XAVC teknik incelemesi

Sony'nin yeni kayıt formatı hakkında teknik belge

Giriş

H.264/MPEG-4 Bölüm10 Gelişmiş Video Kodlama teknolojisi ağırlıklı olarak Blu-ray, dijital yayın (karasal/kablolu/uydu) ve web tarayıcıları gibi HDTV dağıtım sistemlerinde kullanılmaktadır. İlk standardizasyon belgeleri 2003 yılına kadar gitmektedir ve 2009 yılında HDTV dağıtım standartlarından çok daha fazlasını kapsayana kadar genişlemeye devam etmiştir. Günümüzde operasyonel seviye ailesi, saniyede birkaç kilobitten 1,2 Gb/sn’ye kadar oldukça geniş bir sıkıştırılmış görüntü verileri aralığını kapsarken, 4K, 3D, 14 bit örnekleme ve 100 kare/saniye’nin çok üzerindeki aşırı parametrelere kadar uzanabilmektedir. Sony, bu standardı tamamlayan JVT’nin (Ortak Video Ekibi) aktif bir üyesi olup AVCHD formatının oluşturulmasında ve H.264 seviyelerinin/profillerinin yayılmasında önemli faaliyetler yürütmüştür.

Şekil 1

CMOS teknolojisi gelişiminde ilerleme.

Şekil 2

SxS Kayıt Ortamı Teknolojisinde ilerleme.

OrtamSxS ProSxS-1SxS Pro +XQD N serisiXQD S serisi
Tanıtım yılı20072009201320132013
Sürdürülen kayıt verisi hızı400 Mb/sn240 Mb/sn1,3 Gb/sn--
Maks. okuma hızı1,2 Gb/sn1,2 Gb/sn1,6 Gb/sn1,0 Gb/sn1,44 Gb/sn
Depolama kapasitesi8 GB/16 GB (2007) 32 GB (2008) 64 GB (2011)32 GB (2009) 64 GB (2010)64 GB / 128 GB32 GB / 64 GB32 GB / 64 GB

H.264 standardının yayılması yüksek çözünürlüklü/yüksek kare hızlı görüntüleme teknolojileri (sensörler, ekranlar) ve yüksek hızlı depolama teknolojisindeki hızlı gelişmelerle aynı zamana denk gelir. H.264 gibi yüksek performanslı ancak etkin bir sıkıştırma teknolojisi modern sensörler tarafından oluşturulan büyük miktardaki görüntüleme verisini daha küçük dosya boyutlarına kodlayarak görüntülerin daha uygun maliyetli bellek kartlarına kaydedilmesinde ve mevcut bilgisayarlarda/düzenleme yazılımı paketlerinde düzenlenmesi/görüntülenmesinde kritik rol üstlenir. Şekil 1, CMOS görüntüleyici teknolojisinin ilerleyişini ve Sony’nin 30 Gb/sn’nin üzerinde veri aktarma hızlarına sahip görüntüleme sensörünü geliştirip piyasaya sürüşünü göstermektedir. Yüksek çözünürlük, yüksek kare hızları ve yüksek bit hızına sahip görüntüleme araçlarının ilerleyen yıllarda daha yaygınlaşması beklenmektedir. Şekil 2) SxS ve XQD bellek kartı teknolojisinin ilerleyişini göstermektedir. En yeni kartların 1 Gb/sn’nin üzerinde gerçek zamanlı kayıt sağladığı ve yıllar içinde kayıt kapasitesinin büyük oranda arttığı unutulmamalıdır. Üstelik bu artış gerçekleşirken yalnızca aynı form faktörüyle devam etmekle kalmamış, boyutları daha da küçülmüştür. Bu belge XAVC formatının özelliklerini ve faydalarını göstermektedir. Aynı zamanda XAVC’nin MPEG2, MPEG4 SStP ve çeşitli kamera RAW dosyaları gibi köklü sıkıştırma formatlarıyla mevcut prodüksiyon iş akışına nasıl uyduğunu göstermektedir. Sony 30 Gb/sn’nin üzerinde veri aktarma hızlarına sahip bir görüntüleme sensörünü geliştirip piyasaya sürdü. Yüksek çözünürlük, yüksek kare hızları ve yüksek bit hızına sahip görüntüleme araçlarının ilerleyen yıllarda daha yaygınlaşması beklenmektedir. Şekil 2, SxS ve XQD bellek kartı teknolojisinin ilerleyişini göstermektedir. En yeni kartların 1 Gb/sn’nin üzerinde gerçek zamanlı kayıt sağladığı ve yıllar içinde kayıt kapasitesinin büyük oranda arttığı unutulmamalıdır. Üstelik bu artış gerçekleşirken yalnızca aynı form faktörüyle devam etmekle kalmamış, boyutları daha da küçülmüştür. Bu belge XAVC formatının özelliklerini ve faydalarını göstermektedir. Aynı zamanda XAVC’nin MPEG2, MPEG4 SStP ve çeşitli kamera RAW dosyaları gibi köklü sıkıştırma formatlarıyla mevcut prodüksiyon iş akışına nasıl uyduğunu göstermektedir.

XAVC formatı

Sony XAVC formatı, ses ve meta veri öğeleriyle birlikte video temeli bir sektör standardı olan MXF OP-1a filmleme makinesi içerisinde yer alan, H.264 seviye 5.2 ile uyumludur. XAVC formatının benimsenmesindeki asıl amaç Yüksek Kare Hızlı (HFR) HD ve 4K görüntüleme formatlarını uygun maliyetlerle işleyebilen bir profesyonel prodüksiyon ürünleri ailesi geliştirmektir. Şekil 3, XAVC formatının kapsamını gösterir. Bu format tablosunun XAVC formatının global kapsamını gösterdiğini ve gerçek ürün uygulamasının bu tablonun belli bir bölümüyle sınırlı olabileceğini unutmayın. Diğer yandan, bu tablo, bazı ürünlerin sunabileceği ortalamanın dışındaki kayıt kapasitesini (aşırı/düşük yükseliş) kapsamamaktadır. Ayrıca, MP4 kaydırma formatı da XAVC S adıyla tüketici piyasasına sunulmuştur. Bu genişleme 4K içeriğinin tüketici piyasasında büyümesine ivme kazandıracak.

XAVC ve 4K

4K dijital hareket görüntüleme sistemlerinin kullanımı şimdilik, DCI (Digital Cinema Initiative) sinematik sunum standardının sıkıştırılmış JPEG2000 MXF dosyalarıyla 4096 x 2160 @24Fps olarak ayarlandığı dijital sinema alanı ile sınırlıdır. Tarih kendini bir kez daha tekrar etmiş ve çok sayıda tüketici ekranı üreticisi ev eğlencesine yönelik 4K düz panelleri ve projeksiyon sistemlerini pazarlamaya başlamıştır. Karasal 4K yayın hizmetinin başlamasına daha birkaç yıl olsa da çok sayıda kablo/uydu/ağ operatörleri ve içerik sağlayıcılar 4K’nın içerik sağlamada yeni bir iş fırsatı olduğunu düşünmektedir. Dahili yukarı dönüştürme işlemi geniş ekranlarda hat ve piksel yapısının etkilerini azaltacağı veya çoklu HDTV akışları eş zamanlı olarak tam çözünürlükte gösterilebileceği için mevcut HDTV içeriği 4K ekranlardan faydalanabilir. Bugün, çoğu dijital fotoğraf makinesi ve hatta cep telefonlarında bulunanlar bile HDTV’nin üzerinde doğal çözünürlüğe sahiptir. 4K ev paneli bozulmamış kalitede dijital fotoğraf çerçevesi olarak da çalışır.

Şekil 3

XAVC Formatına genel bakış.

AralıkÇözünürlükKare HızıRenkMaks. Bit hızıIntra / Uzun
4K4096x2160
3840x2160
23,98p ila 59,94p4:2:0/8 bit ila 4:4:4/12 bit 960 Mb/snIntra
Uzun
HD2048x1080
1920x1080
1440x1080
1280x720
23,98p ila 59,94p
50i/59,94i
4:2:0/8 bit ila 4:4:4/12 bit440 Mb/snIntra
Uzun
Proxy23,98p ila 59,94p4:2:0/8 bit28 Mb/snUzun

XAVC formatının sunduğu geniş kullanım noktaları yelpazesinden dolayı, 4K görüntüleme bant genişliği GOP yapısına, kare hızına ve renk örneklemesine bağlı olarak 100 Mb/sn’nin altına indirilebilir. Kullanım noktalarının böylesine etkin bir şeklide seçilmesinin ev eğlencesi deneyimini ciddi oranda artırması ve yüksek çözünürlüklü görüntülemenin ön planda olduğu belirli B2B uygulamalarında kullanılması beklenmektedir. Çoğu 4K ev ekranının aktif piksel sayısı 3840 x 2160 ile sınırlı olacak, 1920×1080’in dört katı. (Quad HD veya QFHD) Sinema sunumu standardından farklı olup görüntü düzleminde 4096 piksele sahiptir. XAVC formatı 4096 ve 3840 yatay örnekleme formatlarını kapsar ve XAVC prodüksiyon araçlarının sinema ve televizyon uygulamalarında kullanımına imkan verir. Sony PMW-F55 kamera, kameranın 240 Mb/sn (24P’de) ila 600 Mb/sn (60P’de) arasındaki çalışma noktalarında 4K XAVC Intra kare kaydeder. PWS-4400 sunucu 4K Canlı prodüksiyon platformu için uygun olmasının yanında bu çalışma noktalarını da destekler. 4K için bit hızı, geliştirme sırasında başlıca tartışma konusuydu. 1080i için 100 Mb/sn yayın sektöründe yaygın bir şekilde kullanıldığından dolayı mantıklı bir bit hızı olarak değerlendirildi. Teorik olarak 4K 60p için gereken bit hızını sağlamak amacıyla dört kat çözünürlük ve iki kat kare hızı, sekiz kat daha fazla veri gerektirir. Bunun toplamı 800 Mb/sn eder ancak taramalıya göre aşamalı karede kodlama verimliliği ile veriler %25 azaltılır. Sony, böylesine yüksek bir veri hızını uygun maliyetli ama kompakt bir ortamda güvenli bir şekilde kaydedebilmek için SxS Pro+ bellek kartı ailesini geliştirmiştir. SxS Pro+ bellek kartları SxS kart yuvası olan bütün cihazlarla uyumludur ve 1,3 Gb/sn’ye kadar sürdürülebilir kayıt verisi hızı sağlarlar. PMW-F55, tek bir SxS Pro+ 128 GB bellek kartına 4K/24P’de 50 dakikaya kadar veya 4K/60P’de yaklaşık 20 dakika kayıt yapar.

XAVC, RAW ve ACES iş akışı

Dijital sinema prodüksiyonu topluluğu, filmlerde, dijital kameralarda ve bilgisayarlarda oluşturulan filmlere yönelik ortak görüntü parametrelerini standardize etmektedir. ACES (Akademi Renk Kodlama Sistemi) farklı kaynaklardan görüntüler için ortak bir alan oluşturacak, görüntü düzenleme (renk sınıflandırma) için maksimum payı bırakacak ve farklı araç setleri ve hizmet sağlayıcılar arasında tutarlı bir görünüm sağlayacaktır. Sony, ACES inisiyatifinin aktif bir katılımcısı olup birinci sınıf kameraların ACES iş akışına uyabilmesi için çeşitli IDT’ler (Giriş Cihazı Dönüşümleri) oluşturmuştur. ACES dosyalarının 16 bit yarı kayar bit derinliği birinci sınıf kameraların görüntüleri ve CGI öğelerinden en iyi verimin alınmasını sağlar ve DI (Dijital Arabirim) paketindeki renk sınıflandırması için maksimum esneklik sunar. İşte bu yüzden Sony’nin en yeni kameraları (F65+SR-R4, PMW-F55+AXS-R5, PMW-F5+AXS-R5) kompakt dahili kaydedicilerle 16 bit doğrusal RAW dosyaları kaydedebilmektedir.

Şekil 4

Görüntü dosyası boyut karşılaştırması.

PMW-F5/F55 kameralar kamera RAW dosyalarını AXS-R5 dahili kaydediciyle kaydederken, kamera içindeki SxS kart yuvaları eşzamanlı olarak XAVC dosyalarını HD çözünürlükte kaydeder ve bunlar,Giriş/Çıkış noktaları, ses, zaman kodu ve dosya adlarını da içeren diğer meta verilerin kaydı açısından RAW dosyalarına mükemmel uyar. XAVC dosyaları RAW dosyalarını düzenleme dosyaları olarak tamamlar ve bu da düzenleme sürecinin SxS kartlar kameradan çıkartıldıktan sonra hemen başlamasını sağlar. Kamera RAW dosyalarından oluşturulan görüntülerin renk sınıflandırmasını yapmak veya düzenlemek için ayrıca bir görüntü işleme adımına (genelde De-Bayering veya De-mosaicking denir) ihtiyaç duyulur. Kamera RAW dosyaları gelişmiş post prodüksiyon işleri için zorunlu olan maksimum yaratıcılık özgürlüğünü sağlasa da zaman/bütçe sınırlamaları bulunabilir. 4K XAVC dosyaları kamera RAW dosyalarına uygun maliyetli bir alternatif olarak değerlendirilebilir. Şekil 5’te gösterildiği gibi 4K XAVC dosya boyutu, bugün sıkça kullanılmakta olan HD çözünürlükteki dosyalara benzemektedir. 4K XAVC dosyalarının 4K prodüksiyonun yaygınlaşmasında itici güç olması beklenmektedir.

XAVC ve HDTV

Yeni geliştirilen sıkıştırma algoritmalarının seleflerine göre çok daha etkili oldukları düşünülmektedir. Belli bir görüntü kalitesinin daha az görüntü verisi (veya bit hızı) ile elde edilmesi bakımından bu doğru olsa da modern kodlama şemalarının karmaşıklığının giderek artması ve daha fazla bilgisayara dayalı güç gerektirmesi yapım altyapısını ve ilgili iş akışını bir nesilden sonrakine aktarırken büyük bir zorluk ortaya çıkarmaktadır. Sıkıştırılmış bit akışını çözmek için gereken işleme gücü düzenleme oturumlarında çoklu dosyalar eşzamanlı olarak kullanıldığında oldukça kritiktir.

Şekil 5

Yazılım şifre çözme hızı karşılaştırması.

Bugün, yayın ve televizyon sektörünün büyük çoğunluğu küçük dosya boyutu, yüksek görüntü kalitesi ve bilgisayar gereksinimlerindeki uygun maliyetinden dolayı HDTV prodüksiyonda MPEG2 HD Uzun GOP formatını (50 Mb/sn veya 35 Mb/sn) kullanmaktadır. Haberlerden programlara ve spor olaylarına kadar, 35 ila 50 Mb/sn veri hızı dosya tabanlı HDTV altyapısında etkili bir noktadır. Şekil 6 donanım hızlandırıcılar veya GPU’lar kullanılmadan bilgisayar platformlarında farklı şekilde sıkıştırılmış video akışlarının çözülebileceğini göstermektedir. Yatay ölçek Saniye başına Kareyi gösterir ve MPEG2 50 Mb/sn’nin en hızlısı (veya en etkilisi) olduğu bariz bellidir. Yakın zamanda çok sayıda yayıncı aşağıdaki nedenlerden dolayı ana formatları olarak H.264 formatını kullanmaya başlamıştır.

  • Prime time programından haberlere kadar bütün program dosyalarını ortak ve sektör standardı filmleme makinesinde tek bir codec’te birleştirme
  • MPEG-2’deki 8 bite karşılık 10 bit örnekleme
  • MPEG-2 50 Mb/sn görüntü kalitesi HDCAM gibi mevcut kaset formatlarının yerini almak için yeterli görülmemektedir
  • Depolama alanı, ağ bant genişliği ve işleme gücü, yüksek bit hızındaki çoklu akışları yönetmek bakımından giderek daha az sorun çıkarmaktadır

XAVC Intra, 50p/60p HDTV kullanımını 440 Mb/sn’ye kadar destekler ve mastering kalite formatı (MPEG4 SStP veya HDCAM-SR) ile MPEG2 arasındaki boşluğu dolduracak bir ara seviye olarak değerlendirilebilir. XAVC aynı zamanda HDTV çözünürlükte yüksek kare hızı özelliğine sahip bir taşınabilir video kamera sunmada kritik rol oynar. PMW-F55 tam çözünürlükte 1920×1080 10 bit 4:2:2 görüntüleri saniyede 180 Kare hızla dahili SxS Pro+ bellek kartlarına kaydeder. İki bellek kartı yuvasını 128 GB kartlarla doldurduğunuzda, sürekli kayıt süresi 180 fps’de yaklaşık 40 dakikaya kadar uzar. Geçerli 35-50 Mb/sn akışına uyum sağlamak için dosya boyutunu küçük tutma talebi, 1080-50p/60p kullanım iş akışında bile gündemde olacaktır. Uzun GOP formatının kullanımı, görüntü kalitesini etkilemeden dosya boyutunu küçülttüğü için bu talebe yönelik tercih edilen tekniktir. Aşağıda şekil 6’da gösterildiği üzere, daha fazla hesaplama gerektirse de Uzun GOP 50 Mb/sn ve Intra 100 Mb/sn arasındaki çözme performansı neredeyse eşdeğerdir.

Şekil 6

HDTV Sıkıştırma formatına genel bakış.

XAVC etkinleştirme teknolojisi

Daha fazla bilgi için bizimle iletişime geçin