Раньше люди нуждались в продуктах, чтобы выжить.
Теперь продукты нуждаются в людях, чтобы выжить.

Николас Джонсон
Москва, Лихов пер., д.4
8(495)508-03-64, 8(495)971-60-90
 artars64  357-232-005

Выбор цифровой видеокамеры для любительской съемки - критерии и рекомендации

Теоретические основы

В последнее время заметно увеличилось количество моделей цифровых видеокамер, представленных на рынке. Причем увеличилось не только количественно, но и качественно - кроме miniDV и Digital8 камер появилось значительное разнообразие MPEG2 камер - DVD камеры, камеры, записывающие видео на флэш-память или даже на жесткий диск. А на горизонте уже вовсю маячит новый стандарт - HDV. А уж про разнообразие характеристик представленных на рынке моделей и говорить не приходится. С одной стороны это хорошо для конечного пользователя - больше моделей, разнообразнее характеристики, больше выбор, что дает возможность с большей вероятностью выбрать именно то, что нужно. Но, с другой стороны, такое разнообразие форматов и характеристик требует от покупателя видеокамеры более осознанного подхода к выбору, большего знания о том, что означает и на что влияет та или иная характеристика, в чем слабые и сильные стороны того или иного формата видео. И именно для того, чтобы помочь вам разобраться во всем этом и задумывалась данная статья. При этом мы сначала рассмотрим (не вдаваясь в технические детали, чтобы не усложнять изложение) различные форматы видео, используемые в современных видеокамерах, затем остановимся на основных технических характеристиках видеокамер, которые могут иметь важное значение в вопросах выбора той или иной модели, и, наконец, поговорим о конкретных моделях видеокамер.

Форматы видео и видеокамеры

Хочу сразу заметить, что в рамках этого цикла статей не будут обсуждаться различные MPEG4 видеокамеры или видеорежим цифровых фотоаппаратов - все таки качество видео с этих устройств оставляет пока желать лучшего.

При всем кажущемся разнообразии форматов видео, используемых в бытовых видеокамерах, на самом деле все сводится к двум форматам - DV и MPEG2. Остальные же различия происходят уже в рамках этих двух основных форматов (разрешение, степень компрессии, способ записи).

Для начала постараемся понять, в чем заключается основная разница между этими двумя форматами сжатия видео.

Итак, формат сжатия DV. Это усовершенствованная разновидность формата MJPEG (Motion JPEG) в котором сжатие видео происходит покадрово - каждый кадр видео (статическая картинка) сжимается по алгоритму JPEG с выбранным коэффициентом компрессии. Усовершенствование DV состоит в том, что коэффициент компрессии может быть переменным в пределах одного кадра - сложные для сжатия области картинки сжимаются с меньшим коэффициентом компрессии, а простые - с большим. При этом общий коэффициент компрессии для всего кадра остается постоянным (5:1). Результирующий поток видео составляет примерно 25 Мбит/сек. Размер результирующего кадра DV фиксирован и составляет (для стандарта PAL) 720х576 точек.

Ну а теперь о MPEG2 в общем и о DVD в частности (для тех, кто не в курсе - DVD-Video использует именно MPEG2 в качестве формата сжатия видео). Этот алгоритм сжатия работает не так, как MJPEG. При сжатии видео в этом формате сначала выбираются так называемые ключевые кадры (I-frames) - они сжимаются с помощью JPEG так-же, как это делалось и в MJPEG (DV). Но ключевые кадры составляют лишь небольшую часть всех кадров сжимаемого видео, а вот остальные кадры сжимаются по другому алгоритму. Сжимается не сам кадр, а разность между кадрами. При этом различают промежуточные кадры (P-frames), которые содержат в себе сжатую информацию о разности между данным кадром и предыдущими ключевым и промежуточными кадрами, а также двунаправленные кадры (B-frames) содержащие информацию о разности между данным кадром и как предыдущими, так и последующим промежуточными кадрами. То есть, и в этом состоит важнейшее отличие MPEG2 от MJPEG, сжатие у нас уже не покадровое, для большинства кадров видеопоследовательности мы имеем не сжатый кадр, а сжатую информацию о различиях между данным кадром и ближайшими к нему ключевым и промежуточными кадрами. При этом мы можем достичь более высокой степени компрессии при сравнимом с MJPEG (DV) качестве. Но тут есть и оборотная сторона медали - во-первых кодирование/декодирование в MPEG2 требует больших аппаратных ресурсов, поскольку сам процесс кодирования гораздо более сложен, нежели кодирование в MJPEG (DV). Bo-вторых, при перекодировании (например - при редактировании видео, записанного в MPEG2) потери на рекомпрессию (разжатие - последующее сжатие видео, необходимое при наложении эффектов, титров, переходов) будут больше, нежели у MJPEG (DV) - следствие опять-таки более сложного алгоритма кодирования и большего коэффициента компрессии (напомню, что и DV и MPEG2 являются алгоритмами сжатия с потерей информации - как и JPEG, так что любая рекомпрессия будет приводить к еще большим потерям и у MPEG2 такие потери будут больше, нежели у DV). И в этом смысле MPEG2 менее приспособлен для редактирования на компьютере, нежели DV. Ну и наконец, в-третьих, MPEG2 (DVD) обеспечивает сравнимое с DV качество при гораздо большем коэффициенте сжатия только для относительно статичной картинки. В этом случае изменения от кадра к кадру малы и межкадровое сжатие MPEG2 работает хорошо. Но на динамичных сценах, где изменения от кадра к кадру велико, качество межкадровой компрессии MPEG2 может значительно уступать качеству покадровой компрессии DV.

Несколько слов хотелось бы сказать о новом формате HDV, который уже вышел на рынок и имеет все шансы стать следующим основным видеоформатом в любительском видео. HDV - это еще одна разновидность MPEG2, но использующая значительно больший размер результирующего кадра (разрешение) нежели DV. Впрочем, недостатки MPEG2, описанные выше, в полной мере относятся и к HDV - обработка видео в этом формате требует значительных аппаратных ресурсов компьютера, а потери качества на рекомпрессию еще больше, чем в современном MPEG2 (DVD). Но все эти негативные моменты компенсируются высокой четкостью результирующих кадров. Далее мы остановимся на этом более подробно.

Теперь следует остановиться на типах камер, использующих вышеописанные форматы видео. И здесь мы разобьем эти типы на несколько групп.

miniDV и Digital8

Оба типа камер используют один и тот же формат записи видео - DV. При этом камеры первого типа используют специальные miniDV кассеты, в то время как камеры второго типа (Digital8) могут использовать старые Video8 и Hi8 кассеты, предназначающиеся для аналоговых камер (но пишут они на них цифровую информацию - видео в формате DV). Digital8 изначально задумывался как переходный формат записи - от аналогового видео к цифровому. Все первые Digital8 камеры позволяли воспроизводить аналоговые Video8 и Hi8 кассеты, что должно было обеспечить безболезненный переход на "цифру" владельцев соответствующих аналоговых камер. Но этот переходный период уже прошел и теперь остается все меньше и меньше поводов для покупки Digital8 камер. Следует учесть, что в настоящее время они производятся по "остаточному принципу" - все новые технологии внедряются в miniDV камеры, в то время как Digital8 камерам достаются лишь жалкие крохи... Впрочем, Digital8 камеры достаточно дешевы и могут заинтересовать тех видеолюбителей, у которых остались Video8 - Hi8 записи с аналоговой камеры. Но при этом надо учитывать, что далеко не все современные Digital8 камеры поддерживают воспроизведение Video8 - Hi8, теперь только старшие модели данного типа камер имеют такую возможность. Прочим же видеолюбителям я бы посоветовал сразу смотреть на miniDV камеры или....

MPEG2 видеокамеры (DVD, флэш, HDD)

По большому счету, разница между этими камерами сводится (разумеется, за исключением технических характеристик, о которых мы поговорим позже) к разнице между используемыми в них носителями видео. Все эти камеры используют стандарт сжатия MPEG2 (DVD) для записи видео, все имеют схожие битрейты (степень компрессии) для сжатого видео (8-9 Мбит/сек). Так что стоит подробно остановиться на преимуществах/недостатках именно носителей видео, используемых в этих камерах.

диски DVD (а вернее - 80 мм. диски miniDVD) имеют то очевидное преимущество, что позволяют сразу после просмотра смотреть отснятое видео на DVD-плеере, не прибегая к помощи компьютера. Недостатков же у этого формата носителей несколько. Во-первых, емкость одностороннего диска miniDVD составляет всего 1.4 Гб, что позволяет записать на него всего... 20 минут видео максимального качества. Двусторонние болванки тут сильно не помогут, поскольку после записи одной стороны диска вам все равно придется вынимать его из камеры и переворачивать, что не слишком удобно. Во-вторых, когда я говорил, что записанный на DVD-камере диск можно сразу вставить в DVD- плеер и наслаждаться просмотром отснятого шедевра - я несколько слукавил. Дело в том, что для того, чтобы DVD-плеер прочитал такой диск, его необходимо предварительно финализировать на камере (закрыть все записанные сессии). Это требует некоторого времени, что можно счесть определенным неудобством. Еще большее неудобство мы будем иметь в том случае, когда используем в качестве носителя видео диски с однократной записью (DVD-R). Дело в том, что после финализации такого диска на него уже невозможно будет что-то записать! То есть, при использовании дисков для однократной записи нам придется довольствоваться просмотром отснятого материала на самой камере до тех пор, пока мы не запишем полный диск - только после этого его можно финализировать и смотреть на компьютере/DVD-плеере. Если мы используем перезаписываемые диски (DVD+-RW), то эта проблема исчезает - мы всегда сможем сделать дефинализацию (unfinalyze) соответствующего диска и продолжать запись. Но стоят такие диски заметно дороже дисков с однократной записью. Особо стоит упомянуть формат дисков DVD-RAM, используемый в DVD-камерах Panasonic и Hitachi. Его главное достоинство - он не требует финализации/дефинализации. Его главный недостаток - плееров и компьютерных приводов, поддерживающих данный формат дисков пока еще не очень много, хотя количество их на рынке неуклонно растет.

Флэш-HDD камеры Появились на рынке сравнительно недавно и пока, в основном, представлены моделями одной фирмы - JVC. Их главное преимущество над DVD-камерами заключается в большем размере носителя - от 4 до 30 Гб, что позволяет решить одну из главных проблем, связанных с DVD- камерами - малое время записи на носитель. Но, с другой стороны, без использования компьютера (что было возможно в DVD-камерах) вам не обойтись - хотя видео и пишется на флэш (или HDD) диски уже в формате MPEG2, вам все равно придется переносить его на диск DVD (делать так называемый авторинг диска - DVD-Video Authoring).

Так что же все-таки предпочесть - miniDV или MPEG2 камеры?

При ответе на этот вопрос нам надо учесть два фактора.

Во-первых, покадровая компрессия DV все же более приспособлена для монтажа на компьютере, нежели межкадровая компрессия MPEG2, меньше потери при пережатии видео (что происходит при наложении на видео титров, эффектов, переходов), больше удобства при нарезке клипов - её можно делать покадрово и без потерь качества, в то время как в MPEG2 разрезать клип без потери качества можно только по ключевому кадру.

Во-вторых, качество аппаратных MPEG2 кодеров на соответствующих камерах все еще уступает качеству хороших программных кодеров. То есть, при прочих равных условиях, конверсия DV в MPEG2 хорошим программным кодером даст лучшее качество финального видео в формате MPEG2, нежели MPEG2-камера (хотя эта конверсия и займет гораздо больше времени).

Исходя из вышеперечисленных факторов можно определить потенциальных пользователей видеокамер miniDV или MPEG2 :

Если вы собираетесь серьезно заниматься видео, работать с программами монтажа, делать свои собственные диски DVD-Video с достаточно сложной структурой меню - то ваш выбор пока остается за камерами miniDV.

Если вы собираетесь работать с камерой по схеме "навел-снял-посмотрел", не углубляясь в тонкости взаимодействия видеокамеры и компьютера, не занимаясь монтажом готового видео и созданием своих дисков DVD-Video - то ваш выбор, по всей видимости, вполне может склониться к DVD или флэш-HDD камерам (хотя в последнем случае к DVD-авторингу прибегать все-таки придется).

Другими словами - если вы желаете "выжать" из вашего видео все до последней капли и готовы потратить на это свое время и силы, то формат DV и камеры miniDV - ваш выбор. Если же для вас важнее простота использования камеры и вы хотите потратить минимум своего времени на обработку отснятого видео, то ваш выбор вполне может пасть на одну из разновидностей MPEG2-камер (DVD, флэш, HDD).

1CCD или 3CCD?

Еще не так давно этот вопрос перед большинством видеолюбителей не стоял - камеры 3CCD были уделом профессионалов из-за их высокой цены. Но стараниями фирмы Matsushita (торговая марка Panasonic) на рынке появились недорогие камеры 3CCD и вопрос "что выбрать - 1CCD или 3CCD?" все чаще встречается в форумах видеолюбителей, причем ответы на него варьируются от "любая 3CCD камера на голову лучше любой 1CCD камеры" до "3CCD - ерунда, маркетинговый трюк, не более того". Попробуем разобраться - где же истина, в чем камеры 3CCD действительно превосходят 1CCD и стоит ли за это платить.

Начнем с того, что CCD-матрица является монохромным прибором - сама по себе она не воспринимает цвета. Так как же тогда получить цветное изображение? Наиболее естественный путь - установить три матрицы и цветоделительную систему так, чтобы разделить световой поток на три основные цветовые компоненты (красную, зеленую и синюю) и каждую компоненту направить на свою отдельную матрицу. При этом на каждой из трех матриц мы получим картину в, соответственно, красных, зеленых и синих лучах. Приписав ей соответствующий цвет и наложив эти картины друг на друга мы получим полноцветное изображение. Именно так работает 3CCD система.

Преимущества такого подхода очевидны - это наиболее естественный путь получения цветовой информации при котором практически не происходит её потери. Недостаток тоже лежит на поверхности - три матрицы стоят дороже, чем одна. Прибавим к этому стоимость цветоделительной системы, юстировки матриц, прецизионного изготовления всего блока... Да и размер такой системы по определению будет больше соответствующей 1CCD системы. Понятно, почему системы 3CCD долгое время были уделом лишь профессионалов. А что оставалось делать любителям? Им оставалось иметь дело с 1CCD (одноматричными камерами)... Как образуется цветная картина на них?

А образуется она следующим образом - перед каждой ячейкой матицы стоит цветной светофильтр. Наиболее распространенной является Байеровская система светофильтров (её еще часто называют RGGB системой).

Она состоит из красных, зеленых и синих фильтров на ячейках. Причем "зеленых" ячеек (ячеек под зеленым фильтром) вдвое больше, чем "красных" и "синих". Это связано с тем, что человеческий глаз наиболее чувствителен к зеленому цвету. Как вы можете видеть, в такой системе каждая ячейка матрицы отвечает только за один цвет. Но как же тогда построить полноцветную картину, ведь для этого нужно иметь информацию о всех цветах для данной ячейки, а изначально мы имеем информацию только об одном цвете? И тут на помощь приходит цветовая интерполяция. Возьмем, к примеру, "зеленую" ячейку. Изначально для неё мы имеем информацию только о зеленой компоненте, но мы можем приписать этой ячейке и информацию о красной и синей компоненте, проводя интерполяцию по соседним красным и синим ячейкам. Простейшие схемы такой цветовой интерполяции показаны на нижеприведенном рисунке

В результате такой интерполяции и получается полноцветная картина на одной матрице - после интерполяции каждая точка имеет все три цветовые компоненты.

И теперь, после того как мы вкратце ознакомились с формированием цветной картины в системах 3CCD и 1CCD, мы сможем ответить на главный вопрос - чем же система 3CCD лучше системы 1CCD. И здесь мы должны сделать основополагающее для ответа на этот вопрос замечание - 1CCD (в отличии от 3CCD) теряет цветовую информацию. Действительно, что произойдет, если "красный" (то есть имеющий соответствующую красному цвету длину волны) фотон попадет на "зеленую" (или "синюю") ячейку (ячейку под зеленым или синим светофильтром)? Ответ очевиден - он будет поглощен этим фильтром и не будет зарегистрирован матрицей. То же самое можно сказать и о "зеленом" фотоне и "красной" ("синей") ячейке или "синем" фотоне и "зеленой" ("красной") ячейке. В результате этого в одноматричной системе теряется до 3/4 цветовой информации (в отличии от трехматричной, где каждый фотон будет зарегистрирован на соответствующей матрице)! Недостаток цветовой информации одноматричная система вынуждена восполнять с помощью уже упоминавшейся выше цветовой интерполяции, но это "нечестный" путь, мы приписываем данной ячейке две цветовые компоненты, строго говоря, не относящиеся к ней, взятые с других ячеек, других точек картины! Результатом этого является (при прочих равных условиях) худшая цветопередача и худшее разрешение одноматричной системы по сравнению с трехматричной. В частности, на картинке, полученной с трехматричных камер практически не бывает цветовых шумов, в то время как на одноматричных камерах такие шумы встречаются довольно часто. С разрешением тоже все понятно. К примеру, в 3CCD системе с 800000 пикселями на одну матрицу, на зеленый цвет придется 800000 пикселей, на красный - 800000, на синий - 800000. А как обстоит дело в одноматричной системе с 800000 пикселей на матрице? На зеленый в ней придется... 400000 пикселей, а на красный с синим и того меньше - по 200000 пикселей. И у кого после этого будет выше цветовое (да и яркостное тоже) разрешение? Ответ очевиден...

Так значит правы те, кто заявляет "любая камера 3CCD на голову лучше любой камеры 1CCD"? Нет. Не надо забывать, что качество итоговой картинки зависит не только от матрицы. Оно складывается из трех "китов" - оптики, матрицы и электроники камеры. Кроме того, и сами матрицы в системах 1CCD и 3CCD могут весьма различаться по своим характеристикам. А потому одноматричная камера, но с лучшей оптикой и электроникой и большей матрицей, вполне может давать картинку лучшего качества, чем трехматричная. Но при прочих равных условиях камеры 3CCD выглядят более предпочтительными и дают картинку лучшего качества нежели камеры 1CCD.

Мегапиксели, мегапиксели...

Мы все неравнодушны к большим числам, подсознательно считая, что если процессор - то многогигагерцовый, а если матрица - то многомегапиксельная. И продолжается технологическая гонка за мегапикселями, гигагерцами, гигабитами... И звучат в форумах недоуменные вопросы типа: "А почему вы говорите, что камера А лучше камеры В, ведь у камеры В больше пикселей на матрице?!" Но всегда ли "больше" означает "лучше"? Давайте попробуем дать ответ на этот вопрос в конкретной сфере - сфере бытовых видеокамер, которые, кстати, более всех остальных видеокамер подвержены этой гонке за мегапикселями.

Начнем с того, что такой важный параметр как чувствительность матрицы определяется размером (площадью) пикселя - чем он больше, тем больше чувствительность, чем он меньше - тем, соответственно, чувствительность меньше. Уже из этого факта легко понять, что гонка за мегапикселями неизбежно будет вести к потере чувствительности видеокамеры, ведь размер матрицы ограничен и, увеличивая количество пикселей на ней, мы уменьшаем их размер, а значит и чувствительность камеры. Где тут оптимум? Для определенности будем говорить о стандарте DV, который в своей PAL-реализации имеет размер кадра 720х576 (это, кстати, относится и к большинству MPEG2 камер). А это значит, что для достижения оптимального результата нам необходимо всего 720 х 576 = 414720 пикселей! Так? Да, так, но только для 3CCD системы с оптическим стабилизатором, который не требует излишка пикселей для своей работы (далее мы еще вернемся к вопросу о стабилизаторах). Если же мы говорим об одноматричной системе, то, как вы помните, из 400000 пикселей на зеленый цвет придется всего 200000, а на синий с красным - по 100000 пикселей, что явно мало. То есть надо увеличить количество пикселей, чтобы обеспечить приемлемые условия для цветовой интерполяции. Если же стабилизатор на матрице электронный, то число пикселей на ней должно быть еще больше. Практика показывает, что оптимумом для одноматричной DV камеры с электронным стабилизатором является 1-1.3 Мп. на матрице. Ну а как тогда относиться к 2, 3, а последнее время и 4 мегапиксельным видеокамерам? Надо признать, что эти камеры - продукт этой самой "гонки за мегапикселями", не несущей ничего хорошего собственно качеству видео (про фоторежим я тут пока не говорю).

Хотя нельзя не сказать об одном интересном свойстве многомегапиксельных видеокамер, вернее, видеокамер у которых в видеорежиме (PAL) используется 720 х 576 х 4 = 1658880 и более пикселей (видеокамеры Canon с матрицей в 2.2 Мп., видеокамеры Sony с 3 Мп. матрицей). Дело в том, что на картинке с таких видеокамер каждая точка конечного 720 х 576 изображения приходится как раз на один Байеровский RGGB блок (4 пикселя) на матрице камеры. А это, в свою очередь означает, что каждая точка финальной картинки несет в себе законченную цветовую информацию (почти как в 3CCD системе)! То есть мы получаем, в некотором роде, "псевдотрехматричность", что благотворно сказывается на цветопередаче и разрешении таких камер. Ну а с недостатком чувствительности, обусловленным малым размером одной ячейки на такой матрице, можно отчасти бороться, усредняя сигналы с соседних пикселей (пикселей много и простора для такой обработки предостаточно). При этом можно заметно снизить уровень яркостных шумов ("зерна" на изображении, хорошо заметного при недостаточном освещении), что эквивалентно повышению чувствительности.

Но все же лучшей системой для съемки видео формата DV остается система 3CCD, с числом пикселей на каждой матрице около 400000 и оптическим стабилизатором. Только вот любительских камер, обладающих подобными характеристиками, уже не осталось...

Фокусное расстояние и светосила

Даже неискушенные видеолюбители сначала обращают внимание на объектив видеокамеры - большая ли у него "дырка" (считается, что чем больше - тем лучше, в смысле - "светосильнее" будет камера). Но так ли это на самом деле?

Для начала разберемся с такими основополагающим понятием как фокусное расстояние объектива камеры. Наверное, все пользователи видеокамер обращали внимание на цифры, которые обычно нанесены на оправу объектива (что-то типа 1.8/5.1-51 или 4.7-47 мм. 1:1.8). В этом списке числа, разделенные тире (5.1-51 или 4.7-47 в нашем примере) обозначают диапазон фокусных расстояний объектива видеокамеры. Если не вдаваться в подробности, то фокусное расстояние объектива говорит нам о том, какова будет величина поля зрения камеры (или "степень приближения/удаления") для данного размера светочувствительного элемента (матрицы). Чем фокусное расстояние меньше - тем больше поле зрения камеры ("степень удаления" картинки), чем оно больше - тем меньше поле зрение камеры (и больше "степень приближения" картинки). Повторю еще раз - все эти выводы справедливы для данного размера матрицы камеры. Кстати, два значения фокусного расстояния, приводимые на объективе относятся к минимальному и максимальному значению оптического (не путать с электронным или цифровым) зума. По ним очень просто вычислить величину максимального оптического зума - просто разделить большее из них на меньшее. В обоих наших примерах максимальный оптический зум равен 10х.

Теперь о светосиле (втором числе на оправе объектива - в наших примерах оно записано как 1.8 или 1:1.8). Часто думают, что чем больше диаметр объектива камеры, тем больше у него светосила. На самом деле это не так. Давайте посмотрим что происходит на самом деле. Допустим, мы имеем объектив "А" с большой "дыркой" и большим фокусным расстоянием и объектив "В" с "дыркой" в 2 раза меньшего диаметра, но в тоже время и в 2 раза меньшим фокусным расстоянием. Объектив "А" соберет в 4 раза больше света (диаметр у него больше в два раза, площадь поверхности - в 4) чем объектив "В" - тут спору нет. Но, поскольку фокусное расстояние у него тоже больше в 2 раза, а значит и размер элемента картинки на матрице больше в 2 раза, то этот свет распределиться по в 4 раза большей, нежели у объектива "В", площади матрицы. То есть количество света на единицу площади матрицы у обоих объективов будет... правильно, одинаковым. То есть и светосила будет одинаковой.

Из этого примера видно, что светосила определяется не диаметром объектива, а отношением этого диаметра к фокусному расстоянию, которое называется относительным отверстием объектива. Кстати, диафрагма (термин, известный большинству видеолюбителей) как раз обратно пропорциональна относительному отверстию, то есть если оно равно 1/1.8 (фокусное расстояние в 1.8 раза больше диаметра объектива), то диафрагма равна 1.8 И именно это число мы видим написанным на оправе объектива вместе с диапазоном фокусных расстояний. Если быть еще более точным, то светосила определяется квадратом относительного отверстия, например объектив с относительным отверстием 1:1.2 (диафрагма 1.2) по сравнению с объективом, чье относительное отверстие равно 1:1.8 (диафрагма 1.8) соберет в (1:1.2 / 1:1.8)^2 = (1.8/1.2)^2 = 2.25 раза больше света на единицу площади матрицы.

Теперь стоит немного поговорить о нескольких часто задаваемых вопросах.

Вопрос: "Какое фокусное расстояние лучше - маленькое или большое?"

Ответ: Ни то, ни другое. Во-первых, они оба вам нужны - одно для широкоугольной съемки, а другое для съемки крупным планом. Во-вторых, мы даже две разные камеры не можем сравнивать по этому параметру, потому что у разных камер разный размер матрицы и, не учитывая это, мы не сможем сделать сравнение этих камер по широкоугольности (на минимальном зуме) или, наоборот, по степени приближения (на максимальном зуме). Такое сравнение возможно только в том случае, если вы наверняка знаете, что у обоих камер матрицы имеют одинаковые размеры.

Вопрос: "Всегда ли камера с относительным отверстием объектива 1:1.2 даст более яркую картинку с меньшим уровнем шумов, нежели камера с относительным отверстием объектива 1:1.8?"

Ответ: Нет, не всегда. Правда, что объектив камеры с относительным отверстием 1:1.2 всегда соберет в 2.25 раза больше света на единицу площади матрицы, но яркость и уровень шумов итоговой картинки зависят не только от объектива - очень важны еще и матрица, и качество работы электроники. Так что камера с меньшей светосилой, но более качественной матрицей и электроникой вполне способна дать лучшее качество картинки. Так что руководствоваться одной светосилой объектива в данном случае будет ошибочно, она является хотя и важным, но не единственным параметром, влияющим на качество картинки.

Вопрос: "Всегда ли камера с бОльшим максимальным значением оптического зума лучше камеры, у которой это значение меньше?"

Ответ: "Отнюдь не всегда. Действительно, большой оптический зум имеет два весомых преимущества - бОльшую (при прочих равных условиях - читай, при одинаковом размере матрицы) степень приближения, что очевидно, и большее поле зрения на минимальном зуме (минимальном фокусном расстоянии объектива), что уже не так очевидно и обусловлено особенностями оптической схемы объектива с большим диапазоном фокусных расстояний. Казалось бы - все хорошо? Но нет, есть и один существенный недостаток. Дело в том, что очень трудно сделать качественный объектив с большим зумом - такие объективы стоят очень дорого (тысячи, а то и десятки тысяч долларов). А на бытовых видеокамерах с зумом 25-30х нам приходится расплачиваться за это падением качества картинки... Так что не всегда "больше" означает "лучше".

И напоследок - об очень распространенной ошибке. Зачастую в характеристиках объективов видеокамер пишут величину, ошибочно называемую "диаметром объектива" (скажем 30 или 37мм. для камер Sony, 34мм. для камер Canon, 43 мм. для Panasonic NV-GS400GC). Так вот - к настоящему диаметру объектива видеокамеры эта величина имеет весьма косвенное отношение - на самом деле это диаметр посадочной резьбы под светофильтры и насадки. Для того, чтобы приблизительно оценить действительный диаметр объектива надо умножить фокусное расстояние камеры для максимального оптического зума на относительное отверстие для этого же максимального зума - учтите, что на максимальном зуме относительное отверстие несколько меньше, чем на минимальном. К примеру, для камеры Panasonic NV-GS400GC мы приблизительно имеем 39.6 мм х 1/2.8 = 14.1 мм. - весьма сильно отличается от 43 мм. не правда ли?

Широкоэкранный режим:

леттербокс и анаморф,

"правильный" и "неправильный" 16:9

Все большее и большее количество видеолюбителей хотят снимать широкоэкранное видео, видео в формате 16:9. Ведь все большее и большее количество устройств просмотра (телевизоров, проекторов) выпускаются ориентированными именно на этот формат.

Поэтому стоит кратко обсудить принципы формирования широкоэкранного изображения в современных камерах miniDV (и большинстве MPEG2-видеокамер).

И начнем мы с основополагающего факта - формат DV жестко задает размер кадра итогового видео - 720x576 (PAL). И он должен быть таким в любом режиме, будь то нормальный режим 4:3, будь то широкоэкранный режим 16:9. Если с первым все более-менее ясно, то со вторым возникает проблема - как привести кадр с пропорциями 16:9 к заданному размеру? Путей тут два. Первый, наиболее простой, заключается в том, чтобы взяв исходную картинку 16:9 "дорисовать" её до нужного размера кадра, добавив снизу и сверху пустые области (черные полоски). Называется это леттербоксным преобразованием широкоэкранной картинки. Его проблема заключается в нерациональном использовании кадра - ведь значительную часть кадра занимают области, не несущие никакой информации (черные полосы). Более того, при обработке в видеоредакторах эти области тоже рассматриваются как часть кадра, со всеми вытекающими отсюда последствиями. Например, к ним также будут применяться выбранные вами эффекты - последствия этого могут быть весьма плачевны. Второй путь более сложен в реализации, но лишен присущих леттербоксному преобразованию недостатков. В нем широкоэкранная картинка сжимается по горизонтали до нужных пропорций. При этом, без дополнительной обработки, она выглядит вытянутой по вертикали, с искаженными пропорциями предметов. А широкоэкранный телевизор (или телевизор формата 4:3 с включенным широкоэкранным режимом) опять растягивает её по горизонтали - так что в итоге мы получаем нормальное широкоэкранное изображение, без всяких искажений картинки. Такое преобразование широкоэкранной картинки называется анаморфным преобразованием и оно, очевидно, лишено основных недостатков преобразования леттербоксного, поскольку в нем используется вся площадь кадра. Нижеприведенные иллюстрации наглядно показывают суть обоих преобразований:

Картинка в режиме 16:9

Картинка в режиме 4:3

Леттербоксное представление широкоэкранного режима

Анаморфное представление широкоэкранного режима

Ну а теперь настал черед поговорить о том, как режим 16:9 реализуется на уровне матрицы видеокамеры. Сразу хочу сказать, что единственный правильный способ реализации широкоэкранного режима на этом уровне - матрица с соотношением сторон 16:9. Но я не знаю ни одной бытовой камеры, которая бы имела подобную матрицу(матрицы). Так что нам придется рассмотреть способы формирования широкоэкранного изображения на матрице с соотношением сторон 4:3, то есть нам надо найти способы создания "подматрицы" с соотношением сторон 16:9 внутри матрицы с соотношением сторон 4:3. А их, по сути своей, только два - либо сузить используемую площадь матрицы по вертикали, либо расширить её по горизонтали. Тут надо учесть, что на матрицах современных видеокамер всегда есть излишек пикселей, который используется для фоторежима и/или электронной стабилизации изображения. Вот за счет этого излишка и можно реализовать второй способ. В первом способе мы получим сужение поля зрения по вертикали и уменьшение вертикального разрешения матрицы, во втором - расширение поля зрения по горизонтали при сохранении вертикального разрешения. Эти способы часто называют "неправильным" и "правильным". Наглядно они проиллюстрированы на нижеприведенных рисунках:

Реализация широкоэкранного режима на уровне матрицы

"Неправильная"

"Правильная"

На этих рисунках красной рамкой обозначена общая площадь матрицы, синей - площадь матрицы, используемая в режиме 4:3, зеленой - площадь матрицы, используемая в режиме 16:9.

Надо отметить, что на этих рисунках изображены крайние варианты, на самом деле реализация широкоэкранного режима на большинстве современных видеокамер представляет нечто среднее между ними (то есть широкоэкранный режим образуется одновременно как за счет некоторого сужения используемой площади матрицы по вертикали, так и за счет некоторого расширения этой площади по горизонтали).

Хочу особо обратить ваше внимание на тот факт, что анаморф и леттербокс формально никак не связаны с "правильным" и "неправильным" использованием матрицы. То есть вполне возможен "правильный" леттербокс или "неправильный" анаморф.

Ну а при выборе видеокамеры, очевидно, предпочтение надо отдавать тем камерам, которые реализуют режим 16:9 через "правильный" анаморф. Если, конечно, вы собираетесь много снимать в формате 16:9...

Фоторежим видеокамеры

По правде говоря, видеокамера покупается для того, чтобы снимать видео, а не фото... Но с распространением в нашей жизни устройств "все в одном" (наиболее яркий пример - мобильные телефоны) видеолюбители стали все чаще обращать внимание на фотовозможности современных видеокамер. Вкратце остановимся на них и мы.

Во-первых, надо учесть, что даже если видеокамера обладает 3 Мп. матрицей и может снимать 3 Мп. фото - в большинстве случаев качество этих фотографий будет несколько хуже, нежели фотографий снятых хорошим 3 Мп. цифровым фотоаппаратом. Происходит это потому, что для обработки фото и видеоизображений нужны во многом разные алгоритмы и применение алгоритмов видеообработки к фотографиям дает не самое лучшее качество. Впрочем, в современных видеокамерах начали применять раздельную обработку фото и видео (пример - процессор Digic DV от Canon), что заметно улучшило качество фоторежима.

Но все же... Когда заходит речь о фоторежиме, надо помнить, что хороший фоторежим скорее всего будет злом для видеорежима. Ведь для хорошего фоторежима надо много пикселей на матрице, что ведет к уменьшению размера одной ячейки, а следовательно - к уменьшению чувствительности. Для фото это не играет решающей роли - мы всегда можем использовать вспышку. А вот для видео это гораздо более критично. Вспомним, что для реализации DV, даже в одноматричной системе, достаточно примерно 1-1.3 Мп., и непомерное увеличение числа мегапикселей будет негативно сказываться на чувствительности камеры.

Так что, отказаться от фоторежима вообще?! Не дадут... Большинство выпускаемых сейчас видеокамер имеют фоторежим и нам никуда от этого не деться. Так что выходов у нас с вами два - либо просто не обращать на него внимание, сосредоточившись на качестве видео у выбираемой камеры и предоставив фото цифровому фотоаппарату (что, наверное, правильно). Либо брать видеокамеру с количеством пикселей, достаточным для реализации режима "псевдотрехматричности" (о котором я писал выше, обсуждая мегапиксели) - это хоть как то скрасит недостаток чувствительности. В принципе - это тоже выход, фоторежим у этих камер неплох и вполне может сойти для замены цифрового фотоаппарата в критических случаях (когда этого самого аппарата под рукой нет). Правда стоят эти видеокамеры недешево...

Электронная и оптическая стабилизация изображения

Как известно, на современных бытовых камерах встречаются оба типа стабилизации изображения (компенсации дрожания камеры, и, соответственно, изображения, которое особенно заметно при съемке с рук на средних и больших значениях зума). При этом оптические стабилизаторы являются особенностью камер высшего ценового диапазона (я говорю о бытовых камерах). В чем же разница между этими двумя типами стабилизации, каковы достоинства и недостатки каждого из них?

Электронная стабилизация (её еще называют цифровой стабилизацией)

В этом способе часть пикселей на матрице камеры отводится на стабилизацию и не участвуют в формировании изображения (например из 800К пикселей на матрице камеры Sony DCR-HC15E только 400К участвуют в формировании картинки). "Лишние" пиксели служат своеобразным буфером - при дрожании камеры картинка "плавает" по матрице, электроника камеры фиксирует эти колебания, используя эти "буферные" пиксели и вносит необходимую коррекцию, компенсируя дрожание картинки. При этом важно, чтобы при своем дрожании картинка всегда находилась в пределах матрицы, не уходя за буферную зону, иначе электроника не сможет вычислить и применить необходимые поправки. Как мы видим, основной особенностью электронного стабилизатора является то, что стабилизация происходит с помощью самой матрицы и электроники обработки изображения. При этом включение стабилизации влияет на работу этой системы, в частности могут измениться экспопараметры - многие владельцы камер отмечают, к примеру, что включение электронного стабилизатора часто приводит к уменьшению выдержки до 1/100 сек.

Оптическая стабилизация

В этом способе матрица не участвует в стабилизации, стабилизация осуществляется на уровне оптической системы, с помощью системы линз и гироскопов (ну и управляющей электроники конечно, но она не связана с матрицей). То есть на матрицу изображение приходит уже после стабилизации и для формирования картинки можно использовать всю площадь матрицы. Таким образом при оптической стабилизации влияние стабилизатора на получение и обработку изображения минимально, что является несомненным плюсом этого способа.

Итак, плюсами электронной стабилизации является компактность (она практически не вносит габаритных узлов в конструкцию видеокамеры), отсутствие механики, а значит высокая надежность и отказоустойчивость, малый уровень энергопотребления, низкая (по сравнению с оптической стабилизацией) стоимость реализации. Ну а про минусы мы уже сказали - включение системы стабилизации неизбежно сказывается на процессе формирования и обработки изображения с матрицы. Это приводит к различного рода артефактам изображения, наиболее известным из которых является "залипание" картинки при панорамировании камеры - стабилизатор не сразу её "отпускает", отчего картинка движется рывками. Тот же эффект может проявиться и при съемке движущихся предметов - система электронной стабилизации может решить, что это перемещение относится ко всей картинке и начнет "стабилизировать" изображение, пытаясь вернуть перемещающиеся объекты "на место". Кроме того неэффективно используется матрица - до половины пикселей на ней не участвуют в формировании изображения.

А вот с плюсами-минусами оптической стабилизации дело обстоит как раз наоборот. Основной плюс - неучастие матрицы в процессе стабилизации, не влияние работы системы стабилизации на получение и обработку картинки с матрицы, так что все пиксели на матрице могут быть использованы для формирования изображения. А минусы - оптический стабилизатор является отдельным узлом конструкции видеокамеры, а значит увеличивает её в размерах и утяжеляет. Оптический стабилизатор содержит в себе механические части, а значит потребляет больше энергии и более подвержен поломкам. Ну и стоимость реализации оптического стабилизатора в видеокамере значительно выше, нежели электронного.

Что же выбрать? Очевидно, что по возможности приоритет надо отдавать оптической стабилизации, как дающей лучшее качество. На рынке появляется все большее и большее число бытовых видеокамер, оснащенных оптическими стабилизаторами, правда цена этих камер довольно велика.

Входы - выходы

Одним из вопросов, который часто возникает при выборе той или иной модели камеры, является вопрос наличия в ней всех нужных входов и выходов. Рассмотрим этот вопрос более подробно - какие коммуникационные интерфейсы могут быть на видеокамере и в чем состоит важность каждого из них.

Для начала поговорим о "выходах" и начнем с того, что на любой видеокамере есть аналоговый аудио-видео выход, причем видеовыход может быть представлен композитным ("тюльпан") или S-Video интерфейсом (или обоими вместе). Так что просмотреть отснятое видео на экране телевизора всегда можно непосредственно с видеокамеры. При этом просмотр через S-Video интерфейс обеспечит лучшее качество, правда не на всех телевизорах есть S-Video вход... Кстати, на HDV видеокамерах есть и компонентный видеовыход, обеспечивающий еще лучшее качество, нежели S-Video.

На большинстве цифровых камер miniDV и Digital8 имеется также IEEE1394 (DV, iLink, FireWire) выход, который предназначен для переноса отснятого видео в цифровой форме на другие устройства. При этом видео по интерфейсу IEEE1394 передается именно в том виде, в каком оно записано на ленте, безо всякой потери качества. А устройством приема видео в данном случае чаще всего выступает компьютер или DVD-рекордер (с DV-входом). Правда, в последнем случае надо учитывать, что рекордер, перед тем как записать видео на диск, будет производить конверсию DV -> MPEG2, так что качество немного пострадает... Также на большинстве цифровых видеокамер имеется интерфейс USB. Но тут надо учитывать, что чаще всего видео по USB шине передается с большой потерей качества, поскольку перед передачей по этой шине оно конвертируется из DV в другой формат (обычно MPEG1-2 или MPEG4), причем с меньшим разрешением и большей степенью компрессии, так что качество теряется очень заметно. Поэтому ответ на вопрос: "Почему после передачи видео на компьютер видео оказывается такого плохого качества?" чаще всего заключается в том, что передача видео осуществлялась по интерфейсу USB вместо интерфейса IEEE1394... Правда, тут есть два исключения. Первое заключается в том, что современные камеры (линеек 2005 года и выше), имеющие интерфейс USB 2.0, позволяют передавать по нему именно DV видео безо всякой конверсии и, соответственно, без потери качества. Второе исключение - MPEG2 камеры (DVD, флэш, HDD), они не имеют интерфейса IEEE1394 и передают цифровое видео по USB.

Теперь надо поговорить о "входах". В отличии от "выходов" они есть не на всех цифровых видеокамерах. Часто на дешевых камерах miniDV отсутствует как аналоговый, так и IEEE1394 (DV) вход (причем первое происходит гораздо чаще, чем второе). Много ли мы теряем из-за отсутствия цифровых и аналоговых входов? С помощью входа DV мы можем записывать отмонтированный DV материал (ваш готовый, после монтажа на компьютере, фильм в оригинальном формате DV) обратно на кассету miniDV без потери качества. При относительно низкой стоимости кассет miniDV такой способ хранения готовых фильмов остается весьма популярным среди видеолюбителей. Еще одним способом применения DV-входа на видеокамере является передача видео с компьютера на телевизор через камеру по схеме "выход IEEE1394 на компьютере - вход IEEE1394(DV) на камере - аналоговый выход камеры - телевизор" (то есть, в данном случае, камера выступает в роли цифрово-аналогового преобразователя). Таким образом можно выводить видео прямо с монтажной линейки видеоредактора на телевизор, напрямую контролируя результаты наших монтажных операций. А что дают нам аналоговые входы? А они дают нам возможность переводить наши старые аналоговые видеозаписи (записи VHS/S-VHS c видеомагнитофона, VHS-C/S-VHS-C или Video8/Hi8 с аналоговых видеокамер) в цифровой формат, сохраняя оцифрованное видео на кассете miniDV или непосредственно на компьютере (так называемая "сквозная оцифровка" на компьютер). При этом цифровая видеокамера выступает в качестве аналого-цифрового преобразователя, осуществляя оцифровку аналогового видео в формат DV. Правда, надо учитывать один важный момент - PAL камера сможет понять и оцифровать только входной аналоговый сигнал в формате PAL, если вы подадите ей на вход сигнал в формате SECAM (в котором вещают основные Российские телеканалы) - ничего хорошего у вас не выйдет. То-же самое произойдет в том случае, если вы подадите сигнал PAL на вход камеры NTSC (или наоборот).

Режим ночной съемки

Для большинства современных бытовых видеокамер декларируется наличие режима ночной съемки, порой даже "цветного". При этом многие покупатели, попробовав снимать в этом режиме, испытывают большое разочарование качеством полученной картинки. Поэтому представляется необходимым сказать несколько слов по этому вопросу.

Прежде всего сразу стоит отметить, что настоящая ночная съемка, при которой убирается ИК (отсекающий инфракрасный диапазон спектра) фильтр, есть только на камерах Sony (режим NightShot). При этом чувствительность матрицы к ИК лучам все равно остается низкой, так что для получения приемлемых результатов используется ИК подсветка объекта съемки, которая дает приемлемую картинку на расстояниях до 2.5-3 метров, дальше картинка становится слишком темной (впрочем, желающие могут купить более мощный ИК фонарь для своей камеры). Выдержка в режиме NightShot остается 1/50 сек., так что движение передается плавно. Впрочем, как это нетрудно понять, изображение получается черно-белым, вернее - желто-зеленым...

А что мы имеем в камерах других производителей? Простое увеличение выдержки с 1/50 до, порой, 1/3 сек. отчего любое движение в кадре выглядит просто ужасно - весь кадр превращается в полную "мешанину" в которой трудно что-нибудь понять. В таком "ночном режиме" снимать можно только статические (неподвижные) объекты со штатива - в остальных случаях результат вас, скорее всего, разочарует. Кроме того, в полной темноте вы все равно ничего не сможете снять - тут простое увеличение выдержки не поможет. На многих камерах с таким режимом для подобных случаев используется встроенная (не ИК) лампа подсветки, но при этом пропадает весь "шпионский" характер таких съемок, да и выдержка все равно остается непомерно большой.

Кстати, возвращаясь к камерам Sony, на них есть еще режим Super NightShot в котором выдержка увеличивается с 1/50 до 1/3 сек., отчего яркость картинки и дальность действия ИК фонаря заметно возрастают, но снимать в нем можно, опять-таки, только статические объекты со штатива.

HDV

Телевидение высокой четкости медленно, но верно входит в нашу жизнь, а значит форматы DV и MPEG2 (DVD) все менее и менее удовлетворяют запросам счастливых обладателей плазменных панелей и LCD телевизоров. Поэтому назревает вопрос о том, какой формат сменит в бытовых видеокамерах заслуженный, но уходящий в прошлое, формат DV. И ответ на этот вопрос, кажется, становится все более и более ясным - это будет HDV. Мы уже упоминали этот формат в начале статьи, теперь пришло время остановиться на нем более подробно.

Перед разработчиками стандарта HDV стояла задача, во-первых, значительно увеличить разрешение финального видео по сравнению с DV, а во-вторых, оставить величину видеопотока сравнимой с DV, это дало бы возможность записывать HDV видео на те-же самые miniDV кассеты, не жертвуя при этом временем съемки на одну кассету. Поэтому разработчики этого стандарта (в качестве которых выступили четыре компании - Sony, Canon, JVC и Sharp) отошли от покадровой компрессии, которую мы имеем в DV, в пользу межкадровой компрессии MPEG2. Да, это ведет к определенным недостаткам, о которых мы уже говорили в начале данной статьи, обсуждая различные форматы видео, но эти недостатки должны были с лихвой компенсироваться выигрышем в разрешении. Специально для этого формата был разработан протокол передачи MPEG2 видео по шине IEEE1394 (FireWire), после чего стандарт передачи видео получил окончательное название MPEG2-TS (Transport Stream). Посмотрим, в общих чертах, каковы его характеристики.

Носитель mini-DV кассеты

Видео
Видеосигнал 720p 1080i
Разрешение 1280 x 720 1440 x 1080
Соотношение сторон 16:9
Сжатие MPEG2 Video
Битрейт после сжатия 19 Мбит/с 25 Мбит/с

Аудио
Звук MPEG1 Audio Layer II, 384 Кбит/с — 48 кГц — 16 бит
Режим Stereo

Система
Стандарт MPEG2 Transport Stream
Интерфейс IEEE1394 (MPEG2-TS)

Из этой таблицы видно, что чересстрочный HDV (1080i, i - interlaced) несколько отличается от прогрессивного HDV (720p, p - progressive), причем не только разрешением и битрейтом. В обоих случаях используется широкоэкранный формат 16:9, но в случае 1080i мы имеем анаморфированное изображение - для 16:9 с 1080 строками разрешение должно быть 1920х1080. Зачем надо было уменьшать разрешение до 1440х1080 и прибегать к электронному анаморфу (как в DV - смотри выше)? Ответ прост - для того, чтобы 1 час видео умещался на стандартную miniDV кассету. Видеопоток в 25 Мбит/сек. для 1080i совпадает с потоком DV и мы имеем одинаковое время записи на одну кассету при гораздо большем разрешении HDV. Ну а для 720p такого ограничения нет, поэтому в нем мы видим честный изначальный 16:9, безо всякого анаморфного преобразования.

Кстати, фирма JVC в своих HDV-камерах отдает предпочтение именно формату 720p, в то время как Sony - Canon отдают предпочтение 1080i.

Алексей Попов

 

назад

Трудные задачи выполняем немедленно, невозможные - чуть погодя.