kino.jpg

Čo je to digitálne kino?

Čo je to "Digitálne kino"?


Kategória: Technozeitung
Zverejnené: 8. 10. 2011 17:10
Napísl: Juraj Hladký


Posledných pár rokov prebieha revolučná zmena v kinách. Porovnateľnou zmenou bolo snáď len ozvučenie filmov. V tomto článku objasním, čo je to digitalizácia kín, aké to má výhody a zápory.
Zatrúbením k digitalizácií bolo uvedenie filmu Avatar. Pre diváka to bolo hlavne o čare 3D projekcie, no v kabínach kín nastali obrovské zmeny.

Čo si predstaviť pod pojmom digitalizácia kín?
Digitalizácia kín znamená nahradenie projektorov pre 35mm pás digitálnymi projektormi a "odhmotnenie" filmu a jeho prepravy. Kvalita digitálneho premietania je zrovnateľná, ak nie lepšia, s premietaním z 35mm. Obraz je celkom bez prachu a škrabancov. Diváci sa nestretnú so žiadnymi známkami mechanického opotrebenia, či sa jedná o prvú alebo dvestú projekciu daného filmu. Jas obrazu je stály a vzhľadom k tomu, že projekčný systém neobsahuje žiadne pohyblivé súčasti, je obraz úplne stabilný. Digitálna technológia umožňuje aj iné druhy projekcie, než filmové, napríklad premietanie športových a hudobných udalosti. V oblasti hudby sú najvýraznejším príkladom priame, satelitné prenosy z Metropolitnej opery v New Yorku.

Na začiatku tisícročia boli prvé európske a aj tuzemské snahy o digitalizáciu. Iniciatíva pochádzala z Francúzska a Nemecka. Zaviedol sa štandard "E-cinema", no nemal veľký úspech. Predovšetkým chýbala ponuka hollywoodskych filmov a ani projekčná technika nebola na dostatočnej technologickej úrovni.

Úspech zaznamenal až štandard D-cinema. D-cinema je systém, ktorý spĺňa špecifikácie asociácie Digital Cinema Initiatives. DCI založená v roku 2002 združuje hlavné americké štúdia Disney, FOX, MGM, Paramount, Sony Pictures Entertaiment, Universal a Warner Bros. Vzhľadom k ekonomickej a strategickej sile členov si nemôže žiadny výrobca dovoliť ignorovať tieto špecifikácie. V roku 2005 vydala DCI prvú špecifikáciu, teda dokument, ktorý presne stanovuje postupy a technológie digitálneho kina ako ekvivalentu 35mm projekcie. DCI špecifikácia (DCSS) je pravidelne aktualizovaná a postupne sa stáva normou, podľa ktorej prebieha celý proces digitalizácie. Kino, ktoré nespĺňa tento štandard, nezíska premiérové hollywoodske tituly.
DCI ako súbor technických charakteristík stanovuje štandardy pre kvalitu 2D a 3D projekcie a postupy, ktoré je nutné dodržať, aby sa zaručila bezpečnosť spôsobov prenosu.

D-cinema
Ako štandardný formát kompresie je zavedený JPEG 2000. Je to norma pre kompresiu založený na vlnovej transformácií. Pri rovnakom kompresnom pomere poskytuje lepšiu kvalitu než starší štandard JPEG. Po zariadeniach je vyžadovaná aj podpora MPEG-2. Minimálne rozlíšenie premietaného obrazu je 2K (2048x1080 obrazových bodov) s frekvenciou 24 obrazov za sekundu. Ďalšie možností sú 4K/24 (4096x2160) a 2K/48. Pre titulky sa používajú normy TI CineCanvas™ a SMPTE 428-7-2007.

Do problematiky zvuku digitalizácia prináša len málo zmien. Definuje možnosť až 7.1 kanálového zvuku, ale používa k tomu už uznávané formáty Dolby Digital a DTS. Pridáva však možnosť nekomprimovaného zvuku v najvyššej kvalite. Hlavnou výhodou digitálneho záznamu je dostupnosť viacerých zvukových stôp v jednom distribučnom balíčku. Tieto stopy sú voliteľné, a tak je možné v kine premietať ten istý film v originálnom znení alebo v dabovanej verzií.

V oblasti bezpečnosti stanovuje presné mechanizmy. A to: kódovanie, systém čítacích znakov, zabezpečenie väzby medzi serverom a projektorom a vodoznak (watermark), ktorý umožňuje odhaliť zdroj prípadného pirátstva.
Dôležitým nástrojom bezpečnosti je tzv. "Key delivery message" (KDM), voľne prekladané ako "licenčný kľúč". Je to malý dátový súbor zasielaný inou cestou ako film, zvyčajne e-mailom. Je generovaný distribútorom pre každý server zvlášť s danými parametrami projekcie (počet projekcií, termín projekcie, čas projekcie). Bez KDM je film neprehrateľný.

KDM síce film odomkne, ale server posiela do projektoru stále zakryptované dáta. Tie sa rozšifrujú až tesne pred obrazovým procesorom, DLP, v zapečatenom "light engine" (súčasť projektoru, kde sa pretvoria dáta na obrazový signál). Tým sa zabezpečí, aby nikto nemohol získať nelegálnu kópiu v digitálnej kvalite.
Každé zdigitalizované kino musí požiadať DCI o schválenie. Je nutné vyplniť podrobný formulár, zaslať ho asociácií a po približne mesiaci je oznámené rozhodnutie. Až po kladnom výsledku môže kino začať odoberať od distribútorov digitálne kópie.

Digitalizáciou sa cesta od finálneho dokončenia diela po premietnutie na plátno zásadne mení. Dokončený film musí existovať na digitálnom nosiči, vznikne zdrojový digitálny master (DSM - digital source master), ktorý nie je komprimovaný. Nasleduje pridanie všetkých zvukových stôp, titulkov a podobne. Táto fáza výroby sa označuje master pre distribúciu (DCDM - digital cinema distribution master). Po zakódovaní, skomprimovaní a pridaní všetkých potrebných súborov vznikne ekvivalent filmovej kópie zvaný DCP - digital cinema package. V tejto podobe je DCP nahraté na distribučný harddisk. V USA je viac rozšírená distribúcia cez satelit alebo vysokorýchlostné pripojenie k internetu.

Distribučné harddisky (viď obr. nižšie) sú štandardne sformátované ako Ext3. Ext3 je súborovým systémom vytvoreným pre operačný systém Linux. Výhodou tohto formátovania je spoľahlivosť zápisu dát vďaka žurnálovaniu. Metadáta aj obsah súborov sú najprv zapísané do tzv. žurnálu, prechodného záznamu. Operácia sa zapíše do súborových systémov. Až po verifikácií jej úspešného dokončenia sa vymažú údaje zo žurnálu. Ten je zväčša realizovaný ako cirkulárny buffer. Táto metóda zápisu je zvolená preto, lebo sa spracúvajú obrovské objemy dát. Súbor s filmom v DCP podobe má bežne medzi 150 až 200 GB.

Vybavenie kina
Vybavením kina sa rozumie server a projektor, prípadne 3D systém. Produkujú ich viaceré firmy a môžu sa navzájom kombinovať. Výnimkou je riešenie od firmy Sony, ktorá ponúka len produkt "všetko v 1".

Server je veľmi výkonný multimediálny počítač s diskovým poľom, zálohovanými zdrojmi a s veľmi kvalitným zabezpečením uloženého obsahu. Server dekomprimuje, prehráva film a zakryptované A/V dáta odosiela do projektoru.
Na diskovom poli je uložený všetok obsah potrebný k premietaniu. Teda nielen samotné filmy, ale aj komerčné reklamy, upútavky, krátke filmy a technické súbory, napr. korigovacie paterny pre jednotlivé filmy. Vzhľadom k dátovej veľkosti súborov je diskové pole patrične veľké, napríklad Dolby Show Store (model DSS 100) obsahuje 4 harddisky s celkovou kapacitou 1300 GB. Riziko straty dát spôsobené zlyhaním disku je potlačené použitím metódy RAID 5. Je to spôsob zabezpečenia dát realizovaný špecifickým ukladaním dát na viac nezávislých diskov, kde sú uložené dáta zachované i pri zlyhaní niektorého z nich. Novší model Dolby DSS200 už spája server a diskové pole do jedného prístroja.

Distribučný harddisk je možné pripojiť k serveru dvoma spôsobmi.
USB port je univerzálnym spôsobom prepojenia, pretože niektoré servery nemajú dokovaciu zásuvku pre SAS/SATA. DCP harddisk je nutné v tomto prípade napájať externým adaptérom. Takéto spojenie nie je veľmi praktické, pretože v serveroch je štandardne USB 2.0 port. V tejto verzií je maximálna prenosová rýchlosť 480 Mbit/s. Preto skopírovanie filmu a verifikácia procesu trvá relatívne dlho, v závislosti od dátovej veľkosti cca 3 - 5 hodín.
 
Cez rozhranie SAS/SATA. DCP HDD je uložené v púzdre (podoba a rozmery určená normou DCI), takže sa dá zasunúť do docku v servere a pripojiť cez konektory zabudované v púzdre pomocou SAS/SATA rozhrania. To má dátovú priepustnosť až 3Gb/s.
V prípade Dolby sa server ovláda pomocou Softvéru "Dolby Show Manager", napísanom v Jave. Vyznačuje sa jednoduchým ovládaním "drag and drop", umožňuje monitoring a ovládanie projekcií, vytváranie playlistov zložených z reklám, ukážok, technických značiek (pokyny na ovládanie hlasitosti, zapálenie výbojky a pod.) a samotného filmu. Takisto sa dá jednoducho prehliadať a manažovať obsah diskového poľa a nastavovať rôzne technické špecifikácie premietania. Servery je možné zosietovať. Ak sa Dolby Show Manager nainštaluje do počítača pripojeného do tejto siete, je potom možné ovládať z jedného miesta všetky projektory daného kina alebo dokonca aj kín viacerých. Obdobne má vyriešené ovládanie aj konkurencia.
Konkurenciou pre Dolby servery sú v našom regióne produkty značiek DOREMI (svetovo najrozšírenejšie riešenie), Sony, Qube a XDC. Na globálnom trhu ich doplňujú firmy Kodak, GDC, Avica a QuVIS.

Princíp fungovania DLP čipu (viď obr. nižšie)
Srdcom každého projektoru je obrazový čip, zväčša DLP čip od firmy Texas Instruments. Ich riešenie je komerčne najúspešnejšie.
Obrazové súbory sú zaslané do troch optických polovodičov nazývaných Digital Micromirror Devices (DMD, v preklade digitálne mikrozrkadlové prístroje). Každý z týchto čipov má na starosti jednu zo základných farieb - červenú, zelenú a modrú. DMD čip obsahuje obdĺžnikové pole (uhlopriečka 1,2") s viac ako miliónom mikroskopických zrkadiel. Každé z nich meria 13,7 mikrometra.

Svetlo z lampy projektoru je odrážané od zrkadielok a je kombinované v rôznych pomeroch troch farieb podľa dát z obrazového signálu a vytvára tak pole s rôzne farebnými pixelmi v podobe premietaného obrazu.
DMD zrkadlá sú nakláňané k alebo od zdroja svetla tisíckrát za sekundu, aby odrážali svetlo na plátno. Každé zo zrkadiel funguje ako svetelný vypínač, ktorý je extrémnou rýchlosťou rozsvecovaný alebo zhasínaný. Spolu premietnu dej na plátno s dokonalou čistotou a s rozsahom viac než 35 triliónov farieb.

Iba traja výrobcovia projektorov sú licencovaní na ich využitie, a to:
Christie Digital Systems (tradičný americký výrobca kinotechniky)
Barco (líder na trhu EÚ a Ázie, svoje "light enginy" predáva ďalej, napr. firme KINOTON)
NEC (nováčik na kinotrhu)

Sony si vyvinulo vlastný čip SXRD s vysokým rozlíšením 4K, postavený na technológií LCOS (Liquid Crystal on Silicon) montovaný do projektoru Sony CineAlta 4K. Tento čip funguje na rovnakom princípe, ako čipy DLP a D-ILA, no v tomto prípade sú pixely ešte menšie a merajú iba 8,5 mikrometra, čo je polovičná veľkosť pixelov na DMD čipe.
Aj iní výrobcovia vyvíjajú vlastné technológie. Napr. JVC pracuje na technológií D-ILA - Digital Image Light Amplification. Podobne ako DPL čipy firmy Texas Instruments pracuje tento čip s odrazom svetla. V tomto prípade však obraz nie je vytváraný mikroskopickými zrkadlami, ale panelom vyrobeným z reflexného tekutého kryštálu, na ktorom má každý z pixelov rozmer 12,9 mikrometra. Prúd svetla z lampy projektoru dopadá na povrch tohto panelu, ktorý obraz odráža cez sústavu hranolov. Projektor určený pre premietanie obrazu vo veľkom formáte vyžaduje tri čipy D-ILA.
Zdrojom svetla sú rovnako ako u klasických projektorov xenónové výbojky. Požadovaná hodnota jasu odrazeného bieleho svetla od plátna je 14 feet Lambertov, v 35mm to je 16 fL. Jedná sa o jednotku logaritmickú, teda 7 fL nepredstavuje polovičnú svietivosť, ale sotva tretinovú. V závislosti od veľkosti plochy premietacieho plátna a technických možností projektoru sa montujú výbojky od 1 kW až po 7 kW, s odberom el. prúdu od 65 A po 170 ampérov.

3D projekcia
Najvýraznejším faktorom, ktorý naštartoval digitalizáciu v našom regióne, je 3D projekcia. Míľnikom bolo uvedenie filmu "Avatar". 3D projekcia umožňuje vidieť natočené scény nie plocho, ale v ich celej hĺbke. Pre jej vytvorenie sú nutné dva obrazy, jeden pre pravé oko, druhý pre ľavé. Oba sú naraz premietnuté na plátno, no špeciálne okuliare prepustia do daného oka iba správny obraz. V mozgu diváka sa tieto mierne odlišné obrazy spoja do jedného stereoskopického pohľadu. O tento efekt sa starajú 3D systémy, nainštalované a prepojené s projektormi. Z ekonomických dôvodov sú navrhnuté tak, aby oba obrazy premietal len jeden projektor. Riešenie problému "jeden projektor - dva obrazy" sa odborne nazýva "Triple Flash". Pre 3D digitálnu projekciu je nutné, aby každé oko dostalo v čo najkratšej dobe, optimálne súčasne, správny podobraz. Klasická projekcia má frekvenciu 24 obrázkov za sekundu. Pre 3D je teda potrebné, aby čip vedel zobraziť minimálne 48 obrázkov za sekundu. To znamená premietnutie striedavo 24 obrázkov pre ľavé oko a 24 pre pravé behom sekundy. Najnovšie DMD umožňujú projekciu až 144 okien za sekundu, teda trikrát toľko, preto Triple Flash.

Sú štyri komerčné systémy pracujúce s DMD čipmi, ako dosiahnuť 3D efekt. Tri z nich pracujú, každý trochu inak, s polarizáciou svetla. Na trhu sú pod týmito obchodnými značkami:
RealD - polarizačný filtrový systém s aktívným polarizačným filtrom. Aktívny polarizačný filter je umiestnený pred objektívom projektoru. Ten polarizuje stereoskopické podobrazy. Pasívne sklíčka okuliarov prepustia len ten správny obraz. Bežné matné plátno neutralizuje túto polarizáciu, preto je nutná jeho výmena za strieborné. To vylučuje možnosť klasickej 35mm projekcie na takomto sále.

Schéma RealD (viď obr. nižšie)
 
Masterimage - polarizačný filtrový systém s polarizačným filtrovým diskom. Každý z dvoch podobrazov je inak polarizovaný rotujúcim polarizačným filtrom umiestneným pred objektív projektoru. Systém doplňujú vhodné pasívne okuliare. Takisto je nutná výmena plátna za strieborné.

Schéma Masterimage (viď obr. nižšie)
 
Dolby - systém s filtrovým diskom. Rotujúci filter integrovaný v projektore mierne posúva spektrálne pozície svetelných vĺn každého podobrazu. Filter sklíčka okuliarov je naladený na daný výsledný farebný posun, takže každé oko môže vnímať len jednu z dvoch projekcií. Výmena plátna nie je nutná.

Schéma Dolby (viď obr. nižšie)

XpanD - systém s clonami na sklíčkach okuliarov. Nepracuje s polarizáciou svetla. Na projektor je pripojený synchronizačný box, ktorý dáva signál do sálu, či sa v danej chvíli premieta obraz pre ľavé alebo pravé oko. Signál je šírený infračerveným svetlom. Synchronizácia slúži k nastaveniu aktívnej clony z LCD kryštálov na sklíčkach okuliarov. Clony sa striedavo zatmievajú, takže ak je premietaný obraz pre ľavé oko, pravé sklíčko sa stane nepriehľadným, a naopak. Nie je nutná výmena plátna. Nedávno sa na trhu objavil nový 3D systém "Eyes3shut 3D system". Pracuje na rovnakom princípe ako XpanD, ale má väčšiu svetelnú efektivitu.

Schéma XpanD (viď obr. nižšie)

Každý zo systémov má svoje pre a proti. Výhodou pasívnych okuliarov je ich vyššia životnosť a menšie náklady na zakúpenie a prevádzku. Ďalším faktorom pri hodnotení sú svetelné straty. Svetlo je pohlcované polarizačnými filtrami, plátnom a okuliarmi. Pri klasickom plátne je nutné použiť silnejšiu lampu. Tie sú drahšie nielen nákupnou cenou, ale aj svojou spotrebou a kratšou životnosťou. Nevýhodou strieborného, vysoko odrazivého plátna ale je, že svetlo málo rozptyľuje a odráža ho kolmo pred seba. Divák potom vidí tzv. "efekt hot-spot". T. j. z jeho pohľadu svetlo odrazené priamo na neho vytvára jasný kruh a zvyšok plochy plátna je výrazne tmavší.
 
Sony nevyužíva princíp Triple Flash, ale premieta oba obrazy súčasne. Čip SXRD s rozlíšením 4K zobrazí oba obrázky naraz v rozlíšení 2K, špeciálny objektív ich spolarizuje a premietne na plátno. Pasívne okuliare vyfiltrujú obraz pre každé oko zvlášť.

3D systém Sony (viď obr. nižšie)

Záver
Napriek vysokým počiatočným nákladom ponúka digitalizácia podstatne nižšie náklady predovšetkým na strane štúdií a distribútorov, a aj na strane prevádzkovateľov kín. 2D premietanie poskytuje divákovi stabilnejší, ostrejší obraz oproti klasickej technológií. Veľký divácky úspech zaznamenala 3D projekcia. Hollywoodské štúdia zachytili tento trend a ponúkajú dostatok titulov. Digitálna projekcia na komerčnom poli plne vytlačí premietanie z 35 mm pásu. Na rok 2012 ohlasujú českí distribútori ukončenie distribúcie komerčných titulov takýchto kópií.

V blízkej budúcnosti sa očakáva ako najbežnejšie rozlíšenie 4K, a to aj pri 3D projekciách. Pracuje sa ešte na vyššom rozlíšení a na používaní dát v nekomprimovanej podobe vo formáte RAW. Hlavným mantinelom je nedostatočná výpočtová kapacita cenovo akceptovateľných počítačových procesorov.

Tento článok sa nevenuje financovaniu digitalizácie a ekonomike prevádzky. Náklady sú ale vysoké. Len pre ilustráciu, digitalizácia jedného sálu vrátane 3D systému výjde na cca 3,5 milióna Kč. 6,5 kW výbojka stojí cca 2000€ s deklarovanou životnosťou 500 - 600 hodín. Otázkou je aj celková životnosť prístrojov, predovšetkým obrazových čipov, ktoré sú veľmi drahou položkou. Klasické 35 mm projektory sa bežne používajú aj tridsať ročné (samozrejme, udržiavané a priebežne modernizované), teda sa stihnú mnohokrát zaplatiť. Na otázku životnosti a nákladov na servis z dlhodobého hľadiska nie je známa jasná odpoveď.
DCP Harddisk
DCP Harddisk
DLP čip
DLP čip
3D schéma RealD
3D schéma RealD
3D schéma Masterimage
3D schéma Masterimage
3D schéma Dolby
3D schéma Dolby
3D schéma XpanD - nainštalovaný v Kine Záhoran
3D schéma XpanD - nainštalovaný v Kine Záhoran
3D schéma Sony
3D schéma Sony

pripravujeme...

pbd_banner.jpg
Kino ZÁHORAN prevádzkuje Mestské centrum kultúry v Malackách
Name
Email
Comment
Or visit this link or this one