|
|
18.01.2017 4K, HDR, HFR: где и как хранить информацию в новых форматах
Технологические тренды выступали и продолжают выступать своеобразными драйверами развития современных вещательных и производственных комплексов в медиаиндустрии. К трендам цифрового виде оконтента сегодняшнего дня можно отнести высокое разрешение изображения, высокую частоту кадров (HFR), высокий динамический диапазон (HDR), широкую цветовую гамму и просто большое число видеокамер. Несложно предположить, что для записи, обработки, распространения и хранения такого «насыщенного» видеоконтента требуются куда более емкие системы хранения данных, а также высокие вычислительные и сетевые ресурсы.По мнению экспертов, в ближайшие 10 лет крупные производственные комплексы будут оперировать цифровыми медиаданными объемом в сотни петабайт. В этой статье мы исследуем размер и качество видео для спортивного, кинематографического, эпизодического и анимационного контента, а также попробуем вычислить, какой объем данных потребуется для хранения одного часа того или иного вида контента.
Влияние видеокамеры
Профессионалы медиаиндустрии используют высококачественные и дорогостоящие видеокамеры, которые позволяют им снимать видеоконтент в самом высоком разрешении, с лучшими цветами и в самом широком динамическом диапазоне. Как правило, отснятое исходное видео является самым качественным контентом всей технологической цепочки, а потому требует высокую емкость для хранения данных в пересчете на один час съемки. Качество оригинального видео определяется следующими характеристиками камеры.
- Разрешение. Определяется количеством пикселей в изображении. Чем выше количество пикселей, тем больше мелких деталей картины можно увидеть, а следовательно и более захватывающе выглядит вся картина.
- CGI (Computer-Generated Imagery). Анимация и компьютерная CGI-графика, так же, как и видеосъемка, визуализируются в самом высоком разрешении.
- Высокая частота кадров. На сегодняшний день большинство профессиональных камер имеют частоту кадров 120 fps для 4K видео. Влияние частоты кадров на конечный объем видеоданных настолько велик, что в некоторых камерах снижается разрешение картинки ради повышения кадровой частоты.
- Высокий динамический диапазон (HDR). Профессиональные камеры обычно поддерживают технологию HDR, которая позволяет добиться высокой детализации на очень тусклых и очень ярких областях кадра.
- Глубина цвета. Параметр, указывающий количество бит, используемых для указания цвета конкретного пикселя. Высокая битовая глубина цвета увеличивает суммарную емкость каждого видеокадра.
- Цветовая гамма. Параметр, показывающий, насколько широко выражен цветовой диапазон картины. В отличие от глубины цвета, не влияет на конечный объем кадра.
- Компрессия. Ее отсутствие при видеосъемке в несжатом RAW формате в конечном итоге в несколько раз увеличивает размер готового видеофайла в сравнении с использованием компрессии.
Вычисление размера цифрового контента

Рассмотрим несколько простых уравнений, которые можно использовать для расчета необходимого объема хранения одного часа видеоконтента с заданным разрешением.
Уравнение 1: Размер кадра = Ширина х Высота х Бит/пиксель х Количество цветов 3840 пикс. x 2160 пикс. x 10 бит/пикс. x 3 цвета = 248 Мб/кадр : 8 бит/байт = 31,1 Мбайт/кадр Уравнение 2: Скорость данных = Размер кадра х Число кадров в секунду 31,1 Мбайт/кадр х 60 кадров/сек = 1866 Мбайт/сек Уравнение 3: Объем данных в 1 час = Скорость данных х 3600 сек 1866 Мбайт/сек х 3600 сек = 6718 Гбайт В таблице ниже представлены различные характеристики профессиональных видеоформатов. Стоит также отметить, что фактическая скорость передачи данных и емкость хранилища могут зависеть от дополнительных, не рассмотренных ранее, параметров, таких, как специализированное сжатие и цветовое кодирование. Таблица 1. Параметры цифрового видео для различных типов профессионального контента
Формат |
Разрешение кадра |
Частота кадров |
Скорость данных |
Емкость хранилища |
SDTV (NTSC), (8-бит) |
720 x 480 пикс. |
~30 Гц |
31 Мбайт/сек |
112 Гбайт/час |
HDTV (1080p, 8-бит) RGB |
1920 x 1080 |
24 Гц |
149 Мбайт/сек |
537 Гбайт/час |
UHD-1 4K (10-бит) RGB |
3840 х 2160 |
60 Гц |
1,866 Гбайт/сек |
6,718 Тбайт/час |
UHD-2 8K (12–бит) RGB |
7680 x 4320 |
120 Гц |
17,916 Гбайт/сек |
64,497 Тбайт/час |
Digital Cinema 2K (10-бит) YUV |
2048 x 1080 |
24 Гц |
199 Мбайт/сек |
717 Гбайт/час |
Digital Cinema 4K (12-бит) YUV |
4096 x 2160 |
48 Гц |
1,910 Тбайт/сек |
6,880 Тбайт/час |
Digital Cinema 8K (16-бит) YUV |
8192 x 4320 |
120 Гц |
25,480 Тбайт/сек |
91,729 Тбайт/час |
Однако на практике эти цифры заметно отличаются от теоретических расчетов. В следующей таблице приведены примеры реальных 4K кодеков, используемых в профессиональных видеокамерах. Фактическая скорость передачи данных зависит от глубины цвета, частоты кадров, цветовой субдискретизации, компрессии, HDR и многих других факторов. Таблица 2. Некоторые кодеки профессиональных камер с разрешением 4K и выше
Камера / Кодек |
Разрешение |
Частота кадров |
Скорость данных |
Объем данных / Час |
Panasonic GH4 4K |
4096 x 2160 |
24 Гц |
100 Мбит/с |
45 Гб/час |
Red 4K (6:1) |
3840 x 2160 |
24 Гц |
432 Мбит/с |
194 Гб/час |
XAVC 4K |
4096 x 2160 |
30 Гц |
300 Мбит/с |
135 Гб/час |
KineMINI 4K CinemaDNG |
4096 x 2160 |
24 Гц |
332 Мбит/с |
150 Гб/час |
AVC-Ultra 4K |
4096 x 2160 |
24 Гц |
400 Мбит/с |
180 Гб/час |
Canon 1DC MJPEG 4K |
4096 x 2160 |
24 Гц |
500 Мбит/с |
225 Гб/час |
ProRes 422 4K |
3840 x 2160 |
60 Гц |
489 Мбит/с |
220 Гб/час |
KineMAX 6K CinemaDNG |
5760 x 3240 |
24 Гц |
672 Мбит/с |
302 Гб/час |
ProRes 422 HQ 4K |
3840 x 2160 |
60 Гц |
734 Мбит/с |
330 Гб/час |
Sony F5/55 RAW 4K |
4096 x 2160 |
25 Гц |
1,000 Гбит/с |
450 Гб/час |
ProRes 4444 4K |
3840 x 2160 |
60 Гц |
1,100 Гбит/с |
495 Гб/час |
RED 6K WS (4:1) |
6144 x 3160 |
24 Гц |
1,160 Гбит/с |
522 Гб/час |
ProRes 4444 XQ 4K |
3840 x 2160 |
30 Гц |
1,650 Гбит/с |
742 Гб/час |
Sony F65 RAW SQ 4K |
4096 x 2160 |
24 Гц |
2,000 Гбит/с |
900 Гб/час |
BlackMagic 4K PL RAW |
4000 x 2160 |
24 Гц |
2,120 Гбит/с |
954 Гб/час |
RED 6K WS (4:1) with HDRx |
6144 x 3160 |
24 Гц |
2,320 Гбит/с |
1,044 Тб/час |
Canon RAW 4K (12-bit) |
4096 x 2160 |
30 Гц |
2,664 Гбит/с |
1,199 Тб/час |
Phantom Flex 4K RAW |
4096 x 2160 |
938 Гц |
102,400 Гбит/с |
46,080 Тб/час |
Современные технологии хранения данных
Рабочий процесс в современных цифровых медиа достаточно требователен и в то же время имеет ряд ограничений. Для записи и последующей обработки контента в высоком разрешении необходимы высокопроизводительные системы хранения данных, требующие увеличения расходов на IT-инфраструктуру, которые далеко не всегда успевают угнаться за развитием технологий. Таким образом, экономичное хранилище является одним из важных элементов в большинстве рабочих видеопроцессов и, ввиду всех вышеуказанных особенностей, сочетает в себе несколько различных технологий хранения данных, таких, как флеш-память, жесткие диски и магнитные ленты. На рисунке ниже показана роль системы хранения данных в создании, распространении и архивировании цифрового развлекательного контента.
Цифровой производственный комплекс
Цифровое хранилище, поддерживающее устаревающие технологии с большим количеством HD-потоков, очень быстро заполняется всего несколькими потоками 4K-контента. Высокая частота кадров в камерах замедленной съемки и многих современных 4K/8K-видеокамерах заполняет это хранилище еще быстрее. В дополнение к высокому разрешению и HDR, необходимость работы с множеством форматов доставки контента является важным требованием, предъявляемым к современным системам хранения данных. Поскольку современные производственные процессы подразумевают совместную деятельность территориально распределенных сотрудников, в значительной степени возрастает важность удаленного сетевого доступа к хранилищу медиаконтента через сеть Интернет. В связи с этим все большую популярность в сегодняшних медиакомпаниях набирают сетевые и, в особенности, облачные хранилища. На рисунке ниже изображена схема современной станции видеомонтажа, подключенной одновременно к локальному, сетевому и облачному хранилищам.Схематичное представление профессиональной системы нелинейного видеомонтажа
Твердотельные диски SSD
Этот новый вид накопителей набирает все большую популярность, когда речь идет о задачах монтажа и обработки видео, поскольку обеспечивает высокую производительность, в разы превосходящую традиционные жесткие HDD-диски. Однако из-за их сравнительной дороговизны большинство производственных комплексов архивируют собственный контент на HDD, либо используют гибридные HDD/SSD-хранилища. Твердотельные SSD-диски, предварительно синхронизированные с содержимым HDD-архива, также удобно применять для более быстрой доставки рабочего контента потребителям.
Архивирование
Архивирование контента — важный элемент его долгосрочного хранения и последующей монетизации. Кроме того, регулярное архивирование контента позволяет исключить его устаревание в основном хранилище, рационально использовать производственные мощности и повысить производительность рабочих процессов. Современные цифровые архивы, находящиеся в «облаках» или в центрах обработки данных, как правило, хранят видеоконтент на жестких дисках, магнитных лентах, а иногда и на оптических дисках.
Объектно-ориентированные библиотеки контента
Объектно-ориентированные библиотеки контента являются основой большинства публичных и частных облачных инфраструктур хранения данных. Рисунок ниже демонстрирует, что в ближайшие несколько лет большая часть «облачных» ресурсов будет приходиться именно на нужды хранения и архивирования данных.
Архивация в облачных ресурсах
Цифровые ленты и хранилища
Магнитная лента является, пожалуй, одним из самых доступных средств архивирования цифровых медиаданных. Во-первых, стоимость хранения одного гигабайта данных крайне низка, а во-вторых, магнитная лента не потребляет электроэнергию, стоя на полке. Таким образом, капитальные и операционные расходы на содержание магнитных лент крайне малы. Однако главным ее недостатком является низкая скорость обращения к данным в сравнении с другими технологиями хранения. По этой причине ленточное хранилище целесообразно совмещать с дисковыми или флеш-накопителями, с помощью которых можно было бы кэшировать часто используемый контент. По мере роста архива рано или поздно придется отказаться от съемных внешних накопителей или небольших ленточных библиотек и перейти к использованию защищенного цифрового архива. Этот архив может располагаться как на территории телевизионного комплекса, так и в облачном хранилище, доступном через Интернет.
|
|
|