Обратно

Устинов В.А.
Оптимизация хранения киноматериалов
высокого разрешения
(сокращенный вариант)

С появлением цифрового кинематографа, позволяющего получать видеоматериалы почти с кинематографическим качеством, встал вопрос о том, с каким разрешением необходимо снимать кинофильм, предназначенный для долговременного архивного хранения, с какой степенью сжатия следует хранить киноматериалы.
Сегодня в постпроизводстве киновидеоматериалов происходят серьезные изменения. Видеоленты быстро заменяются новыми носителями, позволяющими хранить большие массивы оцифрованных изображений высокой четкости (HD). Наряду с видеоматериалами стандартной четкости появились видеоматериалы с HD-качеством, что побуждает изготовителей телекинодатчиков (ТКД) заняться разработкой аппаратуры, способной осуществлять перевод HD-видеоизображений. По мнению специалистов фирмы Cintel, кинопленка еще долго останется основным носителем изображений для длительного хранения, по крайней мере, до тех пор, пока технология перевода изображений с помощью ТКД будет сохранять свои преимущества, несмотря на изменения тенденций в индустрии развлечений.

Есть ли у кинопленки будущее?
В то время, как многие полагают, что видеосъемка с HD-качеством может заменить съемку на кинопленку еще на стадии приобретения камеры, специалисты фирмы Cintel считают, что такой подход ограничивает будущие возможности создавать изображения высокого качества для демонстрации на большом экране. На кинопленке можно получить изображение более высокой четкости, чем при использовании HD-видеооборудования. Это означает, что в меньшей полосе частот достигается более высокое разрешение изображения, чем в современной HD-видеокамере. Пока у кинопленки более высокая динамическая широта диапазона, чем у существующих видеосистем. Но потенциальные возможности разрешения 35-мм кинопленки все еще не оцениваются должным образом.
Каким максимальным разрешением обладает кинопленка? Доказано, что на кинопленку шириной 35 мм можно снимать изображения разрешением 6К (6144 элемента в строке). При этом на степень разрешения в основном влияет оптика. Высокой четкости изображения часто можно добиться с помощью обычных высококачественных объективов. Эти объективы могут помочь получить изображения с постоянным разрешением 4К, а некоторые элементы передавать с разрешением 6К.
Кинопленка является носителем изображения более высокого качества, чем HD-изображение, и это делает ее идеальным источником для получения видеоизображения HD-качества. Слабая сторона кинопленки проявляется во время проецирования изображения на экран, когда снижение качества на каждом этапе химико-фотографической обработки и печати, а также относительно невысокое качество объективов проекционного оборудования значительно ухудшают качество изображения на экране.

Максимальное разрешение ТКД
Что определяет максимальную величину разрешения в устройстве сканирования киноизображений? Разрешение телекинодатчика ТКД на ПЗС определяют объективы: обычный для строчного сканирования или вариообъектив на устройствах для сканирования всей поверхности. Пределы дискретизации определяют фотоэлементы ПЗС; некоторое влияние на конечную величину разрешения окажет устройство расщепления потока света.
Для ТКД с бегущим лучом (на ЭЛТ или лазере) разрешение зависит от двух параметров: размера бегущего луча и линз объектива. Следует отметить, что при цифровом сканировании кинопленки на ТКД с ЭЛТ ни детекторы, ни полоса частот тракта сигнала не оказывают никакого влияния на разрешение. Рабочий диапазон ТКД, выпускаемых фирмой Cintel, позволяет получить 4К разрешение с 35-мм кинопленки бегущим лучом ЭЛТ диаметром 30 мкм. Луч с помощью прецизионных 11-элементных линз на плоскости кинопленки оптически уменьшается до 7 мкм.
При сканировании изображения в реальном времени на существующих ТКД изображение с разрешением 2К можно передавать со скоростью 6 кадр/с, с разрешением 4К — со скоростью 1 кадр/с; в ближайшем будущем Cintel намерена начать серийное производство ТКД со скоростью сканирования в 3–4 раза выше.
На рис. 1 отображены результаты сканирования оригинальных негативных изображений на кинопленке различного разрешения. Сканирование изображений на 35-мм кинопленке на ТКД фирмы Cintel показало, что оригинальный негатив имеет разрешение, значительно превышающее 2К, а в некоторых случаях может быть выше 4К.

Рис. 1. Результаты сканирования оригинального
негативного изображения с различным разрешением

Разрешение 2К является приемлемым для HD видео- и кинофильмов, передаваемых по IP-сетям, но недостаточно для негатива, снятого кинокамерой. На рис. 1 видно, что на острых кромках возникают ложные частоты (помехи дискретизации), так как дискретизация меньше разрешения кинопленки. На изображении с разрешением 4К заметен недостаток элементов изображения (пикселов) на четких границах. Такое сканирование является «мягким», потому что дискретизация сканирования соответствует разрешению кинопленки или превышает его. Необходимо иметь в виду, что с повышением разрешения сканируемого изображения размер файла данных заметно увеличивается, что вызывает определенные проблемы. Но может быть и так, что с повышением разрешения сканируемого изображения все легче становится сжать полученный файл данных.

Сжимать или не сжимать?
Компания Cintel провела обширные научные исследования сканирования 4К-изображений с получением файлов данных, которыми можно управлять. Создан экспериментальный тракт (рис. 2). Вначале сканировали 35-мм оригинальный негатив с разрешением 4К, и полученные файлы формата DPX с 10-бит дискретизацией хранили в системе Postware Data, где они преобразовывались в линейные файлы, там же выполнялись цветокоррекция, затем сжатие и, наконец, декомпрессия. Одновременно получали комплект файлов без сжатия: экранные изображения расщепляли цифровым способом, снова изготавливали промежуточный негатив с последующей печатью на кинопленке.

Рис. 2.
1 — ТКД C-Reality разрешением 4К; 2 — экран; 3 — печать;
4 — негатив; 5 — сжатие; 6 — декомпрессия;
7 — преобразование в линейный вид; 8 — цветовой баланс;
9 — несжатые кадры; 10 — устройство записи Arrilaser

Так как современные пределы видимого разрешения при печати и проецировании изображения составляют около 1,5 К, на кинопленке было напечатано то же изображение, но увеличенное в четыре раза цифровым способом. Даже на кинопроекторе можно четко различить детали изображения, имеющие разрешение 6К. Два кадра 4К были записаны на стандартную дискету. Каждый кадр при 24-бит дискретизации занимал около 0,5 Мбайт, при 48-бит дискретизации — 1 Мбайт .
На рис. 3 представлены несжатое изображение 2К и сжатое изображение 4К (степень сжатия 52:1). Эти изображения предназначены для демонстрации на полноразмерном экране кинотеатра.
Эксперименты, выполненные на 48-бит линейных файлах, показали, что частота кадров имеет преимущество перед степенью сжатия, так как в некоторых случаях можно достигнуть 20-кратной скорости кадров. С каждым днем стоимость хранения данных снижается, но необходимо считаться с большим объемом файлов с изображениями высокого разрешения.

Рис. 3. Качество сжатого и несжатого изображений

На рис. 4 представлено влияние сжатия при разном разрешении. При разрешении 2К сжатие вызывает значительную блокировку. Небольшая блокировка существует при разрешении 4К. Обращается внимание на то, что артефакты сжатия становятся более опасными с уменьшением степени дискретизации разрешения.
Испытания показали, что даже сжатые со степенью 52:1 4К-изображения имеют более высокое качество, чем 2К-изображения без сжатия. Кроме того, у сжатых 4К-изображений достаточно хорошее качество для изготовления рабочих копий на кинопленке.

Рис. 4. Изменение четкости изображения при одинаковой степени сжатия изображений с разным разрешением Рис. 5. Тракт сканирования и сжатия 4К-изображений 1 — сжатие; 2 — небольшое хранилище; 3– декомпрессия; 4 – скалярное устройство; 5 — распределение (доставка); 6 — монтаж; 7 — сервер, большое хранилище Рис. 6. Схема передачи цифрового киноизображения на экран 1 — сжатие; 2 — архив мастер-копий с кинематографическим разрешением 4К; 3 — декомпрессия; 4 — монтаж/обработка (рабочая станция); 5 — устройство записи на кинопленку; 6 — кинокопии; 7 — проекция с пленки; 8 — цифровая проекция; 9 — целевое устройство форматирования; 10 — скаляр; 11 — ТВЧ; 12 — ТВ обычного разрешения

Сжатие — практические шаги к созданию архива и проецированию на экран в цифровом кинотеатре Сжатые 4К-файлы могут составлять реальный архив, не требующий постоянной пересылки материала. Чем меньше файлы, тем быстрее их пересылка по самым простым сетям, в том числе «в реальном времени» на рабочие станции. Они позволяют пользоваться изображениями в нелинейном режиме. Еще одним преимуществом является то, что сжатие позволяет поддерживать файлы с линейной разрядностью 32–48 бит, благодаря чему можно уменьшать размер файлов и повышать скорость их передачи. На рис. 5 представлена схема эффективного тракта для сканирования изображений с разрешением 4К и последующего сжатия файлов. Последовательность может быть следующей. Сканируются оригинальный негатив, цифровые эффекты и монтажный материал разрешением 4К; в результате создается 4К цифровой промежуточный негатив, с которого цифровые копии без потерь могут доставляться в цифровые кинотеатры, с сохранением 1К разрешения на всех этапах процесса. Для сканера несжатые 4К версии продолжают оставаться доступными, а через быстродействующие сети может продолжаться вызов «трудных несжатых сцен». На рис. 6 представлена схема передачи цифровой мастер-копии оригинала кинематографического качества непосредственно для демонстрации на большом экране. По-видимому, необязательно использовать сжатие на каждом этапе получения видеоэффектов или реставрации киноизображений, но на конечном этапе сжатие может сыграть свою положительную роль, например, на пути от сканера к архиву мастер-копий или от архива к цифровому кинопроектору. Следует помнить, что при демонстрации изображений с 35-мм кинопленки разрешение 4К остается пока недостижимым, главным образом потому, что процессы обработки кинопленки и печать копий снижают максимальное разрешение до величины менее 2К. При проекции цифровых киноизображений существует возможность представить изображение с полным 4К разрешением с 35-мм кинопленки, которое будет отвечать качеству проекции с 65-мм пленки и даже качеству IMAX. Более того, киностудия должна иметь в своем распоряжении цифровой мастер-оригинал, который точно передает все детали оригинального кинонегатива за исключением дефектов типа царапин и пыли. Кроме того, с оригинала кинематографического качества можно получить киноматериал любого другого вида,

не прибегая к повторным переводам на другой носитель.
Очевидно, что качество всех хранящихся в киноархиве материалов должно быть близким к качеству IMAX, при использовании формата HDcam или аналогичного мы даже не приблизимся к этому! После исследований Cintel направила усилия на то, чтобы создать оборудование, с помощью которого будет воплощена идея хранения оцифрованных киноизображений с разрешением 4К и последующей «высокорентабельной передачей» данных в цифровые кинотеатры.

Полный текст - в № 9 журнала "ТКТ" за 2002 год

Обратно