náhled|Digitální videokamera Sony Digitální video je elektronická reprezentace pohyblivého obrazu (videa) ve formě zakódovaných digitálních dat. Tím se liší od analogového videa, které reprezentuje pohyblivý obraz analogovým signálem. Digitální video se sklává z řady digitálních obrazů zobrazovaných ve velmi rychlém sledu, obvykle 24, 25, 30 nebo 60 snímků za sekundu. Digitální video má mnoho výhod oproti analogovému, jako je např. možnost snadného kopírování, multicastingu, sdílení a ukládání.
Komerčně bylo digitální video představeno v roce 1986 formátem Sony D1, který zaznamenával nekomprimovaný signál komponentního videa ve standardním rozlišení (576, resp. 486 (NTSC), řádků po 720 bodech) v digitálním tvaru. Později se místo nekomprimovaných formátů začaly používat komprimované digitální formáty videa jako je MPEG-2, H.264 a AV1. K rozhraním pro přehrávání digitálního videa patří HDMI, DisplayPort, DVI a Serial digital interface (SDI).
Digitální video lze kopírovat a reprodukovat bez snížení kvality. Naproti tomu opakované kopírování analogového záznamu způsobuje zhoršování jeho kvality. Digitální video lze ukládat na digitální media, např. disky Blu-ray, do elektronické paměti nebo streamovat přes Internet koncovým uživatelům, kteří mohou obsah sledovat na obrazovce osobního počítače nebo mobilního zařízení nebo na chytrém televizoru. Televizní pořady a filmy šířené jako digitální video obsahují také digitální zvukovou stopu.
Historie
Kamery
Základem digitálních videokamer jsou obrazové snímače vyráběné technologií MOSFET. První praktický polovodičový snímač obrazu, Charge-coupled device (CCD), vynalezl v roce 1969 Willard S. Boyle, který za svou práci získal Nobelovu cenu za fyziku. S komerční dostupností CCD senzorů od konce 70. let 20. století začal zábavní průmysl v následujících dvou desetiletích pomalu přecházet z analogového videa na digitální zobrazování a digitální video. Místo CCD se začaly používat CMOS APS snímače vyvinuté v 90. letech 20. století.
V roce 2013 bylo poprvé natočeno více velkých filmů na digitální video než na filmový materiál. V roce 2016 tento podíl překonal 90 %. V roce 2017 bylo 92 % filmů natočeno digitálně, a v roce 2018 bylo na 35mm kinofilm natočeno pouze 24 filmů této kategorie. Moderní kamery vyráběné společnostmi Sony, Panasonic Corporation, JVC a nabízejí řadu možností pro snímání videa ve vysokém rozlišení. Na špičce trhu se objevily kamery zaměřené speciálně na trh digitálních filmů. Tyto kamery od společností Sony, Vision Research, Arri, Blackmagic Design, Panavision, Grass Valley a Red Digital Cinema Camera Company nabízejí rozlišení a dynamický rozsah, který převyšuje rozlišení a dynamický rozsah tradičních videokamer určených pro televizní vysílání. náhled|Digitální kamery Betacam představila společnosti Sony v roce 1986
Kódování
V 70. letech 20. století se díky pulzně-kódové modulaci (PCM) zrodilo digitální kódování videa, které vyžadovalo vysoké přenosové rychlosti 45-140 Mbit/s pro video ve standardním rozlišení (SD). V 80. letech 20. století se standardem pro kompresi digitálního videa stala diskrétní kosinová transformace (DCT).
H.120 byl první standardem pro kódování digitálního videa vytvořený Mezinárodním telegrafním a telefonním poradním výborem (CCITT) (nyní ITU-T) v roce 1984. H.120 byl založen na kompresi využívající diferenciální pulzně-kódovanou modulaci (DPCM), a v praxi se neosvědčil kvůli nízké efektivitě kódování. Koncem 80. let 20. století začala řada společností experimentovat s DCT, mnohem efektivnější metodou komprese videa. Výbor CCITT obdržel 14 návrhů na kompresi videa založené na DCT a jeden návrh založený na vektorovém kvantování (VQ). Na základě DCT komprese byla vyvinuta norma H.261, která se stala prvním praktickým standardem pro kódování videa. Od standardu H.261 byla DCT komprese převzata všemi následujícími významnými standardy pro kódování videa.
V roce 1991 byl zveřejněn formát MPEG-1 vyvinutý skupinou Motion Picture Experts Group (MPEG), který byl navržen pro kompresi videa v kvalitě VHS. V roce 1994 byl představen formát MPEG-2/H.262, který se stal standardním videoformátem pro DVD a digitální televizi ve standardním rozlišení. V roce 1999 byl následován MPEG-4, a v roce 2003 formátem H.264/MPEG-4 AVC, který se stal nejpoužívanějším standardem pro kódování videa.
V roce 2013 byl představen nový komprimovaný videoformát HEVC (H.265). Zatímco AVC používá celočíselnou DCT s velikostí bloku 4x4 nebo 8x8, HEVC používá celočíselnou DCT a DST transformace s proměnnou velikostí bloku od 4x4 do 32x32. HEVC je patentovaný, přičemž většinu patentů vlastní Samsung Elektronics, GE, NTT a JVC Kenwood. Je aktuálně je konfrontován s formátem AV1, jehož cílem je vytvořit volně licencovaný formát. V roce 2019 byl AVC daleko nejpoužívanější formát pro záznam, komprimaci a distribuci videoobsahu, používaný 91 % vývojářů videa. Následuje HEVC, který používá 43 % vývojářů.
Produkce Zařízení pro video produkci, která vnitřně používala digitální zpracování byla představována od konce 70. let do začátku 80. let 20. století. Patřily k nim korektory časové základny () a jednotek digitálních video efektů (DVE). Tato zařízení čtou standardní analogový vstup kompozitního videa a interně jej digitalizují. To usnadňovalo korekci nebo vylepšení video signálu, jako v případě TBC, nebo manipulaci a přidávání efektů do videa, v případě jednotek DVE. Digitalizované a zpracované videoinformace se pak na výstupu konvertovaly zpět na standardní analogové video.
Později v 70. letech 20. století výrobci profesionálních zařízení pro videopřenosy, např. Bosch (ve své divizi Fernseh) a Ampex, vyvinuli ve svých výzkumných a vývojových laboratořích prototypy digitálních páskových videorekordérů (VTR). Přístroje společnosti Bosch používaly upravený transportní systém pro jednopalcové videopásky typu B a zaznamenávali ranou formu digitálního videa podle CCIR 601. Prototyp digitálního videorekordéru společnosti Ampex používal upravený dvoupalcový kvadruplexní videorekordér VTR (Ampex AVR-3) vybavený vlastní digitální elektronikou a speciální osmihlavou rotační jednotku octaplex. Stejně jako u standardního 2“ kvadruplexní stroje se na prototypu digitálního stroje Ampex, vývojáři přezdívaného Annie, se zvuk stále zaznamenával analogově jako lineární stopa na pásku. Žádný z těchto strojů nebyl komerčně prodáván.
Komerčně bylo digitální video představeno v roce 1986 v podobě formátu Sony D1, který digitálně zaznamenával nekomprimovaný komponentní videosignál ve standardní rozlišením. Komponentní video používá 3 kabely, ale většina televizních přístrojů pro kompozitní NTSC nebo PAL video používala jen jeden kabel. Kvůli této nekompatibilitě byl rekordér D1 používán především velkými televizními sítěmi a jinými studii, která byla schopná zpracovávat komponentní video. náhled|Vybavení profesionálního televizního studia v Chile V roce 1988 společnosti Sony a Ampex společně vyvinuly a vydaly formát D2 digitálních videokazet, který zaznamenával video digitálně bez komprese ve formátu ITU-601 podobně jako D1. D2 kódoval video v kompozitní formě podle standardu NTSC, a vyžadoval tak pouze jednokabelové připojení kompozitního videa do videorekordéru D2 a zpět. Díky tomu se dokonale hodil pro většinu tehdejších televizních zařízení. Formát D2 byl úspěšným formátem v odvětví televizního vysílání od konce 80. let po 90. léta 20. století. D2 byl v té době také hojně používán jako hlavní formát pásky pro mastering laserových disků. D1 & D2 byly nakonec nahrazeny levnějšími systémy využívajícími kompresi videa, především digitálním Betacamem společnosti Sony, které byly zavedeny do televizních studií. Dalšími příklady digitálních videoformátů využívajících kompresi byly DCT splečnosti Ampex (první který ji použil při uvedení v roce 1992), průmyslový standard DV a MiniDV a jeho profesionální varianty, DVCAM společnosti Sony a DVCPRO společnosti Panasonic a Betacam SX, levnější varianta Digital Betacam využívající kompresi MPEG-2. náhled|sony logo, creátor of Betacam Jedním z prvních produktů pro digitální video pro osobní počítače byl program PACo: PICS Animation Compiler společnosti The Company of Science & Art z Providence, RI. Byl vyvíjen od roku 1990 a dodáván od května 1991. PACo umožňovalo streamovat video neomezené délky se synchronizovaným zvukem z jediného souboru (s příponou .CAV) z CD-ROM. Pro jeho vytvoření byl potřebný počítač MacIntosh, přehrávání bylo možné na počítačích MacIntosh, PC, a Sun SPARCstation.
V červnu 1991 byl vydán QuickTime, multimediální framework společnosti Apple Computer. Následovalo Audio Video Interleave společnosti Microsoft v roce 1992. První zákaznické nástroje pro vytváření obsahu byly primitivní, vyžadovaly digitalizaci analogového videa do formátu čitelného počítačem. První programy poskytovaly nízkou kvalitu, ale ta se rychle zlepšovala se zaváděním formátů MPEG-1 a MPEG-2 (upraveného pro televizní vysílání a DVD) a pásků DV, které umožňovaly přenášet záznamy přímo ve formě digitálních videosouborů pomocí portu FireWire pro úpravu v počítači. Tím se proces zjednodušil a umožnil použití levných systémů pro nelineární editaci videa (NLE) na stolních počítačích, aniž by bylo potřebné externí zařízení pro přehrávání nebo záznam.
Rozšíření digitálního videa a doprovodných kompresních formátů snížilo šířku pásma potřebnou pro videosignál s vysokým rozlišením (HDV a AVCHD a několik profesionálních formátů, jako je XDCAM, využívají menší šířku pásma než analogový signál se standardním rozlišením). Díky těmto úsporám se zvýšil počet kanálů dostupných v kabelové televizi a systémech přímého satelitního vysílání, vytvořily se příležitosti pro přerozdělení spektra frekvencí pozemního televizního vysílání a umožnily se mimo jiné inovace a zefektivnění bezkazetových videokamer založených na paměti flash.
Kultura Z kulturního hlediska umožnilo digitální video širokou dostupnost a popularitu videa a filmu, což je přínosné pro zábavu, vzdělávání a výzkum. Digitální video je stále běžnější ve školách, kde se studenti a učitelé zajímají o to, jak je vhodně používat. Digitální video má také využití ve zdravotnictví, kde mimo jiné umožňuje lékařům sledovat srdeční tep a hladinu kyslíku u kojenců.
Kromě toho přechod z analogového na digitální video ovlivnil média různými způsoby, například v tom, jak podniky používají kamery pro dohled. Uzavřené televizní okruhy (CCTV) přešly na používání digitálních videorekordérů (DVR), čímž vyřešily problém, jak ukládat záznamy pro shromažďování důkazů. Digitální video je možné komprimovat, aby se ušetřil úložný prostor.
Digitální televize Digitální televize (DTV) je produkce a přenos digitálního videa spotřebitelům. Tato technika používá digitální kódování místo dříve používaných analogových signálů. V porovnání s analogovými metodami je DTV rychlejší a poskytuje více možností pro zpracování, přenos a sdílení dat.
Počátky digitální televize jsou spjaty s dostupností poměrně levných, vysoce výkonných počítačů, které jsou dostupné až od 90. let 20. století. Významným faktorem byl nástup vysoce efektivních formátů pro kompresi videa, bez nichž bylo ukládání a přenos nekomprimovaného videa velmi náročné a vyžadovalo datový tok přibližně 200Mbit/s pro signál ve standardním rozlišení (SDTV), a přes/nad 1Gbit/s pro High-definition television (HDTV).
Úvod Digitální video se skládá z řady digitálních obrazů zobrazovaných ve velmi rychlém sledu. V kontextu videa se tyto obrazy nazývají snímky. Rychlost, s jakou jsou snímky zobrazovány se nazývá snímková frekvence a měří se ve snímcích za sekundu. Každý snímek je digitální obraz, který se skládá z pixelů. Barva pixelu je reprezentována pevným počtem bitů dané barvy, ve kterých je uložena informace o barvě v rámci obrazu. Například osmibitový kanál umožňuje rozlišit 256 úrovní na kanál, desetibitový 1024 úrovní. Čím více bitů, tím jemnější rozdíly barev je možné reprodukovat (tzv. barevná nebo bitová hloubka videa).