Попередня лекція

Лекція 02. Бітрейт. Субдискретизація кольору. Raw. Формати для кіно. Підсумок по форматам.

Сумніших оповідей не знайдете,
Ніж про любов до хибного формату.

Бітрейт (VBR CBR).

Бітрейт – це кількість інформації на секунду. Для відео – кількість інформації яку треба прочитати або записати в секунду для відтворення зображення та звуку. Вимірюється у бітах (не байтах!) Співвідношення між десятичними та двоїчними цифрами:

Обраховується бітрейт як:
об’єм памяті на точку Х висоту кадру в точках Х ширину кадру в точках Х кількість кадрів на секунду = бітрейт.

Якщо розділити розмір файла на його хронометраж, можна отримати бітрейт. Некомпресоване відео має максимальний бітрейт. В ньому кожен кадр одного і того ж розміру.
Якщо використовуєтсья компресія без втрат, то розмір (об’єм пам’яті) всіх кадрів різний! Але ви не можете його регулювати, як зображення зпакувалося, так і буде.
Якщо використовується компресія з втратами, то ви можете регулювати розмір кадру, відповідно регулюючи якість.

Ось приклад на компресії з втратами:

Регулювати бітрейт (у компресіях з втратами!) можна двома методами: 1. задати максимлаьний бітрейт, якість буде різна, вона буде підбиратися щоб усі файли були відповідного розміру. 2. задати якість, при цьому розмір кадру буде різним.
Перший метод називається CBR – Constant bit rate (постійний бітрейт). Другий – VBR – Variable bit rate (змінний бітрейт). 
Як правило при застосуванні VBR бітрейт задаються три параметри: 1. мінімальний бітрейт 2. бажаний бітрейт 3. максимальний бітрейт
Пакування у VBR може відбуватися у два проходи.
Під час першого кодер оцінює характер кадрів, щоб виділити мінімум бітрейту на прості зображення і максимум на складні. Під час другого проходу відбувається пакування. При цьому результат, як правило кращий за CBR, або однопрохідне VBR, але займає відвічі більше часу.
Більшість кодерів, окрім цього, мають параметр якості пакування (Quality), який не має ніякого відношення до вищерозглянутого, але лише означає складність алгоритму пакування, і відповідно гірші чи кращі результати незалежно від бітрейту.

Субдискретизація кольору.

Окрім методів відеокомпресії, які обговорювались раніше, і застосовуються у відеофайлах, існує інший метод зменьшити об’єм пам’яті, який займає зображення, це субдискретизація кольору.
Він також впливає на якість, але працює за іншим принципом.
Старі відеоінженери називають його “аналоговою компресією” відео, але ця назва не є офіційною.
   Ця компресія називається “аналоговою”, тому що з’явилася в часи коли цифрових камер ще не було. Сьогодні ця назва не зовсім відповідає дійсності, адже зараз ця компресія виконується цифровими методами, тим не менше термін ще вживаний.

Як вже говорилося, ми обробляєм відео представлене трьома каналами, RGB.

Але існує і система трьох каналів YCrCb, інколи вона підписуєтсья YUV.

Вважається, що чорно-біла частина зображення має бути найбільш збереженою. І в такій системі можливе нехтування частиною інформації про колір зображення.

Позначається це так: 4:4:4, чи 4:2:2 чи іншим набором цифр. Кожна цифра стосується одного з каналів в якому зберігається зображення. Цифри означають пропорцію, в якій роздільна здатність кольорових каналів співвідноситься з роздільною здатністю каналу яркості.

Фактично викидається частина точок кольорових каналів:

Ось інша ілюстрація цього принципу

За рахунок цього, кольоровий канал стає меньше, і “розтягується” до повногно розміру зображення, подібно до того як це відбуваєтсья із зображеннями з неквадратним розміром точки:

Вищенаведені цифри стосуються зображення що має три канали. Якщо до цього додається альфа-канал, додається ще одна цифра.

Наприклад Apple ProRes 4444. Таким чином тільки 4:4:4 це справді якісне зображення, таке, яким воно потрапляє на матрицю камери. Подбіний підхід часто створює брак більший, ніж спрощення зображень при відеокомпресії. Наприклад:

Зображення з артифактами компресії типу JPEG.

  Зображення пошкоджене “аналоговою компресією”.

 У наступному прикладі білий колір “залазить” на червоний у 420 зображенні, формуючи контур:

У наступному прикладі червоний колір з’їдаєтсья через субдискретизацію:

Ось перелік розповсюджених форматів та значення компресії  для них: 4:2:2     AVC-Intra 100       DVCPRO50 and DVCPRO HD           ProRes (HQ, 422, LT, and Proxy)     XDCAM HD422     Canon MXF HD422 4:1:1     DVCPRO (NTSC та PAL)     NTSC DV та DVCAM     D-7 4:2:0     PAL DV та DVCAM     HDV     AVCHD та AVC-Intra 50     Apple Intermediate Codec     MJPEG     VC-1 Таким чином використовуючи ці формати ви також наражаєтесь на відповідні втрати.

 Raw.

При зйомках на професійні відеокамери більшість з них пропонують опцію запису у формат  Raw. Це це таке? Дослівно це “сирий” – необроблений формат, який зберігає максимально можливу якість. Користуючиись ним можна витягнути свтілі чи темні зони змінити кольоровий баланс, і навіть, в окремих випадках, поправити фокус. Але для кожного виробника та для кожної камери він має свої особливості.
Наприклад:
R3D – це контейнер для камер RED.

В залежності від камери він має свої особливості, але загалом:

1. немає субдискретизації кольору
2. використовуєтсья своя дуже ефективна компресія з втратами на основі JPEG2000.
3. глибина кольору 10 або 12 біт.
4. зберігає 4 кольорових канали,  червоний, синій, та два зелених.

Загалом Raw за визначенням не призначалися для монтажу бо займають багато місця, і повільно відтворюються бо поребують обробки перед виводом на екран.
За задумом авторів, їм треба було провести колорокорецію, потім ексопртувати в щоьс накшталт Apple Prores, і вже тоді монтувати.
Але це було доволі незручно, бо багато режисерів не могли визначитись з вимогами до корекції кольору до заврешення монтажу.

Зараз, більішсть монтажних програм дозволяє їх монтувати напряму без конверсії.

Деякі з них використовують компресії, деякі ні.


Буває, що старі Raw формати трохи програють за якісттю сучасним 10-бітним не-Raw форматам.

Формати для кіно.

Існує пара форматів призначених для роботи з кіно. Один з них – робочий, в який скануєтсья кіноплівка, та в який можна експортувати проміжні обробки. Інший – результат, формат для показу кіно з цифрових проекторів.
DPX – це формат в який сканують кіноплівку.  Має дуже широкий вибір характеристик, може зберігати RGB, YUV, RGBA, один чорно-білий канал, або інші набори каналів. Має глибину каналу 1,8,10,12,16,32,64. Не використовує компресію. Кожен кадр зберігаєтсья в окремому файлі. Розміри по горизонталі та вертикалі до 8К.
DCP – формат цифрового кіно. Програється на цифрових кіноплейєрах. Має ключі, які дозволяють здавати час і кількість відтворювань. Загальні характеристики:
Вміст зображення може зберігатися як один або декілька фрагментів. Компресія – JPEG 2000.

    Підтримувана частотна кадрів:
        SMPTE (JPEG 2000)
            24, 25, 30, 48, 50 та 60 кадрів на секунду в 2K
            24, 25 і 30 кадрів в секунду при 4K
            24 та 48 кадрів в секунду в 2K стереоскопічний
        MXF Interop (JPEG 2000) – застарілий
         24 та 48 кадрів в секунду в 2K (MXF Interop може кодувати з 25 кадрів/с, але підтримка не гарантована)
            24 кадрів в секунду в 4K
            24 кадрів в секунду в 2K стереоскопічний
    Максимальні розміри кадру становлять 2048 × 1080 для 2К та 4096 × 2160 для 4К .  Варіанти:
        SMPTE (JPEG 2000)
            Flat (1998 × 1080 або 3996 × 2160), співвідношення сторін = 1,85: 1
            Scope (2048 × 858 або 4096 × 1716), співвідношення сторін ~ 2,39: 1
            HDTV (1920 × 1080 або 3840 × 2160), співвідношення сторін 16: 9 (~ 1,78: 1) (підтримка не гарантована).
            Full (2048 × 1080 або 4096 × 2160) (співвідношення сторін ~ 1,9: 1. Не широко прийнято в кінотеатрах.)
    12 біт на піксель (всього 36 біт)
    Канали XYZ
   Максимальний бітрейт – 250 Мбіт / с (1,3 Мбіт на кадр при 24 кадрах в секунду)
В DCP можна записати будь-який проект, не обов’язково виконаний в DPX. Часто знімають на цифрові камери, потім виводять в  DCP.

Підсумок по форматам.

Форматів у кіно та телевиробництві дуже багато. Ось далеко неповна таблиця:
https://en.wikipedia.org/wiki/Comparison_of_graphics_file_formats
Що принципово пам’ятати:
Найкращі формати ті, які не використовують компресію з втратами, субдискретизацію кольору, та мають набільшу глибиину бітів на канал.
Працюючи з камерою, ви обмежені вибором тих форматів, які пропонує камера. Коли ви вільні, маєте обирати для роботи формат який краще за все збереже якість.
Якщо маєте колір більше ніж 8 бітів на канал, то треба використовувати 16-бітні формати (10, або 12 біт підтримують як правило лише Raw формати в які ви писати не зможе, хоча бувають виключення).
Якщо камера знімала не в 444, а наприклад в 422, то для проміжної роботи з матеріалом все одно треба використовувати 444, або RGB формат.
І головне:
Кожен раз при застосуванні компресії з втратами, або субдискретизації кольору, зображення черговий раз спрощується.
Наприклад, якщо ви знімали на фотоапарат який пише 422, h264, зображення вже спрощено в камері. При монтажі його у форматі AVI чи MOV без компресії (Uncompressed), воно буде другий раз спрощено при фіннальному виводі. Отже спрощення відбудетсья два рази.
Якщо ж ви монтуєте якийсь епізод, та виведете його у AVI чи MOV, h264, то воно буде спрощено ще раз.
Табиця компресій які часто зустрічаються в роботі:
Без втрат:


КомпресіяКонтейнерКаналиКоментар
 1LagarithAVIRGBA, YUV
 2AnimationMOVRGBA
 3LZWTIFFY, RGBAПослідовності файлів-зображень
 4RLEBMP, TGAY, RGBAПослідовності файлів-зображень
 5PNGPNGY, RGBAПослідовності файлів-зображень

  З втратами:


КомпресіяКонтейнерКаналиКоментар
 1H264AVI, MOV, MP4, H264, MXFYUVЯкість суттєво залежить від бітрейту та якості запаковки.
 2H265AVI, MOV,H264, MXFYUVЯкість суттєво залежить від бітрейту та якості запаковки.
 3MPEG2AVI, MOV, MP2, MPEG2, DVD, MXFYUV
 4MPEG4MP4, AVI, MOV, MXFYUV
 5Apple Pro resMOVYUVІснує багато варіантів, від 4444 до 420, з різними втратами
 6DNxHRMOV, MXFYUVІснує багато варіантів, з різними втратами
 7DVAVI, MOV, DVYUVІснує багато варіантів, базовий DVSD, інші відрізняються більшим бітрейтом і кращим зображенням: DVCAM, DVC PRO, DVHD, DV 50, DV 100,

Наступна лекція

Поділіться цим у...