Digitális jelen

Na, a T. nagyérdemű számára otthonosabb vizeken járunk. Az elektromos jelet valahogyan digitalizáljuk, ezt a jelsorozatot valahogyan átvisszük, majd a nézőnél analóg elektromos jellé alakítjuk (jó esetben képpontonként!), ami bizsergeti a plazma celláit vagy a TFT pixeljeit. Az egész folyamban a legelső (kamera cellán belüli) és legutolsó (monitor pixelen belüli) lépést kivéve csak digitális adatok közlekednek, amik kevésbé érzékenyek a zajra, könnyen tárolhatóak, könnyen titkosíthatóak, és mindenki látá, hogy ez jó.

Hogy annyira mégse legyen jó, képarányban a tv és a 15”-os TFT-k 4:3 aránya mellé bejött a 17”-osok 5:4-e (ami épp egyezik a hagyományos videojelek digitálisan 720*576-os világával). Emellett van 16:10-es és 16:9-es szélesvásznú is, nehogy már egyformák legyenek. Persze, dvd, meg HD (High Definition) [link], meg a sok wide-screen. Filmes felbontásban bejött az 1280*720 és az 1920*1080.

Már a CRT monitorok és a videokártyák is kinőttek az interlaced üzemmódból a múlt évezredben, manapság a progresszív a menő, legfeljebb kompatibilitási okokból használják. Manapság egységes jelöléssel a függőleges felbontást és a képgyakoriságot összefogják, így a PAL tv 576i25 (interlaced), a sima HDTV mifelénk pedig 720p50.

Ez eddig szép és jó, de számoljunk csak utána egy kicsit! A fapados VCD (288i25) [link] esetében 352*288*25*24 bitnyi információt kell áttolni másodpercenként a pucér nénik nézegetéséhez, ami valamivel 60 Mb/s felett van. Ez sok, a felbontás pedig kicsi. 1080p60-as űbertv-nél már majd’ 3 Gb/s-ről van szó. Nyilvánvalónak tűnik, hogy ezeket az adatmennyiséget csakis tömörítve lehet áttolni. Pedig nem. A digitális videojelek továbbítására találták ki az SDI (Serial Digital Interface) szabványt [link], amin a számítógépből veszteség és tömörítés nélkül (ez azért nem mindig igaz, ld. Megjegyzések) mehet ki az anyag. Vagy egy digitális mixerbe, vagy közvetlenül a kódolóba, ahonnan fellövik a műholdra. Ennek azóta kialakult HD-SDI és Dual Link SDI (ill. 3G-SDI) változata is, ami a már korábban említett 1080p60 sávszélesség-igényének kiszolgálására is elég. Tipikusan stúdión belül használják, feltéve, hogy a csatorna ad magára valamit is, és nem analóg őskövületeken kavar.

De hogy mondjak egy közismertebb példát is, a DVI csatlakozón [link] kijövő digitális jel is tömörítetlen adatfolyam. Ennek kétcsatornás 7,4 Gb/s sebessége még a WQXGA 2560*1600-as felbontására is elég 60 Hz-en.

Ha ennyire hasonlít a DVI és az SDI, fel is merülhet egyből, a tv társaságok miért nem sima asztali PC-ken dolgoznak (pl. „E6-os Venice, jól felhúzva, bele egy 6600GT, vááá”), minek bajlódnak mindenféle drága cuccokkal. Csill-vill feliratozás is egyből megoldott lenne, hiszen OpenGL-ben vagy DirectX-ben asztamilyen effekteket lehet rárakni, gondoljunk csak a Vistára, vagy a játékprogramokra! Az egyik ok a sznobság: amiért a grafikusok Mac-en szeretnek dolgozni, még ha pontosan ugyanazt is tudja a PhotoShop Windows-os változata. Hogy venné ki magát, ha egy milliárdos forgalmú tv csatorna egy Tesco gazdaságos PC-ről tolná az adást? A második ok egyszerű: SDI már régóta van, ilyen berendezésekre álltak át analógról, amikor a DVI még zacskóban sem volt. (Még a HD-SDI is egy évvel megelőzte a DVI-t.) A harmadik ok: SDI-jal 300 méteres drótot lehet használni, ami egy nagyobb stúdióban kell is. A DVI-nál milyen közel is kellene pakolni a feliratozót a mixerhez?...

A negyedik ok is triviális: a tévézésben nagy szerepe van a kulcsolásnak, avagy az átlátszóságnak. Számítógépes grafikában ezt az alfa csatornának feleltethetjük meg. Arra kell gondolni, amikor Németh Lajos a zöld sarokban hadonássza az időjárás-jelentést. Ez esetben Lajos kitöltése teli, a zöld helyett pedig átlátszó jel jön, a kontúroknál meg valami a kettő között. Az alfa csatorna kezelése egyrészt helyből harmadával megdobja a sávszélességet, másrészt jóval erőforrásigényesebb két valamit egymásra alfázni, mint simán kirakni. Nem véletlen, hogy csak az utóbbi idők csupa izom GPU-jain jelentek meg normális félig-átlátszó textúra megvalósítások. Mivel a mai monitorok még nem látszanak át , ezért a kommersz videokártyák arra vannak optimalizálva, hogy a kép teljesen lefedi az egész képernyőt. A végeredmény is sima RGB, alfa csatorna nélkül. Ha mondjuk feliratozáshoz szükségünk lenne erre az információra, újra megcsináltatjuk az egész képet, fekete háttér előtt az átlátszóságnak megfelelően szürkésfehér textúrával.

Ami a hangot illeti, stúdión belül az AES/EBU [link] szabvány használatos; többnyire ilyen jön ki a DAT magnókból is. Talán elég annyit megemlíteni, hogy az otthoni PC-kben található S/PDIF [link] lényegében az AES/EBU olcsósított, kommersz változata – aki meg nem tudja, mi az S/PDIF, az hallgasson zenét a nyolctranzisztoros Szokol rádióján!

Persze az adásnak többnyire még nagyobb távolságot kell megtennie egy tv-műsor esetén, mint a stúdión belül (SDI) vagy a gép és a monitor között (DVI). Műsorszórásra egy cseppet drága lenne a nézők felé gigabites sávszélességet fenntartani, így a digitális sugárzásban tömörítenek. Szerintem mindenki látott már hózáporban vagy zivatarban széteső, bekockásodó műholdképet. Igen, igen, itt is a jó öreg, jó buta MPEG-2 [link] tömörítésről van szó. Természetesen a cd-re kiírt filmek 1-2 Mb/s bitrate-jénél jóval nagyobb sávszélességgel, és így jobb minőségben.

El is érkeztünk a manapság kábeles és földi műsorszórásban is használt, nálunk épp terjedő DVB Digital Video Broadcasting, digitális videó műsorszórás) szabványhoz [link]. Ezt a végére csatolt betűkkel tovább osztják átvitel és szolgáltatások szerint. A legfontosabbak a -C (Cable, kábeles), -T (Terrestial, földi), -S (Satellite, műholdas) és -M* (Microwave, mikrohullámú) verziók. Az összes DVB adat MPEG-2 átviteli folyamot használ, ennek előnyeivel és hátrányaival. Az évtizedek folyamán a tv-vel és mozizással összegyűlt többi kényelmi/fasisztoid szolgáltatást/kényszert is belevették a szabványba, van DVB-TXT (teletext), DVB-SUB (feliratozás), feltételes hozzáférés (DVB-CA), tartalomvédelem (DVB-CSA) stb.

Egy másik átviteli közeg az Internet. Míg a TeCső és gombamód elszaporodott társai lényegében csökkentett felbontású, agyontömörített filmek file-szintű letöltését teszik lehetővé, az igazi netTV-nél sávszélesség-takarékos multicast útvonalválasztással [link], akár HD-DVD minőségben is kaphatjuk az anyagokat. Rendszertől függően kész műsorrenddel, de akár on-demand jelleggel (igény szerint) is, mintha a sarki kölcsönzőből vennénk ki a filmet egy megnézés erejéig.

És persze terjednek újabb fajta kódolások is, mint az MPEG-4 [link] és a H.264 [link]. Ezek sok okosságot támogatnak, persze az a felkódolón múlik, hogy ezekből mennyit használ ki. A nagyon laikusnak legyen elég annyi, hogy pl. tudhatnak nagyobb tömörítési arány ugyanolyan látvány mellett, meg optimalizálhatnak hálózati sugárzásra stb.

Megjegyzések

A megszokott RGB világhoz képest a sugárzásban az YUV szín-tér az általános. Hogy miért, arról pár sorral lejjebb. Azt viszont nem árt tudni, hogy az RGB-YUV konverzió veszteséges. 0-255 közötti RGB értékekből 16-235 közötti Y (fényerő) és 16-240 közötti U és V (színkülönbségek) lesznek. A 16 millió kombinációt 11 millióba tapossák bele, nem lesz ennek jó vége. Hogy miért nem használják ki YUV tartományban is a 0-255 közötti lehetőségeket, vissza kell nyúlnunk a múltba. Az analóg videojelnél ugyanis a teljesen fehér és a teljesen fekete speciális jelentéssel bír, mint például a szinkronjel, így nem lenne okos dolog ilyen értéket kiadni a kép közepén.

Ezt lehet fokozni még azzal, ha a 24 bites pixelt összepakolják mondjuk 16 bitre. Egyszerűen a legfelső 6-5-5 bitet küldik csak át, ami némi információvesztés árán 33% tömörödést jelent. Gondot jelent az alacsony bitszám, gondoljunk csak egy finom színátmenetre, mint amilyen egy ég. 6-5-5 bittel sávos lesz az egész, kb. mint amikor VGA módban nézzük a Windows 2000 ablakjainak felső csíkját.

Ennél azonban van okosabb módszer is az adatok ritkítására. Az emberi szem ugyanis a fényerőbeli különbségekre sokkal érzékenyebb, mint a színárnyalatok közöttire. De nicsak! A YUV szín-tér (azon kívül, hogy a fekete-fehér tv-kkel való kompatibilitás miatt került a képbe annak idején) épp erről szól. Épp az Y komponens az, amire a szem érzékeny, az U és V meg jól kiegyelhető. Az eldobálás előtti állapotot YUV 4:4:4-nek szokás hívni. Ha nekiállunk aprítani, és eldobjuk minden második szín-információt (vagy átlagoljuk a két képpont adatait), megkapjuk a 4:2:2-es mintavételezést, ahol minden 4 Y értékre 2-2 U és V jut. Ez is 33% tömörítés, de a szem alig veszi észre. Ha már így belejöttük, még tovább felezhetünk vízszintesen (4:1:1) vagy függőlegesen (4:2:0) is. Ezeknél már 4 Y-ra 1-1 U és V-t számolhatunk, ami az eredeti 4*3 byte-ból 6-ot csinál, 50%-os tömörítést eredményezve. [link] Hogy ezt mennyire büntetlenül meg lehet tenni, arra mi sem jobb példa, hogy ami tv-műsort vagy számítógépes mozit látunk, az szinte biztosan átment legalább egy 4:4:4-4:2:0 konverzión valahol útközben.

Vannak még nyalánkságok az adatok csoportosítása körül is: Jöhetnek a megszokott pixeles formátumban, de jöhetnek plane-enként is: először mondjuk a teljes képernyő Y adatai, aztán az összes U, végül az összes V. A fenti linken ezeket is bemutatják. Ezeknek a memória-hozzáférések hatékonyságában van jelentőségük.