A digitális kép

A Villanykép fejezetben láttuk hogyan néz ki az analóg videojel, illetve annak egy része az úgynevezett világosságjel. Az is csak egy hullámzó, időben változó elektromos mennyiség, hasonlít a hangjelhez, csak egy kicsit szaporább a hullámzása. A számítógépben a vágóprogram számokkal, számokká alakított képek adattengerével dolgozik. Amikor feltelepíti az ember a filmcsináló szoftvert a gépre ahhoz, hogy kipróbálja működik-e, valahogy musztert, azaz vágni való videótartalmat kell szereznie. A szoftver magában olyan mint fűrészgép: amíg nincs faanyag a telepen, nincs miért bekapcsolni. Alapvetően két módja van annak, hogy „fát” szerezzünk.

A: a capture

Vagy régi analóg videót digitalizálunk, tehát azt a hullámzó feszültségingadozást amit a Villanykép fejezetben mutattam, ez a jel jön ki a kamerából, régi videomagnóból, tehát ezt a jelet küldjük be a Digit íze 1 fejezetben leírt analóg-digitál átalakítóba, ahol a kisember számsorozattá képezi le a hullám alakját. Ez az analóg-digitál átalakító ilyenkor valamilyen célhardverben manifesztálódik: ilyen a Canopus kis fehér dobozkája, a Blackmagic (igen így egybe írva) valamelyik kártyája vagy dobozkája (ez az a gyártó, amelyik most csinál forradalmat a kiskameráival a filmes/videós világban), ilyen gyár az AJA Video Systems Kona termékcsaládja, vagy az Avid már kifutott terméke a Mojo nevű kis dobozka.

A közös bennük az, hogy a doboz „analóg” oldalán valami analóg csatlakozón bemegy a kép meg a hang, és a másik oldalon meg valami USB, Firewire, Thunderbolt, belső kártyabusz, stb. azaz valamilyen digitális csövön ömlik az adat, a már számsorozattá alakult információ a számítógép felé.

Ezt az eljárást, amikor analógot digitalizálunk és így jutunk médiafájlhoz ezt hívja a művelt vágó Capture eljárásnak, újmagyarul kepcsörölésnek. (No ezt így leírva húzza alá neonszínű, villogó, hullámos vonalával a világ összes nyelvén a szövegszerkesztő... és igaza van, de mit lehet tenni ez itt kérem újmagyar.) Jellemzően real time eljárás, ha van egy 20 perces felvételünk, akkor azt 20 perc alatt játssza le a készülék, azaz annyi ideig tart a digitalizálás, amennyi a műsor valós hossza.

B: az ingest

Az újabb videokamerák nem analóg jelet állítanak elő. Az optika képalkotó felén egy, az eltervezett felbontásnak megfelelően sorokba és oszlopokba rendezett fényérzékeny félvezető pixelekből felépített, képérzékelő lapka van. A Villanykép fejezetben leírt emeletes felosztás maradt, de itt az emeleteken a felbontásnak megfelelő sűrűségben ablakok vannak, és minden ablakban ül egy-egy asszisztens, aki az adott ablakra eső fénymennyiséget méri és képkockánként felírja a számadatot egy cetlire. A színes kamerában ablakonként három számot ír fel: megnézi, hogy az adott pontban mennyi a beeső fényben külön a piros, a zöld, és a kék összetevő. A fürge kisember most is végigszalad az ablakok előtt de már nem húz csíkot a falon, hanem ezeket a számadatos cetliket szedi össze az ablakos asszisztensektől és a kép alján/végén a Raktáros kezébe nyomja a rendezett szám-köteget, nesze itt van ezt kell eltárolnod. És a jó raktáros ezt a számcsomagot le is teszi azSD-kártyára. (Ó most látom micsoda kavar: az SD itt a Secure Digital azaz a „nagyon biztonságos anyagraktár” érelemben használtatik és ne keverjük össze a képfelbontásoknál az alábbiakban ismertetésre kerülő SD-felbontás Standard Definition, azaz „eleddig általánosságosan használt = régi képméretű” megnevezéssel. Az SD kártyára naná, hogy lehet HD videót rögzíteni. Meg SD-t is természetesen. Persze HD-t csak akkor, ha Class10-es az írási/olvasási sebessége)

Érdemes megfigyelni az ábrán, ott ahol csak a szürke árnyalatai vannak, ott egyforma a három szám, az írisznél, ahol dominál a kék szín ott a BLUE érték is nagyobb a másik kettőnél.  

Egy SD kamerában a képalkotó lapkát 625 sorra és soronként 720 ablakra osztjuk, tehát az SD kép 625x720 darab piros, zöld, kék (Red, Green, Blue), azaz háromszor négyszázötvenezer, azaz egymillió-háromszázötvenezer számból áll. A HD világában az 1080 emeleten, emeletenként 1920 ablakkal 1080x1920 azaz kétmillió-hetvenháromezerhatszáz egy színre, ez háromszor az hatmillió-kettőszázhúszezernyolcszáz szám képenként. És ilyen 6 millió-számos képből van 25 másodpercenként. Hát ezért kell erőmű a vágáshoz, és ezért nem elég soha a merevlemezen a hely.

Amikor ilyen letárolt számtenger a muszter, ami fizikailag lehet a Sony SxS kártyáján, XD-lemezen (ami egy magneto-optikai adathordozó), vagy az előbb emlegetett SDXC kártyán (=Secure Digital római10-es Class), vagy SSD-lemezen, a lényeg, hogy úgynevezett logikai adathordozón ahogy a rendszergazda mondja, tehát egy olyan valamin amit ha földugsz a gépre akkor vindóz alatt valami betűjeles tárhelyként jelentkezik be, akkor innen fájlművelettel emeled be a helyre az anyagot. A vágószoftverben is „open file” vagy „import”-álással jutsz hozzá a jelenethez. A fájlműveletes anyagbeszerzést ingestálás-nak mondja a művelt vágó (indzseszt ju nó...újmagyarul).

Takarékoskodjunk

Látható, hogy a videójel digitalizálva olyan hatalmas adatmennyiség, hogy sokszor a magosságos Padisah összes merevlemeze sem elég a tárolásához. Valami tömörítésre, csomagolásra gyúr a videós mérnök, hajlandó bármire, csak csökkenjen az adatmennyiség. Az egyik lehetőség amiből kiindul, a dolog történetiségéből adódik az, hogy a broadcast videó eszközöket eredetileg csak a fekete-fehér jelek kezelésére fejlesztették ki, a színes korszak csak később jött. A korai stúdióberendezésekben az úgynevezett luma-kroma (külön egy szürkeárnyalatos világosság, azaz külön egy dróton maga a fekete-fehér videó, és külön két másik csatornán a színességre vonatkozó információ) eljárással közlekedett a színes jel.

Ez a Komponens YUV vagy YCbCr-nek nevezett videójel: A három csatorna közül az elsőn megy egy világosság (Y) és a másik kettőn meg két színkülönbségi (Cb és Cr) jel. (jelölése még lehet Y, R-Y, B-Y,) Ugyanúgy három-drótos jeltovábbítás mint az RGB, csak más jel megy a drótokban. Az 50-es években azért fejlesztették ki, hogy a színes jel kompatibilis legyen a már létező fekete-fehér televíziókal. A régi fekete-fehér készülékek használták a világosság jelet, a másik kettőt észre sem vették, az új színes berendezések meg ebből a két plusz különbségi jelből állították elő az RGB jelet a megjelenítőnek. Nézzük mi is ez az RGB?

RGB: Három csatornán át a három színjelet továbbítja: a Red, a Green, és a Blue jeleket. A három szín keverésével bármilyen szín kikeverhető, valamint a fekete (nincs jel egyik csatornán sem), a fehér (mindhárom csatornán maximum jel van) és a szürke árnyalatai (egyenlő szintek mindhárom csatornán). A jel tehát a fekete-fehér képet magát is tartalmazza ezért az RGB jelnél nincs külön világosság jel. Egy RGB-ből úgy csinálok világosságjelet, hogy összeadom a három szín értéket és elosztom hárommal. (Mi is ez, talán valamiféle számtani közép... átlag vagy mi...) Ha egy valami zöldeskékes színű pontban az R=8, G=200, B=50, akkor [8+200+50] : 3 azaz 258 : 3 = 86. A világosság a fekete-fehér képen az adott pontban 86 lesz. Ha eleve szürke volt akkor az is marad: [100+100+100] : 3 = 100. Ha fekete akkor [0 + 0 + 0] : 3 = 0. Az RGB-ből tehát előállítható a komponens: Y = [R+G+B]/3 és a két színinformációt hordozó csatorna meg egyszerűen R–Y és B–Y. Látjuk, hogy az RGB és a YUV szimpla matematikával egymásba alakítható. Ez tehát a videó történetiségéből, technológiájából adódó kiindulás a mérnök számerdő csökkentő eljárásához.

A másik dolog ami kiindulást jelent a cél eléréséhez az az emberi szem fiziológiájából adódik: látásunk ugyanis a világosság változásokra jobban érzékeny mint a színekre. Mutatja ezt az is,hogy éjjel szinte fekete-fehérben látunk. Ezt úgy használja ki a mérnök, hogy csak a világosságot méri minden pixelen, és a spórolás mértékének megfelelően csak minden második, vagy minden negyedik pixelen mér színességet. Tehát a merevlemezen letárolt pixeleken a szomszédok kettesével, vagy négyesével közös színességen osztoznak, azaz saját színüket elfelejtve egy közös átlagon osztoznak. Egy tűéles fekete-fehér képen egy szoftos életlen színfátyollal verjük át a színérzékelésben nem olyan jó emberi látószervet.

A szín mintavételi arány (Color sample ratio) mutatja, hogy a egy világosságjel mintához mennyi színkülönbségi mintát rögzítünk. Például a 4:2:2 azt jelenti, hogy négy világosság minta mellé két Cr és két Cb mintát vesznek. A kevesebb minta kisebb adatmennyiséget jelent. És a szín mintavételi arány számhármasa külalakjával is próbálkozik visszaadni a mérnök azt a mintázatot is, hogy hogyan helyezkednek el egymás mellet az ábrázolt képen a különbözőképpen mintavételezett pixelek. Íme:

A színmintavételezés-formátumok összefoglalása

A ● olyan pixelt jelent ami világosság (Y) és szín (CrCb) adatot tartalmaz

A ○ olyan pixelt jelent ami csak világosság adatot tartalmaz.

Akár RGB akár Y, Cb, Cr formátumú a kép, minden képpont mindhárom adatát ugyanakkora bitmélységgel és mennyiségben digitalizáljuk.

HDCAM SR, és általánosan az RGB kompjutergrafika, Targa, BMP

A színcsatornát alulmintavételezi, a szincsatorna felbontása vízszintesen felezett sávszélességü. Minden első pixel tartalmazza a három (Y, Cb, Cr) mintát teljes mélységben, minden második pixel csak világosság (Y) mintából áll.

Digital Betacam, D-1, D-5, DVCPRO HD, DVCPRO 50, HDCAM SR

A színcsatorna felbontását vízszintesen negyedeli. Egy teljes mintavételü pixelt 3 csak világosságjelet tartalmazó pixel követ.

NTSC DV, NTSC DVCAM, DVCPRO

A Cb és Cr csatornákat nem csak vízszintesen (mint a 4:2:2-nél), hanem függőlegesen is felezik. Egy 4:2:2 módon mintavételezett sort egy csak világosságjelet tartalmazó sor követ. Többféle alogoritmust dolgoztak ki arra, hogy relatíve hogyan helyezik el a szín biteket a világosság bitek közé, ezért többféle 4:2:0 formátum létezik.

PAL DV, PAL DVCAM, DVD, HDV