Как и обещал, ликбез для любителей снимать видео на DSLR.
Рассматривать буду с точки зрения телевизионного, а не свадебно-банкетного производства.
Хотя… И свадьбу тоже возьмём.
Статья будет длинной, местами нудной, но из своего опыта скажу, что для некоторых окажется откровением.
Свои несогласия прошу выплёскивать в комментариях.
Телевизионная картинка это последовательность меняющихся изображений, создающая зрительную иллюзию движения, распознаваемую как непрерывное и связанное событие.
Для снижения требований к ширины канала аналоговой передачи был принят метод чересстрочного разложения кадра на две половины — полукадры. Этот же метод позволяет удвоить плавность движения объекта в кадре.
Теперь физиологический аспект. для осознания факта движения чего-либо необходимо минимум 12-16 кадра в секунду. Для комфортного восприятия не менее 20 к/с.
Данный факт был установлен на практике Сергеем Михайловичем Эйзенштейном.
По этой же причини частота кадров в кинопроизводстве равна 24.
Теперь о телевизионном стандарте. Количество сменяющих друг друга изображений на экране вашего телевизора равно…
Правильный ответ 50.
Во-первых, эта частота не случайна, она равна количеству колебаний переменного тока в сети питания. Именно эти колебания использовались как синхроимпульсы между передатчиком и приёмником в рамках одной большой страны СССР. Те, кто помнит старые телевизоры, наверняка помнят и черную полосу, медленно движущуюся по экрану. Цифровому поколению этот же эффект может быть знаком по съёмке экрана телевизора на видеокамеру. Эта полоса является результатом асинхронной работы задающего генератора телевизора и видеокамеры.
Теперь вопрос о 50 кадрах, откуда они?
Видеокамера, не DSLR, снимает изображение с матрицы 50 раз в секунду. Почему? Всё потому же, для соблюдения совместимости с частотой питающей сети. Маленькое уточнение, камеры среднего и низшего ценового диапазона не умеют/успевают записывать всё изображение сразу и делают это построчно. Более продвинутые могут писать 50 полных кадров — 50p.
Вернёмся к полученной с матрицы картинке. Аналоговый сигнал с матрицы поступает на оцифровку в АЦП. С выхода которого, в случае с HD, мы получаем последовательность из 50 изображений с разрешением 1920x540. Каждое из которых было снято с интервалом 1/50 секунды. То есть, если предположить, что мимо объектива камеры, за одну секунду, пролетел мяч, то в каждом из 50 кадров, при замедленном воспроизведении, мы будем наблюдать смещение мяча относительно своего предыдущего положения.
Далее этот поток кадров поступает в процессор, где происходят различные преобразования изображения: цвет, яркость, баланс белого и т.д. Обработка 50 половинок занимает меньше времени чем 50 полных кадров, это напрямую влияет на необходимую производительность процессора и как следствие, на его стоимость.
Почему бы ни складывать сразу 50 полукадров в 25 кадров полного разрешения и ни обрабатывать за один проход процессора? Представьте, что вы снимаете в помещении где мерцает свет. Процессор камеры будет пытаться сгладить данный фактор, но для этого ему нужно понимать, что каждый пиксел изображения снят в одно время. Иначе процессор должен будет построчно делать коррекцию, что приведёт к увеличению нагрузки, даже по сравнению с обработкой 50 полных кадров.
Идем дальше. С выхода процессора мы получаем всё те же 50 полукадров, которые порой попадают на энкодер. Он сжимает каждое изображение по отдельности, после чего формирует полный кадр путем поочерёдного чтение строк из каждого изображения.
На выходе мы имеем 25 полных кадров с разрешением 1920x1080, но в каждое изображение по факту закодировано два изображения. Это и называется 50i.
Мы закончили снимать, вставили диск/кассету в проигрыватель, включаем телевизор и устраиваемся на диване.
Что будет дальше. Проигрыватель начинает читать последовательность из 25 полных кадров, не разделяя их. А вот телевизор делает следующее, в зависимости от стандарта телевизора (25p, 50i, 50p).
1. В случае с 25p выводит каждый полукадр на экран (1920x540), при этом выводя каждую строку дважды. И так для каждого полукадра.
2. В случае с 50i телевизор берёт полукадр и построчно выводит изображение в 1, 3, 5, 7 и т.д. строку. После чего возвращается к следующей половине кадра и рисует её во 2, 4, 6, 8 строку телевизора. После этого процесс повторяется для следующего кадра.
Вариант с 50p рассматривать нет смысла, так как такой формат для конечного пользователя пока очень дорог и требует наличие потока из 50 полных кадров.
Теперь посмотрим, что происходит при съемке в формате 25p. Видеокамера или DSLR снимают с матрицы сигнал 25 раз в секунду. Вспоминаем наш мяч. При тех же условиях мяч пролетает мимо камеры за одну секунду. Но кадров теперь 25, а это значит, что расстояние между центром мяча между двумя соседними кадрами будет больше. А теперь немного усложним историю с мячём и представим, что он ещё и вращается вокруг своей оси со скоростью 50 раз в секунду. Что произойдёт? Правильный ответ ничего. Потому, что чтобы понять, что что-то произошло нужно это увидеть, а мы ничего не увидим. Так как имеем возможность видеть положение мяча только 25 раз в секунду. А если мяч пролетает за 1/25 секунды? Мы будем лицезреть его ровно в одном кадре и дальнейшая его судьба покрыта мраком.
Антракт, можно сходить за чаем или ещё чем.
Продолжаем, акт второй, печальный.
Действующие лица: жених, невеста, гости, оператор с DSLR.
Первый танец — вальс.
Оператор ловит пару в своём видоискателе, крутит фокус, открывает — закрывает «дырку», меняет крупность, короче работает в поте лица…
… Муж с женой отправились обустраивать свой очаг, гости разошлись по домам, а оператор, он же режиссёр, он же монтажёр, принялся ваять. Сделал круто, аж сам в восторге. Пишет BluRay, флешку в mp4 и отправляет всё это паре.
Получив заветный фильм, пара собралась узким кругом и решили посмотреть. Скарпом в виде нового большого телека ещё не обзавелись, сунули флешку в старенький, ещё из «прошлой» жизни ноут, дюймов так 15. Все довольны, во время первого танца пару просят повторить на бис, все смотрят только на них, до компа всем фиолетово.
… Прошло время, мудрёная опытом пара решила отметить свою N-ую годовщину.
Ну и дабы вспомнить как это начиналось — включили запись. Только вот уже на хорошем, во всю стену, телевизоре.
Смотрят они свой первый танец и понять не могут, почему же всё как-то так глаз режет, движения какие-то ну совсем не плавные, а они два месяца до свадьбы ходили к хореографу и там на записи маленькой камыры-руковички они прямо парили, а тут фул ХД и как-то схематично всё, прямо как слайд-шоу для мазахистов. Удовольствия ноль, разочарование, запись на дальней полке.
Так что же произошло? Вернёмся к нашему мячу, который пролетает экран за одну секунду.
Берём два соседних полукадра из съемки 50i и зацикливаем.
Теперь тоже самое делаем из 25p.
Теперь разворачиваем первую картинку на полный экран вашего большого монитора и линейкой измеряем расстояние от центра мяча в первом кадре до центра мяча во втором. Записали? А теперь тоже самое со второй парой картинок, записываем.
А теперь измеряем ширину вашего монитора. Делим его ширину на пройденное мячём расстояние, как в первом случае, так и во втором.
Отлично. Какой ширины ваш монитор? А ваш большой телевизор? Измеряем его.
Предположим телевизор шире монитора в три раза, круто, у вас большой.
А теперь умножаем расстояния, пройденные мячом в первом и втором случаях на три.
На сколько теперь мяч скокнул?
Идём дальше. Есть интересное исследование BBC на тему количества кадров в секунду.
Перед аудиторией поставили телевизор и начали показывать один и тот же фрагмент, но с разной частотой кадров. Фрагмент в разрешении 1920x1080. Частота кадров от 24 до 240.
Так вот, зрители выбрали фрагменты где частота была не ниже 50 но не выше 120.
Это количество кадров является оптимальным для восприятия. На диапазон 50-120 влияет размер экрана. Фрагменты со скоростью ниже 50 были указаны как раздражающие и вызывающие головную боль. А фрагменты выше 120 кадров в секунду вызывали головокружение и как следствие зритель отворачивался. Причина простая, фрагменты с частотой менее 50 воспринимаются как замедленные и у появляется желание рассматривать качество каждого пикселя, а это для не свойственно. Мы не пикселы изучаем, а кино смотрим. Во втором случае, с частотой выше 120 кадров, происходит противоположный эффект, перегружается избыточной информацией и, внимание, перестает воспринимать происходящее на экране как последовательное действие, воспринимая каждый кадр как фотографию. К примеру при просмотр футбольного матча, зрители теряют из поля зрения мяч в тот момент, когда он, даже незначительно, меняет направление движения.
Но это ещё не всё. Есть такой эффект Motion Blur(смазанное движение), который так же влияет на восприятие. При частотах менее 50 и большой выдержке глаз видит след, остающийся от движущегося объекта и это мешает восприятию, так как не делает различия между объектом и следом, воспринимая это как объект.
При частотах выше 120 и короткой выдержке, каждый кадр становится отдельным изображением и не в состоянии воспринять это как единое действие.
Но Motion Blur необходим , так как позволяет отслеживать и предсказывать изменение положения объекта.
В чём же беда DSLR при съемке видео? Для понимания этого нужно осознания того, что у вас в руках всё же фотоаппарат, а не видеокамера. И как у любого фотоаппарата, у него есть единственная цель — получить качественный, чёткий снимок без «смаза» и прочих артефактов. А как я сказал выше, для комфортного восприятия эти артефакты нужны.
Сразу хочу ответить на возникающие вопросы: во-первых, как же тогда на DSLR снимают кино?
Профессиональное кино на DSLR не снимают. А если по тем или иным причинам единственным способом съёмки нужного плана/ракурса является DSLR, то внимание, для каждого конкретного образца камеры опытным путём, с привлечением специалистов Dolby, специалистов по спецэффектам, колористов и специалистов по Motion Blur, подбирается нужная оптика. Учитываются все факторы съёмки. Причем один и тот же объектив, но из разных партий, может отличаться. И если подобрана идеальная пара, то это конкретный DSLR, конкретный объектив и конкретные условия съёмки.
И второе, по моей практике, самое распространённое заявление: ну на «больших» каналах снимают и «ничё» и у меня чуваки снимали и всё прокатило.
Во-первых, выясните в конце концов значение слова «чувак» и не называйте так знакомых вам людей.
Во-вторых, кто сказал, что «большие» каналы это показатель пригодности или не пригодности той или иной технологии? Только те, кому это выгодно.
Телевидение это только инструмент, посредник если хотите, между воображением автора и зрителя. Так давайте же перестанем мешать этому процессу и учиться делать его комфортным и незаметным.
Ну и список документов:
1. Armstrong, M. G., Flynn, D. J., Hammond, M. E., Jolly, S. J. E. and Salmon, R. A.,
2008. High Frame-Rate Television. Proceedings of 2008 International Broadcasting
Convention.
2. ITU-R BT.2020 (08/2012). Parameter values for ultra-high definition television systems
for production and international programme exchange. International Telecommunication
Union, 2012.
3. Sugawara, M., 2011. Psychophisical Requirements for Higher Frame Rates in Future
Television. DCS 2011, SMPTE Conference at NAB Show, Las Vegas, April 2011.
4. Stone, M. A., 1986. A variable-standards camera and its use to investigate the
parameters of an HDTV studio standard. BBC Research Department Report 1986/14.
5. Kuroki, Y., 2010. Development of the High Frame Rate 3D System. Proceedings of the
1st Brazil/Japan Symposium on advances in Digital Television, December 2010.
6. Salmon, R. A., Armstrong, M. G., and Jolly, S. J. E., 2011. Higher Frame Rates for
More Immersive Video and Television. BBC Research & Development White Paper WHP
209, October 2009
7. Vision Research, 2011. ‘Phantom Flex’, www.visionresearch.com/Products/High-
Speed-Cameras/Phantom-Flex/
8. FOR.A FT-ONE, 2012. ‘Full 4K Variable Frame Rate Camera’
www.for-a.com/products/ftone/professional_hs_camera_p.html
9. Panasonic, 2011. 50-inch 1080p Full HD Plasma Monitor TH-50BT300ER.
panasonic.net/prodisplays/download/pdf/specsheet/TH-50BT300ER.pdf
10.ASUS, 2013. VG278HE — Ultra-smooth Visual Enjoyment with 144Hz Rapid Refresh
Rate. www.asus.com/Monitors_Projectors/VG278HE/
11.NVidia, 2013. www.nvidia.com/
12.Yen-Lin Lee & Truong Nguyen, 2010. High frame rate Motion Compensated Frame
Interpolation in High-Definition video processing. 2010 IEEE International Conference on
Acoustics Speech and Signal Processing (ICASSP), pages 858 – 861, ISBN 978-1-4244-
4295-9.
13.Clarke, C.K.P and Tanton, N.E., 1984. Digital Standards Conversion: Interpolation
Theory and Aperture Synthesis. BBC Research Department Report RD 1984/20.
Автор: MikeTolkachev
