Панорамный обзор форматов кодирования цвета видеокамер: сравнение эффективности сжатия All-Intra и Long GOP и производительности редактирования без редактирования

1. Суть сжатия цифрового видео: устранение временной и пространственной избыточности

Современные камеры записывают 10-битное видео 4K 60P. Без какого-либо сжатия данных объем несжатых данных RAW, генерируемых в секунду, достигает более 1,5 ГБ. Карта памяти емкостью 128 ГБ полностью разряжается более чем за минуту:

1. Два основных направления сжатия:

• Пространственная избыточность (внутрикадровая): цвета соседних пикселей в одном изображении очень похожи (например, голубое небо), их можно сжимать и объединять;
• Избыточность во времени (межкадровая): в 60 кадрах непрерывной записи фоновые столы и стулья часто вообще не двигаются, а только губы актеров. Нет необходимости повторно сохранять весь фон в каждом кадре!

2. Технический механизм Long GOP (сжатие межкадрового предсказания/группа IPB)

Формат высокоэффективного сжатия по умолчанию для основных потребительских камер (таких как Sony XAVC S, Canon IPB, Panasonic LongGOP):

1. Архитектура ГОП — группы изображений**:

• Типичная GOP содержит от 12 до 30 кадров, состоящих из трех разных типов кадров:
• I-кадр (кадр с внутренним кодированием/ключевой кадр): независимый базовый кадр, полностью сохраняющий все детали всей фотографии;
• P-кадр (предсказанный кадр/предсказанный кадр): относительно предыдущего I-кадра записываются только вектор движения изменения смещения в изображении и разница предсказания;
• B-кадр (двунаправленный кадр/двунаправленный прогнозирующий кадр): кадр с чрезвычайно высокой степенью сжатия, не только ссылающийся на предыдущий I-кадр, но также предварительно считывающий будущий P-кадр назад и записывающий только остаток двунаправленной интерполяции.

2. Преимущества и слабые стороны длинной GOP:

• Преимущество сверхвысокой степени сжатия: скорость передачи данных обычно составляет всего от 100 до 150 Мбит/с, файл очень маленький, обычная дешевая карта памяти V30 может справиться с этой задачей, подходит для длительной записи встреч, отслеживания событий и видеоблогов о путешествиях;
• Снижение качества изображения при резком движении (макроблокировка): при съемке полноэкранных сцен с высокоскоростным и хаотичным движением, таких как вода в фонтане, падающие листья, буря и пролетающие птицы, алгоритм прогнозирования времени полностью дает сбой, и экран мгновенно взрывается на большие мозаичные блоки и разрывающиеся артефакты;
• Пытка процессора компьютера для редактирования: при перетаскивании указателя воспроизведения на временную шкалу программного обеспечения для редактирования, чтобы отобразить 7-й кадр, компьютер должен принудительно распаковать и вычислить все предыдущие I-кадры и последующие P-кадры в памяти, что приводит к безумному зависанию временной шкалы и потере кадров.

3. Чистая родословная All-Intra (внутрикадровое кодирование / All-I) на уровне кино и телевидения.

Отраслевые стандарты для профессиональных кинокамер и беззеркальных камер высокого класса (таких как Sony XAVC S-I, Panasonic ALL-Intra 400M, Canon ALL-I):

1. Чистое, покадровое, полностью независимое кодирование (все кадры являются I-кадрами):

• Полностью отменить любое межкадровое предсказание P-кадра и B-кадра!
• Каждый кадр в видео — это самостоятельное, законченное, независимое изображение высочайшего качества без срезания углов!

2. Непревзойденные преимущества All-Intra:

• Безупречное качество высокоскоростного динамического изображения: независимо от того, насколько быстро плещется вода или как быстро поворачивается камера, каждый кадр имеет максимальную четкость и никогда не будет создавать артефакты движения или блокировать дефекты сжатия;
• Чрезвычайно плавная временная шкала редактирования (очень быстрое воспроизведение): программное обеспечение для редактирования перетаскивает указатель времени на любой кадр, а ЦП/ГП считывает данные напрямую мгновенно, без необходимости сложных межкадровых вычислений обратного прогнозирования, а также многокамерное редактирование в реальном времени без задержек;
• Цена: сверхвысокая скорость передачи данных и большие затраты на хранение: скорость передачи данных All-I обычно достигает 400–800 Мбит/с (что в 4–6 раз выше, чем у Long GOP), и он должен быть оснащен дорогой картой SD V90 или картой памяти CFexpress, которая очень быстро съедает место на жестком диске.

4. Золотое дерево решений для фактического выбора во всех сценариях

---