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MPEG-2 e vídeo doméstico

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Observações preliminares

No "mundo MPEG" é comum expressar a taxa de fluxo de dados de vídeo não em megabytes/seg, mas em kilobits/seg. Para evitar misturar velocidades diferentes, todos os outros valores são dados em kilobits/s.

Os requisitos de qualidade de cada pessoa são diferentes. Isto é claramente visível no “mundo do áudio”: os jovens (de um certo tipo, não vou entrar na classificação...) ouvem boomboxes por 200 dólares num volume selvagem e “destacam-se”, e os audiófilos ouvem um sistema de componentes por US$ 2000 e suspiro - “o de cima não é transparente o suficiente.” meio". O mesmo acontece com o vídeo, portanto todas as avaliações de qualidade a seguir refletem minha opinião pessoal como um “bule avançado” e não pretendo entrar em disputas com “lamers” ou “profissionais”! Também simplifiquei deliberadamente a “teoria” e não há necessidade de me ensinar o que “realmente” é a codificação MPEG-2.

Experiências com JPEG. Começar

Experimentos com filmes reais requerem uma quantidade significativa de tempo, por isso os padrões principais são muito mais rápidos e fáceis de ilustrar usando imagens estáticas como exemplo. Pegue um TIFF "descompactado" de alta qualidade, "natural" (como uma paisagem), com bordas nítidas e detalhes finos suficientes, com tamanho de cerca de 600x800 (para visualizar na tela em 100%). Nele, a cor de cada ponto é codificada separadamente, “de forma honesta”. Esta é a qualidade máxima (referência) dentro do modelo de cores de 24 bits. Mas o olho humano tem algumas peculiaridades e não percebe todas as informações, e por isso é possível deletar (permanentemente!) parte dos dados sem perda perceptível de qualidade (formato JPEG).

No Photoshop ou mesmo no ACDSee, tente compactar a imagem com diferentes parâmetros de “qualidade” e encontre a proporção entre os tamanhos do arquivo original e o JPEG na qual a distorção ainda é quase invisível. O resultado será um coeficiente na faixa de 10-25 dependendo da imagem e do seu “rigor”. Com maior compressão, os artefatos são claramente perceptíveis (halos coloridos, estrutura quadrada), mas na dinâmica essa “desgraça” também se move... Agora comprima com outro programa. Muito provavelmente não haverá diferença perceptível no valor do coeficiente limite. Máximo - 10-20%. Ouso dizer que é impossível (e no futuro) aumentar significativamente este coeficiente - milagres não acontecem, a informação não desaparece em lugar nenhum, não se pode encaixar toda a riqueza da paisagem em alguns bytes... Todos os brinquedos fractais gostaria de ser demonstrado em imagens de origem especialmente selecionadas, e estamos falando aqui de uma imagem aleatória e arbitrária.

O que isso significa para o vídeo? A resolução do sinal de vídeo é determinada pelo padrão de TV, seu análogo de “computador” é de aproximadamente 720x576. A partir daqui, a 25 quadros por segundo, obtemos aproximadamente 250 kbit/s (vídeo “descompactado”). Vamos aplicar JPEG a cada quadro com o mesmo coeficiente “seguro” de 000-10. Obteremos 25-10000 kbps (dependendo do original). Como você sabe, o formato DV é análogo à compactação JPEG e seu fluxo é de 25000 (você o reconhece? - com certeza para qualquer original). Assim, na maioria dos casos, a compressão adicional quadro a quadro do formato DV é impraticável, porque leva a artefatos perceptíveis.

Por que o MPEG é mais compacto e o que é necessário para isso

Acontece que 20000-30000 kbit/s é o limite? São 3-4 minutos em um CD-R e 20-30 minutos em um disco DVD. A rigor, para qualquer imagem arbitrária de quadros independentes um do outro - SIM! E quanto à excelente qualidade do DVD (5000-8000)? Resposta: Em filmes reais, os quadros sucessivos são geralmente interdependentes e o formato MPEG tira vantagem disso. Grosso modo, não compactamos todos os quadros com JPEG, mas a diferença entre os quadros adjacentes. Como a câmera em filmes profissionais está sempre sobre um tripé ou trilhos, as mudanças no fundo costumam ser insignificantes ou monótonas e, portanto, são facilmente comprimidas. Cenas dinâmicas (explosões, etc.) costumam “tirar” a velocidade de peças “calmas” devido ao uso de taxa de bits variável...

Vamos imaginar como é um quadro diferencial para um objeto em movimento contra um fundo estacionário (usando um tripé). Obviamente, todo o fundo é um plano monocromático (preto no modelo RGB), e apenas uma pequena parte do quadro (o “objeto”) possui uma cor contrastante com o fundo. Vamos voltar a experimentar JPEGs no Photoshop. Escolha você mesmo uma foto semelhante e experimente - os resultados são impressionantes... Então, escolhi uma foto de Berlim (um fragmento de uma fotografia do álbum "Europe-98") - um fundo liso (céu) e um pequeno contraste objeto. Dimensões 720x546. Parece algo assim:

Então eu compactei em JPEG para que os artefatos começassem a aparecer. Acabou sendo 12K. Depois disso, o mesmo tipo de operação foi realizado três vezes: um filtro “adicionar ruído” foi aplicado à imagem original (descompactada) (com diferentes valores de ruído) e depois foi compactado JPEG para que ficasse em 12K. Fragmentos do que aconteceu:

Você pode ver claramente quais artefatos “selvagens” aparecem em uma imagem com ruído após a compactação. Não muito bom em fragmentos, mas em um quadro inteiro (ou melhor ainda, em vários) você pode ver que mesmo ruído de 20 unidades em uma imagem descompactada praticamente não incomoda. De alguma forma, é filtrado pelos próprios olhos e ainda imaginamos claramente que tipo de objeto existe (a mesma coisa acontece quando assistimos a uma fita VHS antiga ou ouvimos uma fita cassete em um gravador). Pelo contrário, artefatos de compressão, listras ásperas e quadrados incomodam e o olho “não quer se acostumar com eles”. Para evitar que os artefatos cresçam com ruído, é necessário colher não com o mesmo tamanho, mas com a mesma “qualidade”. Então as dimensões aumentam visivelmente com o aumento do ruído. Neste exemplo, com o mesmo parâmetro “qualidade”, o resultado foi aproximadamente a seguinte faixa de tamanho: 12:24:36:48.

O que isso significa para o vídeo? A única coisa é que o valor da taxa de bits em si não é garantia de alta qualidade, depende muito da qualidade do material de origem. Por exemplo, se o material de origem contiver ruído, então, para evitar artefatos, será necessário aumentar a taxa de bits várias vezes...

Em condições ideais para produção profissional de DVD, o MPEG-2 proporciona um ganho (para JPEG) de aproximadamente 4 a 5 vezes (vamos chamar isso de “aditivo MPEG”). Formulemos estas condições ideais mais uma vez na forma de uma tabela:

Admito a ideia de que melhorias adicionais nos algoritmos aumentarão a “adição de MPEG” em uma vez e meia, mas provavelmente não mais. A propósito, o MPEG4, ao contrário do que se diz, não é muito melhor que o MPEG2 - em 10% em taxas de bits altas. E, francamente, ninguém chamaria os notórios compactos com DivX de verdadeira qualidade de DVD.

E o que acontece na prática?

A prática mostra que o vídeo “doméstico” em câmeras amadoras (devido ao não cumprimento das condições acima, principalmente devido ao ruído e tremores) é aproximadamente duas vezes pior que o vídeo profissional, ou seja, com a mesma qualidade deverá ocupar o dobro do volume.

Os dados obtidos podem ser facilmente apresentados na forma de uma tabela.

Conclusões e conselhos

1. Se um melodrama de marca cabe uma hora em um CD-R, isso não significa que você pode encher suas fotos panorâmicas de paisagens e arquitetura com pequenos detalhes, filmadas manualmente com uma câmera barata e trêmula da janela de um ônibus... Mais precisamente , você pode, mas apenas 10 minutos ou a pior qualidade.
2. MPEG não é um meio de armazenamento. Na melhor das hipóteses, é um meio de demonstração definitivo (DVD). É pouco provável que seja possível remontá-lo sem maiores perdas. Para armazenar originais, os videocassetes digitais (miniDV, D8) são melhores e mais fáceis, e muitas vezes até mais baratos.
3. MPEG4/DivX não é uma panacéia e é adequado apenas para cenas muito “suaves” (close-ups de “bebês lentos”, etc.). Ele não oferece uma diferença revolucionária em relação ao MPEG2. Pequena melhoria quantitativa...
4. ...e portanto, se suas obras-primas são curtas (10-15 minutos) e você ainda mal pode esperar para gravá-las em espaços em branco, não economize nos espaços em branco (cuspir em DivX), mas pressione-os imediatamente em MPEG2 com uma taxa de bits de 6000-8000 (incluindo .n. formato "compatível com DVD"). Mais tarde, ao comprar um DVD-RW, você poderá criar facilmente um disco DVD completo baseado nesses clipes sem recodificá-los e, portanto, sem perder mais qualidade.
5. Aliás, o DVD-R não é mais um luxo. Um dispositivo custa menos de US$ 100, uma boa placa custa menos de US$ 2, uma placa “apenas” custa menos de US$ 1.
6. A melhor forma de compactar MPEG2 é o CanopusPr°Coder.
7. Se você planeja gravar suas próprias fotos em MPEG, é útil relembrar com mais frequência a tabela de “condições ideais” - compre e aprenda a usar um tripé e/ou tripé montado no ombro, não faça “saltos” repentinos com a câmera, não se empolgue com o foco longo do dispositivo portátil, preste atenção à iluminação, etc.

Autor: Afanasenkov M.A; Publicação: pctuner.ru

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