HDTV и кинематограф

В рубрику "Оборудование и технологии" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций

HDTV и кинематограф

В последние годы с развитием технологий высокой четкости (HDTV) и электронного цифрового кинематографа эти понятия часто считают синонимами. На самом деле они совершенно различны

HDTV, как и любая телевизионная система, предназначена для отображения видеоинформации на экране телевизора. В системах телевидения стандартной четкости (SDTV) угол поля зрения не превышает 15-20°. Реальный угол поля зрения, под которым телезритель видит изображение HDTV, составляет не более 25-30°. При таких небольших значениях угла поля зрения не удается достичь "эффекта присутствия" зрителя в событиях, отображаемых на телевизионном экране. Телезритель всегда четко осознает, что он находится в своем доме, уютно расположившись в кресле перед телевизором, и в любую минуту может отвлечься от просмотра телевизионной программы.

Это явление получило название "эффекта окна" - все события на экране воспринимаются зрителем так, как будто бы он наблюдает изображения в окне небольшого размера. На телевизионном экране принципиально невозможно показать в реальном пространственном масштабе большинство сюжетов как павильонной, так и натурной съемки.

По этой же причине не удается получить значительного зрительского эффекта при создании систем трехмерного (объемного)телевизионного изображения, где "эффект окна" превращается в "эффект аквариума" с прозрачными стенками, в пределах которого и происходят все события.

В кинематографических системах ситуация принципиально другая. Угол, под которым зритель наблюдает экранное изображение в современных кинотеатрах, составляет 70-120°, а в некоторых кинематографических системах (IMAX) - 180е и более. Кроме того, наблюдение киноизображения в затемненном зале дополнительно способствует сосредоточению внимания зрителя на экранном изображении.

Как известно из теории отображения визуальной информации, "эффект присутствия" возникает при углах поля зрения экрана не менее 70°. Отсюда вытекают требования к характеристикам изображения - по разрешающей способности, яркости изображения, его цветопередаче и т.д. В табл. 1 представлены требования по разрешающей способности изображения для различных условий наблюдения.

Очевидно, что при больших углах поля зрения экранного изображения необходима существенно более высокая разрешающая способность изображения, чем даже в изображениях HDTV, сформированных по стандарту 1080 (1920 элементов в строке при 1080 активных строках).

Большинство кинематографистов полагает, что для полной реализации современных творческих замыслов необходимо создавать экранные изображения с разрешающей способноне менее 4 К (4048 элементов дискретизации по горизонтали). Для систем типа IMAX требуется еще более высокое разрешение (порядка 8 К).

Эти требования существенно превышают аналогичные параметры изображений HDTV и требуют дальнейшего развития технологий съемки, современных носителей для соответствующего контента и систем отображения информации на большом киноэкране.

Частота кадросмен

В классическом пленочном кинематографе съемка происходит с частотой 24 к/с. При кинопоказе каждый кадр проецируется на экран дважды. Это сделано для исключения заметности мельканий, так как критическая частота слияния мельканий в условиях кинопоказа при темновой адаптации зрительного анализатора человека составляет около 48 Гц. Такой способ приводит к появлению артефактов в динамичных изображениях в связи с характерными особенностями работы зрительного анализатора в этих условиях.

В системах HDTV возможно использование различных способов и частот кадросмен - прогрессивная развертка, интерлессинг. В результате может быть выбран режим, наиболее соответствующий характеристикам зрительного анализатора человека.

Киносъемочный процесс (производство цифрового контента)

Процесс производства контента для цифрового кинематографа имеет свои специфические особенности. Эти особенности определяются требованиями к качеству контента, которое не должно уступать качеству изображения на кинопленке.

Рассмотрим информационные характеристики негативной кинопленки и контента, производимого одной из типичных видеокамер для систем HDTV.

Размер "академического" кинокадра на кинопленке составляет 22x16 мм. При разрешающей способности 80 мм ' общее количество элементов разрешения на указанном кинокадре составит 1760x1280.

Размер светочувствительной поверхности ПЗС-матрицы в типовой рассматриваемой нами камере 2/3 дюйма по диагонали. При этом количество пикселей (светочувствительных элементов) составляет по стандарту 1080 величину 1920x1080. В соответствии с критерием Найквиста количество разрешаемых элементов изображения такой матрицей будет не более 960x640 эл.

Как видно из приведенных соотношений, изображение, формируемое видеокамерами системы HDTV, существенно уступает по разрешающей способности изображению на кинопленке.

Кроме этого, разница в размерах формируемого кадра делает невозможным использование стандартной киносъемочной оптики для видеосъемок камерами HDTV. Это создает дополнительные трудности операторам съемки в части композиции кадра, определения глубины резко изображаемого пространства и т.п.

Передача градаций яркости

Для оценки количества передаваемых кинопленкой градаций яркости служит характеристическая кривая, показывающая в логарифмическом масштабе зависимость плотности почернения пленки от экспозиции. Из рис. 3 видно, что по оценкам специалистов фирмы-изготователя их кинопленка может передать интервал яркостей, составляющий около 14 диафрагм. Каждое последующее значение диафрагмы отличается от предыдущего двукратным изменением светового потока, проходящего через съемочный объектив. Таким образом, пленка способна зарегистрировать интервал экспозиций 2¹² = 16 384. По оценкам специалистов нашего института это завышенная величина, ее реальное значение составляет порядка 12 диафрагм (212 = 4096).

Сравнительные испытания, проведенные фирмой-изготовителем кинопленки, показали, что в сопоставимых единицах градационная характеристика испытуемой типовой камеры HDTV составляет не более 10 диафрагм, то есть такая камера способна передать интервал экспозиций 210 = 1024 (рис. 4).

Таким образом, количество градаций яркости, которое может зарегистрировать негативная кинопленка, по разным оценкам в 4-16 раз больше, чем соответствующее количество градаций яркости видеокамеры HDTV.

Проблемы формирования "мастера" в системе D-cinema

Современный процесс формирования "мастера" в кинематографии представлен на рис. 5. Исходная информация может быть представлена в виде негативной кинопленки, аналоговых или цифровых видеозаписей, а также файлов компьютерной графики. Этот материал преобразуется в единую цифровую форму, представляющую собой компьютерные файлы. При создании такого цифрового контента возможна коррекция любых характеристик исходных материалов.

Цифровой контент хранится на сервере, при этом принципиальной особенностью для кинематографических систем является отсутствие какой-либо компрессии цифровой информации в указанном материале. Для кинематографических систем не имеет значения общий объем информации хранимого контента, а также возможность его передачи по имеющимся каналам передачи цифровой информации.

Отснятый цифровой материал может быть перезаписан на соответствующие аналоговые или цифровые носители и использован при трансляции по телевизионным каналам или для домашнего видеопросмотра. При этом следует понимать, что качество изображения находится в прямой зависимости от применяемых видов носителей и соответствующей аппаразаписи и воспроизведения информации.

Следует также упомянуть о развивающейся технологии с условным названием "домашний кинотеатр". В основе концепции этой технологии лежит устройство отображения видеоинформации, и представляется весьма перспективным использование HDTV при угле поля зрения экрана порядка 30°.

Кинопоказ в системе D-cinema

Для преобразования цифрового контента D-cinema в высококачественное изображение на киноэкране необходим цифровой видеопроектор. Последние разработки ведущих мировых производителей, продемонстрированные на выставке IBC-2004, обеспечивают разрешающую способность видеопроекторов 4096x2160 пикселей при формате изображения 16 : 9. Световой поток таких видеопроекторов составляет 10 000 лм, что позволяет проецировать изображение на 18-метровый экран в кинотеатре на 1700 мест.

Изображение 10 различных фрагментов оценено специалистами как превосходящее качество 35-мм кинопоказа.

Таким образом, можно сформулировать взаимоотношение систем SDTV, HDTV, 35-мм пленочного кинематографа, широкоформатных пленочных киносистем, а также системы D-cinema при помощи диаграммы, представленной на рис. 6.

Необходимо отметить, что развитие систем D-cinema сдерживается в связи с отсутствием единого международного стандарта. Есть и еще одна причина -кинопленочные фирмы не желают расставаться с огромными прибылями от продаж кинопленки.

В заключение необходимо отметить, что создание технологической цепочки HDTV позволило сделать значительный шаг в продвижении к полноценной технологии D-cinema и осмыслить, какие еще шаги нужно сделать в этом направлении.

Зав. лабораторией НИКФИ
Александр Блохин

Директор НИКФИ
Алексей Винокур

Научный сотрудник НИКФИ
Марина Елагина

Опубликовано: Журнал "Broadcasting. Телевидение и радиовещание" #2, 2005
Посещений: 16287

Статьи по теме

Автор