Sony D-1 VTR-Bedienfeld
BTS D1 VTR DCR500

D-1 oder 4:2:2 Component Digital ist ein SMPTE- Standard für digitale Videoaufzeichnung , der 1986 durch die Bemühungen der SMPTE -Ingenieurkomitees eingeführt wurde. Er entstand als Produkt von Sony und Bosch – BTS und war das erste bedeutende professionelle digitale Videoformat . Die SMPTE standardisierte das Format im Rahmen von ITU-R 601 (ursprünglich CCIR-601), auch bekannt als Rec. 601 , das auf den Standards SMPTE 125M und EBU 3246-E basiert.

Format

D-1 oder 4:2:2 D-1 (1986) war ein Meilenstein in der digitalen Videoaufzeichnung in Echtzeit und Broadcast-Qualität. Es speicherte unkomprimiertes, digitalisiertes Komponentenvideo , kodiert im Y'CbCr 4:2:2- Format unter Verwendung des CCIR 601- Rasterformats mit 8 Bit [ 1 ] [ 2 ] , zusammen mit PCM- Audiospuren und Timecode auf einer 3/4-Zoll -Videokassette (19 mm) (nicht zu verwechseln mit der weit verbreiteten 3/4-Zoll-U-Matic/U-Matic-SP-Kassette).

Das unkomprimierte Komponentenvideo benötigte für seine Zeit eine enorme Bandbreite: 167 Mbit/s (Bitrate). [ 3 ] Einer der ersten D-1-Videorecorder, der Sony DVR-1000, benötigte einen separaten, großen Videoprozessor. [ 4 ] Sein Nachfolger, der DVR-2000, integrierte diesen in dasselbe Gehäuse wie den Videorecorder. Die maximale Aufnahmezeit auf einem D-1-Band betrug 94 Minuten. Mittlere Bänder konnten bis zu 34 Minuten und kleine Bänder bis zu 6 Minuten aufnehmen. [ 5 ]

Das Format verwendet die Spiralabtastung mit einem M-förmigen Wickelmuster, bei dem das Band links und rechts um die Kopftrommel gewickelt ist. [ 6 ] [ 7 ] Die Spiralabtastungs-Kopftrommel dreht sich mit 10.800 U/min (NTSC) bzw. 9.000 U/min (PAL). Sie hat einen Durchmesser von 75 mm, und die spiralförmigen Spuren, die von den auf der Kopftrommel montierten Videoköpfen gelesen werden, sind 40 Mikrometer breit. [ 1 ] Die Schreibgeschwindigkeit an den Köpfen beträgt 33,63 m/s, die Bandgeschwindigkeiten liegen bei 286,588 mm/s (NTSC) bzw. 286,875 mm/s (PAL). [ 4 ]

Dank der kompromisslosen Bildqualität, der Komponentenverarbeitung und der unkomprimierten Aufzeichnung war die D-1 vor allem in der High-End-Grafik- und Animationsproduktion beliebt – einem Bereich, in dem Mehrschichtaufnahmen zuvor in kurzen Laufzeiten mit Festplatten ( Quantel Harry, Henry, Harriet, Hal oder Abekas DDR) oder mit mehreren gleichzeitig laufenden Analogmaschinen realisiert wurden. Festplatten der 1980er-Jahre, die Videos in Sendequalität speicherten, boten typischerweise nur 30 Sekunden bis wenige Minuten Speicherplatz, doch die Systeme, die sie zum Laufen brachten, konnten bis zu 500.000 US-Dollar kosten. Im Gegensatz dazu ermöglichte die D-1-Maschine 94 Minuten Aufnahmezeit auf einer 200-Dollar-Kassette.

Die D-1-Auflösung beträgt 720 (horizontal) × 486 (vertikal) für NTSC- Systeme und 720 × 576 für PAL- Systeme; diese Auflösungen stammen aus Rec. 601. [ 8 ]

Eine kleine Abwandlung, bei der die obersten 6 Zeilen entfernt wurden, um Platz zu sparen, wurde später eingeführt und in den 1/4-Zoll-DV/DVCAM/DVCPRO-Formaten sowie für digitales Fernsehen, die 720 x 480 Pixel für NTSC haben, populär gemacht; sie wird auch bei DVD-Video und Standard-Definition-Fernsehen verwendet .

Die D1-Einheiten sind zwischen NTSC und PAL umschaltbar. Die Abtastrate für Luma beträgt 13,5 MHz, für Chroma 6,75 MHz, was einer Gesamtdatenrate von 27 MHz entspricht. Die Abtastrate von 13,5 MHz wurde gewählt, da sie ein Vielfaches der NTSC/PAL-Zeilenrate (6 × 2,5 MHz) ist. Die erste Ein-/Ausgabeschnittstelle war ein 25-poliges Parallelkabel (SMPTE 125M), später wurde sie auf eine serielle digitale Schnittstelle über Koaxialkabel (SDI, SMPTE 259M, 75 Ω Koaxialkabel, 270 MHz) umgestellt. Zusatzdaten können in den H/V-Austastintervallen eingespeist werden. Der Farbraum für Y' B'-Y' R'-Y' ist in ITU Rec. 601 oder Rec. 709 definiert.

Panasonics D-5 -Format weist ähnliche Spezifikationen auf, arbeitet jedoch mit 10 Bit Abtastrate im Gegensatz zu den 8 Bit des D-1-Formats. Es profitierte von der längeren Entwicklungszeit, da es deutlich später als Sonys D-1 und ein Jahr nach der Vorstellung von Sonys Digital Betacam- Format veröffentlicht wurde.

Das D-2 -Format von Sony und Ampex folgte zwei Jahre später und nutzte Composite-Video , um die benötigte Bandbreite zu reduzieren. Dadurch halbierte sich der Preis von D-2 im Vergleich zu D-1. Da D-2 im Gegensatz zu D-1 ein Composite-Digital-System war, ließ es sich problemlos in die bestehende Infrastruktur analoger Composite-Geräte (2-Zoll-Quadruplex, 1-Zoll-Typ C und 3/4-Zoll-U-Matic) integrieren. Da D-2 weniger Informationen aufzeichnete als D-1, konnte die Bandgeschwindigkeit reduziert werden, wodurch die maximale Aufnahmekapazität 208 Minuten gegenüber 94 Minuten bei D-1 betrug. Dennoch blieb D-2 aufgrund des Composite-Video-Verfahrens ein Kompromiss.

Mit der späteren Umstellung der Rundfunkanstalten von analoger auf digitale Verkabelung wurde eine digitale Komponenteninfrastruktur realisierbar. Sonys populäres Komponenten-Digital-Betacam unterstützte diesen Übergang, indem es die Farben im digitalen Komponentenfarbraum (D1/D5) getrennt und nicht im Composite-Farbraum (D2/D3) kombiniert darstellte. Digital Betacam konnte ältere analoge Betacam/Betacam-SP-Bänder abspielen, die mittlerweile ein umfangreiches Archiv für Rundfunkanstalten mit ihrem 1/2-Zoll-Bandformat (im Gegensatz zu den sperrigeren 19-mm-D1/D2-Kassetten) aufgebaut hatten. So wurde 1/2-Zoll-Digital-Betacam zum De-facto-Standard für die Bearbeitung, Ausstrahlung und Archivierung von Standard-Definition-Rundfunksendungen.

Obwohl HD-Übertragung und -Verbreitung in den USA nach 2008–2010 immer üblicher wurden, benötigten die Sender häufig Kopien in Standardauflösung auf Digital Betacam. Fernsehsendungen wie die „Rachael Ray Show “ von CBS wurden noch bis 2012 auf Digital Betacam aufgezeichnet und archiviert.

Verwenden

D-1 war bekanntermaßen sehr teuer und die Geräte erforderten sehr große Infrastrukturänderungen in den Einrichtungen, die auf dieses digitale Aufzeichnungsformat umstellten , da die Maschinen in Bezug auf die Qualität kompromisslos waren und auf die Komponentenverarbeitung zurückgriffen (bei der die Luminanz- oder Schwarz-Weiß-Informationen des Bildes und seine Primärfarben Rot, Grün und Blau (RGB) in einem als 4:2:2 bekannten Abtastalgorithmus getrennt gehalten wurden), weshalb viele Geräte ein Emblem mit der Aufschrift "4:2:2" anstelle von "D-1" tragen.

Die frühen D-1-Betriebe waren von Schwierigkeiten geplagt, doch das Format stabilisierte sich schnell und ist bis heute für seine hervorragende Bildqualität in Standardauflösung bekannt. [ 9 ]

D-1 war das allererste digitale Echtzeit-Bandformat in Broadcast-Qualität. Der ursprüngliche Sony DVR-1000, der 1986 vorgestellt wurde, hatte in den USA eine unverbindliche Preisempfehlung von 160.000 US-Dollar. Wenige Jahre später gelang es den Sony-Ingenieuren, die Größe des Geräts drastisch zu reduzieren, indem sie die Elektronik in das Hauptkassettenlaufwerkgehäuse integrierten. Der so entstandene DVR-2000 senkte den Preis in den USA auf 120.000 US-Dollar.

Eine externe Einzel-Rack-Einheit würde es dem Gerät ermöglichen, einen zusätzlichen Key-Kanal (Matte) (4:2:2:4) aufzuzeichnen oder die horizontale Auflösung zu verdoppeln (8:4:4), indem zwei VTRs gleichzeitig laufen.

Spätere Modelle der Serien "SP" und "OS" liefen mit Off - SP- Geschwindigkeit, was sie technisch geeignet für 24-Frame-Telecine-Filmübertragungen auf D1-Band machte – und es ermöglichte, mit einem einzigen Band sowohl NTSC- (525 vertikale Zeilen) als auch PAL-Master (625 Zeilen) gleichzeitig zu erstellen.

Bezug zu anderen Bändern

Während frühe Farbfernsehexperimente im RGB-Farbraum stattfanden, wurde in den 1960er- und 1970er-Jahren bei den meisten Farbfernsehsendungen und der Nachbearbeitung Kompromisse eingegangen, um Infrastruktur und Übertragung zu vereinfachen. Hierfür wurden Farbe und Helligkeit kombiniert (Composite-Verfahren). Einmal kombiniert, ließen sich die Farb- und Helligkeitsinformationen jedoch nie wieder so sauber trennen, wie sie ursprünglich verwendet wurden.

Komponentenvideo wurde in Videoanlagen selten als RGB verarbeitet, wie es bei Computerbildschirmen üblich ist. Historisch bedingt war die Beibehaltung der Schwarzweißsignale notwendig. Da das menschliche Auge zudem empfindlicher für Schwarzweißinformationen als für Farbinformationen ist, berechneten Ingenieure, dass bei der Größe der größten Heimfernsehbildschirme die Farbvideozeilen nicht für jedes konvertierte digitale Pixel abgetastet werden mussten.

Sonys Betacam, das 1982 für Nachrichtenaufnahmen entwickelte 1/2-Zoll-Videoformat, war die erste Camcorder-Kombination, die einen Kompromiss darstellte: YUV. Das „Y“ stand für die Luminanz , also die Details des Videobildes in Schwarzweiß. Es enthielt das Synchronisationsbild, das für ein stabiles Bild notwendig war. Schließt man nur das „Y“-Kabel an, erhält man ein Schwarzweißbild, nicht aber, wenn man nur die beiden anderen Farbinformationskanäle anschließt.

Der Begriff „UV“ basiert auf einem mathematischen Algorithmus, der die Differenz zwischen Rot (RY) und Blau ( BY ) berechnet. Die Grüninformation ergibt sich aus dieser Differenz (daher spricht man bei YUV von Farbdifferenzverarbeitung). Befinden sich beispielsweise fünf schwarz-weiße Panda-Teddybären (Y) in einer Schachtel, dazu acht rote Äpfel (RY) und zwei Blaubeeren (BY), und die Gesamtanzahl der Gegenstände soll 20 ergeben, lässt sich leicht berechnen, wie viele grüne Äpfel noch übrig sind: 20 minus 15 ergibt fünf.

Als die Ingenieure versuchten, die riesige Menge an digitalen Daten, die für die Herstellung des ersten digitalen Videobandformats benötigt wurden, in Echtzeit zu verarbeiten und aufzuzeichnen, war die Beibehaltung des Y-, RY-, BY- oder YUV-Algorithmus der Schlüssel zur Vereinfachung und Reduzierung der abgetasteten Bildinformationen und damit zur Einsparung wertvollen Speicherplatzes.

4:2:2 steht für Y, RY und BY, nicht für RGB. Oft wird fälschlicherweise angegeben, dass 4 für Rot und die restlichen 2 für Grün und Blau stehen. Wäre dies korrekt, würde die Aufzeichnung von Grün- und Blauwerten im Vergleich zu Rot ungleichmäßig ausfallen.

Bei einer gegebenen kleinen Stichprobe des Videobildes – beispielsweise den ersten vier Pixeln, die horizontal in der oberen linken Ecke des Bildschirms verlaufen – bedeutet die erste „4“, dass die wichtigeren Luminanz-/Schwarzweiß-Bilddetails in jedem Pixel dieser 4er-Stichprobe abgetastet wurden.

Die beiden folgenden 2er bedeuten, dass RY und BY an jedem zweiten Pixel abgetastet wurden, wobei das dazwischenliegende Pixel übersprungen wurde. Das Auge sollte nicht erkennen können, dass die beiden dazwischenliegenden Pixel nicht die tatsächlichen Farbinformationen der ursprünglichen Kamera enthalten – der vorherige Farbpixel wird einfach repliziert. Bei 4:2:2 werden also alle Farben (Rot, Grün und Blau) mit der halben Abtastrate der Schwarzweiß-Bilddetails (Helligkeit) erfasst. Man könnte sagen, dass tatsächlich 50 % der Farbe aufgezeichnet werden – denn für den Fernsehbildschirm war dies für das menschliche Auge ausreichend.

Das gängige 1/4-Zoll-DV/DVCAM/DVCPRO-Format von 1995/96 nutzte eine digitale YUV-Komponentenabtastung von 4:1:1. Das bedeutet, dass nur jedes vierte Pixel bzw. 25 % der Farbe tatsächlich aufgezeichnet wurde. Daher wirken die Farben im Vergleich zu 4:2:2-Aufnahmen „trüb“ und weniger lebendig. Dies führte zu einer geringeren Qualität von Greenscreen-Masken. Das DV-Format komprimierte die digitalen Daten zusätzlich mit 5:1, um 25 Millionen Bit pro Sekunde auf ein kleines, langsam laufendes Band zu übertragen. Manchmal waren leichte Kompressionsartefakte sichtbar.

Moderne High-Definition-Videorecorder wie Sonys HDCAM-SR-Format (SR steht für Superior Resolution) können zwischen 4:2:2- und vollständiger RGB-Aufnahme für Großbildleinwände umschalten. Dabei wird RGB an jedem Pixel abgetastet und als 4:4:4 bezeichnet.

Modelle

Sony

  • DVR-1000
  • DVR-2000
  • DVR-2100

BTS

  • DCR-100
  • DCR-300
  • DCR-500

Referenzen

  1. ^ a b Tozer, EPJ (12. November 2012). Broadcast Engineer's Reference Book . CRC Press. ISBN 9781136024184– via Google Books.
  2. ^ https://archive.org/details/manual_DVR1000_SM_SONY_EN/page/n76/mode/1up Sony DVR-1000 Servicehandbuch
  3. ^ Gaunt, R. (Mai 1997). "Digitale Signalcodierung" .
  4. ^ a b "DVR 1000" (PDF) . broadcaststore.com . Abgerufen am 18. Juli 2023 .
  5. ^ „DVR 2000“ (PDF) . broadcaststore.com . Abgerufen am 18. Juli 2023 .
  6. ^ Tozer, EPJ (2012). Broadcast Engineer's Reference Book . Taylor & Francis. ISBN 978-1-136-02418-4Die
  7. ^ https://archive.org/details/manual_DVR1000_SM_SONY_EN/page/n79/mode/1up Sony DVR-1000 Servicehandbuch
  8. ^ Gaunt, R. (Mai 1997). "Digitale Signalcodierung" .
  9. ^ (Larcher, D. (2011). Digitaler Videorekorder. Objekte des Wissens, der Kunst und der Freundschaft. Eine kleine technische Enzyklopädie. Für Siegfried Zielinski. D. Lynk und N. Röller. Leipzig, Institut für Buchkunst: 30-31.)