Актуальность статьи, посвящённой новому 3D-стандарту видео MVC H.264/AVC, назрела уже давно, как минимум, с апреля-мая 2011, когда в магазинах начали появляться первые 3D-видеокамеры с поддержкой этого формата. Однако задержка с публикацией, возникшая по разным причинам, как теперь выяснилось, оказалась только к лучшему, ибо только совсем недавно, в июле 2011, разработчики наконец-то объявили о появлении нового поколения формата стандарта AVCHD Version 2.0, спецификации которого, среди прочего, пополнились описанием поддержки 3D-видео MVC и “обычного” Full HD видео с прогрессивной развёрткой – 1080@60p/50p.
В то же время, MVC H.264/AVC нельзя назвать новым, только что появившимся 3D-форматом, поскольку именно этот способ кодирования применяется уже несколько лет при производстве видеозаписей на оптических дисках стандарта Blu-ray 3D, правда, несколько в другом виде.
Итак, на сегодняшний день мы имеем на руках следующие факты:
- Кодирование/декодирование 3D-видео в новой версии MPEG-4 называется MVC и по-прежнему базируется на H.264/AVC
- Формат MVC применяется как при работе со стереоскопическим видео на дисках Blu-ray 3D, так и при работе с 3D-видео камерами стандарта AVCHD
- Несмотря на одинаковое в обоих случаях название кодека – MVC, файлы на выходе получаются разные: стереопара .M2TS/.SIFF на дисках Blu-ray 3D и почему-то один единственный файл .MTS для 3D-видео AVCHD
- Формальное ограничение качества Full HD (1920 х 1080) записей прогрессивной развёрткой 24p или чересстрочной развёрткой 50i/60i, действовавшее для AVCHD версий 1.x и, почти никем, впрочем, не соблюдавшееся, окончательно снято в версии AVCHD 2.0. Наконец-то развёртка 1080@60p/50p для AVCHD стандартизирована, хотя, увы, пока не для 3D-видеокамер
В этой статье мы разберёмся, что же на самом деле скрывается внутри формата MVC, в чём именно заключается разница между MVC для Blu-ray 3D и MVC для 3D-AVCHD, а заодно выясним, чем редактировать и чем смотреть 3D-видео, снятое 3D-камкордерами AVCHD.
Для полной ясности, уточним ещё раз: сегодня мы исследуем исключительно 3D-формат видео MVC в версии для камер AVCHD. Работе с дисками Blu-ray 3D будет посвящена отдельная статья, в сегодняшнем материале они упоминаются лишь для сравнения.
Прежде чем докопаться до сути 3D-формата MVC, давайте определимся, что представляет собой обычный AVC.
H.264/MPEG-4 AVC (Advanced Video Coding) – это стандарт кодека сжатия видеоданных, базирующийся на блочно-ориентированных алгоритмах восстановления визуальной информации о движущихся объектах. Стандарт был разработан объединённой командой (Joint Video Team, JVT) представителей группы экспертов VCEG (ITU-T Video Coding Experts Group) и группы экспертов MPEG (ISO/IEC Moving Picture Experts Group), и поэтому в официальном развёрнутом написании имеет два равноценных названия: ITU-T H.264 и ISO/IEC 14496-10 MPEG-4 Part 10, AVC (ISO/IEC MPEG-4 Advanced Video Coding).
Первоначально кодек H.264/AVC разрабатывался преимущественно для сжатия, записи и распространения видео высокой чёткости (High Definition, HD). Впрочем, внутренняя структура файлов H.264/MPEG-4, основанная на формировании пакетов сетевого уровня абстракции NAL (Network Abstraction Layer) с одинаковым целочисленным числом байтов декодированного видео (VCL, Video Coding Layer), одинаково удобна как для пакетной обработки и записи на носители, так и для потоковой передачи с помощью транспортных протоколов вроде Real Time Transport Protocol. Так что со временем стандарт стал популярен повсеместно, в том числе, для сжатия видео с мизерным разрешением и битрейтом для просмотра на экранах всяких телефонов и гаджетов.
Стандарт H.264 послужил в первую очередь популяризации HD видео: именно этот кодек используется при телевещании в стандартах DVB и SBTVD, в работе оборудования для видеоконференций, спутникового и кабельного вещания, применяется в интернете (YouTube, Vimeo, iTunes) и популярных интернет-плеерах Adobe Flash и Microsoft Silverlight.
Кроме того, кодек H.264/AVC наиболее популярен для сжатия видео на дисках Blu-ray. Точнее говоря, возможно, вам и встретится оптический носитель Blu-ray Disc (или мёртвый ныне HD DVD), записанный с применением альтернативного кодека VC-1, но уж точно вы не найдёте ни одного современного плеера Blu-ray, который не смог бы воспроизвести запись H.264/AVC.
Итак, в окончательном официальном виде спецификации стандарта H.264/AVC были приняты в мае 2003 года. После этого начали появляться различные практические варианты его применения, ибо кодек – это только полдела, для каждого прикладного случая – онлайнового, эфирного вещания, записи на носители и т.д., должен соблюдаться ряд дополнительных требований по структурированию, защите контента и т.п.
Такова, вкратце, предыстория появления пять лет назад, в июле 2006 года, нового стандарта под названием AVCHD, разработанного совместными усилиями компаний Sony и Panasonic (в ту бытность ещё Matsushita Electric Industrial).
Первоначально бренд AVCHD применялся в качестве названия формата для нового поколения цифровых видеокамер с поддержкой качества записи уровня High Definition (HD) на разные типы носителей – флешки, встроенную память, даже 8-см диски DVD, с применением эффективного кодека H.264/AVC. Затем право на логотип AVCHD получили не только камкордеры, но также соответствующие плееры, архиваторы и программное обеспечение.
В изначальной редакции стандарта AVCHD Version 1.0 подразумевалась поддержка лишь двух основных форматов записи видео: Full HD 1080i – с передачей 1080 эффективных строк сканирования (линий) чересстрочным методом, и HD 720p – 720 эффективных строк сканирования (линий) прогрессивным методом.
Пояснение для постигающих азы терминологии. Чересстрочный метод (interlacing – 50i/60i), появившийся ещё во времена первых стандартов передачи телесигнала и доживший до наших дней, подразумевает, что при каждом обновлении кадра производится передача лишь половины строк (полукадров), чётных или нечётных. Таким образом, при частоте кадровой развёртки (синхронизации) 50 Гц, полукадры с чётными строками, чередуемые полукадрами с нечётными строками, успевают смениться на экране 25 раз. Во времена аналогового телевещания такой способ временной дискретизации сигнала позволял вдвое уменьшить ширину канала передачи, сегодня же, в эпоху цифровой техники, более уместно говорить об использовании меньшего потока данных (битрейта) для уплотнения сигнала с большим количеством строк.
Прогрессивный способ (progressive – 24p/50p/60p) подразумевает передачу всех строк картинки в каждом кадре, то есть, при частоте синхронизации 50 Гц каждую секунду генерируется 50 полноценных кадров с полным набором строк. Безусловно, такой способ позволяет записывать, хранить и передавать сигнал с более качественной картинкой, однако для этого потребуется обеспечить более мощный канал для бесперебойной передачи большего потока данных, более мощную электронику для обработки данных, и, конечно, больше места для хранения таких записей.
Рискуя навлечь на себя гнев “продвинутых пользователей” за излишние подробности рассказа, всё же рискну добавить ещё одну деталь для начинающих.
Не ищите на дисках, флешках и жёстких дисках файлов с разрешением .AVC (и, кстати, .MVC). Важно понимать, что AVC – это только кодек, а контейнер, в котором “лежит” закодированное этим кодеком видео, может быть каким угодно – AVI, MP4, MKV, TS, MTS, M2TS. Для видеокамер стандарта AVCHD стандартными считаются разрешения файлов .MTS и .M2TS.
Однако продолжим. Несколько позже, в январе 2009 года, разработчики AVCHD приняли решение ввести ещё одно дополнительное определение стандарта и новый логотип AVCHD Lite. Так стали обозначать версию, применяющуюся в видеокамерах и фотокамерах с поддержкой видеосъёмки с максимальным качеством HD 720p.
Вот теперь, разобравшись с сутью “двухмерного” стандарта кодирования H.264/AVC и его реализацией для 2D-видеокамер AVCHD, мы можем перейти к определению стереоскопической версии – MVC.
Технология многоканального кодирования Multiview Video Coding (MVC) является дальнейшим развитием стандарта H.264/MPEG-4 AVC, и предназначена для сжатия и декодирования нескольких (более одного) потоков видеоданных. Требования к видео MVC H.264/AVC определяются стандартом ISO/IEC 14496-10/ITU-T H.264 и описаны в дополнении H (Annex H) к рекомендациям ITU по кодеку H.264/AVC. Технология многоканального видео MVC базируется на сжатии и декодировании второго дополнительного канала видео относительно базового канала видео, с применением алгоритма предсказания, того же кодека H.264/AVC и нового стерео-профиля MPEG-4: Multiview High в общем случае (для многоканального – два и более каналов, видео в целом), или Stereo High уровня 4.1 (Stereo High@L4.1) в случае стерео 3D-видео.
Теперь – чуть медленнее и подробнее. В процессе создания 3D-видео формата MPEG4-MVC, один из каналов (например, для левого глаза), считается базовым каналом и кодируется, как и прежде, кодеком H.264/AVC. Второй канал 3D-видео (для правого глаза) кодируется точно так же, кодеком H.264/AVC, но уже относительно базового канала, с привязкой к пакетам кадров базового канала. В результате на выходе имеем два потока видео: один канал – привычный полноценный AVC, второй – этакий ” MVC-довесок”, в котором хранится информация второго видеопотока, закодированная относительно базового потока. Довесок, кстати говоря, достаточно компактный, его объём в среднем меньше 50% основного канала.
Таким образом, 3D-видео, сжатое с помощью кодека MVC H.264/AVC, обладает сразу двумя волшебными свойствами. Во-первых, объединяет в себе сразу две версии видео – стерео 3D и обычную 2D, обратно совместимую со старым оборудованием. Во-вторых, комбинированный 2D/3D-видеосигнал имеет объём не более 150% по сравнению с обычной 2D-версией, и для единовременной передачи обоих (2D и 3D) версий видео потребуется всего лишь в полтора раза более широкий канал.
Для сравнения: 3D-видео, фактически, чисто “механическими способами “затолканное” в контейнер 3D-AVI (камеры Fuji Real 3D W3), занимает на флешке именно двойной объём против обычного 2D-AVI. Кроме того, представьте себе вещание двух раздельных 2D/3D сигналов. В результате это может потребовать, как минимум, двух каналов, с увеличением полосы до 2,5-3 раз.
Теперь представим работу плеера Blu-ray с 3D-видео в формате MPEG4-MVC. Если плеер современный, с поддержкой Blu-ray 3D, он распознает флаг 3D-режима в профиле Stereo High@L4.1 и скажет “Алё, вижу 3D-контент, как будем воспроизводить, в 2D или в 3D?”. Если же плеер старый и рассчитан на работу только с обычными дисками Blu-ray, он попросту проигнорирует наличие 3D-контента MVC и будет воспроизводить только базовый канал H.264/AVC.
Наконец-то мы добрались до самого главного. Начало продаж первых цифровых 3D-камкордеров Sony HDR-TD10E, способных записывать 3D-видео в формате MVC, несколько опередило появление собственно стандарта AVCHD Version 2.0, описывающего и нормирующего формат MVC для 3D-видеокамер. Сегодня это уже неважно, поскольку в наличие есть и формат, и камеры. С программным обеспечением, правда, не всё пока гладко, но вопрос также постепенно решается.
Итак, в начале июля 2011 года организация промоутеров формата AVCHD объявила о начале лицензирования новой версии стандарта – AVCHD Version 2.0. В новой версии формат AVCHD 2.0 пополнился спецификациями поддержки 3D-видео MPEG4-MVC H.264/AVC, а также поддержкой прогрессивных Full HD развёрток 1080/60p,50p. Кроме того, список доступных логотипов стандарта пополнился тремя новыми – AVCHD 3D, AVCHD Progressive и AVCHD 3D/Progressive.
Рассмотрим изменения, произошедшие со стандартом AVCHD, более пристально. Прежде всего, дебютировавший формат AVCHD 3D: впервые появилась поддержка записи стерео 3D-видео с помощью сжатия Multiview Video Coding (MVC), определяемого выше упомянутым стандартом ISO/IEC 14496-10/ITU-T H.264, однако прогрессивная Full HD развёртка для него, к сожалению, пока доступна только в “кинотеатральном” варианте 24p. Зато чересстрочная Full HD развёртка для 3D-картинки поддерживается в обоих актуальных вариантах, а именно 59.94i и 50i.
Обратите также внимание на максимально допустимый системный битрейт записи: он вырос с 24 Мбит/с в первой версии стандарта всего лишь до 28 Мбит/с в AVCHD 2.0. Отчасти именно этим можно объяснить поддержку чересстрочных развёрток PAL/NTSC для записи 3D-видео. Для сравнения: на пике поток данных для фильмов Blu-ray достигает 40 Мбит/с, для MVC-фильмов Blu-ray 3D – до 60 Мбит/с. Ясен перец, идти с битрейтом 28 Мбит/с на прогрессивную Full HD развёртку 50p/60p – всё равно что с ёжиком против танка.
Спасибо хоть, что теперь прогрессивные развёртки 59,94p и 50p официально поддерживаются для Full HD видеокамер AVCHD. Ради справедливости стоит отметить, что AVCHD-камкордеры Panasonic уже давно и не в первом поколении поддерживают эти развёртки. Теперь они с полным на то основанием обзаведутся новым логотипом AVCHD Progressive. Зато имеющиеся в продаже любительские камеры Sony HDR-TD10 или ожидаемые осенью профессиональные модели Sony HXR-NX3D1E могут рассчитывать не только на маркировку AVCHD 3D, но также на полноценный логотип AVCHD 3D/Progressive.
Современные камеры Panasonic с поддержкой стерео 3D за счёт специального 3D-объектива, такие как HDC-SD900 или HDC-SDT750, на логотип AVCHD 3D пока претендовать не могут, поскольку пишут 3D-видео в виде Side-by-Side, без MVC: хотя и в формате 1080@50p/60p, но на каждый глаз приходится по половинке экрана (2 х 960х1080 = 1920х1080).
Что касается “лёгкой” версии стандарта – AVCHD Lite, отныне с таким логотипом будут лицензироваться любые H.264/AVC продукты – видеокамеры, фотокамеры с поддержкой видеозаписи, поддерживающие стандарт AVCHD с разрешением не более 720 строк, хотя и с любыми актуальными на сегодня прогрессивными и чересстрочными вариантами развёрток – 24, 50 или 60 кадров в секунду. Иными словами, 3D-видеокамеры с кодеком MVC носить маркировку AVCHD Lite никогда не будут.
В завершение нашего сегодняшнего рассказа осталось поведать о ключевых отличиях применения кодека MPEG4-MVC H.264/AVC в двух, актуальных на сегодня видах прикладной его реализации – для хранения стерео 3D-видео на дисках Blu-ray 3D, и для записи стерео 3D-видео видеокамерами стандарта AVCHD 3D.
Напомним: результатом сжатия стерео 3D-видео по алгоритму MPEG4-MVC H.264/AVC являются два видеопотока: один базовый, точь в точь классическое 2D-видео H.264/AVC, второй – дополнительный канал, в котором с помощью кодека MVC, говоря попросту, закодированы только отличия кадров этого канала относительно кадров базового потока.
В любом случае, на выходе имеем два чётко связанных друг с другом видеопотока. И вот на этом сходство Blu-ray 3D и AVCHD 3D заканчивается. В случае записи на оптический диск в хорошо знакомой всем папочке с контентом /STREAM, помимо файлов базового канала со стандартным разрешением .M2TS появляется ещё одна вложенная папочка SSIF, где хранятся MVC-файлы канала для правого глаза с тем самым разрешением .SSIF. Разумеется, видеофайлам .M2TS соответствуют парные MVC-файлы .SSIF с аналогичным индексом, и, конечно же, отсутствие у файла .M2TS MVC-пары означает, что этот контент не стереоскопический, обычный.
Специфика файловой системы UDF дисков Blu-ray 3D заключается в возможности использования одних и тех же байтов для воспроизведения контента двух видеопотоков. Так что не пугайтесь, если увидите в свойствах папки BDMV/STREAM суммарный объём данных порядка 70-90 Гбайт при максимальной ёмкости диска 50 Гбайт: ваша Windows не сошла с ума, всё нормально, так и было задумано.
В отличие от дисков Blu-ray 3D, стереоскопическое 3D-видео, записанное видеокамерами AVCHD 3D, выглядит как… обычный AVC-файл. Да, именно так: оба потока стерео 3D-видео AVCHD 3D пишутся в единый контейнер с привычным расширением .M2TS.
Плюс такого подхода в том, что, будучи поставленным на воспроизведение любым программным плеером с поддержкой AVC-файлов, но без поддержки MVC, например, MS Media Player Classic Home Cinema, этот файл будет воспроизведён как обычный AVC-файл. То есть, налицо полная обратная совместимость с 2D-оборудованием, что, собственно говоря, и было задумано при разработке стандарта.
Минус такого подхода (если это вообще минус) в том, что без специальных средств стерео 3D-видео AVCHD 3D никак не отличить от обычного однопотокового 2D-видео. Несомненно, со временем Windows научится считывать флаг профиля Stereo High и как-нибудь обозначит отличие AVC-файлов .M2TS от стереоскопических MVC-контейнеров .M2TS. Пока что для этих целей можно воспользоваться информацией поставляемой в комплекте с камерой Sony-TD10E утилиты PMB (Picture Motion Browser). Она сразу же обозначает стерео файлы MVC пиктограммой 3D HD.
Чуть больше о структуре и свойствах стереоскопических 3D-видео AVCHD 3D можно узнать с помощью видеоредактора Sony Vegas Pro 10 – одного из немногих, кто уже сегодня в полной мере поддерживает импорт, обработку и рендеринг MVC-файлов AVCHD 3D.
На этом сегодня остановимся. Всё, что хотелось сказать в статье с соответствующим заголовком – “3D-видео AVCHD 2.0 (MPEG4-MVC H.264/AVC): что это такое”, сегодня уже сказано.
Надеюсь, продвинутые в техническом плане читатели простят за слишком поверхностное изложение принципа работы алгоритмов MPEG. В то же время приветствуется любая критика, а также любые предложения.
