История развития видеоформатов

Зоотроп, как считается, изобрел Уильям Джордж Горнер в 1833-м, хотя о похожем приборе говорится в китайских летописях еще от 180-го года. Внутри полого барабана, на стенках были нарисованы кадры.

В 1868-м году Джон Бернс Линнет запатентовал слово «кинеограф» в качестве названия приспособления для быстрого листания страничек бумаги с нарисованными кадрами фильма. Навроде тех, что вы рисовали в школе на полях тетради.

В 1877-м Эмиль Рейно запатентовал праксиноскоп. По сути — это зоотроп с призмой, которая так отражает изобрежение, чтоб компенсировать отклонение «кадра» вплоть до следующего.

С семнадцатого века существует идея проектора. Только тогда это называли волшебным фонарем, а в качестве источника света в конструкции использовали, например, свечку, над которой был дымоход.

Частота кадров была ограничена 16-ю: в аппарате использовался надежный и сердитый грейфер для смены кадров рывками, и при более частых рывках пленка рвалась. По этой же причине не получалось использовать пленку длиннее 17-и метров: тяжелый рулон не хотел так быстро крутиться и пленка снова рвалась.
В 1897-м эту проблему решил Вудвил Латам, запатентовав свою петлю. То есть, создав буфер между непрерывным вращением рулона пленки и скачковым механизмом, который резко меняет кадры.

Уже тогда вопрос стандартов остро встал перед индустрией. За первые десять лет двадцатого века более-менее была приведена к стандарту ширина кинопленки — те самые 35 мм. Сложнее оказалось найти единый стандарт перфорации, проще говоря дырочек по краям пленки, позволяющих сдвигать ее ровно на кадр. С нестандартными дырочками мучались вплоть до тридцатых и даже сороковых годов

В том же году БиБиСи уже использовала технологию для трансляции новостей не в прямом эфире. Сложно переоценить возможность записывать эфиры для телевизионщиков, это был прорыв. Именно от телевидения многие форматы унаследовали чересстрочную развертку.
В 59-м Тошиба предложила использовать изобретенную японцем Норикадзу Савадзаки наклонно-строчную запись вместо поперечно-строчной: строки, расположенные под углом к видеоголовке, позволяли, например, поставить видео на паузу с замиранием картинки на экране: в таком формате считывающая головка перекрывает строки для вывода одного экрана в любой момент времени.
В 65-м Ампекс разработал цветную пленку.
В то время пленка хранилась на бобинах, а значит запись можно было легко испортить, потрогав пленку руками. А заправка ее в аппарат для воспроизведения была процессом, требующим понимания, примерно как при заправке нитки в швейную машинку. И если со швейными машинками за эти годы проще не стало, то вот индустрию видеопроизводства изменили кассеты.

Первым индустриальным форматом кассет стал U-matic от Сони. Профессионалы 1971-го года были счастливы: кассеты жили дольше бобин с пленкой, имели разрешение в 400 строк и отличное качество благодаря широкой ленте почти в два сантиметра (¾ дюйма) и высокой скорости прокрутки, да двухканальный звук.
Для домашнего использования формат не подошел: кассеты были огромными, с ограничением в 90 минут. Магнитофоны были еще более огромными. Так что, несмотря на дальнейшие доработки, Сониевские ¾ не покорили мир

Зато его покорила JVC, выпустив на рынок в 76-м кассеты формата Video Home System. Или просто VHS, который к 84-му стал основным форматом бытового видео.
Кассеты с лентой шириной 12,5 мм (½ дюйма) могли хранить до шести часов видео разрешением 240 строк, хотя чаще хранили до трех часов. У кассет не было никакой защиты от копирования, что уже было неплохим аргументом против использования проприетарного Бетамакса — формата-конкурента от Сони, наследника U-matic

VHS-плееры были дешевле. Вдобавок, Сони сильно просчиталась, запретив продавать на своих кассетах порно
Но хоть Бетамакс и проиграл войну за пользовательский рынок, его Бетакам-версия активно использовалась в профессиональной нише. В телевещании, например. Потому что VHS для профессионального использования не подходил: с каждой перезаписью кассеты качество падало, а искажения росли. Это следствие композитной записи, которая накапливает так называемые перекрестные искажения. На Бетакам записывался компонентный сигнал: видео делилось на каналы яркости и цветности, что уменьшало износ и искажения при перезаписи.

Формат был компактным: восемь — это как раз ширина пленки. Формат давал качество чуть получше VHS’ного с разрешением 250 строк. Не путать с Супер-8 65-го года: популярным форматом домашней съемки, в котором использовалась кинопленка. Но рынок бытового видео восьмерка так и не захватила, хотя определенную популярность снискала: эти маленькие удобные кассеты нашли свою нишу, став стандартом для видеокамер Handycam.

Первые попытки записать видео на диск были предприняты еще в конце девятнадцатого века.
Первый патент на такую систему, способную хранить чуть больше минуты видео, был зарегистрирован в 1907-м.Теодор Браун запатентовал систему записи на фотографический диск, которая позволяла сохранить около 1200 изображений, расположенных по спирали на 10-дюймовом диске. Воспроизведение со скоростью 16 кадров в секунду обеспечивало около минуты с четвертью подвижного изображения. Charles Urban купил права на выпуск дисков, назвал систему Urban Spirograph или «городской спирограф», однако вскоре потерпел поражение на рынке

Двадцатисантиметровый Ted в начале семидесятых хранил от пяти до десяти минут.
В 78-м 12-дюймовый (30 см) виниловый VISC хранил по часу на каждой стороне, но даже не позволял поставить видео на паузу.

Потенциально успешный CED планировался в 64-м, а вышел в 81-м, сразу устаревшим и провальным.

Локально знаменитый 30-сантиметровый Laserdisc 78-го года хранил до часа на стороне в разрешении 440 строк. Кроме штатов и Японии нигде успешным не стал.

25-сантиметровый VHD 83-го года хранил по часу на стороне, но не стал успешным и через три года умер.

Цифровые диски начинаются с компактов. Первым адекватным форматом стал Video CD 93-го года, который давал VHS-качество, но не самый экономный кодек MPEG1, о котором чуть позже, ограничивал продолжительность такой записи часом с четвертью. Ну а через три года вышел DVD и с ним долго никто не мог конкурировать

Интересно, что кассеты очень похожи на кассеты самого первого видеоформата U-matic: тоже пленка шириной ¾ дюйма, причем — оксидная, а не металло-порошковая. Система обеспечивала поток данных в 270 Мбит/с. Интересно, что с современными кодеками, видео в 8К нормально выглядит всего при 50-и, но об этом позже.

Формат получился спорным: кассеты были дешевле, магнитофоны стыковались с аналоговым оборудованием без дополнительных ЦАПов, но качество было хуже и заточен формат был для бытового использования. Лучшее, что можно было услышать от профессионалов о D2: «ну, это лучше, чем ВХС».

D3 уплотнил запись вдвое, сделав производство видео дешевле.

D4 не существовало на рынке.

D5 наконец-то вернул радость в глаза профессионалов: 10-битное кодирование и отсутствие компрессии перекрыли потребности в D1. Его HD версия позволила выбирать между чересстрочными 1080 и прогрессивными 720 с частотой до 30 к/с.

D6 в 93-м году дал возможность писать поток в безумный по компьютерным меркам 1,2 Гбит/с без компрессии. Для нормальной реализации такой плотности данных пришлось разработать новую систему коррекции ошибок. И на этом скучные форматы D заканчиваются.

В том же 93-м Сони выпустила на рынок Digital Betacam.

Преемник перекрывал D1 и позволял достаточно дешево производить и обрабатывать видео, составляя модульную систему из совместимых устройств. А еще он был обратно совместим со старыми Бетакамами. Операторам и производителям видео система полюбилась.
В 95-м у нее появился конкурент Digital-S.

Его еще называют D9 по скучной цифровой традиции. Кассеты выглядели как VHS. Чуть позже появился HD-вариант. Сигнал кодировался по системе DV.

DV или Digital Video — это целая группа форматов, что была коллективно разработана Sony, Panasonic, Philips, Hitachi и JVC и сильно влияла на рынок с 95-го.

Кассеты в рамках DV могли быть разных формфакторов, вплоть до маленьких, на которых, возможно, хранятся вторые свадьбы ваших родителей.
Через DV мы плавно переходим от физических носителей, к цифровым интерфейсам и компьютерам. И цифровое видео получает возможность храниться и передаваться в виде файлов.
А это значит, появляются такие термины, как кодек и контейнер. Ну и наконец-то мы перестаем говорить о разрешении в телеформате «строк» и начинаем говорить в компьютерном формате пикселей

В 96-м появился MPEG-2. Именно им позже будут закодированы DVD-диски, можете себе представить масштабы распространения. В игру вернулась чересстрочная развертка, а так ничего кардинально нового.

На DVD-видео надо остановиться подробно. Появились эти диски в далеком 96-м, а к 2003-му стали основным потребительским форматом видео.

Фильмы записывались с разрешением 720×576 пикселей, что совпадает с форматом D1. При этом сжатие позволило уменьшить битрейт — то есть, поток данных, до 9,8 Мбит/с, что позволило писать фильмы на диски, объемом 4,7 ГБ. Формат кодирования: 4:2:0, с уменьшением разрешения каналов цветности — эта хитрость позволяет уменьшить объем файлов не сильно влияя на качество картинки, потому что канал яркости остается в исходном разрешении.
Третий МПЕГ отдельно не существует, все его фишки абсорбировал второй. К mp3 тоже отношения не имеет. Его начинали разрабатывать примерно наравне со вторым, нацеливаясь на более высокие битрейты, но потом решили все его задачи в рамках MPEG2.

98-й—MPEG-4

DVD-диск записать на CD помогали сперва проприетарный кодек DivX, затем его открытый аналог Xvid. Качество было, конечно, значительно хуже DVD.
Зато полуторачасовой фильм занимал 700 МБ и в нулевых бум кинопиратства был завязан именно на эти кодеки. Если на компьютере были фильмы — это были фильмы такого формата, за редким исключением.

И с 2003-го начинается современность. Joint Video Team под патронажем вездесущей Экспертной группы по движущимся изображениям представила кодек H.264

В 2007-м вышла надстройка для H.264 — SVC (Scalable Video Coding), которая не только усложнила декодирование и так нелегкого для компьютеров кодека, но и позволила хранить в потоке видео в нескольких разрешениях в таком формате, что более высокие опирались на более низкие. Вы, скорее всего видели в интернете картинки в прогрессивном джипеге, когда они грузятся не сверху вниз, а сперва в квадратиках, а после все лучше прорабатываются, пока не загрузятся полностью. Здесь похожая история. С тем преимуществом, что устройства, которым надо вывести видео в разрешении меньшем, чем имеет ролик, могут не тратить ресурсы на декодирование лишних слоев.
А кодек действительно ресурсоемкий. Он содержит в себе много продвинутых технологий.Тем не менее, сегодня даже телефоны успешно справляются с FullHD-видео в таком формате, а топовые тянут и 4К.
При этом битрейт такого ролика в 1080p колеблется около 2 Мбит/с, а без звука еще меньше. И факт того, насколько можно уменьшить объем данных, грамотно повысив объем и сложность вычислений,очень поражает.

В 2006-м появились диски Блюрей.

За два года они вытеснили своего конкурента HD-DVD.БД были разработаны целым консорциумом крупных компаний. Диски бывают однослойные и двухслойные, емкостью 25 и 50 ГБ соответственно. Видео для них кодируется в MPEG-2, MPEG-4, H.264 и в новом на тот момент кодеком от Майкрософта VC-1.
У HD-DVD значения емкости были чуть скромнее — 15 и 30 ГБ — но они могли быть еще и двухсторонними. Набор кодеков тот же.

При этом потихоньку приближается будущее. Многие хотели бы его встретить в лице свободного кодека VP9, но, скорее всего, это будет корпоративный оскал H.265, который так же называют HEVC.

Уже сегодня можно встретить видео-вставки на сайтах, которые реализованы на открытом формате WebM, который использует либо VP9 либо 8.
Оба кодека не революционные, но это очередной виток видеотехнологий. Видео и в H.264, и в VP8, и в H.265, и в VP9 выглядят прекрасно. Только последние два при этом меньше размером и имеют более высокий потолок применения. Другой вопрос, насколько быстрее или медленнее будет видео кодироваться в новые форматы?Да и особых конкурентов у этих кодеков нет, потому что сегодня снова важно, умеют ли устройства аппаратно декодировать видео...