau DVD.
Tabelul 1. Formate de explorare pentru studiourile digitale HDTV
IV. Clasificarea formatelor video
V. Categorii de semnale seriale digitale
Semnale SD-SDI cu rata de bit de 270Mb/s
Semnalele video standard definitie (SDTV) sunt transportate pe cablu coaxial folosind o largime de banda de 270Mb/s (0.27Gb/s), in conformitate cu standardul SMPTE 259M.
SMPTE 259M este structurat pe 4 nivele (support levels):
- Level A – cu rata de bit de 143 Mb/s, pentru semnale NTSC compozit transpuse in digital (prescurtare SMPTE259M-A)
- Level B - cu rata de bit de 177 Mb/s, pentru semnale PAL compozit transpuse in digital (prescurtare SMPTE259M-B)
- Level C - cu rata de bit de 270 Mb/s, pentru rezolutii de 525/625 linii, pe componente (esantionare 4:2:2, cuantizare pe 10 biti), frecventa esantionare Y (luminanta) de 13.5MHz, pentru raport de aspect 4:3 si 16:9 (prescurtare SMPTE259M-C).
Semnalul poate ingloba pana la 16 canale audio embedded si metadata.
- Level D - cu rata de bit de 360 Mb/s, pentru rezolutii de 525/625 linii, pe componente (esantionare 4:2:2, cuantizare pe 10 biti), frecventa esantionare Y (luminanta) de 18MHz, pentru raport de aspect 16:9 (nu este utilizat in mod frecvent)
Nota. Unele formate sursa (inainte de serializarea in SD-SDI) pot fi inferioare esantionarii 4:2:2 pe 10 biti (spre exemplu formatele de inregistrare DV si DVCAM).
Semnale HD-SDI cu rata de bit de 1.5Gb/s
Semnalele video de inalta definitie (HDTV) sunt transportate pe cablu coaxial folosind o largime de banda de aproximativ 1.5Gb/s, in conformitate cu standardul SMPTE 292M. Semnalul este structurat pe componente, cu esantionare 4:2:2, cuantizare pe 10 biti, frecventa esantionare Y (luminanta) de aproximativ 75MHz, raport de aspect 16:9. Semnalul poate ingloba pana la 16 canale audio embedded si metadata.
Formatele sursa sunt 720p si 1080i cu raport de aspect 16:9.
Nota. Unele formate sursa (inainte de serializarea in HD-SDI) pot fi inferioare esantionarii 4:2:2 pe 10 biti (spre exemplu formatele de inregistrare HDV).
Semnale HD-SDI cu rata de bit de 3Gb/s
Aceste semnale HDTV poarta denumirea generica de “Full HD”, de rezolutie 1080p cu numai trei valori pentru frecventa cadrelor: 50, 59.94 si 60Hz. Semnalele seriale digitale sunt transportate pe cablu coaxial folosind o largime de banda de aproximativ 3Gb/s in conformitate cu standardele SMPTE 424M/425M.
Semnalele pot fi transportate pe un singur cablu coaxial (single link) care suporta 3Gb/s sau pe 2 cabluri (dual link), fiecare cablu coaxial transportand un semnal cu largime de banda de 1.5Gb/s.
SMPTE425M - Level B foloseste o conexiune “dual link” cu 2 semnale de 1.5 Gb/s pe 2 cabluri coaxiale, cu 2 stream-uri, unul suportand 16 canale audio embedded si metadata, iar celalalt putand transporta canale audio suplimentare. Camerele si echipamentele de productie video folosesc conexiunea “dual link” de multi ani. In televiziune nu s-a luat in considerare utilizarea “dual link” din cauza costurilor si complicatiilor asociate cu utilizarea transmisiei prin 2 cabluri (rutare, procesare de semnale).
SMPTE425M - Level A foloseste un singur cablu coaxial (single link) care transporta semnale de 3Gb/s. Exista de asemeni posibilitatea de a transmite simultan 2 stream-uri de semnale diferite de 1.5Gb/s (spre exemplu 2 stream-uri de 720p sau 1080i), care pot fi rutate si distribuite prin echipamente ce suporta 3Gb/s, selectia stream-urilor putand fi facuta la sfarsitul lantului, exact in locul de destinatie.
Semnalele seriale digitale HD-SDI de 3Gb/s pentru televiziune folosesc spatiul colorimetric YCbCr cu esantionare 4:2:2 si cuantizare pe 10 biti, frecventa esantionare Y (luminanta) fiind de 148.5 MHz.
Nota. Conform standardelor, conversia de la Level B la Level A este posibila numai pentru semnale 1080p 50/59.94/60, esantionare 4:2:2 si cuantizare pe 10 biti.
