วิดีโอดิจิตอล

วิดีโอดิจิทัลคือการแสดงภาพเคลื่อนไหว ( วิดีโอ ) ในรูปแบบข้อมูลดิจิทัล ที่เข้ารหัสไว้ ซึ่งแตกต่างจากวิดีโออนาล็อกที่แสดงภาพเคลื่อนไหวในรูปแบบสัญญาณอนาล็อก วิดีโอดิจิทัลประกอบด้วย ภาพดิจิทัลหลาย ภาพ ที่แสดงผลอย่างรวดเร็วต่อเนื่องกัน โดยปกติจะอยู่ที่ 24, 25, 30 หรือ 60 เฟรมต่อวินาทีวิดีโอดิจิทัลมีข้อดีหลายประการ เช่น การคัดลอก การส่งแบบหลายผู้รับ การแชร์ และการจัดเก็บทำได้ง่าย
วิดีโอดิจิทัลถูกนำมาใช้ในเชิงพาณิชย์ครั้งแรกในปี 1986 ด้วย รูปแบบ Sony D1ซึ่งบันทึก สัญญาณ วิดีโอแบบคอมโพเนนต์ความละเอียดมาตรฐานแบบ ไม่บีบอัด ในรูปแบบดิจิทัล นอกเหนือจากรูปแบบที่ไม่บีบอัดแล้วรูปแบบวิดีโอดิจิทัล แบบ บีบอัดที่ได้รับความนิยม ในปัจจุบัน ได้แก่ MPEG-2 , H.264และAV1มาตรฐานการเชื่อมต่อสมัยใหม่ที่ใช้สำหรับการเล่นวิดีโอดิจิทัล ได้แก่HDMI , DisplayPort , Digital Visual Interface (DVI) และSerial Digital Interface (SDI)
วิดีโอดิจิทัลสามารถคัดลอกและเล่นซ้ำได้โดยไม่ลดคุณภาพ ในทางตรงกันข้าม เมื่อคัดลอกแหล่งสัญญาณอนาล็อกคุณภาพจะลดลงวิดีโอดิจิทัลสามารถจัดเก็บไว้ในสื่อดิจิทัล เช่นบลูเรย์ในหน่วยเก็บข้อมูลคอมพิวเตอร์หรือสตรีมผ่านอินเทอร์เน็ตไปยังผู้ใช้ปลายทางที่รับชมเนื้อหาบนหน้าจอคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลหรืออุปกรณ์พกพา หรือสมาร์ททีวี ดิจิทัล ปัจจุบัน เนื้อหาวิดีโอดิจิทัล เช่นรายการโทรทัศน์และภาพยนตร์ยังรวมถึงเสียงประกอบดิจิทัล ด้วย
ประวัติศาสตร์
กล้องถ่ายรูป
พื้นฐานของกล้องวิดีโอดิจิทัลคือเซ็นเซอร์ภาพโลหะออกไซด์เซมิคอนดักเตอร์ (MOS) [ 1 ] เซ็นเซอร์ภาพ เซมิคอนดักเตอร์ ที่ใช้ งานได้จริงตัวแรกคืออุปกรณ์ประจุคู่ (CCD) ซึ่งคิดค้นขึ้นในปี 1969 [ 2 ]โดย Willard S. Boyle ผู้ได้รับรางวัลโนเบลจากผลงานด้านฟิสิกส์[ 3 ]หลังจากการนำเซ็นเซอร์ CCD มาใช้ในเชิงพาณิชย์ในช่วงปลายทศวรรษ 1970 ถึงต้นทศวรรษ 1980 อุตสาหกรรมบันเทิงก็เริ่มเปลี่ยนจากวิดีโออนาล็อกไปสู่การถ่ายภาพดิจิทัลและวิดีโอดิจิทัลอย่างช้าๆ ในอีกสองทศวรรษต่อมา[ 4 ] เซ็นเซอร์ CCD ตามมาด้วยเซ็นเซอร์พิกเซลแอคทีฟCMOS ( เซ็นเซอร์ CMOS ) [ 5 ]ซึ่งพัฒนาขึ้นในทศวรรษ 1990 [ 6 ] [ 7 ]
ภาพยนตร์สำคัญ[ a ]ที่ถ่ายทำด้วยวิดีโอดิจิทัลแซงหน้าภาพยนตร์ที่ถ่ายทำด้วยฟิล์มในปี 2013 ตั้งแต่ปี 2016 ภาพยนตร์สำคัญกว่า 90% ถ่ายทำด้วยวิดีโอดิจิทัล[ 8 ] [ 9 ]ณ ปี 201792% ของภาพยนตร์ถ่ายทำด้วยระบบดิจิทัล[ 10 ]มีเพียง 24 ภาพยนตร์สำคัญที่ออกฉายในปี 2018 เท่านั้นที่ถ่ายทำด้วยฟิล์ม 35 มม. [ 11 ]ปัจจุบัน กล้องจากบริษัทต่างๆ เช่นSony , Panasonic , JVCและCanonมีตัวเลือกมากมายสำหรับการถ่ายวิดีโอความละเอียดสูง ในตลาดระดับสูง มีการเกิดขึ้นของกล้องที่มุ่งเป้าไปที่ตลาดภาพยนตร์ดิจิทัลโดยเฉพาะ กล้องเหล่านี้จากSony , Vision Research , Arri , Blackmagic Design , Panavision , Grass ValleyและRedให้ความละเอียดและช่วงไดนามิกที่เหนือกว่ากล้องวิดีโอแบบดั้งเดิม ซึ่งออกแบบมาเพื่อตอบสนองความต้องการที่จำกัดของโทรทัศน์ออกอากาศ[ 12 ]

การเขียนโค้ด
ในทศวรรษ 1970 การมอดูเลชั่นแบบพัลส์โค้ด (PCM) ทำให้เกิดการเข้ารหัสวิดีโอ ดิจิทัล ซึ่งต้องการอัตราบิต สูง ถึง 45-140 เมกะบิตต่อวินาทีสำหรับ เนื้อหา ความละเอียดมาตรฐาน (SD) ในทศวรรษ 1980 การแปลงโคไซน์แบบไม่ต่อเนื่อง (DCT) กลายเป็นมาตรฐานสำหรับ การ บีบอัดวิดีโอ ดิจิทัล [ 13 ]
มาตรฐานการเข้ารหัสวิดีโอดิจิทัลมาตรฐานแรกคือH.120ซึ่งสร้างขึ้นโดย (International Telegraph and Telephone Consultative Committee) หรือCCITT (ปัจจุบันคือ ITU-T) ในปี 1984 H.120 ไม่สามารถใช้งานได้จริงเนื่องจากประสิทธิภาพต่ำ[ 14 ] H.120 ใช้การเข้ารหัสแบบ Differential Pulse-Code Modulation (DPCM) ซึ่งเป็นอัลกอริธึมการบีบอัดที่ไม่มีประสิทธิภาพสำหรับการเข้ารหัสวิดีโอ ในช่วงปลายทศวรรษ 1980 บริษัทหลายแห่งเริ่มทดลองใช้ DCT ซึ่งเป็นรูปแบบการบีบอัดที่มีประสิทธิภาพมากกว่าสำหรับการเข้ารหัสวิดีโอ CCITT ได้รับข้อเสนอ 14 รายการสำหรับรูปแบบการบีบอัดวิดีโอแบบ DCT ในขณะที่มีเพียงข้อเสนอเดียวที่ใช้ การบีบอัดแบบ Vector Quantization (VQ) มาตรฐาน H.261ได้รับการพัฒนาโดยใช้การบีบอัดแบบ DCT [ 15 ] ซึ่งกลายเป็น มาตรฐานการเข้ารหัสวิดีโอที่ใช้งานได้จริงมาตรฐานแรก[ 14 ]นับตั้งแต่ H.261 การบีบอัดแบบ DCT ได้ถูกนำมาใช้ในมาตรฐานการเข้ารหัสวิดีโอหลักทั้งหมดที่ตามมา[ 15 ]
MPEG-1ซึ่งพัฒนาโดยMotion Picture Experts Group (MPEG) ออกมาในปี 1991 และได้รับการออกแบบมาเพื่อบีบอัด วิดีโอคุณภาพ VHSต่อมาในปี 1994 ได้มีการพัฒนาMPEG-2 / H.262 ขึ้นมา [ 14 ]ซึ่งกลายเป็นรูปแบบวิดีโอมาตรฐานสำหรับDVDและโทรทัศน์ดิจิทัล SD [ 14 ] ต่อมาในปี 1999 ได้มีการพัฒนาMPEG-4ขึ้นมา และในปี 2003 ก็ได้พัฒนาH.264/MPEG-4 AVC ขึ้นมา ซึ่งกลายเป็นมาตรฐานการเข้ารหัสวิดีโอที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด[ 16 ]
รูปแบบการเข้ารหัสวิดีโอรุ่นปัจจุบันคือHEVC (H.265) ซึ่งเปิดตัวในปี 2013 ในขณะที่ AVC ใช้ DCT แบบจำนวนเต็มด้วยขนาดบล็อก 4x4 และ 8x8 แต่ HEVC ใช้ DCT แบบจำนวนเต็มและ การแปลง DSTด้วยขนาดบล็อกที่หลากหลายระหว่าง 4x4 และ 32x32 [ 17 ] HEVC มีสิทธิบัตรจำนวนมาก โดยสิทธิบัตรส่วนใหญ่เป็นของSamsung Electronics , GE , NTTและJVC Kenwood [ 18 ] ปัจจุบัน กำลังถูกท้าทายโดย รูปแบบAV1ที่มุ่งหวังให้ใช้งานได้ฟรีณ ปี 2019AVC เป็นรูปแบบที่ใช้กันมากที่สุดสำหรับการบันทึก การบีบอัด และการเผยแพร่เนื้อหาวิดีโอ โดยมีนักพัฒนาวิดีโอใช้ถึง 91% ตามด้วย HEVC ซึ่งมีนักพัฒนาใช้ 43% [ 19 ]
การผลิต
ตั้งแต่ช่วงปลายทศวรรษ 1970 ถึงต้นทศวรรษ 1980 อุปกรณ์ การผลิตวิดีโอที่มีการทำงานภายในเป็นระบบดิจิทัลได้ถูกนำมาใช้ ซึ่งรวมถึงตัวแก้ไขฐานเวลา (TBC) [ b ]และ หน่วย เอฟเฟกต์วิดีโอดิจิทัล (DVE) [ c ] อุปกรณ์เหล่านี้ ทำงานโดยการรับ สัญญาณ วิดีโอคอมโพสิตแบบอนาล็อกมาตรฐานและแปลงเป็นดิจิทัลภายใน ทำให้ง่ายต่อการแก้ไขหรือปรับปรุงสัญญาณวิดีโอ เช่นในกรณีของ TBC หรือการจัดการและเพิ่มเอฟเฟกต์ให้กับวิดีโอ ในกรณีของหน่วย DVE จากนั้นข้อมูลวิดีโอที่แปลงเป็นดิจิทัลและประมวลผลแล้วจะถูกแปลงกลับเป็นวิดีโออนาล็อกมาตรฐานเพื่อส่งออก
ต่อมาในช่วงทศวรรษ 1970 ผู้ผลิตอุปกรณ์ออกอากาศวิดีโอระดับมืออาชีพ เช่นBosch (ผ่าน แผนก Fernseh ) และAmpex ได้พัฒนา เครื่องบันทึกวิดีโอเทปดิจิทัล (VTR) ต้นแบบในห้องปฏิบัติการวิจัยและพัฒนาของตน เครื่องของ Bosch ใช้ ตัวส่ง วิดีโอเทปแบบ B ขนาด 1 นิ้ว ที่ดัดแปลงแล้ว และบันทึก วิดีโอดิจิทัล CCIR 601 ในรูปแบบเริ่มต้น ส่วนเครื่องบันทึกวิดีโอเทปดิจิทัลต้นแบบของ Ampex ใช้เครื่องบันทึกวิดีโอ เทปแบบ ควอดรูเพล็กซ์ขนาด 2 นิ้ว ที่ดัดแปลงแล้ว (Ampex AVR-3) ซึ่งติดตั้งอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์วิดีโอดิจิทัลแบบกำหนดเองและ หัวอ่านแบบ อ็อกตาเพล็กซ์ 8 หัว (เครื่องควอดรูเพล็กซ์แบบอนาล็อกขนาด 2 นิ้วทั่วไปใช้เพียง 4 หัว) เช่นเดียวกับเครื่องควอดรูเพล็กซ์ขนาด 2 นิ้วมาตรฐาน เสียงในเครื่องดิจิทัลต้นแบบของ Ampex ซึ่งผู้พัฒนาตั้งชื่อเล่นว่าAnnieยังคงบันทึกเสียงในรูปแบบอนาล็อกเป็นแทร็กเชิงเส้นบนเทป ไม่มีเครื่องใดจากผู้ผลิตเหล่านี้ที่วางจำหน่ายในเชิงพาณิชย์
วิดีโอดิจิทัลถูกนำมาใช้ในเชิงพาณิชย์ครั้งแรกในปี 1986 ด้วยรูปแบบ Sony D1ซึ่งบันทึก สัญญาณ วิดีโอคอมโพเนนต์ ความละเอียดมาตรฐานแบบไม่บีบอัด ในรูปแบบดิจิทัล การเชื่อมต่อวิดีโอคอมโพเนนต์ต้องใช้สายเคเบิล 3 เส้น แต่ สถานี โทรทัศน์ ส่วนใหญ่ ใช้สายวิดีโอคอมโพสิต NTSC หรือ PAL โดยใช้สายเคเบิลเพียงเส้นเดียว เนื่องจากความไม่เข้ากันนี้และต้นทุนของเครื่องบันทึก D1 จึงถูกใช้เป็นหลักโดยเครือข่ายโทรทัศน์ ขนาดใหญ่ และสตูดิโอวิดีโอที่รองรับวิดีโอคอมโพเนนต์

ในปี 1988 Sony และ Ampex ได้ร่วมกันพัฒนาและวางจำหน่าย รูปแบบวิดีโอเทปดิจิทัล D2ซึ่งบันทึกวิดีโอแบบดิจิทัลโดยไม่มีการบีบอัดใน รูปแบบ ITU-601คล้ายกับ D1 แต่เมื่อเปรียบเทียบกันแล้ว D2 มีความแตกต่างที่สำคัญคือการเข้ารหัสวิดีโอในรูปแบบคอมโพสิตตามมาตรฐาน NTSC ทำให้ต้องการเพียงการเชื่อมต่อวิดีโอคอมโพสิตแบบสายเดียวจากและไปยังเครื่องบันทึกวิดีโอ D2 จึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับสถานีโทรทัศน์ส่วนใหญ่ในขณะนั้น D2 เป็นรูปแบบที่ประสบความสำเร็จใน อุตสาหกรรม การออกอากาศโทรทัศน์ตลอดช่วงปลายทศวรรษ 1980 และทศวรรษ 1990 นอกจากนี้ D2 ยังถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในยุคนั้นในฐานะรูปแบบเทปต้นฉบับสำหรับการสร้างเลเซอร์ดิสก์[ d ]
ในที่สุด D1 และ D2 จะถูกแทนที่ด้วยระบบที่ราคาถูกกว่าโดยใช้การบีบอัดวิดีโอ โดยเฉพาะอย่างยิ่งDigital Betacam ของ Sony ซึ่งถูกนำมาใช้ใน สตูดิโอโทรทัศน์ของเครือข่ายตัวอย่างอื่นๆ ของรูปแบบวิดีโอดิจิทัลที่ใช้การบีบอัด ได้แก่DCT ของ Ampex (ซึ่งเป็นรูปแบบแรกที่ใช้การบีบอัดดังกล่าวเมื่อเปิดตัวในปี 1992) DVและ MiniDV ซึ่งเป็นมาตรฐานอุตสาหกรรมและรูปแบบระดับมืออาชีพDVCAM ของ Sony และ DVCPROของ Panasonic และBetacam SXซึ่งเป็น Digital Betacam รุ่นราคาประหยัดที่ใช้การบีบอัด MPEG-2 [ 20 ]

หนึ่งในผลิตภัณฑ์วิดีโอดิจิทัลชุดแรกที่ทำงานบนคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลคือPACo: The PICS Animation Compilerจาก The Company of Science & Art ในเมืองโพรวิเดนซ์ รัฐโรดไอส์แลนด์ โปรแกรมนี้ได้รับการพัฒนาตั้งแต่ปี 1990 และเริ่มวางจำหน่ายครั้งแรกในเดือนพฤษภาคม ปี 1991 PACo สามารถสตรีมวิดีโอความยาวไม่จำกัดพร้อมเสียงที่ซิงโครไนซ์จากไฟล์เดียว (ที่มีนามสกุลไฟล์.CAV ) บนซีดีรอมได้ การสร้างวิดีโอต้องใช้เครื่อง Mac และสามารถเล่นได้บนเครื่อง Mac, PC และ Sun SPARCstation [ 21 ]
QuickTimeซึ่งเป็นเฟรมเวิร์กมัลติมีเดียของApple Computer เปิดตัวในเดือนมิถุนายน 1991 ส่วน Audio Video InterleaveจากMicrosoftตามมาในปี 1992 เครื่องมือสร้างเนื้อหาสำหรับผู้บริโภคในยุคแรกนั้นค่อนข้างหยาบ ต้องแปลงแหล่งวิดีโอแบบอนาล็อกให้เป็นดิจิทัลในรูปแบบที่คอมพิวเตอร์อ่านได้ แม้คุณภาพจะต่ำในตอนแรก แต่คุณภาพของวิดีโอดิจิทัลสำหรับผู้บริโภคก็พัฒนาขึ้นอย่างรวดเร็ว เริ่มจากการแนะนำมาตรฐานการเล่น เช่น MPEG-1 และ MPEG-2 (ซึ่งนำมาใช้ในการส่งสัญญาณโทรทัศน์และสื่อ DVD) และการแนะนำรูป แบบเทป DVที่อนุญาตให้ถ่ายโอนการบันทึกในรูปแบบดังกล่าวไปยังไฟล์วิดีโอดิจิทัลโดยตรงโดยใช้ พอร์ต FireWireบนคอมพิวเตอร์สำหรับตัดต่อ สิ่งนี้ทำให้กระบวนการง่ายขึ้น ทำให้ระบบตัดต่อแบบไม่เชิงเส้น (NLE) สามารถใช้งานได้อย่างประหยัดและแพร่หลายบนคอมพิวเตอร์เดสก์ท็อปโดยไม่จำเป็นต้องมีอุปกรณ์เล่นหรือบันทึกภายนอก
การนำวิดีโอดิจิทัลและรูปแบบการบีบอัดข้อมูลที่เกี่ยวข้องมาใช้กันอย่างแพร่หลายได้ลดปริมาณแบนด์วิดท์ที่จำเป็นสำหรับ สัญญาณ วิดีโอความละเอียดสูง (โดยHDVและAVCHDรวมถึงรูปแบบระดับมืออาชีพหลายรูปแบบ เช่นXDCAMล้วนใช้แบนด์วิดท์น้อยกว่าสัญญาณอนาล็อกความละเอียดมาตรฐาน) การประหยัดแบนด์วิดท์เหล่านี้ได้เพิ่มจำนวนช่องรายการที่มีให้รับชมบนเคเบิลทีวีและ ระบบ ดาวเทียมกระจายเสียงโดยตรงสร้างโอกาสในการจัดสรรคลื่นความถี่ใหม่สำหรับ การออกอากาศ โทรทัศน์ภาคพื้นดินและทำให้กล้องบันทึกวิดีโอแบบไร้เทปที่ใช้หน่วยความจำแฟลชเป็นไปได้ รวมถึงนวัตกรรมและประสิทธิภาพอื่นๆ อีกมากมาย
วัฒนธรรม
ในเชิงวัฒนธรรม วิดีโอดิจิทัลทำให้วิดีโอและภาพยนตร์เป็นที่แพร่หลายและได้รับความนิยม ซึ่งเป็นประโยชน์ต่อความบันเทิง การศึกษา และการวิจัย[ 22 ]วิดีโอดิจิทัลเป็นที่แพร่หลายมากขึ้นในโรงเรียน โดยนักเรียนและครูให้ความสนใจในการเรียนรู้วิธีการใช้งานอย่างเหมาะสม[ 23 ]วิดีโอดิจิทัลยังมีการประยุกต์ใช้ในด้านการดูแลสุขภาพ ช่วยให้แพทย์สามารถติดตามอัตราการเต้นของหัวใจและระดับออกซิเจนของทารกได้[ 24 ]
นอกจากนี้ การเปลี่ยนจากวิดีโออนาล็อกเป็นดิจิทัลส่งผลกระทบต่อสื่อในหลายด้าน เช่น วิธีที่ธุรกิจใช้กล้องเพื่อการเฝ้าระวังโทรทัศน์วงจรปิด (CCTV) เปลี่ยนมาใช้เครื่องบันทึกวิดีโอดิจิทัล (DVR) ซึ่งก่อให้เกิดปัญหาเรื่องวิธีการจัดเก็บการบันทึกเพื่อการรวบรวมหลักฐาน ปัจจุบัน วิดีโอดิจิทัลสามารถบีบอัดเพื่อประหยัดพื้นที่จัดเก็บได้[ 25 ]
โทรทัศน์ดิจิทัล
โทรทัศน์ดิจิทัล (DTV) คือการผลิตและการส่งวิดีโอดิจิทัลจากเครือข่ายไปยังผู้บริโภค เทคนิคนี้ใช้การเข้ารหัสแบบดิจิทัลแทนสัญญาณอนาล็อกที่ใช้ก่อนปี 1950 [ 26 ]เมื่อเปรียบเทียบกับวิธีการอนาล็อก DTV จะเร็วกว่าและมีคุณสมบัติและตัวเลือกเพิ่มเติมสำหรับการส่งและแบ่งปันข้อมูล[ 27 ]
รากฐานของโทรทัศน์ดิจิทัลนั้นเชื่อมโยงกับการมีคอมพิวเตอร์ ราคาไม่แพงและมีประสิทธิภาพสูง จนกระทั่งช่วงทศวรรษ 1990 โทรทัศน์ดิจิทัลจึงกลายเป็นสิ่งที่เป็นไปได้จริง[ 28 ]ก่อนหน้านี้โทรทัศน์ดิจิทัลไม่สามารถใช้งานได้จริงเนื่องจากความต้องการแบนด์วิดท์สูงเกินไปของวิดีโอที่ไม่ได้บีบอัด [ 29 ]ซึ่งต้องใช้แบนด์วิดท์ประมาณ 200 Mbit/sสำหรับ สัญญาณ โทรทัศน์ความละเอียดมาตรฐาน (SDTV) [ 30 ] [ 31 ]และมากกว่า 1 Gbit/s สำหรับโทรทัศน์ความละเอียดสูง (HDTV) [ 29 ] [ 32 ]
ภาพรวม
วิดีโอดิจิทัลประกอบด้วยชุดภาพดิจิทัลที่แสดงอย่างรวดเร็วต่อเนื่องกัน ในบริบทของวิดีโอ ภาพเหล่านี้เรียกว่าเฟรม[ e ] อัตราการแสดงเฟรมเรียกว่าอัตราเฟรมและวัดเป็นเฟรมต่อวินาทีทุกเฟรมเป็นภาพดิจิทัลและประกอบด้วยพิกเซล สีของพิกเซลแสดงด้วยจำนวนบิตคงที่ของสีนั้น โดยข้อมูลของสีจะถูกจัดเก็บไว้ภายในภาพ[ 33 ]ตัวอย่างเช่น การจับภาพ 8 บิตจะบันทึก 256 ระดับต่อช่อง และการจับภาพ 10 บิตจะบันทึก 1,024 ระดับต่อช่อง[ 34 ]ยิ่งมีบิตมากเท่าใด ก็ยิ่งสามารถสร้างความแตกต่างของสีที่ละเอียดอ่อนได้มากขึ้นเท่านั้น สิ่งนี้เรียกว่าความลึกของสีหรือความลึกของบิตของวิดีโอ
การสอดประสาน
ในวิดีโอแบบอินเตอร์เลซแต่ละเฟรมประกอบด้วยภาพสองส่วน ส่วนแรกประกอบด้วยเฉพาะเส้นคี่ของเฟรม ส่วนที่สองประกอบด้วยเฉพาะเส้นคู่ ส่วนทั้งสองนี้เรียกว่า ฟิลด์ ฟิลด์สองฟิลด์ที่อยู่ติดกันประกอบเป็นเฟรมหนึ่งเฟรม หากวิดีโอแบบอินเตอร์เลซมีอัตราเฟรม 30 เฟรมต่อวินาที อัตราฟิลด์จะเท่ากับ 60 ฟิลด์ต่อวินาที

อัตราบิตและ BPP
ตามคำจำกัดความอัตราบิตคือการวัดอัตราของเนื้อหาข้อมูลจากสตรีมวิดีโอดิจิทัล ในกรณีของวิดีโอที่ไม่ได้บีบอัด อัตราบิตจะสอดคล้องโดยตรงกับคุณภาพของวิดีโอ เนื่องจากอัตราบิตเป็นสัดส่วนกับคุณสมบัติทุกอย่างที่ส่งผลต่อคุณภาพของวิดีโออัตราบิตเป็นคุณสมบัติที่สำคัญเมื่อส่งวิดีโอ เนื่องจากลิงก์การส่งต้องสามารถรองรับอัตราบิตนั้นได้ อัตราบิตยังมีความสำคัญเมื่อจัดการกับการจัดเก็บวิดีโอ เนื่องจากดังที่แสดงไว้ข้างต้น ขนาดของวิดีโอเป็นสัดส่วนกับอัตราบิตและระยะเวลา การบีบอัดวิดีโอใช้เพื่อลดอัตราบิตลงอย่างมากโดยมีผลกระทบต่อคุณภาพเพียงเล็กน้อย[ 35 ]
จำนวนบิตต่อพิกเซล (BPP) เป็นตัววัดประสิทธิภาพของการบีบอัดข้อมูล วิดีโอสีจริงที่ไม่มีการบีบอัดเลยอาจมีค่า BPP เท่ากับ 24 บิต/พิกเซล การลดจำนวนบิตของ สี (Chroma subsampling)สามารถลดค่า BPP ลงเหลือ 16 หรือ 12 บิต/พิกเซล การใช้ การบีบอัด JPEGกับทุกเฟรมสามารถลดค่า BPP ลงเหลือ 8 หรือแม้แต่ 1 บิต/พิกเซล การใช้อัลกอริทึมการบีบอัดวิดีโอ เช่นMPEG1 , MPEG2หรือMPEG4อนุญาตให้มีค่า BPP เป็นเศษส่วนได้
อัตราการส่งข้อมูลคงที่เทียบกับอัตราการส่งข้อมูลแปรผัน
BPP หมายถึง จำนวนบิต เฉลี่ยต่อพิกเซล มีอัลกอริธึมการบีบอัดที่ทำให้ BPP คงที่เกือบตลอดระยะเวลาของวิดีโอ ในกรณีนี้ เราจะได้เอาต์พุตวิดีโอที่มีอัตราบิตคงที่ (CBR) วิดีโอ CBR นี้เหมาะสำหรับการสตรีมวิดีโอแบบเรียลไทม์ ไม่มีการบัฟเฟอร์ และมีแบนด์วิดท์คงที่ (เช่น ในการประชุมทางวิดีโอ) เนื่องจากเฟรมทั้งหมดไม่สามารถบีบอัดได้ในระดับเดียวกัน เพราะคุณภาพจะได้รับผลกระทบอย่างรุนแรงมากขึ้นสำหรับฉากที่มีความซับซ้อนสูง อัลกอริธึมบางตัวจึงพยายามปรับ BPP อย่างต่อเนื่อง โดยจะรักษาค่า BPP ให้สูงในขณะที่บีบอัดฉากที่ซับซ้อน และให้ต่ำสำหรับฉากที่มีความต้องการน้อยกว่า[ 36 ]ด้วยวิธีนี้ จะให้คุณภาพที่ดีที่สุดที่อัตราบิตเฉลี่ยที่ต่ำที่สุด (และขนาดไฟล์ที่เล็กที่สุดตามไปด้วย) วิธีนี้สร้างอัตราบิตที่แปรผันได้เนื่องจากติดตามการเปลี่ยนแปลงของ BPP
ภาพรวมทางเทคนิค
ฟิล์มถ่ายภาพมาตรฐานโดยทั่วไปจะบันทึกภาพที่ 24 เฟรมต่อวินาที สำหรับวิดีโอ มีมาตรฐานอัตราเฟรมสองแบบ คือNTSCที่ 30/1.001 (ประมาณ 29.97) เฟรมต่อวินาที (ประมาณ 59.94 ฟิลด์ต่อวินาที) และPALที่ 25 เฟรมต่อวินาที (50 ฟิลด์ต่อวินาที) กล้องวิดีโอดิจิทัลมีรูปแบบการจับภาพสองแบบ คือ แบบสลับเส้น (interlaced) และแบบก้าวหน้า (progressive scan ) กล้องแบบสลับเส้นจะบันทึกภาพในชุดเส้นที่สลับกัน: เส้นเลขคี่จะถูกสแกน จากนั้นเส้นเลขคู่จะถูกสแกน จากนั้นเส้นเลขคี่จะถูกสแกนอีกครั้ง และเป็นเช่นนี้เรื่อยไป
กลุ่มเส้นคี่หรือคู่หนึ่งเรียกว่าฟิลด์และคู่ของฟิลด์สองฟิลด์ที่อยู่ติดกันซึ่งมีพาริตีตรงข้ามกันเรียกว่าเฟรมกล้องแบบโปรเกรสซีฟสแกนจะบันทึกเส้นทั้งหมดในแต่ละเฟรมเป็นหน่วยเดียว ดังนั้น วิดีโอแบบอินเตอร์เลซจึงบันทึกการเคลื่อนไหวของฉากได้บ่อยกว่าวิดีโอแบบโปรเกรสซีฟถึงสองเท่าสำหรับอัตราเฟรมเดียวกัน โดยทั่วไปแล้ว โปรเกรสซีฟสแกนจะให้ภาพที่คมชัดกว่าเล็กน้อย อย่างไรก็ตาม การเคลื่อนไหวอาจไม่ราบรื่นเท่ากับวิดีโอแบบอินเตอร์เลซ
วิดีโอดิจิทัลสามารถคัดลอกได้โดยไม่สูญเสียคุณภาพ ซึ่งทำให้คุณภาพลดลงในระบบอนาล็อก อย่างไรก็ตาม การเปลี่ยนแปลงพารามิเตอร์ เช่น ขนาดเฟรม หรือการเปลี่ยนรูปแบบดิจิทัล อาจทำให้คุณภาพของวิดีโอลดลงเนื่องจากการปรับขนาดภาพและ การสูญเสียคุณภาพ จากการแปลงรหัสวิดีโอดิจิทัลสามารถปรับแต่งและแก้ไขได้บนระบบตัดต่อวิดีโอแบบไม่เชิงเส้น
วิดีโอดิจิทัลมีต้นทุนต่ำกว่า ฟิล์ม 35 มม. อย่างมาก เมื่อเทียบกับต้นทุนที่สูงของฟิล์มแล้วสื่อดิจิทัลที่ใช้ในการบันทึกวิดีโอดิจิทัล เช่นหน่วยความจำแฟลชหรือฮาร์ดดิสก์ไดรฟ์นั้นมีราคาถูกมาก วิดีโอดิจิทัลยังช่วยให้สามารถดูภาพที่บันทึกไว้ได้ในสถานที่โดยไม่ต้องผ่านกระบวนการทางเคมีที่ยุ่งยากและใช้เวลานานเหมือนกับการใช้ฟิล์ม การถ่ายโอนวิดีโอดิจิทัลผ่านเครือข่ายทำให้ไม่จำเป็นต้องส่งเทปและม้วนฟิล์มอีกต่อไป

โทรทัศน์ดิจิทัล (รวมถึงHDTV คุณภาพสูง ) เริ่มใช้ในประเทศที่พัฒนาแล้วส่วนใหญ่ในช่วงต้นทศวรรษ 2000 ปัจจุบัน วิดีโอดิจิทัลถูกใช้ในโทรศัพท์มือถือ รุ่นใหม่ และ ระบบ การประชุมทางวิดีโอนอกจากนี้ยังใช้สำหรับการเผยแพร่สื่อทางอินเทอร์เน็ต รวมถึง วิดีโอสตรีมมิ่งและการเผยแพร่ภาพยนตร์แบบ Peer-to-Peer ด้วย
มีวิธีการบีบอัดวิดีโอหลายประเภทสำหรับการส่งวิดีโอดิจิทัลผ่านทางอินเทอร์เน็ตและบนแผ่นดิสก์ ขนาดไฟล์ของวิดีโอดิจิทัลที่ใช้สำหรับการตัดต่อระดับมืออาชีพโดยทั่วไปไม่เหมาะสมกับวัตถุประสงค์เหล่านี้ และวิดีโอจำเป็นต้องได้รับการบีบอัดเพิ่มเติมด้วยตัวแปลงสัญญาณ (codec) หากต้องการใช้เพื่อความบันเทิง
ข้อมูล ณ ปี 2017ความละเอียดภาพสูงสุดที่แสดงให้เห็นในการสร้างวิดีโอดิจิทัลคือ 132.7 เมกะพิกเซล (15360 x 8640 พิกเซล) ความเร็วสูงสุดนั้นทำได้ในกล้องความเร็วสูง สำหรับอุตสาหกรรมและวิทยาศาสตร์ ซึ่งสามารถถ่ายวิดีโอความละเอียด 1024x1024 พิกเซลได้ที่ความเร็วสูงสุด 1 ล้านเฟรมต่อวินาทีในช่วงเวลาการบันทึกสั้นๆ
คุณสมบัติทางเทคนิค
วิดีโอดิจิทัลแบบถ่ายทอดสดใช้แบนด์วิดท์ ส่วนวิดีโอดิจิทัลที่บันทึกไว้ใช้พื้นที่จัดเก็บข้อมูล ปริมาณแบนด์วิดท์หรือพื้นที่จัดเก็บข้อมูลที่ต้องการนั้นขึ้นอยู่กับขนาดเฟรม ความลึกของสี และอัตราเฟรม แต่ละพิกเซลใช้จำนวนบิตที่กำหนดโดยความลึกของสี ข้อมูลที่จำเป็นในการแสดงเฟรมข้อมูลนั้นคำนวณได้จากการคูณด้วยจำนวนพิกเซลในภาพ แบนด์วิดท์คำนวณได้จากการคูณความต้องการพื้นที่จัดเก็บข้อมูลสำหรับเฟรมด้วยอัตราเฟรม จากนั้นความต้องการพื้นที่จัดเก็บข้อมูลโดยรวมสำหรับรายการหนึ่งๆ สามารถคำนวณได้จากการคูณแบนด์วิดท์ด้วยระยะเวลาของรายการนั้นๆ
การคำนวณเหล่านี้มีความแม่นยำสำหรับวิดีโอที่ไม่ได้บีบอัด แต่เนื่องจากอัตราบิตของวิดีโอที่ไม่ได้บีบอัดค่อนข้างสูง จึงมีการใช้การบีบอัดวิดีโออย่างแพร่หลาย ในกรณีของวิดีโอที่บีบอัด แต่ละเฟรมต้องการเพียงเปอร์เซ็นต์เล็กน้อยของบิตดั้งเดิม ซึ่งจะช่วยลดการใช้ข้อมูลหรือแบนด์วิดท์ลง 5 ถึง 12 เท่าเมื่อใช้การบีบอัดแบบไม่สูญเสียข้อมูลแต่โดยทั่วไปแล้ว จะใช้ การบีบอัดแบบสูญเสียข้อมูลเนื่องจากช่วยลดการใช้ข้อมูลลง 20 ถึง 200 เท่า[ 37 ]โปรดทราบว่าไม่จำเป็นว่าทุกเฟรมจะต้องถูกบีบอัดด้วยเปอร์เซ็นต์ที่เท่ากัน แต่ให้พิจารณา ค่า เฉลี่ยของปัจจัยการบีบอัดสำหรับทุกเฟรมรวมกัน
อินเทอร์เฟซและสายเคเบิล
อินเทอร์เฟซวิดีโอดิจิทัลที่สร้างขึ้นโดยเฉพาะ
- วิดีโอส่วนประกอบดิจิทัล
- อินเทอร์เฟซภาพดิจิทัล (DVI)
- ดิสเพลย์พอร์ต
- เอชดีเบสที
- อินเทอร์เฟซมัลติมีเดียความละเอียดสูง (HDMI)
- อินเทอร์เฟซแสดงผลแบบรวม
อินเทอร์เฟซอเนกประสงค์ใช้สำหรับส่งสัญญาณวิดีโอดิจิทัล
- ไฟร์ไวร์ (IEEE 1394)
- บัสอนุกรมสากล (USB)
อินเทอร์เฟซต่อไปนี้ได้รับการออกแบบมาเพื่อใช้ในการส่งวิดีโอที่บีบอัดด้วยMPEG -Transport:
วิดีโอที่ถูกบีบอัดจะถูกส่งผ่านโดยใช้UDP - IPผ่านทางอีเธอร์เน็ตโดยมีสองแนวทางดังนี้:
- การใช้RTPเป็นตัวห่อหุ้มแพ็กเก็ตวิดีโอตามมาตรฐานSMPTE 2022
- แพ็กเก็ตข้อมูล MPEGจำนวน 1–7 แพ็กเก็ตจะถูกวางไว้ใน แพ็กเก็ต UDPโดยตรง
วิธีการอื่นๆ ในการส่งวิดีโอผ่าน IP
รูปแบบการจัดเก็บข้อมูล
การเข้ารหัส
- CCIR 601ใช้สำหรับสถานีวิทยุและโทรทัศน์
- VC-2หรือที่รู้จักกันในชื่อDirac Pro
- MPEG-4เหมาะสำหรับการเผยแพร่วิดีโอขนาดใหญ่ทางออนไลน์ และวิดีโอที่บันทึกไว้ในหน่วยความจำแฟลช
- MPEG-2ใช้สำหรับ DVD, Super-VCD และรูปแบบรายการโทรทัศน์ออกอากาศหลายรูปแบบ
- MPEG-1ใช้สำหรับวิดีโอซีดี
- เอช.261
- เอช.263
- H.264หรือที่รู้จักกันในชื่อMPEG-4 Part 10หรือAVCใช้สำหรับแผ่นบลูเรย์และรูปแบบโทรทัศน์ออกอากาศบางรูปแบบ
- H.265หรือที่รู้จักกันในชื่อMPEG-H Part 2หรือHEVC
- MOVใช้สำหรับเฟรมเวิร์กQuickTime
- Theoraใช้สำหรับทำวิดีโอในวิกิพีเดีย
เทป
- Betacam SX , MPEG IMX , Digital Betacamหรือ DigiBeta — รูปแบบวิดีโอระดับมืออาชีพจาก Sony ซึ่งพัฒนาต่อยอดจากเทคโนโลยีBetamax ดั้งเดิม
- D-VHS — ข้อมูลในรูปแบบ MPEG-2 ที่บันทึกบนเทป คล้ายกับS-VHS

เทปวิดีโอรูปแบบ B ที่เก็บรักษาไว้ในคลัง ซึ่งเคยใช้ในการออกอากาศของเดนมาร์ก - D1 , D2 , D3 , D5 , D7 , D9 (หรือที่รู้จักกันในชื่อ Digital-S) — มาตรฐานวิดีโอดิจิทัลระดับมืออาชีพ ต่างๆ ของ SMPTE
- D8 — ข้อมูลในรูปแบบ DV ที่บันทึกบน เทปคาสเซ็ตที่ใช้งานร่วมกับ Hi8ได้ ส่วนใหญ่เป็นรูปแบบที่ใช้กันทั่วไปในกลุ่มผู้บริโภค
- DCT — รูปแบบวิดีโอเทปดิจิทัลรูปแบบแรกที่ใช้การบีบอัดข้อมูล
- DV , MiniDV — ใช้ในกล้องวิดีโอดิจิตอลสำหรับผู้บริโภคส่วนใหญ่ ออกแบบมาเพื่อคุณภาพสูงและง่ายต่อการตัดต่อ นอกจากนี้ยังสามารถบันทึกข้อมูลความละเอียดสูง ( HDV ) ในรูปแบบ MPEG-2 ได้อีกด้วย
- DVCAM , DVCPRO — ใช้ในงานออกอากาศระดับมืออาชีพ คล้ายกับ DV แต่โดยทั่วไปถือว่ามีความเสถียรกว่า แม้ว่าจะเข้ากันได้กับ DV แต่รูปแบบเหล่านี้มีการจัดการเสียงที่ดีกว่า
- DVCPRO 50 และDVCPRO HD รองรับแบนด์วิดท์ที่สูงกว่าเมื่อเทียบกับ DVCPRO ของ Panasonic
- HDCAMและHDCAM SRถูกนำเสนอโดย Sony เพื่อเป็นทางเลือกความละเอียดสูงแทน DigiBeta
- MicroMV — ข้อมูลรูปแบบ MPEG-2 ที่บันทึกบนเทปคาสเซ็ตขนาดเล็กมากเท่ากล่องไม้ขีดไฟ; ล้าสมัยแล้ว
- ProHD — ชื่อที่ JVC ใช้เรียกกล้องวิดีโอระดับมืออาชีพที่ใช้มาตรฐาน MPEG-2
แผ่นดิสก์

ดูเพิ่มเติม
หมายเหตุ
- ↑นิยามว่าคือภาพยนตร์คนแสดงที่ทำรายได้สูงสุด 200 อันดับแรก
- ↑ตัวอย่างเช่น เครื่องประมวลผลวิดีโอดิจิทัล Thomson-CSF 9100 ซึ่งเป็น TBC แบบฟูลเฟรมดิจิทัลทั้งหมดภายในตัว ที่เปิดตัวในปี 1980
- ↑ตัวอย่างเช่น Ampex ADO และ NEC E-Flex
- ↑ก่อนยุค D2 แผ่นเลเซอร์ดิสก์ส่วนใหญ่ถูกสร้างโดยใช้เทปวิดีโออนาล็อกขนาด 1 นิ้ว ชนิด C
- ↑ในความเป็นจริง ภาพนิ่งจะสอดคล้องกับเฟรมเฉพาะในกรณีของวิดีโอแบบโปรเกรสซีฟสแกนเท่านั้น ในวิดีโอแบบอินเตอร์เลซ ภาพนิ่งจะสอดคล้องกับฟิลด์ ดูหัวข้อ § อินเตอร์เลซเพื่อความเข้าใจที่ชัดเจนยิ่งขึ้น
ลิงก์ภายนอก
- รูปแบบ DV, DVCAM และ DVCPRO – รายละเอียดทางเทคนิค คำถามที่พบบ่อย และลิงก์
- รูปแบบโทรทัศน์ดิจิทัลและวิดีโอมาตรฐาน