Как работать с уровнями: Полный против Видео(Full vs. Video)

Кому важны уровни?

Допустим, у вас есть полный фильм, который вы смонтировали в Premiere. Вы смотрите его в кинотеатре или на фестивале. И всё это время вы думаете, что фильм выглядит очень замыленным. Но вы не можете понять, почему.

Или, может быть, вы выводите свою финальную версию из Resolve с помощью кодека Avid, например DNxHR. Вы загружаете его на YouTube, но он выглядит не совсем правильно. Черные цвета сильно искажены, а белые пересвечены.

Что происходит?

Оба описанных выше сценария - это потенциальные проблемы с уровнями.

Так что же такое уровни?

Как и большинство вещей в видео, которые трудно понять, уровни пришли из древнего прошлого создания видео. Аналоговое видеооборудование, такое как ленточные деки и мониторы, было настроено на запись и отображение уровней видео. Киносканеры, а также компьютерная графика, с другой стороны, обычно записывали или использовали данные полного диапазона.

В наши дни уровни понимаются не очень хорошо. Отказ от дорогостоящего видеооборудования и переход к программному обеспечению сделал некоторые технические концепции видео бесполезными. Но эти понятия по-прежнему применимы в профессиональной работе с видео.

Так зачем вообще изучать уровни?

Поскольку программное обеспечение и цифровые файлы сейчас гораздо более распространены, уровни - это важная концепция, которую необходимо понимать, особенно профессионалам. Понимая уровни, вы можете настроить правильный путь сигнала в секции цвета, корректно предоставить свои файлы с правильным цветовым пространством и кодировкой другому художнику или даже правильно экспортировать свой фильм или рекламу для кинопоказа или Интернета.

Что такое уровни (levels)?

Уровни относятся к диапазону значений, содержащихся в файле изображения. Каждый файл изображения и видео кодируется в определенном диапазоне значений. В самом общем виде существует два основных различия: полный (full) уровень для компьютерных дисплеев и видео (video ) для видеомониторов.

Файлы полного уровня кодируют данные изображения в контейнере полного диапазона. Для 8-битных файлов полного диапазона это значит значения от 0 до 255, причем 0 - это чисто черный цвет, а 255 - чисто белый. Для 8-битных файлов видеодиапазона это значит значения от 16 до 235, где 16 - чисто черный, а 235 - чисто белый.

Многие камеры снимают только в видеодиапазоне со значениями в диапазоне 16-235. Для значений, выходящих за пределы видео, некоторые камеры предлагают опции для съемки расширенных значений выше 235 или ниже 16. Эти значения иногда называют суперсветлыми (super brights) или суперчерными (super blacks). При кодировании файлов эти значения также могут называться YUV headroom или footroom . Подробнее об этих файлах мы поговорим позже в этой статье.

С другой стороны, видеофайлы RAW могут быть дебайеризованы на полный или видеодиапазон в зависимости от того, как эти файлы интерпретируются в программном обеспечении.

Вся цифровая графика кодируется в том или ином виде. Как правило, видеофайлы кодируются с видеоуровнями, а графика или последовательности изображений кодируются с полными уровнями.

Причина этого заключается в том, что традиционно видеофайлы просматривались на видеомониторах, предназначенных для отображения видеоуровней, а графические файлы просматривались на компьютерном мониторе, подключенном к выходу видеокарты компьютера, который имеет полные уровни.

Терминология полных уровней и видеоуровней

Почему же это понятие так запутано и замысловато?

Камеры, программное обеспечение, дисплеи, кодеки, диапазоны и т.д. имеют различные способы описания уровней. Иногда терминология пересекается с терминологией цветового пространства. Ниже приведены примеры различных терминов, используемых для описания полных и видеоуровней:

Это безумное количество терминов для описания одной и той же вещи.

Хотя номенклатура сбивает с толку, сама основа концепции понятна. Запутанным является понимание того, на каком уровне находятся ваши файлы и как к ним относится ваше программное обеспечение.

Большая часть этой терминологии пришла из истории вещания(broadcast). Кассеты и файлы обычно находились в пределах легального вещательного диапазона для видео (легальный, значит стандарт, но у них используется именно такой термин), который составляет 16-235. Любые значения, выходящие за эти пределы, обрезались, или ваш файл или лента отмечались во время контроля качества как выходящие за пределы диапазона значений. Это по-прежнему актуально при передаче файлов, совместимых с вещанием.

Сегодня ленты в значительной степени заменены файлами и программным обеспечением.

Программное обеспечение интерпретирует обозначение уровня на основе входной информации ваших файлов. Если вы работаете с видеофайлами, может быть очень сложно понять, почему ваши файлы выглядят по-разному в разных программах, почему они выглядят правильно в вашей программе, но не так, когда вы экспортируете их, и во множестве других ситуаций.

Уровни и программное обеспечение

За последние несколько лет управление цветом развивалось очень быстро. С появлением DaVinci Resolve другие программы, такие как Nuke, Avid, FCPX и Flame, открыли возможности для управления цветом. Уровни являются важной частью этого преобразования.

Каждое программное обеспечение работает с управлением цветом по-разному. Некоторые программы работают в полном диапазоне, другие - по умолчанию в видеодиапазоне. Все больше и больше программных пакетов предлагают опции для работы во множестве цветовых пространств и назначенных уровней.

Несколько примеров из программного обеспечения для постпроизводства:

• Nuke по умолчанию имеет линейный полнодиапазонный уровень
• Avid по умолчанию использует видеоуровни rec709, но их можно изменить
• DaVinci Resolve - полнодиапазонное, внутреннее 32-разрядное с плавающей запятой

DaVinci Resolve, например, которая является одной из самых гибких программ для цветового пространства, внутренне работает в экосистеме с полным диапазоном, 32-разрядными данными с плавающей запятой. Любые файлы с уровнем видео, импортируемые в Resolve, автоматически помечаются как видео и масштабируются до значений полного диапазона.

Несмотря на то, что обработка ведется в 32-разрядном значении с плавающей запятой, собственные осциллографы (scopes) Resolve отображают 10-разрядные значения полного диапазона. При 10-разрядных значениях полный диапазон равен 0-1023, а видео диапазон - 64-940.

Таким образом, Resolve работает внутри себя с данными полного диапазона. Если подключена видеокарта, например UltraStudio, и уровни данных не выбраны, Resolve масштабирует эти внутренние значения полного диапазона до значений видеодиапазона перед отправкой видеосигнала на монитор.

Программа масштабирует значения взад и вперед от видео к полному и обратно к видео. Это важная концепция, которую необходимо усвоить.

Именно так работает Resolve. Avid, с другой стороны, был перепроектирован, и теперь в нем есть множество вариантов цветового пространства. Вы можете интерпретировать исходные файлы как видео или полные уровни даже после импорта файлов. Вы также можете выбрать тип пространства, в котором будете работать. Вы можете работать в пространстве видеодиапазона, если таков ваш рабочий процесс.

Premiere немного более ограничен, когда дело доходит до управления цветом. Здесь не так много возможностей для переинтерпретации исходных файлов в цветовое пространство проекта. Вы можете использовать некоторые настройки управления цветом, но по сравнению с другими основными NLE, Premiere Pro и After Effects определенно не являются лидерами.

Осциллографы и значения IRE

Следующее, что нам нужно понять при работе с уровнями, - это принцип работы наших осциллографов и то, что называется IRE.

Вот определение IRE из Википедии:

IRE - это единица, используемая при измерении композитных видеосигналов. Значение 100 IRE определяется как +714 мВ в аналоговом видеосигнале NTSC. Значение 0 IRE соответствует значению напряжения 0 мВ.

Таким образом, IRE относится к фактическому напряжению в аналоговой системе. Буквально, это электричество.

Почему такое аналоговое измерение, как IRE, важно для современной эпохи видео?

Программное обеспечение для постпроизводства все еще использует значения IRE для осциллографов. Если вы видите осциллограф со значениями измерений от 0 до 100, скорее всего, это измерения IRE.

Как эти значения IRE соотносятся с уровнями?

С 8-разрядными кодированными файлами:

В зависимости от вашего программного обеспечения для редактирования, ваши осциллографы могут соответствовать уровням видео или полным уровням, но IRE останется неизменным.

Ничего не смущает, верно?

Вот почему уровни так не очевидны, а также по другим причинам.

Если ваша NLE работает, например, в среде Rec709, осциллографы могут быть представлены как уровни видео, как, например, в Avid. Вы увидите на обеих сторонах осциллографа в Avid: 16-235 с одной стороны и 0-100 с другой. Теперь вы знаете, почему. 😉

Для среды rec709, такой как проект Avid, файлы с полным уровнем будут масштабированы/пересчитаны до уровня видео.

Осциллографы сравнительны. Хотя IRE - немного устаревшая концепция, полезно иметь шкалу от 0-100, чтобы просто описать видеодиапазон. Для конкретного программного обеспечения важно понимать, какой тип среды уровней вы рассматриваете для понимания осциллографов.

Кодирование файлов: Масштабирование между полным и видео уровнями

Когда мы начинаем говорить о видеофайлах, нам необходимо разобраться с терминологией. Здесь мы начинаем слышать такие термины, как 4:4:4, 4:2:2, RGB, YUV и YCbCr. Например, ProRes444 или несжатый YUV.

В целом, RGB относится к цифровым компьютерным дисплеям, а YCbCr - к цифровым видеодисплеям. (речь о ТВ, но всё зависит от электронной начинки вашего Монитора или Дисплея)

Исторически сложилось так, что значения RGB преобразуются в значения YCbCr для экономии места для видеополосы, так как раньше это было намного более затратно. Мы все еще живем в рамках этого наследия в определенной степени. RGB - это полнодиапазонные значения 4:4:4, что означает отсутствие хроматической субдискретизации при кодировании. Вся информация о цвете сохраняется. С другой стороны, YCbCr - это 4:2:2 и видеодиапазон.

Я не буду вдаваться в описание всех технических аспектов кодирования видео. Я хочу сосредоточиться на том, что делают ваши файлы и как ваше программное обеспечение интерпретирует их в зависимости от того, что представляет собой файл. Если вам интересно углубиться в историю видео и получить больше технической информации о вышеперечисленных терминах, Чарльз Пойнтон - мастер видеотехнологий. Вот ссылка на некоторые его работы: http://poynton.ca/Poynton-video-eng.html.

Существует заблуждение, что видеофайлы должны быть конвертированы в полнодиапазонный формат для правильного просмотра на экране компьютера.

Это просто неправда. Файлы видеодиапазона могут корректно отображаться на мониторе компьютера. Важно, чтобы программное обеспечение, воспроизводящее ваш видеофайл, знало, что это файл видеодиапазона. К счастью, большинство программ разработано таким образом, чтобы хорошо знать уровни на основе его кодировки.

Например, если вы экспортировали из Resolve файл ProResHQ quicktime с уровнями видео (который Resolve по умолчанию рендерит в ProResHQ), этот файл будет выглядеть правильно, если вы воспроизведете его с помощью программы, которая понимает, что это файл с уровнями видео.

В большинстве случаев программное обеспечение для работы с видео хорошо справляется с определением правильного обозначения уровня для ваших видеофайлов на основе информации в вашем файле.

Однако.

Именно здесь возникают сложности.

Грань между файлами с полным диапазоном и диапазоном видео стала гораздо более размытой благодаря новейшим цифровым кодекам.

Кодеки Quicktime и MXF, такие как DNxHR, ProRes444, Cineform, могут содержать значения YUV или RGB.

Хотя это отличные, высококачественные кодеки, они также могут быть сложными для использования в реальных рабочих процессах. Если вы закодируете файл с уровнями видео как ProRes444, большинство программ правильно интерпретируют ваш файл. Однако если вы закодируете файл в формате ProRes444 с полными уровнями или значениями RGB, большинство программ для постпроизводства неправильно воспримут ваш файл с уровнями видео и параметрами клипа.

По результатам моего собственного тестирования рендеринга из Resolve, Resolve считает, что ProRes444 - это видеоуровни, то же самое делает и Premiere при импорте. Несмотря на то, что, согласно техническому описанию ProRes, ProRes444 может кодировать данные RGB 4:4:4 или YCbCr 4:2:2.

https://www.apple.com/final-cut-

pro/docs/Apple_ProRes_White_Paper.pdf

НО.

Даже если вы закодируете данные RGB 4:4:4 в файл ProRes444, ваше программное обеспечение все равно должно будет правильно интерпретировать эти данные, а не сжимать значения (clamp). Вот почему эти новые кодеки 4:4:4 настолько запутаны. Premiere в этом случае будет поджимать значения полного диапазона или считать, что файл имеет видеодиапазон. Вы все еще можете получить доступ к этим значениям, но Premiere не видит их так, как нужно.

DNxHR 444 - еще один кодек, который может запутать программное обеспечение. В моих собственных тестах с Resolve и Premiere файл DNxHR 444 с уровнем Auto при рендере в Resolve интерпретируется как файл с уровнем полный в Premiere. Но на самом деле Resolve кодирует его в уровень видео при выборе значения Auto. Поэтому уровни будут масштабироваться\пересчитаны дважды, что приведет к размытию значений яркости в Premiere.

Вот пример рендера клипа RED RAW в формате DNxHR 444 12-bit из Resolve с параметром Auto Levels в опциях рендеринга:

Очевидно, что в Premiere Pro он выглядит размытым. Базовая линия в нижней части диапазона висит над 0 на уровне около 16 (не случайно). Premiere ожидает уровень полный от файла DNxHR 444. Но файл из Resolve с уровнем Auto, он фактически рендерит файл с уровнями видео.

На самом деле это один из лучших способов определить, есть ли у вас проблемы с уровнями. Если уровень черного сжат на ваших сканерах до значения примерно 16 (8-разрядные осциллограф) или 64 (10-разрядный осциллограф), вероятно, в вашем программном обеспечении используется неправильная интерпретация уровней.

Итак, если мы попробуем ещё раз, но изменим настройку уровней данных на Full вместо Auto, давайте посмотрим, что произойдёт.

На практике логично, что Premiere предполагает, что файл 444 будет полнодиапазонным. Полнодиапазонные файлы имеют формат 4:4:4. С другой стороны, Resolve должен знать, что DNxHR должен быть 4:4:4 при рендеринге. Но, похоже, он считает, что DNxHR quicktime должен быть с диапазоном видео, а не полным.

Файлы содержат информацию об уровнях, встроенную в заголовки файлов. Таким образом, программное обеспечение знает, как масштабировать/пересчитывать уровни. Иногда эта информация неверна или ошибочна в зависимости от того, какая программа интерпретирует файл, что приводит к путанице.

Поскольку существует так много кодеков, цветовых пространств и различных значений диапазона, сравнение их всех заняло бы очень много времени. Самое главное, чтобы вы понимали, что кодеки 4:4:4 могут быть каверзными, и важно протестировать свои рабочие процессы и перерассчитывание файлов, прежде чем использовать их в производстве.

Особенно для пользователей Resolve и Premiere для Windows важно понимать, как использовать кодеки DNx для правильной передачи файлов туда и обратно, поскольку кодирование ProRes невозможно. Ознакомьтесь с моей другой статьей о выборе NLE здесь:
https://www.thepostprocess.com/2019/02/04/how-to-choose-your-video-editing-software/

Проверка уровней с помощью тестовых цветовых полос

Генерирование цветовых полос в начале съемки или программы - отличный способ проверить любые проблемы с кодеками или неправильным пересчитыванием уровней . Тогда вы всегда будете знать, правильно ли то, что вы видите.

Верхний пример приведённый ниже пересчитывается неправильно, как видно из осциллографа тип Парад. Это файл имеет уровень видео и интерпретируется программой как полный. Уровни пересчитываются до 64 и 940, что является признаком проблемы масштабирования уровней. Вы можете проверить это, экспортировав любой файл и посмотрев на осциллограф в любой NLE.

При интерпретации файлов с полными уровнями как видео возникает противоположная проблема. Значения выходят за пределы 0 и 1023.

Эти цветовые полосы правильные, так как значения уровня видео правильно масштабируются до 0 и 1023.

Работа с аппаратным обеспечением и уровнями

Понимание уровней является ключом к созданию правильной среды просмотра для вашего контента. Даже если вы снимаете/создаете веб-видео только на своем компьютере без специальной видеокарты, важно понимать, какой выбор вы делаете.

Технологии отображения быстро меняются. То, что верно в отношении путей передачи сигнала сегодня, может измениться завтра. Поэтому я расскажу о вариантах путей передачи сигнала и о том, как уровни вписываются в эту систему.

Существует две основные школы мысли, когда дело доходит до отображения и мониторинга видеовыхода:

1. Купить специальную видеокарту с выделенным видеомонитором для любой работы с видео (цепочка сигналов диапазона видео).
2. Использовать выход видеокарты компьютера для управления калиброванным компьютерным монитором или телевизором (цепь сигналов полного диапазона).

Для большинства людей, занимающихся сегодня видеосъемкой, важно иметь видеомонитор. Почему это важно, даже если вы снимаете/создаёте веб-видео? По нескольким причинам:

1. Вам нужно уметь калибровать дисплей в соответствии со стандартным цветовым пространством.
2. Компьютерные дисплеи не могут быть откалиброваны чтобы стабильно соответствовать стандартным цветовым пространствам для работы с видео.
3. Операционные системы и внутренние видеокарты не позволяют добиться такого же точного соответствия видеостандартам, как на внешнем дисплее.
4. Графические карты не обеспечивают такой же программной интеграции в соответствии с разрешением таймлайна и частотой кадров, как специализированные видеокарты.
5. Новые технологии дисплеев и обновленные видеокарты могут изменить зависимость от специального видеооборудования для мониторинга.
6. Старые стандарты вещательного видео прошлого могут уйти в прошлое с появлением полностью компьютерных рабочих процессов и сигнальных цепочек.

Поэтому видеомонитор и специальная видеокарта по-прежнему важны. По крайней мере, сегодня.

Означает ли это, что мы должны строить сигнальные цепи только для уровня видео?

Многие современные видеомониторы могут отображать сигналы полного диапазона. Видеокарты могут выдавать сигналы полного диапазона.

Так почему же мы должны придерживаться видеодиапазона, если мы можем использовать полный?

По нескольким причинам. Большинство видеокодеков и видеопрограмм всё ещё используют цветовые пространства, основанные на мире видео, такие как rec709. Такие файлы, как ProResHQ и DNxHD - это видеокодеки, в основе которых лежат видеоуровни. Многие пост-возможности в той или иной степени основаны на ProRes или DNx. Теоретически, введение цепочки RGB-сигналов - это интересно, но совершенствование такой конфигурации потребует гораздо больших усилий при небольшой отдаче.

Тем не менее, рабочие процессы на основе RGB становятся всё более популярными. Возможно, скоро они станут стандартом для всех рабочих процессов на базе компьютера.

Обычно в высококлассных рабочих процессах форматы quicktime не используются. Файлы, скорее всего, представлены полнодиапазонными 10-разрядными DPX-файлами или 16-разрядными с плавающей запятой OpenEXR-файлами, которые являются гораздо большими контейнерами, чем любая сигнальная цепочка или технология отображения, доступная в настоящее время.

Для пленочных сканеров и проектов полнодиапазонные сигнальные цепи являются стандартными. В таких сценариях имеет смысл построить конвейер RGB для поддержания неконвертированного, немасштабированного сигнала.

Для тяжелых объектов или рабочих процессов CG полный диапазон имеет свои преимущества.

Для большинства редакционных рабочих процессов использование систем с видеодиапазоном пока наиболее безболезненно. По мере дальнейшего роста качества кодеков, увеличения скорости дисков и снижения цен на них, файлы RGB с полным диапазоном и аппаратное обеспечение могут начать заменять традиционные сигнальные цепи на основе видео.

Передовые методы работы с полными и видеоуровнями

Теперь главный вопрос. Как мы используем уровни на ежедневной практической основе?

Вот несколько практических правил для работы с уровнями в процессе постпроизводства:

• Если вы используете кодек 444, поймите, что программное обеспечение может интерпретировать или рендерить их с неправильным масштабированием/пересчитыванием уровней. Это может привести к тому, что ваши файлы будут обрезаны или размыты. Протестируйте свой рабочий процесс с кодеками 444.
• Протестируйте с цветовыми полосами любые предоставленные или экспортированные файлы , чтобы убедиться, что уровни интерпретируются или масштабируются/пересчитываются правильно.
• Большинство камер снимают сигналы уровня видео не полностью. Некоторые из этих камер предусматривают запас по уровню (headroom) для YUV. Проверьте настройки вашей камеры, чтобы понять, как создаются ваши файлы, чтобы правильно интерпретировать их в вашем программном обеспечении и использовать эти значения за пределами диапазона.
• Убедитесь, что тракт сигнала для мониторинга согласован и соответствует программным и аппаратным выходам, будь то видео или уровни данных.
• Файлы, экспортируемые для вещания, должны быть уровнями видео. В большинстве случаев вещательные компании требуют Rec709 ProRes HQ 4:2:2, который является видеоуровнем.
• Файлы, экспортируемые для Интернета, должны быть с уровнями видео. Большинство кодеков, используемых для доставки файлов, имеют видеоуровень, а не полный. Кодировщики ожидают файлы с уровнем видео для большинства форматов доставки.

• Экспорт файлов с использованием видеоуровней НЕ приведет к тому, что ваши файлы будут выглядеть размытыми. Экспорт файлов с использованием полных уровней НЕ приведет к тому, что ваши файлы будут выглядеть лучше или точнее. Даже если дисплей вашего компьютера работает в RGB, файлы с уровнем видео будут выглядеть правильно на вашем экране, потому что плееры правильно масштабируют/пересчитывают значения.

Заключение

Я надеюсь, что эта статья помогла раскрыть концепцию уровней в постпроизводстве видео. В Интернете существует множество заблуждений относительно уровней. Я надеюсь, что эта информация поможет развеять некоторую путаницу с уровнями.

Если вы знаете, как ваше программное обеспечение интерпретирует ваши файлы, когда речь идет об уровнях, вы сможете легко справиться с любыми проблемами масштабирования\пересчитывания или несоответствиями в сигнальной цепи.

Пожалуйста, оставьте комментарий ниже с любыми проблемами или вопросами относительно моих выводов, приведенных выше. Хорошего дня.

Другие ссылки для дальнейшего чтения по Уровням

https://bobpariseau.com/blog/2018/5/2/digital-video-or-lost-in-color-space

https://stackoverflow.com/questions/25145772/converting-rgb-values-in-0-1-range-to-high-dynamic-range-exr-format

http://www.anyhere.com/gward/hdrenc/

Дэн Свиренга (Dan Swierenga) - колорист и художник по Flame и с более чем 10-летним опытом работы в области постпроизводственной цветокоррекции и заключительной обработки художественных фильмов, короткометражек, документальных фильмов и рекламных роликов.

Вместе со своей женой он является соучредителем блога ThePostProcess.com, где создает пошаговые руководства и учебники по всем этапам процесса постпроизводства.

Оригинал статьи https://www.thepostprocess.com/2019/09/24/how-to-deal-with-levels-full-vs-video/#comment-5625

Статья актуальна до сих пор 😉