25 Кадров или 50 кадров в секунду

Если хорошо припомнить, это четвертая редакция сего многострадального материала: первая канула в лету после того, как я понял что в то время 50 кадров в секунду были лишь "теоретическими изысками" — Celeron-466 успевал показывать только 7-8 кадров из 50. Вторая редакция, похоже, погибла вместе с винчестером. Третья редакция жила достаточно долгое время на Форуме и дала жизнь текущей, четвертой редакции. Насколько она удачна — судить Вам.
Итак:.

1. Зачем это нужно

Большая часть захваченного видео, с которым нам приходится работать, как правило, чересстрочное. Передачи с ТВ (о фильмах, которые были сняты изначально на пленку следует говорить отдельно, думаю, о них стоит говорить в отдельном материале), захват собственных видеосъемок, материалы с DVD — как правило, все это имеет чересстрочный формат кадра. Если мы захватываем и сохраняем материалы на DVD, для нас не имеет большой разницы, чересстрочное или прогрессивное видео заготавливаем "впрок". А вот если нет? Если нам обязательно нужно преобразовать чересстрочное видео в прогрессивное для дальнейшей работы с ним? Что мы теряем при таком преобразовании (деинтерлейсе)? Рассмотрим чуть подробнее:

1. Мы теряем в качестве. Любой, даже самый совершенный алгоритм деинтерлейса не сможет обеспечить идеальное преобразования 25i -> 25p (здесь и далее, 25i — чересстрочное видео, 25 кадров в секунду, 25p — прогрессивное), обязательно появятся артефакты, некоторые несоответствия, шумы, гало и пр, с которыми не всегда можно мириться. Если исходное видео достаточно зашумленное, деинтерлейс может значительно ухудшить картинку.
2. Мы теряем временнОе разрешение, плавность. Видео 25i на самом деле представляет из себя последовательность полей (поле — совокупность четных или нечетных строк кадра в чересстрочном видео, четные и нечетные поля чередуются в потоке последовательно, с промежутком в 1/25 секунды, со сдвигом по вертикали в один элемент) с разницей в 1/50 секунды. Если мы произведем конвертацию в 25p, мы получим последовательность кадров с разницей в 1/25 секунды, т.е. в два раза уменьшим разрешение по времени. И если на спокойном вялотекущем эпизоде это будет незаметно, то попробуйте сравнить, например, бег, полет шмеля, я не говорю уже о хоккейном матче. Также это будет заметно, если Вы во время съемки достаточно быстро водили объективом камеры туда-сюда — фильтр деинтерлейса обработает такую ситуацию очень плохо.

В качестве альтернативы я предлагаю конвертировать имеющееся видео 25i в прогрессивное 50p. Делается это просто: мы считаем поля в чересстрочном видео кадрами, т.е. делаем линейное преобразование потока. И тут у нас есть два варианта, как это сделать (демонстрация технических приемов будет во второй части, пока же я остановлюсь на достоинствах и недостатках обоих методов):

Обратите внимание! Захват видео будет производиться по прежнему, 25 кадров в секунду. Вся обработка идет уже после захвата. Не пытайтесь захватывать 50 кадров в секунду.

1. С сохранением разрешения поля. Т.е. преобразование опишется как 720x576x25i -> 720x288x50p (здесь и далее я буду работать с разрешением 720х576, как основным при захвате видеоизображения. Вы можете предпочитать 704х576 или 768х576 — разница будет только в числах, никак не в подходе).
2. С удвоением разрешения поля. Т.е. преобразование опишется как 720x576x25i -> 720x576x50p. Недостающие строки интерполируются из предыдущих полей.

Читайте также:  Как вернуть старую версию майл агента

Достоинства первого метода (их общие достоинства мы уже обсудили выше):
1. Не производится никаких действий с изображением. Т.е. поля превратились в кадры и все. Легко можно произвести обратное преобразование. Если предположить, что битрейт при финальном кодирование будет достаточно высок, то, в идеале, если в будущем нам понадобится снова чересстрочное видео, мы легко его получим.
2. Мы не увеличили количества пикселей за единицу времени. У нас как было 704*576*25, так и осталось. Значит, мы не сильно должны увеличивать битрейт финального кодирования по сравнению с 25кадровым вариантом (реально нам придется все-таки его увеличить — современные кодеки лучше работают в режиме большее разрешение + меньшая частота кадров, нежели наоборот)

Недостатки первого метода:
1. Четные поля сдвинуты на один элемент вниз (или вверх — зависит от формата Вашего видео) относительно нечетных. Этот недостаток легко решается технически.
2. При проигрывании мы имеем в два раза сплюснутую по вертикали картинку. Эта проблема также решается технически, причем разными способами — каждый выберет подходящий для себя.
3. Вытекающий из второго недостатка: при масштабировании в два раза по вертикали мы увеличим артефакты кодирования также в два раза. Можно сказать, это единственный реальный минус первого подхода по сравнению со вторым.

Достоинства второго метода:
1. Нет необходимость в масштабировании по вертикали.
2. Нет проблем с тремором ("прыганием" картинки вверх-вниз из-за сдвига полей относительно друг-друга)

Недостатки второго метода:
1. Необходимость значительно увеличить битрейт при финальном кодировании в сравнении с 25p
2. Артефакты, проявляющиеся вследствие интерполяции. Они, конечно, меньше, чем при обычном деинтерлейсе, но есть, и заметны.
3. Только достаточно мощные процессоры способны справиться с декодированием фильмов, созданных с использованием данного метода, тогда как ресайз, необходимый для первого, гораздо менее процессороемок.

Человек при смене картинки 16 раз в секунду видит её как непрерывную. Все фильмы до 30 годов ХХ века снимались 16 кадров в секунду. Но что бы уж никто не увидел кадровые переходы (а на пленочных проекторах еще были обтюраторы, гасящие свет в момент механической перетяжки кадров на пленке), был установлен стандарт формата 24 кадра в секунду. В 40-50 годах появилось телевидение с интерлейсинговой разверткой, кстати. И покадровая черезстрочечная развертка телевидения связана с частотой тока в сети. Так получилось, что в XIX веке в Европе и Азии для электростанций был установлен стандарт 50 Герц (50 колебаний в секунду), а в Америке 60! И изменить его уже невозможно. Поэтому частота полных кадров в телевизорах Европы и Азии — 25 кадров в секунду (форматы PAL и SECAM), а в Штатах и рядом лежащих странах – 30 (формат NTSC). И из-за этого у Американцев куча проблем с адаптацией фильмов для телевидения. У нас снятые на пленку фильмы со скоростью 24 кадра с ускорением 4% переводятся в телевизионный формат 25 кадров. Так мы и смотрим их немного ускоренными, но это — незаметно. У американцев 24 кадра переводятся в 30 с ускорением 25%. Такое ускорение сильно заметно и приходится «мудрить». 30 кадров перевести в 25 гораздо легче (всегда проще стереть, чем добавить).

Читайте также:  Mod the witcher 3 hd reworked project

И тогда в цифровом формате был введен стандарт 50 и 60 кадров в секунду, который, достаточно безболезненно, форматируется в 25 и в 30 кадров. Причем и тот и другой. Скорость 50-60 кадров в секунду это формат для мастеркопий фильмов, которые будут показываться и у нас и у них. Если мы не планируем выходить на американский рынок телевещания, то нет смысла снимать в формате 50 или 60 кадров в секунду. Компьютеру, кстати, все равно с какой скоростью снят ваш фильм. С какой снят с такой и покажет. Скорость 30 кадров в секунду, которая есть в каждой видеокамере, так же предназначена для них (еще раз – для нас 25).

При съемке 25 кадров у нас выдержка видеосъемки примерно 1/50 секунды, а при 50 кадров выдержка 1/100. Это сокращает экспозицию в два раза. И при недостатке света это плохо. Приходится поднимать ISO, а это лишний шум матрицы. Кроме того «вес» отснятого материала так же возрастает в два раза. Хитрые маркетологи впаривают нам, что при увеличении скорости съемки повышается качество, да, но они стыдливо молчат о том, что этого никто не сможет заметить. И заставляют нас покупать другие камеры, дополнительную память, увеличивать мощность компьютеров и проигрывателей и, конечно, менять телевизоры на новые.

Вы сняли с коптера красивейшие и плавные пролеты, а после монтажа всё дёргается? Если исходное видео вызывает восторг, а результат — слёзы, то, возможно, проблема в неправильном режиме съемки.

На примере DJI Phantom 3 Professional посмотрим доступные режимы съемки.

Если открыть список всех доступных, то сложно определить какой использовать режим — их очень много: 24, 25, 30, 48, 50, 60 кадров в секунду.

Однако, и тут всё не так просто. Если посмотреть в свойства отснятых файлов, то вместо 24, 30, 48 и 60 мы увидим там 23.976, 29.97, 47.952 и 59,94. И, хотя отличие аж в сотых долях, при неправильных настройках монтажа мы получим подергивания. Проверено на личном опыте.

Тут стоит отметить, что при монтаже съемки с воздуха не используется аудиодорожка и поэтому в большинстве редакторов это очень просто поправить. Но это тема отдельной статьи.

Так какую же выбрать частоту кадров? Стандарты

Зачем все эти 23.976, 24, 25, 29.97 и почему нельзя выбрать другие? Откуда такие странные дробные числа?

Как часто это бывает причина всему этому безобразию историческая и данные частоты соответствуют различным стандартам:

  • 24/48 кадров используется в кинематографе
  • 25/50 (PAL/SECAM) при вещании ТВ в Европе и России
  • 23.976, 47.952 и 29.97, 59.94 (NTSC) при вещании ТВ в США и Японии — на телевидении

Поэтому если материал, который вы снимаете, используется в репортаже на ТВ, то стоит использовать 25 или 50 кадров в секунду.

Так какую же выбрать частоту кадров? Битрейт

Помимо разрешения на качество картинки влияет еще и битрейт (bitrate), т. е. количество информации для хранения одной секунды видео. При этом у фанта битрейт зависит от разрешения, но реальное разрешение может быть ограниченно качеством оптики, что наглядно демонстрируется в следующем видео.

Читайте также:  Мейзу м6 обзор камеры

Видео кодек Ambarella A9 установленный на третьем фантоме позволяет кодировать 4K видео с битрейтом 100Мбит/с. Однако DJI ограничила данное значение на 60 Мбит/с у PRO версии. И, вряд ли, это связано со скоростью работы карт памяти — 12,5 Мбайт/с могут писать даже недорогие карты памяти, но что есть, то есть и из этого и будем выбирать.

Ниже приведена сводная таблица зависимости битрейта DJI Phantom 3 Pro от частоты кадров и разрешения (версия прошивки 1.6).

Как видно, помимо 4K видео с 60Мбит/с присутствует при съемке в 1080 и 60 кадров/с.

Тут возникает вопрос: «Зачем нам снимать с разрешением больше FullHD, если оборудования для просмотра такого контента почти нет?». Ответ: для монтажа видео. Часто на монтаже приходится обрезать кадр, или увеличивать масштаб для фиксирования положения какого-то объекта в нем, и съемка в FullHD не оставляет запаса по разрешению. Но при этом удельный битрейт (бит на пиксель) видео с большим разрешением — ниже. Хм… Чувствуется рука маркетологов. По факту, если нужен кроп, можно снимать в 2,7K. Если высокая частота кадров, то 1080p 60fps. В подтверждение ролик про сравнение качества видео 1080, 2704, 4096 на 25 кадрах/с.

Так какую же выбрать частоту кадров? Плавность

Бытует миф, что человек различает лишь 24 кадра в секунду. На самом деле, человек способен различить значительно более быструю смену кадров. Причина выбора 24 кадров в секунду, опять же, историческая, это компромисс между плавностью, экономией пленки и качеством звука на оптической фонограммы.

Пример оптической фонограммы на кинопленке.Как не трудно догадаться частота кадров напрямую влияет на плавность видео. Причем если на наземной съемке зачастую отдаётся предпочтение 24 кадрам из-за «киношной картинки» и фокусе на съемке людей, то на панорамных кадрах, которых в воздушной съемке с избытком, плавности явно не хватает.

Понять насколько сильно дергается 24 кадра можно по этой ссылке.

Так какую же выбрать частоту кадров? Совмещение оборудования

Правило помогающее избежать заморочек:

  • если в ролике используется видео не только с коптера, то хорошим правилом будет снимать с одинаковой (или кратной) частотой кадров на всём оборудовании.

Что-то типа выводов

Таким образом, когда мы выбираем необходимую частоту кадров, нам нужно ответить для себя на множество вопросов. И получить нужный для себя ответ, который, однако, не будет универсальным.

Также стоит помнить, что многие ошибки можно исправить на постпродакшене, и самое страшное, если попадется незнающий монтажник, который убьёт всё качество видео. С нами такое, к сожалению, было несколько раз.

Однако, гораздо хуже если дрожит исходный материал, чтобы не допустить этого прочтите вот эту статью.

По выбору разрешения и битрейта вопрос остаётся открытым, но отмечу 3 режима:

  • 2,7K 24 кадра/с, если необходимо кадрирование
  • 1080 30 кадров/с, как имеющий наибольший удельный битрейт
  • 1080 60 кадров/с, имеет наибольший битрейт и частоту кадров.