4K, HDR, HFR: где и как хранить информацию в новых форматах

Как технологии подстраиваются под все увеличивающиеся объемы отснятого материала и почему хранение данных — одна из самых важных сфер развития индустрии...

Технологические тренды выступали и продолжают выступать своеобразными драйверами развития современных вещательных и производственных комплексов в медиаиндустрии. К трендам цифрового виде оконтента сегодняшнего дня можно отнести высокое разрешение изображения, высокую частоту кадров (HFR), высокий динамический диапазон (HDR), широкую цветовую гамму и просто большое число видеокамер. Несложно предположить, что для записи, обработки, распространения и хранения такого «насыщенного» видеоконтента требуются куда более емкие системы хранения данных, а также высокие вычислительные и сетевые ресурсы.
По мнению экспертов, в ближайшие 10 лет крупные производственные комплексы будут оперировать цифровыми медиаданными объемом в сотни петабайт. В этой статье мы исследуем размер и качество видео для спортивного, кинематографического, эпизодического и анимационного контента, а также попробуем вычислить, какой объем данных потребуется для хранения одного часа того или иного вида контента.

Влияние видеокамеры

Профессионалы медиаиндустрии используют высококачественные и дорогостоящие видеокамеры, которые позволяют им снимать видеоконтент в самом высоком разрешении, с лучшими цветами и в самом широком динамическом диапазоне. Как правило, отснятое исходное видео является самым качественным контентом всей технологической цепочки, а потому требует высокую емкость для хранения данных в пересчете на один час съемки. Качество оригинального видео определяется следующими характеристиками камеры.

• Разрешение. Определяется количеством пикселей в изображении. Чем выше количество пикселей, тем больше мелких деталей картины можно увидеть, а следовательно и более захватывающе выглядит вся картина.

• CGI (Computer-Generated Imagery). Анимация и компьютерная CGI-графика, так же, как и видеосъемка, визуализируются в самом высоком разрешении.
• Высокая частота кадров. На сегодняшний день большинство профессиональных камер имеют частоту кадров 120 fps для 4K видео. Влияние частоты кадров на конечный объем видеоданных настолько велик, что в некоторых камерах снижается разрешение картинки ради повышения кадровой частоты.
• Высокий динамический диапазон (HDR). Профессиональные камеры обычно поддерживают технологию HDR, которая позволяет добиться высокой детализации на очень тусклых и очень ярких областях кадра.
• Глубина цвета. Параметр, указывающий количество бит, используемых для указания цвета конкретного пикселя. Высокая битовая глубина цвета увеличивает суммарную емкость каждого видеокадра.
• Цветовая гамма. Параметр, показывающий, насколько широко выражен цветовой диапазон картины. В отличие от глубины цвета, не влияет на конечный объем кадра.
• Компрессия. Ее отсутствие при видеосъемке в несжатом RAW формате в конечном итоге в несколько раз увеличивает размер готового видеофайла в сравнении с использованием компрессии.

Вычисление размера цифрового контента

Рассмотрим несколько простых уравнений, которые можно использовать для расчета необходимого объема хранения одного часа видеоконтента с заданным разрешением.

Современные технологии хранения данных

Цифровой производственный комплекс 

Цифровое хранилище, поддерживающее устаревающие технологии с большим количеством HD-потоков, очень быстро заполняется всего несколькими потоками 4K-контента. Высокая частота кадров в камерах замедленной съемки и многих современных 4K/8K-видеокамерах заполняет это хранилище еще быстрее. В дополнение к высокому разрешению и HDR, необходимость работы с множеством форматов доставки контента является важным требованием, предъявляемым к современным системам хранения данных.
Поскольку современные производственные процессы подразумевают совместную деятельность территориально распределенных сотрудников, в значительной степени возрастает важность удаленного сетевого доступа к хранилищу медиаконтента через сеть Интернет. В связи с этим все большую популярность в сегодняшних медиакомпаниях набирают сетевые и, в особенности, облачные хранилища. На рисунке ниже изображена схема современной станции видеомонтажа, подключенной одновременно к локальному, сетевому и облачному хранилищам.
Схематичное представление профессиональной системы нелинейного видеомонтажа

Твердотельные диски SSD

Этот новый вид накопителей набирает все большую популярность, когда речь идет о задачах монтажа и обработки видео, поскольку обеспечивает высокую производительность, в разы превосходящую традиционные жесткие HDD-диски. Однако из-за их сравнительной дороговизны большинство производственных комплексов архивируют собственный контент на HDD, либо используют гибридные HDD/SSD-хранилища. Твердотельные SSD-диски, предварительно синхронизированные с содержимым HDD-архива, также удобно применять для более быстрой доставки рабочего контента потребителям.

Архивирование

Архивирование контента — важный элемент его долгосрочного хранения и последующей монетизации. Кроме того, регулярное архивирование контента позволяет исключить его устаревание в основном хранилище, рационально использовать производственные мощности и повысить производительность рабочих процессов. Современные цифровые архивы, находящиеся в «облаках» или в центрах обработки данных, как правило, хранят видеоконтент на жестких дисках, магнитных лентах, а иногда и на оптических дисках.

Объектно-ориентированные библиотеки контента

Объектно-ориентированные библиотеки контента являются основой большинства публичных и частных облачных инфраструктур хранения данных. Рисунок ниже демонстрирует, что в ближайшие несколько лет большая часть «облачных» ресурсов будет приходиться именно на нужды хранения и архивирования данных.

Архивация в облачных ресурсах

Цифровые ленты и хранилища

Магнитная лента является, пожалуй, одним из самых доступных средств архивирования цифровых медиаданных. Во-первых, стоимость хранения одного гигабайта данных крайне низка, а во-вторых, магнитная лента не потребляет электроэнергию, стоя на полке. Таким образом, капитальные и операционные расходы на содержание магнитных лент крайне малы.
 
Однако главным ее недостатком является низкая скорость обращения к данным в сравнении с другими технологиями хранения. По этой причине ленточное хранилище целесообразно совмещать с дисковыми или флеш-накопителями, с помощью которых можно было бы кэшировать часто используемый контент. По мере роста архива рано или поздно придется отказаться от съемных внешних накопителей или небольших ленточных библиотек и перейти к использованию защищенного цифрового архива. Этот архив может располагаться как на территории телевизионного комплекса, так и в облачном хранилище, доступном через Интернет.