От Лени Рифеншталь до многоканальных систем

В настоящее время современное телевидение невозможно представить без систем многоканальной записи и повторов, являющихся неотъемлемой частью телевизионной технологии. История создания и использования этих систем, как и многое в телевидении, берет свои истоки в кинематографе.

Технологические вехи
В  1967 году Ampex Corporation выпустила первую в  мире полноценную коммерческую систему телевизионных  повторов — Ampex HS-100 В первой половине XX века в кино для достижения различных художественных эффектов режиссеры стали применять режим изменения скорости съемки относительно скорости проигрывания. Немецкий режиссер Лени Рифеншталь (Leni Riefenstahl) является человеком, создавшим основные технические и художественные приемы показа спорта, в том числе ускоренное и замедленное воспроизведение, а также многокамерную съемку. В своем фильме "Олимпия" (Olympia), снятом в 1936 году, она использует приемы ускорения и замедления записи движений спортсмена для создания драматургических эффектов и предоставляет зрителю возможности лучшего восприятия всех деталей таких движений. В этом же фильме впервые был применен монтаж происходящего на спортивной арене с различных камер. Ускоренное движение спринтеров создает у зрителя ощущение безумной скорости бега. Ноги японского марафонца, показанные с замедлением, передают огромное напряжение и усталость спортсмена. А показ с замедлением прыжков в воду завораживает зрителя красотой и выверенностью движений. Собственно говоря, Рифеншаль заложила весь тот художественный, изобразительный функционал, для которого сейчас используются системы повторов в телевидении. "Мостом" между технологиями кино и телевидения стоит считать использование метода съемки с экрана кинескопа с последующей быстрой проявкой и монтажом для воспроизведения игровых моментов в передаче "Ночь хоккея" в Канаде 11 октября 1952 года. Специально для этого был создан скоростной процесс проявки и сушки пленки. Вторым человеком, которому телевидение обязано созданием телевизионных повторов, является Тони Верна (Tony Verna) — продюсер спортивных программ компании CBS, впервые применивший стандартный видеомагнитофон для повтора игрового момента 7 декабря 1963 года. Именно по его запросу и была создана первая система телевизионных повторов.

MVR VDR-210CF
6 июля 1965 года во время трансляции матча по американскому футболу CBS впервые в мире применила систему видеоповторов на основе "видеодиска", разработанную компанией MVR Corporation из Пало Альто. Система VDR-210CF была продемонстрирована широкой публике в августе 1965 года на конференции SMPTE. Она имела емкость 600 кадров и позволяла в пределах этого отрезка осуществлять повторное воспроизведение черно-белого изображения в режимах "вперед" и "назад" со стопроцентной скоростью, а также могла делать стоп- кадр. Основой VDR-210CF служил аналоговый видеодиск, емкостью 120 полей. Каждое поле записывалось отдельной магнитной "дорожкой" на алюминиевом диске, покрытом специальным магнитным слоем на основе оксидов никеля и кобальта.

Ampex HS-100
Позже, в 1967-м, по запросу другой американской телекомпании — ABC, основатель магнитной видеозаписи компания Ampex Corporation выпустила первую в мире полноценную коммерческую систему телевизионных повторов — Ampex HS-100. Данное решение на 20 лет стало основной системой в мире, используемой для создания видеоповторов. В отличие от VDR-210CF, она позволяла работать с сигналами цветного телевидения и имела возможность замедленного и ускоренного воспроизведения. Два аналоговых видеодиска и четыре видеоголовки позволяли записывать 1800 полей видеосигнала (30 с для NTSC или 50 с для PAL/SECAM). Скорости вращения совпадали с полевой частотой в NTSC и PAL 1800/1500 об/мин соответственно. Замедленный повтор осуществлялся микшированием двух последовательных полей, одновременное и синхронное воспроизведение которых как раз и обеспечивала конструкция из четырех головок. Впервые в мире HS-100 имела специализированный пульт с управляющими кнопками, рычагом управления скоростью и индикатором времени, оставшегося до окончания материала. Система имела только одно отличие от современных систем повторов — она не могла осуществлять параллельно воспроизведение повторов и запись видеосигнала. Ampex HS- 100 были закуплены в СССР для Олимпиады 1980 года, которая проходила в Москве.

It's a Sony
Новую главу в трансляциях спортивных повторов вписал видеомагнитофон Sony BVW-75 Betacam SP Следующей вехой в трансляции массовых спортивных повторов стал видеомагнитофон Betacam SP BVW-75, представленный компанией Sony в 1986 году. Основное отличие этого видеомагнитофона от других заключалось в наличии системы Dynamic Tracking. Именно эта функция позволяла осуществлять воспроизведение с замедленной скоростью. Благодаря невысокой стоимости, компактным размерам, небольшой массе, более высокому качеству записи и отсутствию ограничения — 1800 полей на длину повторяемой записи, BVW-75 быстро вытеснил HS-100. Кроме перечисленных выше причин, повлиявших на быструю экспансию BVW-75 в качестве устройства повторов, была еще одна. Этот магнитофон был обычным устройством видеозаписи, которое использовалось для записи видеопрограмм! Ampex HS-100 конечно же не могла быть использована для этого в силу небольшой емкости видеодисков и отсутствия отчуждаемого носителя видеопрограмм — в данном случае видеокассеты. При всех своих революционных достоинствах BVW-75 обладал общим с Ampex HS-100 недостатком: во время воспроизведения и поиска запись была невозможна. Контроллер Sony DTR-3000Кстати, BVW-75 проигрывал HS-100 еще по одному ключевому моменту — мгновенному позиционированию. При наличии специальных контроллеров - от оригинального Sony DTR-3000 до контроллеров сторонних производителей (JL Cooper, Buf Tech, DNF и др.) - BVW-75 позволяет работать с несколькими магнитофонами сразу. Двумя годами ранее, на олимпийских играх 1984 года в Лос-Анжелесе, была использована другая разработка компании Sony — технология SuperMotion. Трубочная камера BVP-3000 снимала спортивные события с утроенной скоростью кадров —180 полей в секунду. Для работы с таким видеосигналом был создан специальный видеомагнитофон формата "C" — Sony BVH-2700. Особая конструкция блока видеоголовок позволяла записывать видеосигнал с утроенной, по сравнению со стандартными системами, скоростью и воспроизводить эту запись на нормальной скорости. Таким образом, достигалось трехкратное замедление с "кристальной" чистотой записи. Последователем этого решения стала связка камеры BVP-9000 и специального видеомагнитофона Betacam SP BVW- 9000, выпущенных Sony в 1993 году. Отличием от предыдущего решения было использование высокочувствительных матриц FIT HyperHAD и кассетной конструкции видеомагнитофона. Благодаря прогрессу в области компьютерных технологий и заказных микросхем высокой степени интеграции в 1995 году на свет появились два новых продукта — EVS LSM бельгийской компании EVS Broadcast Equipment S.A. и PDR100 американской Tektronix, Inc. Именно эти системы многоканальной записи и повторов на основе жестких дисков обладали всеми теми характеристиками, которые сейчас считаются стандартными для таких систем. К ним относятся:

  • параллельная запись с воспроизведением повтора и наличие нескольких каналов записи- воспроизведения в одном устройстве
  • использование компрессии для уменьшения потока записываемых данных; применение стандартных жестких дисков в качестве
  • хранилища видео, с обеспечением мгновенного произвольного доступа.

Технология спортивных повторов
Системы для показа спортивных программ состоят из следующих обязательных аппаратных или аппаратно-программных компонентов:

  • аудиовидеоинтерфейсы ("входов" и "выходов")
  • каналы компрессии и декомпрессии со встроенным механизмом интерполяции, обеспечивающим скорости воспроизведения отличные от скорости записи;
  • дисковый накопитель;
  • система управления;
  • контроллеры управления повторами.
Также возможно наличие дополнительных компонентов:
  • система видеоэффектов;
  • система видеоотображения;
  • сетевая инфраструктура.

Aудиовидеоинтерфейсы
Блок аудиовидеоинтерфейсов обеспечивает соединение системы повторов с видеокамерами, видеомикшером и аудиооборудованием ПТС и АСБ, а также передачу аудиовидеосигналов в обоих направлениях. Данные блоки преобразуют аудио- и видеоинформацию, представленную в телевизионных стандартах, в потоки цифровых данных, обрабатываемых системой повторов. Для аналоговых входов и выходов одновременно выполняются декодирование и кодирование, а также преобразование сигнала из аналогового формата в цифровой и обратно. В настоящее время в технологии многокамерной съемки произошло вытеснение аналоговых видеоинтерфейсов цифровыми — SDI и HD-SDI. Это привело к тому, что практически все современные системы повторов используют видеоинтерфейсы SDI и HDSDI. Для совместимости с аналоговым оборудованием более выгодным и практичным становится применение внешних преобразователей "Аналог — SDI/ HD-SDI". Повсеместно по причине более простого обеспечения синхронности звука и видео во всех цепях видеоаудиотракта использование внедренного звука вытесняет из практики протоколы AES/ EBU, а также аналоговые симметричные подключения звука. По всем вышеописанным причинам современным системам достаточно иметь возможность работы с сигналами SDI/HD-SDI и внедренным звуком. Кроме того, блок аудиовидеоинтерфейсов в обязательном порядке должен иметь вход синхронизации и вход тайм-кода для обеспечения синхронной работы со всем видеооборудованием ПТС или АСБ. Канал компрессии и декомпрессии обеспечивает работу с потоками данных — меньшими, чем полные видеоаудиопотоки. Компрессия уменьшает поток видеоданных, как правило, в 3-10 раз по сравнению с оригинальным. Это позволяет параллельно записывать несколько каналов видеосигнала на дисковую подсистему, а также увеличивать время записи по сравнению с записью несжатого видеосигнала. Каналы компрессии и декомпрессии используются при записи входного видеосигнала на диск, при воспроизведении и при поиске-разметке. В настоящее время существует несколько наиболее популярных алгоритмов сжатия видеоизображений — кодеков: JPEG, MPEG- 2, MPEG-4, JPEG2000, DV25, DV50, DVCProHD, XDCAM, IMX, AVC, Avid DNxHD, Apple Prores. Все перечисленные кодеки обеспечивают приемлемое качество изображения. В связи с необходимостью мгновенного покадрового позиционирования в системах повторов применяются кодеки с компрессией Intra Frame. Если система служит лишь в качестве системы повторов, то к кодекам предъявляются только требования обеспечения качественного изображения и кодирования Intra Frame. Если же система должна работать совместно со станциями нелинейного монтажа, то кодек должен быть исходного формата (native) для основных систем NLE, а его реализация должна обеспечивать приемлемую скорость работы. Так, например, покадровый кодек JPEG2000, являясь приемлемым с точки зрения качества изображения, не поддерживается основными системами видеомонтажа.

Каналы компрессии и декомпрессии
Следует разделять аппаратную, аппаратно-программную и программную реализации каналов компрессии и декомпрессии.

Аппаратный кодек

Аппаратный компрессор-декомпрессор представляет собой, как правило, некую схему, которая может сжимать или разжимать один поток видео в реальном времени. При этом алгоритм компрессии жестко задан типом используемых микросхем аппаратных кодеков и в большинстве случаев не может быть изменен. Ограничение на работу только с одним потоком видеоданных в реальном времени накладывает ограничение на одновременную работу в системе, если количество видеопотоков не превышает числа каналов кодеков. Например, шестиканальная система EVS LSM-XT имеет шесть каналов кодеков, что обеспечивает одновременно запись четырех каналов видео, поиск по одному каналу и воспроизведение по второму каналу, без микширования. Если проигрывается плейлист с эффектами перехода между клипами, то поиск в это время невозможен.

Аппаратно-программные кодеки

Аппаратно-программный кодек использует специальные микросхемы программируемой логики, в которые производится загрузка необходимого в данный момент кодека. Так же как и аппаратный кодек, данное решение имеет ограничение на работу с одним видеопотоком на один канал компрессии-декомпрессии в реальном времени, но не имеет ограничений по количеству доступных для работы кодеков (ограничено количеством кодеков, реализованных производителем системы). Кроме того, данное решение позволяет в будущем подключать к системе кодеки, не реализованные на время создания системы. Представителем такого подхода являются современные системы компании EVS.

Программные кодеки

Программные кодеки реализуются в виде программы, обрабатываемой центральным процессором системы. Такое решение имеет перед остальными преимущества, заключающиеся в широком наборе кодеков и в возможности использовать ощутимо большее количество потоков компрессии-декомпрессии в системе, чем при аппаратных реализациях. Столь же существенным является возможность параллельного использования различных кодеков и разрешений видеопотоков. Для обеспечения воспроизведения с отличной от оригинальной скоростью подсистема с программным кодеком создает интерполированные кадры. В зависимости от типа системы могут быть использованы различные программные и аппаратные алгоритмы. Самые простейшие системы просто дублируют поля, другие системы микшируют поля соседних кадров. Более совершенные системы производят деинтерлейсинг кадров и на основании полученных кадров интерполируют недостающие. Так же как и в случае с реализацией кодеков, возможны варианты аппаратного, аппаратно-программного и чисто программного подхода к реализации данного процесса. Какие кадры служат для создания промежуточного кадра, и в каком соотношении, определяет система управления. Многоканальная система повторовОна же отдает дисковой подсистеме команды на подсчет необходимых компрессированных кадров, на отправку их в канал декомпрессии и на создание интерполированного кадра. Представителем такого подхода являются системы компании SLOMO,TV,Inc. В частности, система Dominator HD в совмещенном режиме повторов и записи под монтаж параллельно обрабатывает (компрессирует и декомпрессирует) 12…20 видеопотоков HD и SD одновременно.

Дисковый накопитель
Блок дискового накопителя предназначен для записи и воспроизведения компрессированных кадров. К встроенной дисковой подсистеме предъявляется несколько основных требований (расположены в порядке уменьшения важности):

  • высокая производительность, высокая скорость записи и воспроизведения, малое время произвольного доступа;
  • большой объем буферной памяти (cache);
  • высокая надежность;
  • высокая удельная емкость;
  • низкая чувствительность к ударным нагрузкам во время транспортировки и при работе;
  • высокая надежность файловой системы и высокая скорость восстановления при сбоях;
  • возможность расширения пользователем; использование стандартных компьютерных интерфейсов дисковой подсистемы.

Система управления
Система управления отвечает за общее управление всеми подсистемами повторных машин и их синхронную работу. Именно эта подсистема принимает множество команд управления от оператора и сетевых систем и обеспечивает их быстрое и надежное выполнение, не прерывая при этом запись и др. операции. Именно она обеспечивает первичную инициализацию и запуск повторной машины; выдачу предупреждений в критических ситуациях и их обработку; формирование интерфейса управления; сетевое взаимодействие и еще тысячи разных мелких рутинных задач. В настоящий момент все системы управления в наиболее популярных повторных машинах построены на платформе PC. Часть из них работает под операционной системой DOS, часть — под различными ОС Windows, а также Linux.

Контроллер управления
Контроллер управления повторами — очень важная и необходимая часть системы. Именно он дает возможность оператору мгновенно выдавать в эфир повторы. Последние стоит разделить на два основных класса: пульты, которым для полноценной работы достаточно подключения по интерфейсу RS-422, и остальные, которые могут быть подключены к системе повторов через интерфейс Ethernet, USB или PS2. Использование пультами протокола RS-422 — исторически сложившееся решение, пришедшее со времен первых видеомагнитофонов. Кабель для RS-422 есть в любой ПТС, его можно легко и быстро проложить в любую точку. Для подобных пультов характерны следующие ограничения: текстовое меню и тестовые элементы индикации; большая вложенность меню; невозможность использования графики. Очень часто такие пульты являются полностью автономной системой повторов и могут управлять дисковыми рекордерами разных типов. Многоканальная система повторов 

Интерфейс
Наиболее важной частью системы повторов является интерфейс. Можно создать систему с компонентами, выполненными на самом высочайшем техническом уровне, обеспечить фантастически низкую цену и при этом потерпеть неудачу в борьбе с другими производителями. Интерфейс — это идеология системы повторов! Поэтому решения, которые имеют свой собственный пульт управления, всегда выигрывают в удобстве и возможностях у систем, которые по существу являются дисковым рекордерами и используют пульты управления повторами других производителей. Интерфейс — это возможность выполнять наиболее часто используемые операции самым простым, быстрым и интуитивно доступным способом. В качестве примера рассмотрим функционал разных сотовых телефонов: изменение громкости звонка на одной модели осуществляется углублением в меню с последовательным выполнением нескольких операций, а на другой — простым нажатием соответствующих кнопок на боковой панели. Аналогичный пример для оперативного повтора: на одной из систем достаточно регулятором Jog отмотать материал в нужное место и толкнуть рычаг управления скоростью воспроизведения; в другой системе приходится ставить метку с переходом в режим редактирования, а в нем — входную и выходные метки клипа, затем добавлять клип в конец эфирного плейлиста, позиционироваться в нем на начало этого клипа и после этого толкнуть ручку T-Bar управления скоростью. Минимальные требования к интерфейсу систем видеоповторов:

  • наличие функции оперативного повтора;
  • режим редактируемого повтора;
  • возможность создания и редактирования плейлистов;
  • оперативный доступ к избранным плейлистам и клипам;
  • оперативное изменение параметров показа повтора и плейлиста (работа по раздельным входным точкам, пропуск клипа в плейлист, включение эффектов перехода и т.д.).

Что важно знать для сравнения систем Разрешение входного сигнала
Лучше всего, если система универсальна и поддерживает и HD, и SD. Есть системы, которые поддерживают только HD, а для поддержки SD требуется дополнительная оплата. Покупка систем, поддерживающих только SD, на настоящий момент лишена смысла.

Количество каналов записи-воспроизведения
Минимально необходимое количество каналов для комфортной работы — шесть, из которых четыре предназначены для записи и два — для поиска и воспроизведения.

Сетевая работа
Если система приобретается для спортивных мероприятий, трансляция которых осуществляется национальными вещательными компаниями, то система повторов обязательно должна поддерживать возможность работы в сетевом окружении. 

Поддержка высокоскоростных камер
Данный показатель кроме ответа "Да / Нет" имеет еще и оценочный параметр — сколько трехскоростных камер поддерживает одна система. И чем с большим количеством таких камер может работать одна система, тем проще операторам и видеоинженерам. Как и наличие сетевой работы, поддержка высокоскоростных камер является важным показателем, который отличает системы, предназначенные для показа крупных событий мирового масштаба, от систем более низкого уровня.

Встроенный полиэкранный процессор
Для удобства работы и для уменьшения количества устройств предпочтительно наличие полиэкранного процессора у системы повторов. Максимальным удобством обладают системы, у которых он интегрирован в интерфейс.

Набор поддерживаемых кодеков
По статистике, ПТС и, следовательно, машина повторов лишь два дня в неделю "показывают" спорт, а остальное время работают на многокамерных съемках шоу, концертов и т.д. По этой причине система многоканальной записи и повторов должна осуществлять запись в многокамерном режиме в кодеках, совместимых с монтажными системами.

Совместимость с системами нелинейного монтажа
Одно из основных достоинств системы повторов — возможность прямой записи или экспорта записанного аудиовидеоматериала в исходном файловом формате монтажных систем. Кроме того, немаловажен и список систем, с которыми совместима система. Правильный ответ о совместимости — "Да, система совместима в исходном формате со всеми наиболее популярными монтажками". 

Встроенные видеоэффекты
Чем шире набор видеоэффектов в системе, тем лучше. Но следует понимать, что при показе быстрых и динамичных видов спорта оператору повторов может просто не хватить времени даже для показа игровой ситуации более чем с одной камеры.

Объем и возможность расширения дисковой системы
В наше время прогресс технологий производства жестких дисков сделал возможным запись сотен часов видео на встроенную дисковую подсистему. С другой стороны, шести часов видеоматериала на один канал записи хватает для показа любого игрового соревнования. И это стоит считать необходимым минимумом. 

Экспорт и импорт плейлиста в файловом формате
Наличие такой возможности является несомненным достоинством, так как позволяет сохранять и легко использовать архив клипов и плейлистов, созданных во время как многодневных соревнований, так и различных турниров.

Доступ к видеоматериалу по сети для сторонних приложений
Данная возможность в большей степени нужна производителю систем, чем пользователю. С другой стороны, наличие такой возможности просто говорит о высоком уровне системы.

Возможность одновременной работы нескольких операторов
Пример классической ситуации, характерной для раннего периода показа спортивных повторов: два оператора, используя общие или разные каналы записи, работают на одной системе повторов. Необходимость в этом может возникнуть в случае формирования разных "картинок" или когда спортивное соревнование просто не дает одному оператору времени провести разметку на всех каналах записи системы. 

Заключение
Спортивные трансляции популярны во всем мире. Зрители ценят возможность увидеть соревнования с разных точек, разглядеть детали эпизода, получить квалифицированный комментарий. Но изюминкой показа можно назвать повторы — повторы простые, с замедлением, с разных ракурсов... Именно они дают в полной мере насладиться красотой прыжка или гола. Именно они позволяют подробно рассмотреть стремительную атаку или момент касания. Возможность делать повторы делает спорт более зрелищным.

C PDF версией статьи вы можете ознакомиться на сайте журнала "625" - "От Лени Рифеншталь до многоканальных систем"

Новая функиця videoReferee® - отображение данных табло Поддержка 4x Super Motion камеры Panasonic AK-HC5000 vR-Keypad – Внешняя клавиатура для судейства в футболе и баскетболе Системы videoReferee® на Чемпионате мира по гандболу 2017
Новые возможности штатного программного обеспечения slomo.tv videoReferee Jr. Новое семейство продуктов - ARROW Опция Transfer для серверов Simple R
Интеграция с камерой GVG LDX 86 HS/XS Аренда Где работает slomo.tv