Hd-kuvan formaattiviidakko

04.02.2008 kirjoittanut Lassi A. Liikkanen

Teräväpiirtokuvan formaattiviidakko

Erilaisia teräväpiirto (high definition, HD) kuvajärjestelmiä on esitelty maailmalla kymmeniä. Tässä katsauksessa esitellään yleiseimmät formaatit olennaisimpine parametreineen ja arvioidaan niitä suhteessa toisiinsa.

Rakkaalla lapsella on monta nimeä

Tuntemamme televisiokuva on pian 70-vuotta vanha ja elokuva jo reilun sata vuotta. Hitaasti mutta varmasti perintäistä kuvaa ovat korvaamassa vaihtoehtoiset, parempaan kuvanlaatuun pyrkivät järjestelmät. Erilaisia teräväpiirtojärjestelmiä on olemassa kymmenittäin. Niille ei ole olemassa mitään täysin yhteistä nimittäjää, kaksi tyypillistä ominaisuutta niihin kuitenkin liittyy. Ensinnäkin kuva on yleensä aina tarkempi kuin nykytelevision standarditarkkuus (Standard Definition, SD). Toiseksi järjestelmien nimiin liitetään yleensä nimitys HD (High Definition). Tämä lyhenne on käytössä niin nauhoituslaitteista (HDV), televisiolähetteissä (HDTV) kuin myös tallennusvälineissä (HD-DVD). Tapoja toteuttaa HD kuva on paljon. Seuraavassa katsaus tekniikkaan.

Formaattiviidakko

Analogisia kuvaformaattien lukumäärä on nykyperspektiivistä katsoen varsin inhimillinen. Digimaailmassa sen sijaan formaatit ovat kaikki kaikessa ja niistä on kehkeytynyt kunnollinen sekasotku. Seuraavasta taulukosta selkenee millaisia formaatteja on olemassa ja millaisia ominaisuuksia kuvaformaateilla on.

Televisio- ja videoformaatit
  Pikseleitä Kuvasuhde  
Nimi Vaaka Pysty Kokonais TV Elokuva Lomiteltu Kaistanleveys Anamorfinen
SD, Standard Definition
SD, PAL 720 576 0,41M 4:3 1:1,33 kyllä 5MHz ?
SD, NTSC 720 480 0,35M 4:3 1:1,33 kyllä 5MHz ?
DV, PAL
teor.
720 576 0,41M 4:3 1:1,33 kyllä 25Mb/s ei
DV, PAL 640 540 0,35M 4:3 1:1,33 kyllä 25Mb/s ei
SD-HD välivaihe
EDTV 720 576 0,41M 16:9 1:1,77 ei - kyllä
Hi-Vision
(MUSE)
1125(1035) 16:9 1:1,77 kyllä 8MHz kyllä
HD-MAC 2048 1152(1250) 2,36M 16:9 1:1,77 ei 36MHz ei
1035i (SMPTE 260M) 1920 1035 1,99M - 1:1,86 kyllä
HD, High Definition
720p 1280 720 0,92M 16:9 1:1,78 ei
1080i
(SMPTE 274M)
1920 1080 2,07M 16:9 1:1,78 kyllä 19,4Mb/s
(USA, antennilla)
1080p 1920 1080 2,07M 16:9 1:1,78 ei
HDV (720) 1280 720 0,92M 16:9 1:1,78 ei 19Mb/s ei
HDV (1080) 1440 1080 1,5M (4:3)
16:9
(1:1,33)
1:1,78
kyllä 25Mb/s kyllä
Elokuvatuotantoformaatit
1080p
24fps
1920 1080 2,07M 4:3 1:1,33 ei 135Mb/s
(HDCAM)
ei
1,3K
(SXGA)
1280 1024 1,3M 1:1,89 ei ?
2K
(esitys)
2048 1080 2,21M 1:1,89 ei ?
2K
(tuotanto)
2048 1556 3,18M 4:3 1:1,32 ei ei
4K 4096 3112 (2160) 12,75M 4:3 1:1,32 ei
5K 5120 3890 19,92M 4:3 1:1,32 ei
6K 6144 4668 28,68M 4:3 1:1,32 ei

Taulukkoon on listattu yleisimmät, ainakin hetken Euroopassa, Pohjois-Amerikassa tai Japanissa käytössä olleet ja käytössä olevat teknologiat. Standardit tuntevat vieläkin suuremman joukon mahdollisia teknologioita. Nimi kohdassa on mainittu tyypillisesti käytetty nimi, mahdollisen tarkenteen kanssa. Vaaka- , pysty- ja kokonaisresoluutio on ilmaistu pikseleissä, kokonaisresoluution miljoonissa pikseleissä (M). Kuvasuhteesta on ilmaistu sekä TV-tyyppinen kuvasuhde, että elokuvien kuvasuhde. Lomiteltu kuva -kohta kertoo onko kuva lomiteltu vai ei. Tämä ominaisuus liittyy kiinteästi formaatin nimeen, sillä useista HD formaateista on lomitellun, i-päätteisen muodon lisäksi myös lomittelematon, usein p-päätteinen muoto. Lopuksi taulukossa on kaistan- tai bittivirran leveys, joka vaaditaan pelkästään kuvan siirtoon, audio tulee tähän lisäksi. Se on ilmoitettu ainoastaan mielekkäissä yhteyksissä. Anamorfisuus sarake kertoo käytetäänkö formaatissa anamorfista kuvaa, kysymysmerkki (?) tarkoittaa vaihtoehtoista, kyllä tarkoittaa aina, ei tarkoittaa ei koskaan. Anamorfisesta ja lomitellusta kuvasta lisää tietoja erillisestä artikkelista. Taulukon tiedot on kerätty artikkelin lopussa esitetyistä lähteistä.

Kaikki HD formaatit ja myös välivaiheen formaatit, Hi-Visionia lukuunottamatta, ovat digitaalisia. Hi-Visionin analogisuus on peräisin 80-luvulta, jolloin siihen aikaan hyvin edistyksellisen järjestelmän käyttöönotto alkoi Japanissa. Hi-Visionin analogisuudesta johtuen sen todellinen kuvan korkeus oli 1035 viivaa. Nykyään kaikkialla maailmassa HD on ja tulee olemaan digitaalinen järjestelmä.

Taulukkoa tarkasteltaessa kannattaa pitää mielessä, että pikselit ovat todellisia ainoastaan digitaalisen materiaalin kannalta. Analogisia laitteita käytettäessä pikselit ovat laskennallisia, eivätkä tarkasti määritettävissä. Lisäksi pikselilukumäärien vertailukelvottomuutta lisää se seikka, että tilansäästämiseksi elokuvaformaatit poislukien valoisuus- ja väri-informaatio tallennetaan erilaisella tarkkuudella. Näistä käytetään nimityksiä 4:2:2, 4:2:0 ja 4:1:1. Esim. 1080i pakkaa väri-informaation puoleen, 960 pikselin leveyteen . Toisekseen jotkin formaatit ovat anamorfisia, esim. HDV 1080i. Anamorfisuus on kotoisin filmin maailmasta, jossa ensimmäiset anamorfiset laajakuvaelokuvat olivat kokeiltavina jo 1920-luvulla. Filmin kanssa anamorfisuus toteutetaan erityisillä kuvaus- ja projisointivaiheessa käytettävillä objektiiveilla kuvaa voidaan leventää jopa kaksinkertaiseksi. Digitaalisessa maailmassa anamorfisuus on helpointa ajatella siten, että pikselit eivät ole enää neliöitä, vaan suorakulmioita, jotka ovat leveämpiä kuin korkeita. Tämä tarkoittaa vaakasuuntaisen erottelukyvyn laskua, sillä pikseli sisältää väistämättä saman määrän kuvainformaatiota, oli se neliö tai suorakulmio.

SD ja välivaiheen formaatit

SD formaatit ovat nykyisin laajasti käytössä ympäri maailmaa. Taulukkoon on listattu PAL ja NTSC formaattien todelliset lähetystarkkuudet. Mukana on DV (myös nimellä MiniDV) formaatin tiedot, teoriassa ja käytännössä. DV:stä on myös erikseeen PAL ja NTSC versio. DVD:n kuvaformaatti vastaa käytännössä PAL ja NTSC:tä.

Luetellut välivaiheen formaatit ovat tällä hetkellä jo katoamassa tai kadonneet. Lyhyin elinaika oli eurooppalaisella HDMAC:lla jota käytettiin vain pari vuotta 90-luvun alussa, kunnes se kaatui omaan mahdottomuuteensa. Välivaiheen formaateille tyypillistä oli raju pakkaus ja anamorfisuus.

HD formaatit

Tähän joukkoon mahtuu enemmän porukkaa kuin on järkevää taulukossa listata. Perusmuoto (720 tai 1080) pysyy kuitenkin taustalla, mutta formaattia pitää aina tarkentaa sekä kuvanopeuden että lomittelukysymyksen suhteen. Kuvanopeus HD leireissä noudattaa pitkälti vanhoja NTSC/PAL rajoja. Vaihtoehdot ovat siis 25 tai 30 ruutua/sekunti (noin suunnilleen). Koska ruutunopeus ei riitä vilkkumattomaan kuvaan, on SD PAL ja NTSC mm. tästä syystä käytettyä lomittelua ruutunopeuden kaksinkertaistamiseen ns. kenttänopeudeksi. Tämän tunnus on i (interlaced) Lomittelusta ei kuitenkaan ole sinänsä mitään hyötyä, päinvastoin. Siksi edistyneet HD formaatit ovat luopuneet siitä ja sen sijaan niissä käytetään lomittelun vastakohtaa, progressiivista kuvaa. Progressiivisen muodon tunnus on p (progressive). Progressiivinen kuva vaatii taas erilaista tekniikka kuin lomittelematon, mutta sopii paremmin nykyaikaisille, luonnostaan progressiivisille kuvalähteille kuten LCD näytöt ja projektorit. 720 formaatti on käytännössä aina progressiivinen, kuten Yhdysvaltojen toinen valtaformaatti 720p/60. Toinen tällä hetkellä hyvin suosittu formaatti 1080i/60 on suoraa jatkoa Hi-Visionille, mutta se on kuitenkin aidosti laajakulmainen ja digitaalinen. Euroopassa EBU harkitsee parhaillaan, ainoana maailmassa, otettaisiinko tähän maanosaan käyttöön 1080p/50 järjestelmä. Tämä olisi varsin edistyksellinen ratkaisu, tosin teknisesti myös hyvin haastava. Muualla maailmassa ollaan tyytymässä 1080i/50/60 järjestelmiin.

Elokuvateollisuuden käyttämät kuvaformaatit on listattu vertailun vuoksi. On syytä huomata että formaatit on tarkoitettu yleisesti ns. digitaalisen välivaiheen (digital intermediate) formaateiksi. Esim. 4K koko määrittelee maksimikoon, johon alunperin filmille kuvattu elokuva voidaan skannata ja mihin kokoon esim. digitaaliset tehosteet luodaan. Taulukossa esitetyssä pikselimäärässä oletetaan 1:1,33 kuvasuhde. Käytännössä kuva ei ole koskaan näin leveä, sillä filmillä on yleensä kuvan lisäksi ääniraita eikä myöskään korkea, koska kuvasuhde on yleensä leveämpi. 2K esitysformaattia pidetään yleisesti riittävän hyvänä korvaamaan 35mm filmin. Toisaalta, 4K tulee todennäköisesti nousemaan tulevaisuudessa ensisijaiseksi tuotantoformaatiksi, minkä jälkeen sen tuleminen myös suurten tilojen esitysformaatiksi on vain ajan kysymys tekniikan kehittämisessä.

Kuluttajan kannalta on mielenkiintoista havaita ettei 2K ole merkittävästi tarkempi kuin esim. 1080 ja 1080p olisi teknisesti todella hyvä ja nykypäivän leffateatterilaatu lähentelevä ratkaisu. Toisaalta, 4K:hon siirtyminen lisäisi elokuvamaailman etumatkaa jonkin verran. Tälläkin hetkellä Yhdysvalloissa on kuluttajilla mahdollista katsoa kaapeliverkosta tuoreita elokuvia 1080i versioina. Elokuvien nauhoittaminenkin onnistuu erityisillä DVHS laitteilla, jotka tosin kärsivät hieman liian matalasta bittivirrasta suhteessa käytettyyn koodekkiin (MPEG2). Tulevilla, DVD:n korvavilla Blu-Ray ja HD-DVD levyillä ei tätä ongelmaa enää vastaavalla tavalla esiinny.

  Blu-Ray DVHS
Luku 4,5-11 MT/s 3,5 MT/s
Kirjoitus 3,8-9 MT/s 3,5 MT/s
Siirto 36 Mb/s (1x) 28 Mb/s
Pakkausmenetelmä MPEG4 AVC
Myös MPEG2 ja VC-1
MPEG2

DVHS ja BluRay (Sony BW-RS101) vertailussa. HD-DVD on yhtä nopea kuin Blu-Ray. Blu-Rayn siirtonopeus määräytyy alimman lukunopeuden mukaan. Huomaa bittien ja tavujen välinen ero nopeuksissa.

Lähteet

Yleiset:
http://www.hdtvexpert.com/pages/hidefdvd.htm
http://www.blu-ray.com/faq/
http://www.dvhsmovie.com/hardware/hardware.asp
http://www.vtpcorp.com/htm/dvhsjvc.htm
http://www.ebu.ch/trev_300-wood.pdf
EDCF Technical Module Report 2003

Formaatit
http://www.celco.com/FormatResolutionTable3K.asp
http://www.celco.com/FormatResolutionTable4K.asp

Netissä ilmestyviä lehtiä ja digitaalisen kuvan keskustelupalstoja
http://millimeter.com/current_issue/
http://www.cinematography.net/ Erinomainen ja laaja sähköpostilista kokoelma.
http://www.theasc.com/magazine/
http://forums.starwars.com/thread.jspa?threadID=202489&tstart=25

Samaan aiheeseen liittyvää:
Ohjeita passikuvan ottamiseen itse., 08.01.2015

Videotykin kaveriksi tarvittavan heijastuspinnan valmistusohje, 10.02.2014

Audio- ja videoliitäntästandardien ja -liittimien esittely, 30.01.2012

Tätä sivua ei ole kommentoitu
Kommentoi | Näytä kaikki kommentit

Nimi*:
Email*:
Sähköpostiosoitettasi ei näytetä julkisesti tai välitetä eteenpäin, sitä käytetään viestin alkuperän varmemtamiseen
Paikka (Kaupunki, Maa):
* Tämä tieto on pakollinen.

Avainsanat: [audio_video] , [elokuva] Dokumentin tila: Ok (päivämäärien selitykset)

Tämä dokumentti luotu: 07.03.2005
Muokattu: 04.02.2008
Julkaistu: 19.10.2006


Tämän dokumentin pysyvä URI (linkittäminen):
http://iki.fi/lassial/artikkelit/audio_video/061019-hd-kuvan_formaattiviidakko

© Lassi A. Liikkanen 2005 - 2016. Kaikki oikeudet pidätetään.
^Sivun yläreunaan^

*Muuta ulkoasua:
Tuloste tuloste
Suurempi teksti

Myydään:

@lassial Twitter feed: