КАК ХРАНИТЬ СВОЁ ЦИФРОВОЕ ВИДЕО.

Данная статья интересна будет прежде всего владельцам домашних видеокамер (miniDV) и посвящена вопросам хранения отснятого материала, мне она показалась интересной, немного спорной, и я решил ей поделиться.
Эксперименты с JPEG. Начало.
Эксперименты с реальными фильмами требуют заметного количества времени, поэтому основные закономерности гораздо быстрее и проще проиллюстрировать на примере неподвижных изображений. Возьмите качественный "несжатый" TIFF, "естественный" (например, пейзаж), с достаточным количеством резких границ и мелких деталей, размером примерно 600х800 (чтобы смотреть на экране в режиме 100%). В нём цвет каждой точки кодируется отдельно, "по-честному". Это - максимальное (эталонное) качество в рамках 24-битной цветовой модели. Но человеческий глаз имеет некоторые особенности, и воспринимает не всю информацию, и поэтому можно удалить (навсегда!) часть данных без заметной потери качества (формат JPEG). В фотошопе или даже в ACDSee попробуйте посжимать картинку с разными параметрами "качества" и найдите отношение размеров исходного файла и JPEG-а при котором искажения ещё практически незаметны. Получится коэффициент в диапазоне 10-25 в зависимости от картинки и Вашей "строгости". При большем сжатии артефакты явно заметны (цветные ореолы, квадратная структура), а ведь в динамике это "безобразие" ещё и шевелится... Теперь сожмите другой программой. Заметной разницы в значении порогового коэффициента скорее всего не будет. Максимум - 10-20%. Я осмелюсь утверждать что невозможно (и в будующем) повысить этот коэффициент в разы - чудес не бывает, информация никуда не девается, нельзя всё богатство пейзажа уместить в несколько байт... Все фрактальные игрушки любят демонстрировать на специально подобранных исходных картинках, а речь здесь идёт про случайное, произвольное изображение.
Что отсюда следует для видео? Разрешение видеосигнала определено TV-стандартом, его "компьютерный" аналог примерно 720х576. Отсюда при 25 кадрах в секунду получим примерно 250 000 кбит/c ("несжатое" видео). Применим к каждому кадру JPEG с тем самым "безопасным" коэффициентом 10-25. Получим 10000-25000 кбит/с (в зависимости от оригинала). Как известно, DV-формат - аналог JPEG-сжатия, и поток у него 28000 (узнаёте? - чтобы наверняка для любого оригинала). Таким образом, в большинстве случаев, дальнейшее покадровое сжатие DV-формата нецелесообразно, т.к. приводит к заметным артефактам.
Почему MPEG компактнее и что для этого нужно.
Получается, что 20000-30000 кбит/с - предел? Это 3-4 минуты на CD-R и 20-30 минут на DVD-болванке. Строго говоря, для любого произвольного изображения из независимых между собой кадров - ДА! А как же прекрасное качество DVD (5000-8000)? Ответ: в реальных фильмах последовательные кадры обычно взаимозависимы и формат MPEG это использует. Грубо говоря, мы сжимаем JPEG-ом не каждый кадр, а разницу между соседними кадрами. Поскольку камера в профессиональных фильмах всегда стоит на штативе либо на рельсах, то часто изменения заднего плана незначительны либо однообразны, и поэтому легко жмутся. Динамичные же сцены (взрывы и пр.) обычно "занимают" скорость у "спокойных" кусков за счёт применения переменного битрейта...
Представим как выглядит разностный кадр для объекта движущегося на неподвижном фоне (используется штатив). Очевидно, весь фон представляет из себя однотонную плоскость (в RGB модели - чёрную), и лишь небольшая часть кадра ("объект") имеет контрастный с фоном цвет. Вернёмся к экспериментам с JPEG в Фотошопе. Берём картинку, сжимаем её в JPEG так, что артефакты только-только начали появляться
Получилось 12К. После этого три раза проделывалась однотипная операция: к исходной картинке (несжатой) применялся фильтр "добавить шум" (с разными значениями шума) и затем она сжималась JPEG так чтобы получилось 12К. Наглядно видно, какие "дикие" артефакты появлются на зашумлённой картинке после сжатия. Видно, что даже шум в 20 единиц на несжатом изображении практически не раздражает. Он как-то сам фильтруется глазами и мы всё равно ясно представляем себе что там за объект (то же самое происходит когда мы смотрим старую VHS-ленту или слушаем кассету на магнитофоне). Наоборот - артефакты сжатия, грубые полосы и квадраты раздражают, и к ним глаз привыкать "не хочет". Чтобы артефакты не росли с зашумлённостью приходится жать не с одинаковым размером, а с одинаковым "качеством". Тогда размеры заметно растут с ростом шума.
Что это означает для видео? Только то, что само по себе значение битрейта - не гарантия высокого качества, многое зависит от качества исходного материала. Например если исходный материал содержит шумы, то чтобы не появились артефакты приходится поднимать битрейт в разы...
При идеальных условиях профессионального DVD-производства MPEG-2 даёт выигрыш (к JPEG) примерно в 4-5 раз (назовём это "MPEG-добавка").
Можно перечислить основные отличия профессиональной и бытовой съёмки.
Профессиональные камеры за десятки тысяч долларов отличается от любительских за 600 не столько разрешением (оно практически одинаковое) и цветопередачей (она лучше, но не определяет цену). Они отличаются большой по размеру (не по пикселям!) матрицей - и соответственно очень низким шумом, камеры не дрожат (стоят на штативах, рельсах ) Освещение ставится специально, даже ночные сцены обычно снимают с подсветкой и "затеняют" уже потом, при монтаже. Промежуточное сжатие, которое тоже можно рассматривать как небольшой шум, отсутствует.
Я допускаю мысль что дальнейшее улучшение алгоритмов увеличит "MPEG-добавку" раза в полтора, но скорее всего не больше. Кстати, MPEG4 вопреки шумихе несильно лучше чем MPEG2 - процентов на 10 на высоких битрейтах. А пресловутые компакты с DivХ положа руку на сердце никто не назовёт настоящим DVD-качеством.
И что выходит на практике?
Практика показывает, что "домашнее" видео на любительских камерах (из-за невыполнения вышеперечисленных условий, прежде всего из-за шума и тряски) жмётся примерно вдвое хуже профессионального, т.е. при одном и том же качестве должно занимать вдвое больший объём.
Выводы и советы.
Если фирменная мелодрама/порнуха влезает по часу на один CD-R, это не значит, что туда можно запихать Ваши панорамные съёмки пейзажей и архитектуры с мелкими деталями, снятые с рук недорогой трясущейся камерой из окна автобуса... Точнее, можно, но только либо 10 минут, либо препоганейшего качества.
MPEG - не средство хранения. В лучшем случае - средство окончательной демонстрации (DVD). Перемонтировать с него без дальнейших потерь врядли удастся. Для хранения оригиналов качественнее и проще, и часто даже дешевле цифровые видеокассеты (miniDV, D8).
MPEG4/DivX - не панацея и годится лишь для очень "гладких" сюжетов ("медленные младенцы" крупным планом и пр.) Революционной разницы с MPEG2 он не даёт. Небольшое количественное улучшение...
...и поэтому если ваши шедевры короткие (10-15 минут), а записать их на болванку всё равно не терпится - не экономьте на болванках , а жмите их сразу в MPEG2 c битрейтом 6000-8000 (в т.н. "DVD-совмеcтимом" формате). Позже, когда купите DVD-RW, Вы легко создадите на основании этих клипов полноценный DVD-диск не перекодируя их, а, следовательно, не теряя больше в качестве. Конечно, если есть такая возможность.
Кстати, DVD-R уже давно не роскошь. Устройство - менее 100$, хорошая болванка - менее 2$, "просто" болванка - менее 1$..
Если планируется собственные съёмки жать в МПЕГ, полезно чаще вспоминать про "идеальные условия" - купить и научиться пользоваться штативом и/или наплечным штативом, не делать резких "скачков" камерой, не увлекаться длинным фокусом с рук, обращать внимание на освещение и т.п....
В заключение можно пожелать всем удачи в своих экспериментах.