Гласман К.Ф.
Конференция NAB2003
5 и 6 апреля 2003г. состоялась
конференция «Цифровое кино —
встреча в верхах», организованная
Национальной ассоциацией
вещателей (NAB) совместно с Обществом
инженеров кино и телевидения (SMPTE) и
журналом «Цифровое кино» (Digital Cinema
magazine). На своих заседаниях
конференция собрала ученых,
инженеров, режиссеров, операторов,
обсудивших широкий круг проблем
цифрового кино: внедрение цифровых
технологий в кино, методология
тестирования и оценки качества,
кинотеатральный опыт в цифровом
кино, разработка стандартов
цифрового кино, технология
передачи и распределения фильмов
для цифрового кино, концепции
компрессии для цифрового кино,
цифровые видеокамеры и сканеры
высокого разрешения для цифрового
кино, системы видеопроекции,
цифровые технологии при
тиражировании кинофильмов. Анализ
проблем съемки, тиражирования и
демонстрации кинофильмов на
конференции работников
вещательных организаций является,
несомненно, отражением того факта,
что цифровые телевизионные
технологии достигли такого
высокого уровня, который позволяет
осваивать новые прикладные
области, важнейшей из которых
является кинематограф.
Тон конференции был задан уже самим
названием первого доклада,
представленного президентом
Национальной ассоциации
владельцев кинотеатров США Джоном
Фитианом (John Fithian, President of the National
Association of Theater Owners) и Питером
Вильсоном из Европейского форума
цифрового кино (Peter Wilson, European Digital
Cinema Forum) — «Состояние цифрового
кино: Где мы? Куда мы идем?».
Аналитический обзор истории
цифрового кино, исследование
проблем внедрения цифровых
технологий в кинематограф, оценка
перспектив развития цифрового кино
— эти вопросы оказались в центре
внимания конференции. Высокий
уровень обсуждения был задан
составом докладчиков. В работе
конференции участвовали два
вице-президента SMPTE: Эдвард Хобсон
(Edward Hobson — SMPTE Editorial Vice-President) и Питер
Саймс (Peter Simes — SMPTE Engineering Vice-President),
председатель комитета SMPTE по
технике кинематографа Томас Скотт
(Thomas Scott, SMPTE Film Steering Committee Chair). С
докладами выступили президент
компании Regal Cinemedia Курт Халл (Kurt Hall),
исполнительный руководитель
Лаборатории цифрового кино при
Центре зрелищных технологий Чарльз
Сворц (Charles Swartz, Executive Director and CEO, Digital
Cinema Laboratory, Entertainment Technology Center),
руководитель программ отделения
цифрового кино фирмы «Кодак» Гленн
Кеннел (Glenn Kennel, Kodak Digital Cinema), крупный
специалист в области
телекинопроекции Дэвид Банкрофт,
представлявший фирму Томсон (David
Bancroft, Thomson). С одним из основных
докладов, представлявших точку
зрения работников творческой сферы
кинематографа, выступил известный
режиссер, продюсер и сценарист Дэйл
Лаунер (Dale Launer), рассказавший о
переходе к цифровым технологиям на
примерах своего творчества и
назвавший свое сообщение «Моя
собственная цифровая революция»
Доклады конференции «Цифровое кино
— встреча в верхах» отличала
практическая направленность,
значительная их часть была
посвящена истории цифрового кино,
пока еще совсем короткой, и анализу
результатов использования
цифровых технологий в
кинематографе. Обсуждение
направлений развития цифрового
кино также заняло заметное место в
заседаниях и дискуссиях
конференции. В «круглых столах»
конференции участвовали
представители разных
кинематографических профессий, уже
начавшие или планирующие переход к
«цифре»: режиссеры, операторы,
дистрибьюторы. В выступлениях
соседствовали термины,
традиционные для техники
кинематографа и привычные для
специалистов по телевидению и
обработке данных: резкость, пиксел,
детальность, число строк и число
пикселов в строке,
характеристическая кривая,
передача градаций, число битов на
отсчет, компрессия без потерь и
артефакты компрессии, глубина
резкости, размеры сенсора камеры.
Специалисты традиционного кино
задавались вопросом, почему когда
они снимают на кинопленку, они
точно знают, что увидит зритель на
экране, а когда на «цифру» — нет?
Ответом представителей техники
телевидения было утверждение, что
на сегодня пройден лишь первый этап
внедрения цифровых технологий,
доказавший принципиальную
возможность и реализуемость
цифрового кино, а формирование
нового стиля и освоение новых
изобразительных возможностей —
другой этап, который только
начинается. Но надо ли стремиться к
новому стилю? Давайте прислушаемся
к рассуждениям участников
конференции.
Предпосылки появления
цифрового кино
Телевидение всегда считалось
младшим братом кинематографа.
Практическое телевидение
появилось тогда, когда
кинематограф был уже в расцвете
сил. И не удивительно, что
демонстрация кинофильмов была и
остается одним из основных видов
телевизионных передач. Более того,
кинопленка долгое время была
единственным средством для
фиксации движущихся изображений.
Многие телевизионные программы и
сейчас «рождаются» на кинопленке и
затем преобразуются в
телевизионный формат.
Развитие телевизионной техники
привело к постепенному
проникновению средств
электронного телевидения в
традиционный оптико-механический
кинематограф. В кино стали
использоваться средства
рационализации подготовительного
периода съемки фильмов: выбор
актеров на роль, проведение
репетиций, отбор дублей с помощью
видеозаписи. В самом съемочном
процессе несомненное удобство
представляет применение
ТВ-визиров, позволяющих видеть
будущий кинофильм на экранах
мониторов. ТВ-визир не только
позволяет контролировать ракурс и
масштаб съемки, но и может
использоваться для выбора
оптимальных экспозиционных
условий съемки. Синхронная
видеозапись сцен, снимаемых на
кинопленку, дает возможность
оперативного просмотра результата
всеми участниками съемки.
Воспроизведение ТВ-изображения на
большом экране моделирует
атмосферу эмоционального
восприятия кинофильма, и это не
связано с непроизводительным
расходом кинопленки. На основе
вспомогательного электронного
монтажа можно скомпоновать на
магнитной ленте макет фильма, по
которому значительно легче
осуществить монтаж на кинопленке.
Для установки света и цвета при
печати фильмов широко используются
цветоанализаторы с электронным
моделированием
цветофотографических
преобразований. Синхронный монтаж
звука осуществляется с помощью
ТВ-фильмомонтажных столов,
построенных на основе
технологических
телекинопроекторов.
Во всех перечисленных выше
примерах теле- и видеотехнические
средства играют вспомогательную
роль, например, моделируя отдельные
кинематографические звенья на
различных стадиях
фильмопроизводства от съемки
оригинального негатива до печати
копий фильма. Они не вторгаются в
процесс формирования изображения
на кинопленке. Причина проста —
качество изображения в телевидении
стандартной четкости недостаточно
для 35-мм кино. Об электронном кино
не могло быть и речи, пока число
строк разложения равнялось 525 или
625, т.е. значениям, которые в
современной трактовке определяют
так назывемое телевидение
стандартной четкости. О цифровом
кино нельзя было даже мечтать, пока
не было достойной замены
кинопроектору. До недавнего
времени изображение, создаваемое
видеопроектором, не могло
сравниться с изображением,
демонстрируемым 35-мм
кинопроектором. Однако ситуация
коренным образом изменилась в
последние годы. Телевидение
проникло в мир высокой четкости.
Появились видеопроекторы с высокой
яркостью, контрастом и четкостью. И
цифровые технологии стали
непосредственно участвовать в
создании киноизображения.
Радикальное решение проблемы
взаимодействия телевидения с
кинематографом связано с решением
11-й Исследовательской комиссии по
телевидению Международного союза
электросвязи, которая под
председательством профессора М.И.
Кривошеева приняла Рекомендацию
ITU-R BT.709.3. Эта рекомендация
устанавливает единый стандарт
производства и международного
обмена программами в формате
телевидения высокой четкости. Она
определяет допустимые значения
двух ключевых параметров
телевизионного изображения: числа
активных строк и частоты кадров,
при которых объединение
технических средств телевидения и
кино происходит наиболее просто.
Эти значения — 1080 активных строк
(при построчном разложении) и 24Гц.
Число строк, равное 1080, появилось в
результате применения принципа
удвоения параметров формата
цифрового сигнала,
дискретизированного в
соответствии с Рекомендацией 601.
Число активных элементов в строке,
равное 720 как при 625, так и при 525
строках, удвоенное и умноженное на
4/3 для перехода от формата
изображения 4/3 к 16/9, дает 1920
элементов в строке. При таком числе
активных элементов в строке
квадратный пиксел будет получен
при 1080 активных строк в кадре. Эти
числа (1920 и 1080) и определяют единый
формат изображения для телевидения
высокой четкости. Хотелось бы
отметить, что не следует понимать
удвоение числа элементов как
упрощенный и поверхностный подход.
Принцип удвоения позволяет
наиболее простым способом
реализовать идею масштабируемости
телевизионного изображения, в
соответствии с которой параметры
изображения в системах разного
уровня находятся между собой в
целочисленных соотношениях.
Непривычным для телевизионного
инженера и наиболее важным для
определения путей развития
телевидения является одно из
рекомендованных значений частоты
кадров — 24Гц. Это число
представляет собой частоту смены
кадров в кинематографе. Это не
слишком большая величина для
съемки быстро движущихся объектов.
Она также значительно меньше
критической частоты слияния
мельканий, что заставляет
проецировать каждый кинокадр
дважды. Но при всех недостатках 24
кинокадра в секунду дают пример
общепринятого и существующего
многие десятки лет мирового
стандарта. Построчное разложение
изображения на 1080 активных строк
при частоте кадров 24Гц и
представляет собой универсальный
формат (называемый часто форматом
24p) производства телевизионных
программ и фильмов. Такое решение
уже поддержано производителями
аппаратуры.
Видеопроекция — ключевой элемент
системы цифрового кино. Только при
условии, что качество изображения
будет не хуже, чем в современном
кино, имеет смысл говорить о
цифровом кинематографе, добиваясь
различных эксплуатационных
преимуществ. Начало применения
видеопроекторов в кино относится к
70-м гг., когда проекторы первого
поколения устанавливались в малых
залах. В этом была экономическая
привлекательность, но качество
изображения было низким, что
предопределило неудачу этих
попыток. Настоящий и большой шаг в
использовании технологий
видеопроекции в кино был сделан в
90-х гг., когда появились проекторы с
микрозеркальными растрами,
обеспечивающие разрешение 1280х1024 и
выполненные по технологии DLP (Digital
Light Processing). Технология DLP,
разработанная фирмой Texas Instruments,
теперь используется и другими
производителями проекторов: Barco,
Christie Digital Systems, Sony, Digital Projection. Фирма
JVC предложила свою технологию
отражающей проекции с
использованием
жидкокристаллических приборов — ILA
(Image Light Amplification), — разработанную
совместно с Hughes Corporation. Затем JVC
разработала технологию D-ILA (Digital ILA).
Значение этой технологии для
киноотрасли стало очевидным, когда
JVC представила проекторы с
разрешением 2k (2048х1536).
Современные видеопроекторы уже
могут создать изтєражение, которое
по своим качественным показателям
соответствует киноизображению.
Качество изображения, полученного
с помощью цифровых
видеопроекторов, достаточно
хорошее. Оно удовлетворяет
ожиданиям большей части
зрительской аудитории, кроме самой
скептически настроенной ее части,
которая полагает, что качество
изображения, построенного с
помощью видеопроектора, немного
уступает (это прежде всего
относится к четкости и
динамическому диапазону) качеству
изображения, полученному с
использованием новой 35-мм
фильмокопии и отличного
кинопроектора. Однако
видеопроекторы, несомненно, будут
становиться все лучше. Проекторы с
разрешением, например, 4000х3000
пикселов позволяют получить
изображение, практически
соответствующее по четкости слайду
на 35-мм пленке или кинокадру на 70-мм
кинопленке.
Принципы построения систем
цифрового кино
Цифровые технологии позволяют
выстроить новую цепь процессов,
связанных распределением фильмов в
цифровой форме: киносъемка, монтаж,
оцифровка, обработка, запись и
хранение в сервере, кодирование и
передача по каналу
телекоммуникации, видеопроекция на
экран в кинотеатре. Файлы цифровых
данных, содержащие кинофильм после
его преобразования в цифровую
форму, могут храниться на магнитной
ленте или оптическом диске. За счет
видеокомпрессии можно уменьшить
объем файла данных, описывающих
кинофильм, примерно в 20–25 раз без
заметной потери качества. Если
используется видеокомпрессия, то
типичный кинофильм занимает
примерно 50 Гбайт, что позволяет
легко загрузить файл фильма в
память сервера. Кассета или диск с
файлом фильма может быть переслан в
кинотеатр для проекции, но более
эффективным способом является
передача данных по каналам
телекоммуникаций. Пока нет
технических возможностей для
массовой передачи фильмов с
использованием Интернета. Наиболее
реалистичным способом
передачи файлов, несущих
информацию о кинофильме в цифровой
форме, является использование
канала спутниковой связи.
Современные спутники связи имеют
до нескольких десятков
транспондеров, что делает
возможным одновременную передачу
сразу нескольких фильмов, например,
для кинотеатра — мультиплекса.
Стоимость использования
транспондера весьма велика,
поэтому целесообразно передавать
данные сразу для большого числа
кинотеатров.
Прием данных, несущих цифровой
фильм, может осуществляться на
обычную антенну спутникового
канала связи. Маловероятно, что
фильм сразу будет
демонстрироваться на киноэкране,
поэтому сначала данные должны
записываться на диск сервера,
располагающегося в кинотеатре.
Система исправления ошибок канала
связи практически исключает
какие-либо сбои, но полученный
фильм может быть просмотрен и
проверен на наличие ошибок. В
случае наличия искажений или помех,
связанных с ошибками канала связи,
фильм (или его фрагменты) может быть
передан вторично. Этот процесс
может совершаться в автоматическом
режиме. Если используется
компрессия, то пересылка файла
фильма в реальном времени требует
скорости передачи данных 60–70
Мбит/с. Однако информация может
передаваться по каналу связи и не в
условиях реального времени, что
также требует накопления данных в
точке приема (кинотеатре) для
последующего воспроизведения и
проекции кинофильма.
Назначением кодирования является
прежде всего защита от
несанкционированного копирования
фильма, т.е. предотвращение
появления пиратских копий.
Подобные системы кодирования уже
используются в цифровых системах
вещания и при тиражировании
фильмов на DVD-дисках. Кодирование
условного доступа с целью
ограничения пиратства возможно с
использованием технологии водяных
знаков (как для изображения, так и
для звука). Система кодирования
должна не только обеспечить защиту
от несанкционированного
копирования, но и предотвратить
демонстрацию фильма вне временных
рамок лицензии и с превышением
установленного лицензией числа
показов.
Типичная схема преобразования
сигналов, реализуемая в цифровом
кино сегодняшнего дня, такова.
Киноизображения на кинопленке
оцифровываются с использованием
телекинопроекторов высокого
разрешения (например, 2048х1556
пикселов). В качестве
промежуточного носителя цифровых
данных может использоваться,
например, видеолента, а для записи
— видеомагнитофоны. Оцифрованные
фильмы подвергаются обработке и
цветовой коррекции для
согласования с характеристиками
видеопроекторов и еще раз
записываются на видеомагнитофон.
Затем поток записанных данных
подвергается видеокомпрессии с
использованием специальных
серверов (частым вариантом
является применение серверов QuBit
фирмы QuBis, в которых используется
фирменный способ компрессии на
базе Wavelet-преобразования). После
компрессии данные записываются на
DVD-R и рассылаются по кинотеатрам. В
кинотеатрах данные с диска снова
загружаются в сервер QuBit. После
декодирования цифровой
видеосигнал передается в
видеопроектор по интерфейсу,
выполненному в соответствии с
протоколом SMPTE 292. Формат
изображения трех микрозеркальных
растров проектора — 1,25:1 (при
использовании видеопроекторов,
выполненных по технологии DLP).
Изображение трансформируется в
формат 1,85:1 или 2,35:1 с помощью
анаморформотной оптики. В
результате пикселы на экране
перестают быть квадратными и
становятся прямоугольными (они
вытягиваются по горизонтали).
Демонстрируемое киноизображение
представляет собой растр с
разрешением 1280х1024 пикселов и
контрастом, равным примерно 1000:1.
Растровая структура
киноизображения практически
незаметна среднему зрителю.
Использование цифровых технологий
лишь в части процесса
фильмопроизводства (оцифровка
смонтированного кинофильма на
кинопленке, обработка, запись и
хранение в сервере, кодирование и
передача по каналу
телекоммуникации, видеопроекция на
экран в кинотеатре) определяет
цифровое кино в его минимальной
конфигурации. Но уже возможно
расширение сферы применения
цифровых технологий на область
компоновки и монтажа (линейного или
нелинейного), а также на область
съемки исходных материалов и
записи их на магнитную ленту или
диск в цифровой форме. Кадры,
снятые, обработанные и
смонтированные в формате
телевидения высокой четкости 24p, —
это уже практика сегодняшнего
фильмопроизводства (конечно, не
массовая, подавляющее большинство
кинофильмов снимается сегодня на
35-мм кинопленку).
Создание телевизионных камер со
сверхвысоким разрешением является
одним из наиболее впечатляющих
технических достижений последнего
времени, поэтому не случайно, что на
конференции был заслушан
специальный доклад представителя
канадской фирмы Dalsa о телевизионной
камерной системе с разрешением 4k,
предназначенной для цифрового
кино. Фоточувствительный элемент
камеры, или сенсор, содержит 8,2 млн
пикселов и характеризуется
разрешением 4096 элементов по
горизонтали и 2048 — по вертикали при
формате изображения 2:1.
Динамический диапазон
определяется квантованием с 14 бит
на отсчет. Общее количество
элементов в новой камере в 4 раза
больше, чем в современной
телевизионной камере высокой
четкости. Но, пожалуй, наиболее
принципиальное отличие ее связано
с размерами сенсора, равными
размерам кадра 35-мм кинопленки.
Каждый пиксел приблизительно в 3
раза больше, чем в камере ТВЧ, а
общая площадь сенсора — в 11 раз.
Следствием такого решения стало
появление возможности
использовать объективы,
применяемые в стандартном 35-мм
кинематографическом процессе, и
снятое изображение приобретает
«кинематографический» облик (при
частоте кадров, равной 24Гц, и той же
глубине резкости в изображении).
Кроме того, здесь используется
оптический видоискатель, что
повышает качество и соответствует
опыту съемки фильмов на кинопленку.
Таким образом, надо признать, что
создатели кинофильмов могут сейчас
использовать как традиционные, так
и новые цифровые технологии на всех
стадиях процесса
фильмопроизводства.
(Продолжение следует)