Устинов В.А.
Цифровой кинематограф и защита
данных
(сокращенный
вариант)
Несмотря на
радужные прогнозы, которые давали
специалисты год назад, о том, что к
январю 2003 г. в мире будет открыто
более 1000 цифровых кинотеатров, на
самом деле их количество оказалось
немногим более 120. В чем причина?
Куда далее следует развиваться ЦКМ?
Что для этого нужно?
На основе материалов,
опубликованных в специальных
изданиях Великобритании и США, а
также представленных на выставке
NAB2003, вниманию читателей ТКТ
предлагается обзор с анализом
трудностей, которые встретил
цифровой кинематограф (ЦКМ) на пути
своего развития. Особое внимание
обращено на необходимость защиты
цифровых видеоматериалов от
пиратства на всех стадиях
производства, доставки и
воспроизведения, если шифрование
должно происходить без ухудшения
качества изображения.
К причинам замедленного развития ЦКМ относят, в основном, относительно высокую стоимость оборудования, сложность защиты контента от пиратского использования. Интересно отметить, что в разных странах мира ожидания, связанные с дальнейшей судьбой ЦКМ, сильно отличаются друг от друга. Например, если из-за возможности повысить качество изображения на экране в странах Европы и в США на ЦКМ возлагают очень большие надежды, то в Китае больше внимания стали обращать на общее развитие сети кинотеатров. Хотя ЦКМ наиболее интенсивно развивался именно в Китае: к концу 2002 г. там открылось 11 новых цифровых кинотеатров, но если Grand Theatеr в Шанхае ежедневно посещает 5500 человек, то общая статистика по стране выглядит скромно.
Обновление
оборудования ЦКМ
На последней выставке Cinema Expo фирма
Kodak продемонстрировала новую
цифровую проекционную систему
D-ILA/IBM Server, которая превосходит
DLP-систему как по четкости
изображения, так и по цвету — 2К/10
бит против 1,28К/8 бит. К настоящему
времени стало очевидным, что
четкость 2К станет минимальным
требованием для ЦКМ. Если
существующие DМD-проекторы стали
привычными в кинотеатрах (1280 х 1024
отсчетов), то сейчас телезрители
предпочитают видеть более четкое
изображение, пользуясь
современными ТВЧ-приемниками (1920 х
1080). Так как размер экрана домашнего
кинотеатра меньше, чем размер
киноэкрана, то дискретное
разрешение строки становится
невидимым.
Появилось новое оборудование для
демонстрации изображения:
MaxiVision/California (48 кадр/с с улучшенным
качеством) и Laser Vision/Oregon, а также
Sony/Silicon Light Machines laser на основе Grating Light
Valve, а лазерный проектор типа LDT
расширил возможности получения
более высокой четкости
изображения.
Сжатие данных
Звуковое оборудование условно
делится на системы со сжатием, не
приводящим к потерям, почти не
дающим потерь и приводящим к
потерям после восстановления
данных. Обработка изображения с
бoльшим количеством данных требует
бoльшего количества терабайт при
приеме кинофильма через цифровой
канал. Будущий центр
воспроизведения должен работать
или в режиме Broadcast Server Mode — Push (по
стандарту SMPTE 292M при 1,6 Гбит/с) или в
режиме Data Server Mode — Pull. Согласно
оценке специалистов, установка
соответствующего приемного и
проекционного цифрового
оборудования в 37 тыс. кинозалах США
потребует 5,5 млрд долл.
Пиратство
Цифровая доставка кинофильмов
непосредственно из студии в
кинотеатры, разбросанные по всему
миру, несомненно, приведет к
экономии средств, расходуемых на
киноматериалы, на вставку
специальных эффектов, изготовление
и доставку копий фильмов на
кинопленке, со всеми
сопутствующими транспортными
проблемами. Но кроме возврата
инвестиций, требуется решить еще
несколько проблем, связанных с
внедрением ЦКМ, и одна из них —
защита от пиратского
использования.
Цифровая революция несет опасность
техническим разработкам из-за того,
что множество людей, имеющих
компьютеры, через Интернет могут
бесплатно пользоваться
результатами деятельности больших
творческих коллективов, на которые
были потрачены тысячи
человеко-часов и миллионы долларов.
Что касается кинофильмов, то
имеется много мест, где цифровые
кинофильмы, выпускаемые на экраны
кинотеатров, становятся доступными
для пиратского просмотра
пользователем сети. Вскоре после
выхода фильма на экран сотни
пиратов уже продают его на DVD, а
иногда фильм воруется
непосредственно на премьерном
показе, когда пират сидит в
кинотеатре с видеокамерой DVCAM.
Электронный и
цифровой кинематограф
Согласно стандартам SMPTE DС28 и EDCF,
термин D-cinema относится к самому
высококачественному цифровому
представлению аналогового
кинофильма, в то время как термин
Е-cinema обозначает электронное
представление видеосодержимого
любого типа. В проекторах цифрового
изображения, применяемых в
настоящее время — LCD, DMD, GLV, LСoS, D-ILA —
используется постоянная структура
элементов изображения с четкостью
1К и выше. По-видимому, в электронном
кино необходимо использовать
проекционное оборудование,
обладающее переменной структурой
изображения, например, проекторы
типа ILA и проекторы с тройным пучком
производства таких фирм, как Christie,
Barco, Seleco, Vidikron, Sony, TAW и т.д., с
обеспечением четкости до 2,5К и даже
до 4К. К этой группе можно отнести
новейший лазерный проектор,
построчно «рисующий» изображение
при помощи модуляционных лазеров.
Основное преимущество лазерного
способа демонстрации изображения
— более широкие возможности
отображения цветов, которых нельзя
получить на кинопленке, и проекции
изображения на черной поверхности,
с получением глубокого черного
цвета и глубоких теней на темном
изображении. Со временем четкость
изображения будет повышаться, но
пока количество элементов
изображения ограничено, что
препятствует правильному
отображению гладких и ровных
переходов на некоторых участках
изображения.
Выживание кинотеатров
Владельцы кинотеатров постоянно
думают о том, как привлечь
дополнительных зрителей. Кинотеатр
предлагает товар за деньги, и этот
товар должен включать нечто такое,
чего нельзя получить от других
средств массовой информации, по
более дешевой цене или бесплатно.
Только такое сочетание гарантирует
выживание кинотеатра.
Кинотеатры могут предложить что-то
необычное: например, в одном из них
фильм «Earthquake» (Землетрясение)
демонстрировался в зале с
раскачивающимися стенами, а на
«Polyester» (Полиэфир) продавались
билеты с особым запахом. Все это
привлекает людей в кинозалы так же,
как кинотеатр IMAX привлекает своим
огромным экраном.
Компания Boeing Digital Cinema планирует
создать глобальную систему
цифровой передачи премьерных
кинофильмов и альтернативного
видеосодержимого непосредственно
в кинотеатры через спутники или
волоконно-оптические сети. Она
разрабатывает технические решения,
предназначенные для распределения
видеосодержимого от студий к
кинотеатрам. Передача
полнометражного кинофильма в
цифровом виде занимает 5–7 ч. После
получения видеосодержимое
хранится в сервере или другом
устройстве, которое автоматически
управляет демонстрацией на экране.
Шифрование контента
Компания Boeing предполагает
использовать технологию
шифрования, обеспечивая
многократную безопасность с
помощью систем, применяемых
Министерством обороны США. Системы
могут обеспечивать безопасность не
только при передаче по
спутниковому каналу, но также «от
начала до конца» — от момента
выхода из студии до начала
демонстрации на экране. Кроме того,
проводятся
научно-исследовательские работы по
созданию технологии «водяных
знаков» для обеспечения
идентификации и, возможно,
предотвращения любых пиратских
операций в будущем.
Обычные методы
криптографии
Цель криптографии — передача
информации таким способом, чтобы
доступ к ней был закрыт полностью
для случайного пользователя.
Первоначально безопасность
криптотекста зависела от
секретности всех процедур
шифрования и дешифрования; однако в
настоящее время используются
шифры, для которых алгоритмы
шифрования и дешифрования могут
быть доступны любому, без нарушения
безопасности специальной
криптограммы. В шифрах набор
параметров, названный ключом,
применяется вместе с «ровным»
текстом как вход в алгоритм
шифрования, и вместе с
криптограммой — как вход в
алгоритм дешифрования. Оба
алгоритма публикуются.
Безопасность криптограммы
полностью зависит от секретности
ключа, а ключ должен состоять из
случайно выбранной (и достаточно
длинной) последовательности битов.
Безопасность системы зависит от
выбранных математических
допущений, например, если выбрано
разложение на множители больших
целых чисел, то если появится
соответствующая программа для
компьютеров, то взлом
криптографического ключа общего
пользования может быть осуществлен
в течение нескольких часов.
«Квантовая»
криптография
Пока классическая криптография
использует различные
математические методы для
предотвращения пиратского
использования шифрованного
видеосодержимого, в «квантовой»
криптографии информация находится
под защитой физических законов, с
использованием принципа
неопределенности Гейзенберга и
«клубка квантов» (quantum entanglement) в
системе безопасной связи.
Квантовая криптография
обеспечивает возможность
безопасного обмена кодированным
ключом по частному каналу связи.
Существует несколько типов
квантовых криптосистем передачи
ключа. Одна из самых известных —
криптосистема с шифрованием,
основанном на двух
невзаимосвязанных очевидностях,
предложенная S. Wiesner (1970), C.H. Bennett и G.
Brassard (1984).
Если несанкционированный
пользователь захочет взломать
систему шифра, не зная типа
поляризации каждого фотона, то он
вынужден вводить ошибки в тракт
передачи. При этом законы квантовой
механики не позволяют «пирату»
использовать строго установленные
величины двух невзаимосвязанных
особенностей (в данном случае —
прямолинейных и диагональных
положений). Два легитимных
пользователя квантового канала
проводят испытание на
прослушивание и обнаруживают
случайные подгруппы ключевых битов
и проводят измерение скорости
появления ошибки. Прослушивание в
данном случае не исключается, но
будет выявлена любая попытка
захвата информации в данном канале.
Затем пользователи могут
воспользоваться другим ключом.
Схема измерения
поляризации фотона при доставке
квантового ключа была использована
в опытной разработке, выполненной в
одной из лабораторий IBM, где была
осуществлена опытная передача
данных на расстояние 30 см со
скоростью 10 бит/с.
Прогресс квантовой оптики привел к
созданию новых источников фотонов,
фотодетекторов и оптического
волокна более высокого качества;
эти элементы позволяют
продемонстрировать
соответствующий квантовый эффект
на большем расстоянии. Например,
схема на базе поляризации была
успешно испытана на расстоянии 1 км,
на основе «квантового клубка» — на
расстоянии 4 км, и «помеха края»
(несовмещение) единичного фотона
недавно была определена при
передаче данных по ВОК на
расстояние более 10 км (см. рис.). Эти
результаты указывают на
перспективность разработки
системы безопасной доставки ключа
по большой местной сети (LAN) со
скоростью около 20 кбит/с.
Полный текст - в № 7 журнала "ТКТ" за 2003 г.
