Consumentenvideo, televisieproductie en digitale videomontage
Digital Video (afgekort DV) is een digitaal videoformaat dat in 1995 op de consumentenmarkt werd geïntroduceerd. Het werd ontwikkeld door een samenwerkingsverband van elektronicafabrikanten en maakt het mogelijk bewegende beelden en geluid digitaal op magneetband vast te leggen. Het formaat werd vooral bekend door het gebruik in camcorders en speelde een belangrijke rol bij de overgang van analoge naar digitale video-opnamen.
DV gebruikt digitale beeldcompressie op basis van de discrete cosinustransformatie (DCT). De standaarduitvoering heeft een videobitsnelheid van 25 megabit per seconde. De gegevens kunnen worden vastgelegd op een magneetband van 6,35 millimeter breed of als digitale bestanden worden opgeslagen en verwerkt.
Het formaat verscheen in verschillende cassetteafmetingen, waarvan de standaard-DV-cassette en de kleinere MiniDV-cassette de bekendste waren. De compacte MiniDV-cassette maakte de ontwikkeling van kleine digitale camcorders mogelijk.
Op basis van de DV-techniek ontwikkelde Sony de professionele variant DVCAM, terwijl Panasonic het formaat DVCPRO introduceerde. Ook Digital8 gebruikte DV-beeldcodering, maar legde de gegevens vast op cassettes die waren afgeleid van het analoge Video8-systeem.
Geschiedenis
Ontwikkeling
In de jaren tachtig en het begin van de jaren negentig werden video-opnamen voor consumenten voornamelijk op analoge magneetband vastgelegd. Veelgebruikte systemen waren VHS-C, Video8 en Hi8. Professionele videoproducties maakten onder meer gebruik van Betacam en Betacam SP.
Bij analoge videosystemen kon de beeldkwaliteit achteruitgaan wanneer opnamen herhaaldelijk werden gekopieerd. Bovendien vereiste nauwkeurige montage vaak meerdere videorecorders en afzonderlijke montageapparatuur.
De ontwikkeling van DV vond plaats tegen de achtergrond van de toenemende digitalisering van beeld- en geluidstechniek. In 1992 verspreidde Matsushita, het latere Panasonic, een voorlopig technisch document voor het nieuwe videoformaat. Dit document stond bekend als het Blue Book.
Vervolgens werkte een samenwerkingsverband van tien elektronicafabrikanten aan een gemeenschappelijke standaard voor digitale video-opnamen. De afspraken betroffen onder meer de compressie van beeld en geluid, het bandtransport en de manier waarop digitale gegevens op magneetband werden vastgelegd.
Het formaat kwam in 1995 op de markt. In 1998 werd de oorspronkelijke specificatie gepubliceerd als IEC 61834, een normenreeks van de International Electrotechnical Commission. Binnen deze reeks beschrijft IEC 61834-2 onder meer de codering van digitale videobeelden voor televisiesystemen met 525 en 625 lijnen.
Eerste DV-camcorders
De Sony DCR-VX1000 uit 1995, een van de eerste digitale camcorders voor de consumenten- en semiprofessionele markt.
In september 1995 introduceerde Sony de DCR-VX1000 en de DCR-VX700, twee van de eerste DV-camcorders. De DCR-VX1000 was een geavanceerd model met drie CCD-beeldsensoren, waarmee de verschillende kleurcomponenten afzonderlijk konden worden geregistreerd.
De DCR-VX1000 combineerde digitale beeldregistratie met een relatief compacte behuizing en uitgebreide bedieningsmogelijkheden. Het model werd gebruikt door zowel particuliere videomakers als professionals.
Sony beschrijft de DCR-VX1000 als zijn eerste DV-camcorder en benadrukt de combinatie van drie CCD's, digitale aansluitmogelijkheden en een constructie die ook voor professioneel gebruik geschikt was.
In de daaropvolgende jaren verschenen kleinere en goedkopere DV-camcorders. Hierdoor werd digitale video-opname bereikbaar voor een groter publiek. De compacte MiniDV-cassette werd daarbij het meest herkenbare opslagmedium.
Opkomst van digitale videomontage
De introductie van DV viel samen met de ontwikkeling van snellere personal computers, grotere harde schijven en software voor videobewerking. Hierdoor werd het steeds beter mogelijk om video-opnamen rechtstreeks op een computer te monteren.
Bij traditionele lineaire videomontage werden fragmenten in de gewenste volgorde naar een nieuwe videoband gekopieerd. Bij niet-lineaire montage konden de beelden digitaal worden opgeslagen en vervolgens in een willekeurige volgorde worden bewerkt.
Voor de overdracht van DV-gegevens werd veel gebruikgemaakt van IEEE 1394, ook bekend als FireWire en bij Sony als i.LINK. Via deze verbinding konden camcorders, videorecorders en computers digitale gegevens uitwisselen.
De oorspronkelijke DV-gegevensstroom kon worden overgezet zonder dat het videosignaal eerst naar een analoge vorm hoefde te worden omgezet. Daardoor was het mogelijk de opnamen digitaal te bewaren en verder te bewerken zonder kwaliteitsverlies door een analoge overdracht.
Technische werking
Digitale beeldregistratie
DV registreert bewegende beelden als digitale gegevens. De door de beeldsensoren opgenomen informatie wordt verwerkt, gecomprimeerd en op magneetband opgeslagen.
Het systeem maakt gebruik van intraframecompressie. Hierbij wordt ieder videoframe afzonderlijk gecomprimeerd met een methode die is gebaseerd op de discrete cosinustransformatie.
Deze techniek verschilt van interframecompressie, waarbij voor de verwerking van een beeld ook informatie uit andere beelden wordt gebruikt. Onder meer MPEG-2 en H.264 kunnen gebruikmaken van dergelijke onderlinge beeldafhankelijkheden.
Door ieder frame afzonderlijk te comprimeren, biedt DV praktische voordelen voor montage. Een afzonderlijk videoframe kan worden gedecodeerd zonder eerst andere frames te moeten reconstrueren.
De compressieverhouding van standaard-DV bedraagt ongeveer 5:1. De gecomprimeerde videogegevens hebben een bitsnelheid van 25 megabit per seconde.
De totale digitale gegevensstroom is groter, doordat ook geluid, foutcorrectie en aanvullende gegevens worden opgeslagen. Bij het overzetten naar een computer neemt een uur DV-materiaal doorgaans ongeveer 13 gigabyte opslagruimte in beslag.
Macroblokken en foutcorrectie
Bij de compressie van DV worden de beelden verdeeld in kleinere blokken. De beeldinformatie wordt geordend in macroblokken die bestaan uit afzonderlijke DCT-blokken.
Voor de verwerking worden macroblokken uit verschillende delen van het beeld samengebracht. Deze spreiding helpt om de beschikbare gegevensruimte te verdelen en de gevolgen van plaatselijke fouten in de opname te beperken.
De gecomprimeerde gegevens worden vervolgens in een vaste structuur ondergebracht. Daarbij worden synchronisatiegegevens en foutcorrectie-informatie toegevoegd, zodat de recorder de gegevens tijdens het afspelen kan herkennen en verwerken.
De combinatie van gegevensordening en foutcorrectie maakt het mogelijk bepaalde leesfouten te herstellen of de zichtbaarheid ervan te beperken.
Bij ernstige beschadiging van een band kan de foutcorrectie echter tekortschieten. In dat geval kunnen blokvormige beeldstoringen, korte onderbrekingen of fouten in het geluid optreden.
Deze verschijnselen verschillen van de geleidelijke toename van ruis die bij versleten analoge videobanden kan voorkomen.
Beeldresolutie en televisienormen
DV werd ontwikkeld voor televisiebeelden met standaarddefinitie. De digitale beeldresolutie en de verwerking van de kleurinformatie hangen af van de gebruikte televisienorm.
De aanduidingen 625/50 en 525/60 verwijzen naar het aantal beeldlijnen en de veldfrequentie van de betreffende televisiesystemen. De oorspronkelijke DV-systemen werken met geïnterlinieerde beelden.
DV ondersteunt zowel de traditionele beeldverhouding van 4:3 als breedbeeldopnamen van 16:9. De digitale beeldafmetingen blijven daarbij in beginsel gelijk, maar de verhouding tussen de breedte en hoogte van de pixels verschilt.
Om de hoeveelheid gegevens te beperken gebruikt DV Kleursubsampling. Bij het 625/50-systeem wordt 4:2:0 toegepast, terwijl het 525/60-systeem gebruikmaakt van 4:1:1.
Geluidsregistratie
Naast digitale videobeelden kan DV ook geluid in digitale vorm registreren. Hiervoor wordt Pulscodemodulatie (PCM) gebruikt.
Een veelgebruikte instelling bestaat uit twee geluidskanalen met een bemonsteringsfrequentie van 48 kHz en een resolutie van 16 bits. Daarmee kan stereogeluid worden opgenomen.
Daarnaast ondersteunt het formaat vier geluidskanalen bij een bemonsteringsfrequentie van 32 kHz en een resolutie van 12 bits.
De mogelijkheden verschillen per camcorder en videorecorder. Niet ieder apparaat kan alle beschikbare geluidsconfiguraties opnemen of afspelen.
Bij de professionele DV-varianten DVCAM en DVCPRO wordt doorgaans locked audio gebruikt. Hierbij wordt de timing van de geluidsgegevens gekoppeld aan de videoframes, wat voordelen biedt bij nauwkeurige montage.
Cassettes en bandsnelheid
Standaard-DV en MiniDV
Drie cassetteformaten uit de DV-familie: een grote DVCAM-cassette, een DVCPRO-cassette en een MiniDV-cassette.
DV werd ontwikkeld voor gebruik met magneetbandcassettes. De band heeft een breedte van 6,35 millimeter, overeenkomend met een kwart inch.
Er bestaan verschillende cassetteafmetingen. Bij de oorspronkelijke consumentenuitvoering waren de standaard-DV-cassette en de kleinere MiniDV-cassette de belangrijkste.
De beide cassetteformaten gebruiken dezelfde digitale beeldcodering. De verschillen hebben vooral betrekking op de fysieke afmetingen en de hoeveelheid magneetband die de cassette kan bevatten.
MiniDV werd bijzonder populair doordat de compacte cassette de bouw van kleine camcorders mogelijk maakte. Standaard-DV-cassettes werden onder meer gebruikt in stationaire videorecorders en bepaalde professionele apparaten.
Sony introduceerde in 1997 bijvoorbeeld de DHR-1000, een stationaire DV-videorecorder die zowel standaard-DV- als MiniDV-cassettes kon gebruiken.
Standard Play en Long Play
Veel consumentenrecorders ondersteunen twee opnamemodi: Standard Play (SP) en Long Play (LP).
In de SP-modus bedraagt de bandsnelheid ongeveer 18,8 millimeter per seconde. Bij LP wordt deze snelheid teruggebracht tot ongeveer 12,6 millimeter per seconde.
De lagere bandsnelheid maakt het mogelijk een langere opname op dezelfde cassette vast te leggen.
Opnameduur van een MiniDV-cassette van 60 minuten
Opnamemodus
Bandsnelheid
Opnameduur
Standard Play (SP)
Circa 18,8 mm/s
60 minuten
Long Play (LP)
Circa 12,6 mm/s
90 minuten
Het gebruik van LP verandert de digitale beeldresolutie of compressieverhouding niet. De gegevens worden echter dichter op de magneetband geregistreerd.
Hierdoor kan de uitwisselbaarheid van LP-opnamen tussen verschillende camcorders en videorecorders minder betrouwbaar zijn. Bij het afspelen op een ander apparaat kunnen mechanische verschillen in de bandgeleiding tot leesproblemen leiden.
Camera's en beeldkwaliteit
Een Sony DCR-VX2000, een semiprofessionele MiniDV-camcorder met drie CCD-beeldsensoren.
De uiteindelijke beeldkwaliteit van een DV-opname hangt niet uitsluitend af van de gebruikte digitale compressie. Ook de kwaliteit van de beeldsensor, het objectief, de signaalverwerking en de belichting spelen een belangrijke rol.
DV-camcorders verschenen in uiteenlopende uitvoeringen, van compacte consumentencamera's tot geavanceerde modellen voor semiprofessioneel en professioneel gebruik.
Veel eenvoudige modellen maakten gebruik van één CCD-beeldsensor. Duurdere camera's beschikten soms over drie CCD's, waarbij de rode, groene en blauwe lichtcomponenten afzonderlijk werden geregistreerd.
Een dergelijk 3CCD-systeem kan voordelen bieden voor de kleurregistratie. Het resultaat blijft echter afhankelijk van de grootte, gevoeligheid en kwaliteit van de afzonderlijke sensoren.
De oorspronkelijke Sony DCR-VX1000 was een voorbeeld van een vroege DV-camcorder met drie CCD's. Latere modellen, waaronder de DCR-VX2000, bouwden voort op dit concept.
Professionele en semiprofessionele camcorders boden doorgaans uitgebreidere bedieningsmogelijkheden voor scherpstelling, belichting, witbalans en geluidsregistratie.
Sommige modellen waren bovendien voorzien van professionele microfoonaansluitingen, waaronder XLR-aansluitingen.
Daardoor konden twee camcorders die dezelfde digitale DV-gegevensstructuur gebruikten toch aanzienlijk verschillen in de zichtbare en hoorbare kwaliteit van hun opnamen.
Digitale gegevensoverdracht en montage
IEEE 1394
Veel DV-apparaten waren voorzien van een IEEE 1394-aansluiting. Deze digitale interface werd ook bekend onder de handelsnamen FireWire en i.LINK.
De verbinding maakte het mogelijk DV-gegevens tussen camcorders, videorecorders en computers uit te wisselen.
In tegenstelling tot het digitaliseren van een analoog videosignaal hoefde bij deze overdracht geen nieuwe beeldcodering te worden uitgevoerd. De oorspronkelijke digitale gegevens konden rechtstreeks worden opgeslagen.
Dat was een belangrijk voordeel voor videomontage op computers, omdat het materiaal zonder extra compressieverlies kon worden ingelezen.
DV-DIF
De digitale gegevensstructuur van DV staat bekend als DV-DIF, een afkorting van Digital Video Digital Interface Format.
De gegevens worden georganiseerd in blokken van 80 bytes. Deze bevatten onder andere video-, audio-, synchronisatie- en aanvullende informatie.
De blokken zijn onderdeel van een vaste structuur waarmee de oorspronkelijke DV-gegevensstroom kan worden overgedragen en opgeslagen.
DV-DIF-gegevens kunnen als afzonderlijke bestanden worden opgeslagen, bijvoorbeeld met de extensie .dv of .dif.
Ook kunnen de gegevens worden opgenomen in bestandscontainers zoals AVI, QuickTime en MXF.
Een bestandscontainer bepaalt hoe de gegevens binnen een bestand zijn georganiseerd. De oorspronkelijke beeldcompressie hoeft daarbij niet te veranderen.
Niet-lineaire videomontage
DV droeg bij aan de verbreiding van niet-lineaire videomontage. Bij deze werkwijze worden videofragmenten digitaal opgeslagen en in een montageprogramma gerangschikt.
De gebruiker kan fragmenten inkorten, verplaatsen, combineren en aanvullen met overgangen, titels en geluid zonder de oorspronkelijke band fysiek te veranderen.
Doordat de benodigde opslagruimte relatief beperkt was, konden ook computers buiten professionele televisiestudio's worden ingezet voor digitale videobewerking.
De mogelijkheid om DV rechtstreeks via IEEE 1394 over te zetten, vereenvoudigde bovendien de overgang van opname naar montage.
Professionele varianten
DVCAM
DVCAM is een professionele uitvoering van DV die in 1996 door Sony op de markt werd gebracht.
Het formaat gebruikt in hoofdzaak dezelfde DV-beeldcompressie als de consumentenuitvoering, maar heeft een hogere bandsnelheid en bredere opnamesporen.
Bij gewone DV bedraagt de spoorafstand 10 micrometer. DVCAM gebruikt sporen met een afstand van 15 micrometer. Hierdoor is de registratie minder gevoelig voor bepaalde mechanische afwijkingen bij het afspelen.
DVCAM maakt daarnaast gebruik van gekoppelde audiosynchronisatie en werd toegepast in professionele camcorders, videorecorders en montagesystemen.
Het formaat heeft bij dezelfde televisienorm geen hogere digitale beeldresolutie dan gewone DV.
DVCPRO
DVCPRO werd door Panasonic ontwikkeld voor professionele televisieproductie.
De oorspronkelijke uitvoering, DVCPRO 25, maakt gebruik van DV-gebaseerde beeldcompressie met een videobitsnelheid van 25 megabit per seconde.
Voor de professionele toepassing werd het bandtransportsysteem aangepast. Zo gebruikt DVCPRO 25 bredere sporen dan de oorspronkelijke DV-consumentenstandaard.
Later verschenen verbeterde uitvoeringen, waaronder DVCPRO50 en DVCPRO HD.
DVCPRO50 gebruikt een videobitsnelheid van 50 megabit per seconde en 4:2:2-kleursubsampling. Daardoor kan meer kleurinformatie behouden blijven dan bij standaard-DV.
DVCPRO HD werd ontwikkeld voor de registratie van hogedefinitiebeelden en maakte gebruik van een hogere gegevenssnelheid.
Vergelijking
Belangrijkste DV-gebaseerde videoformaten
Formaat
Videobitsnelheid
Voornaamste toepassing
Kenmerken
DV
25 Mbit/s
Consumentenvideo en semiprofessionele producties
Oorspronkelijke DV-compressie en compact cassetteformaat
DVCAM
25 Mbit/s
Professionele videoproductie
Bredere opnamesporen en gekoppelde audiosynchronisatie
DVCPRO 25
25 Mbit/s
Professionele televisieproductie
Professionele uitvoering met aangepast bandtransport
DVCPRO50
50 Mbit/s
Professionele televisieproductie
Hogere gegevenssnelheid en 4:2:2-kleurregistratie
DVCPRO HD
Tot circa 100 Mbit/s
Hogedefinitietelevisie
DVCPRO-uitvoering voor hogedefinitiebeelden
Hoewel de formaten tot dezelfde technische familie behoren, kunnen opnamen niet op alle apparaten onderling worden uitgewisseld.
De compatibiliteit hangt af van het gebruikte cassetteformaat, de bandsnelheid, de opnamecodering en de mogelijkheden van de videorecorder.
Verwante videoformaten
Digital8
Digital8 werd door Sony ontwikkeld als een digitaal videosysteem dat gebruikmaakt van de DV-beeldcodering, maar de gegevens vastlegt op cassettes die zijn afgeleid van het analoge Video8-formaat.
Het systeem bood gebruikers een alternatief voor MiniDV en maakte het mogelijk digitale video op 8mm-videocassettes op te nemen.
De digitale beeldkwaliteit van Digital8 en standaard-DV is bij vergelijkbare opnamen in beginsel gelijkwaardig, omdat dezelfde basisprincipes voor compressie worden gebruikt.
Bepaalde Digital8-camcorders konden bovendien oudere analoge Video8- en Hi8-opnamen afspelen. Deze mogelijkheid was echter niet op alle modellen aanwezig.
HDV
HDV is een digitaal videoformaat dat werd ontwikkeld voor het opnemen van hogedefinitiebeelden op videocassettes die ook voor DV worden gebruikt.
De technische overeenkomst heeft vooral betrekking op het cassetteformaat en de bandtechniek. HDV gebruikt echter MPEG-2-compressie en verschilt daardoor van de oorspronkelijke DV-beeldcodering.
Er verschenen onder andere uitvoeringen voor beelden met 720 progressieve beeldlijnen en 1080 geïnterlinieerde beeldlijnen.
HDV werd vanaf het midden van de jaren 2000 toegepast in consumenten- en professionele camcorders.
Een HDV-opname kan niet zonder meer op een gewone DV-camcorder worden afgespeeld. Hiervoor is apparatuur nodig die de HDV-opnamestandaard ondersteunt.
Bij bepaalde professionele Sony-camcorders kon naast HDV ook in DV of DVCAM worden opgenomen.
AVCHD
AVCHD werd in 2006 aangekondigd als een opnameformaat voor hogedefinitievideo. Het werd ontwikkeld door Sony en Panasonic.
In tegenstelling tot het oorspronkelijke DV-formaat gebruikt AVCHD de H.264/AVC-compressiestandaard, ook bekend als MPEG-4 Part 10.
Deze techniek maakt gebruik van geavanceerde digitale compressiemethoden, waaronder voorspelling op basis van informatie uit andere beelden.
AVCHD werd ontwikkeld voor opslag op onder meer dvd's, harde schijven en flashgeheugen.
De eerste AVCHD-camcorders verschenen in 2006. In de daaropvolgende jaren werd het formaat gebruikt door verschillende camerafabrikanten, waaronder Sony, Panasonic, Canon en JVC.
AVCHD maakte deel uit van de overgang naar videoproductie waarbij niet langer noodzakelijk een magneetband werd gebruikt.
De standaard werd ontworpen voor efficiënte digitale videocompressie en werd gebruikt in uiteenlopende toepassingen, waaronder internetvideo, videobestanden en hogedefinitie-opnamesystemen.
In tegenstelling tot DV gebruikt H.264 geavanceerde voorspellingstechnieken die ook verbanden tussen opeenvolgende beelden kunnen benutten.
De grotere compressie-efficiëntie maakte kleinere bestanden mogelijk bij een vergelijkbare visuele kwaliteit, al zijn de daadwerkelijke resultaten afhankelijk van de gebruikte instellingen en de complexiteit van de beelden.
Behoud en digitalisering
DV-cassettes worden bewaard in particuliere verzamelingen, bij televisiebedrijven en in audiovisuele archieven.
Hoewel het videosignaal digitaal is vastgelegd, blijft het oorspronkelijke opslagmedium een fysieke magneetband. Deze kan door ouderdom, slijtage, vervuiling of ongunstige opslagomstandigheden beschadigd raken.
Bovendien is voor het afspelen van de oorspronkelijke cassettes geschikte apparatuur nodig. Wanneer camcorders en videorecorders niet langer worden geproduceerd, kunnen onderhoud en reparatie steeds moeilijker worden.
Bij het digitaliseren van DV-cassettes wordt daarom bij voorkeur de oorspronkelijke digitale gegevensstroom overgezet naar een computer. Via een geschikte IEEE 1394-verbinding kan het materiaal worden opgeslagen zonder dat een nieuwe verliesgevende beeldcompressie hoeft te worden toegepast.
De Library of Congress beschrijft DV en DV-DIF als digitale formaten die zowel in hun oorspronkelijke opnameomgeving als in bestandsvorm kunnen worden bewaard.
Bij archivering is het van belang vast te leggen welk DV-formaat is gebruikt, hoe de gegevens zijn overgezet en of tijdens het afspelen fouten zijn opgetreden.
Omdat DV-bestanden in verschillende containers kunnen worden opgeslagen, moet ook de gebruikte bestandsstructuur bekend zijn om de beelden later correct te kunnen weergeven.
Betekenis
DV speelde een belangrijke rol in de ontwikkeling van digitale video voor consumenten en semiprofessionele gebruikers.
Het formaat maakte digitale video-opnamen mogelijk met relatief compacte en betaalbare apparatuur. Daardoor konden ook particuliere videomakers, onderwijsinstellingen en kleine productiebedrijven gebruikmaken van digitale beeld- en geluidsregistratie.
De combinatie van MiniDV-cassettes, DV-compressie en IEEE 1394 maakte de overgang naar computergebaseerde videomontage eenvoudiger.
In de jaren 2000 verschenen steeds meer opnameformaten voor hogedefinitiebeelden, terwijl camera's geleidelijk overstapten op geheugenkaarten, harde schijven en andere opslagmedia.
Daardoor nam de rol van DV op magneetband af. Het formaat bleef echter van historisch belang als een van de systemen die digitale videoproductie toegankelijk maakten voor een breed publiek.
