Тенденция

4K, HDR, HFR: где и как хранить информацию в новых форматах

Как технологии подстраиваются под все увеличивающиеся объемы отснятого материала и почему хранение данных — одна из самых важных сфер развития индустрии

  • 17 января
  • 5370
Владимир Петров

Технологические тренды выступали и продолжают выступать своеобразными драйверами развития современных вещательных и производственных комплексов в медиаиндустрии. К трендам цифрового видеоконтента 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 комплексЦифровой 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 видеомонтажаСхематичное представление профессиональной системы нелинейного видеомонтажа
 

Твердотельные диски SSD


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 ресурсахАрхивация 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.
 
 


Комментарии

Напишите комментарий первым!


Необходимо исправить следующие ошибки:


    Смотрите также

    Мы используем cookie-файлы, чтобы собирать статистику, которая помогает нам делать сайт лучше. Хорошо Подробнее