Prokládané řádkování - prokleté dědictví

1.1.2007 20:58 | Přečteno: 6317× | Rouhání největší

Když jsem před pár dny psal o stavu programů v oblasti videostřihu, přišla v diskusi řeč také na řádkový proklad. Prokládané řádkování je především dílem televizní historie, nicméně ještě nějakou dobu s ním budeme muset bojovat.

K napsání tohoto textu jsem se rozhodl poté, co jsem před několika hodinami zahlédl v televizi (Prima?) reklamní spot, snad nějaký teleshopping, který měl prohozené půlsnímky. Něco takového musím samozřejmě považovat za amatérismus nejhrubšího zrna (u čerstvých záběrů "z bojiště", např. z Iráku, se to dá tolerovat - u reklamy je to ale jako pěst na oko), který v celoplošné televizi nemá co pohledávat. Nicméně se stále ukazuje, že problematika prokládaného řádkování dokáže spoustu lidí (včetně mě) pořádně potrápit.

Vznik řádkového prokladu se datuje do počátků televizního vysílání. Zatímco běžný film promítaný s frekvencí 25 snímků za sekundu lze vcelku bez problémů sledovat (vždy nějakou dobu svítí celý snímek, pak se film posune dál), na televizní obrazovce to nejde. Elektronový paprsek dopadá pouze na jediný bod a dosvit luminoforu je příliš krátký, než aby taková frekvence stačila. Obraz by příliš blikal.

Proto vzniklo prokládané řádkování - snímkový kmitočet je dvojnásobný, přitom ale není potřeba zvětšovat šířku pásma. Obraz se kreslí po půlsnímcích, nejdřív liché řádky a pak sudé nebo naopak. Pro klasickou analogovou televizi s tím není problém. Ostré hrany se sice poněkud chvějí, ale jinak není nic, co by nějak zásadně bránilo použití takové metody. To je také důvod, proč prokládané řádkování vydrželo dodnes.

Ovšem s příchodem digitální techniky nastal problém. Digitalizovaný signál se musí nějak zaznamenat, zpracovávat a posléze případně převést opět na analogový. V zásadě řešíme dvě situace: jednak odstranění řádkového prokladu, a zadruhé naopak jeho správný průchod celým řetězcem.

První situace (videozáznamy, které budou přehrávány na počítači nebo jinde, kde se nepracuje s prokládaným řádkováním) je svým způsobem jednodušší. Netrápí nás, jaké je pořadí půlsnímků, stačí "jen" uspokojivě vyřešit převod na neprokládaný obraz. Lze například zdvojnásobit snímkovou frekvenci (z půlsnímků udělat celé snímky), použít jen sudé či liché půlsnímky, smíchat půlsnímky, interpolovat nebo použít nějaký adaptivní algoritmus (aplikuje na různé části snímku vždy nejvhodnější metodu). Kdysi jsem o tom něco napsal, kdo chce, může si to přečíst.

Mnohem horší je to v případě, že i na výstupu bude prokládané video. Pak právě hrozí, že budou půlsnímky v opačném pořadí a výsledek bude otřesný (jako ve zmíněné reklamě). Zvlášť nepříjemné to je, když stříháme dohromady z několika zdrojů a každý má jiné pořadí půlsnímků.

Důležité je vědět, jaké pořadí je na vstupu a jaké má být na výstupu. Obvykle to bývá někde uvedeno (typicky pod názvem Field Dominance nebo Field Order) - setkáme se s označením Top Field First (TFF, též Upper Field First, znamená "horní pole" první, tedy nejdřív půlsnímek s lichými řádky) a Bottom Field First (BFF, též Lower Field First, "dolní pole" první, tedy nejdřív půlsnímek se sudými řádky). Ne vždy je to uvedeno, platí ovšem pravidlo, že pro DV PAL (tedy to, co leze z Mini-DV nebo D8 kamery) se používá BFF, kdežto pro "klasický" PAL (tedy normální televizní signál; často pak i to, co leze z televizní karty v počítači) naopak TFF. DVD kamery často zaznamenávají jako TFF, to aby střih současně z různých druhů kamer byl zábavnější.

Pokud pracujeme s videem pouze z jednoho zdroje (třeba jedné kamery nebo digitalizační karty), je to poměrně jednoduché. Stačí znát pořadí půlsnímků a při celém zpracování ho všude nastavovat, aby nevznikly problémy. U výstupu na pořadí obvykle nezáleží (pokud je správně deklarováno) - v opačném případě bychom ho museli opět řešit - viz níže.

Nejhorší to je, když máme buď ke střihu video s různým pořadím půlsnímků nebo když má být výstup v opačném pořadí než zdroj. Pak se musí pořadí půlsnímků otočit. Někoho by mohlo napadnout, že se prostě přehodí dvojice řádků - jenže to je hodně špatný nápad, protože tím se řádky dostanou do špatné polohy a výsledek bude vypadat divně. Musí se na to jít jinak.

Používají se v zásadě dvě metody. První z nich odstraní první řádek, čímž se první stane z druhého. Logicky nám pak jeden řádek chybí dole, což se většinou řeší zdvojením posledního řádku. Většinou to nevadí, na většině televizních obrazovek je tento řádek stejně mimo viditelnou oblast. Lze to udělat samozřejmě i obráceně, tedy odstranit poslední řádek a zdvojit první.

Pokud by byla předchozí metoda z nějakého důvodu neakceptovatelná, lze použít jinou. Ta spočívá v tom, že se půlsnímky vůči sobě posunou. To ovšem znamená, že nám na začátku a na konci zbyde vždy jeden samostatný půlsnímek, k němuž nemáme druhý do páru. Cest k řešení je více - buď se prostě zahodí, nebo se druhý půlsnímek nějak dopočítá. Časový posun je samozřejmě potřeba zohlednit i ve zvukové stopě a časovém kódu, aby nebyly oproti obrazové stopě posunuty.

Nyní zbývá už jen otázka, jak to všechno prakticky realizovat. Uvedu pár příkladů pro mencoder. Tak nejdřív odstranění řádkového prokladu:

mencoder -vf kerndeint -o vystup.avi vstup.avi

Příklad ukazuje využití adaptivního filtru od Donalda Grafta s výchozími hodnotami. Filtr lze parametrizovat, např. změnit práh pro zapínání algoritmu (pod prahem se řádky ponechávají beze změny). Přímo v mencoderu jsou k dispozici ještě další filtry pro odstranění řádkového prokladu. Pro prohození pořadí půlsnímků lze použít toto:

mencoder -vf phase -o vystup.avi vstup.avi

Filtr lze opět v případě potřeby parametrizovat, většinou to však není třeba. Funguje na základě časového posunu půlsnímků, jedná se tedy o druhou zmíněnou metodu. Metoda první, tedy odstranění prvního řádku, zde není (pokud vím) přímo k dispozici. Lze ji ale částečně nahradit tímto:

mencoder -vf crop=720:575:0:1,scale=720:576:ilaced
  -o vystup.avi vstup.avi

Zmíněný příkaz odpovídá standardnímu PAL videu (720 x 576). Nejprve ořízne obraz na rozměr o 1 řádek nižší (s počátkem ve druhém řádku), pak ho zvětší na původní velikost (bez narušení řádkového prokladu). Je jasné, že zdvojený řádek dole "strašit" nebude, ale zase mírně klesne kvalita obrazu. Nevím, jak u mencoderu docílit zdvojení posledního řádku (a vyhnout se tedy zvětšování obrazu), ale s jinými programy to docílit lze.

Snad tento text aspoň trochu přispěje ke zlepšení povědomí o řádkovém prokladu a boji s jeho nástrahami. Takové klepající se videa s chybným pořadím půlsnímků opravdu nejsou ke koukání.

Odkazy:

• Interlace (Wikipedia)
• The Lurker's Guide to Video
• Two Million Pixels are Better than 1 Million Pixels: The latest false argument in favor of interlaced DTV broadcasting

       

Komentáře

[trekker.dk]

Před několika hodinami - nebyla to náhodou ta dvouhodinovka, ve které má vyhrazený čas regionální vysílání?

Zatímco běžný film promítaný s frekvencí 25 snímků za sekundu lze vcelku bez problémů sledovat

AFAIK se pleteš - každý snímek dvakrát blikne. Kdyby jenom chvíli svítil, bylo by znát blikání, když obraz zhasne a film se přesouvá na další políčko.

[Luk]

Před několika hodinami - nebyla to náhodou ta dvouhodinovka, ve které má vyhrazený čas regionální vysílání?

To nevím. Přijímáme Primu ze 2 různých vysílačů, každý je v jiném kraji. Je možné, že to bylo zrovna regionální vysílání.

AFAIK se pleteš - každý snímek dvakrát blikne. Kdyby jenom chvíli svítil, bylo by znát blikání, když obraz zhasne a film se přesouvá na další políčko.

Abych řekl pravdu, profesionální promítačky používané v kině do takové míry neznám. Ale ty amatérské, se kterými jsem se setkal (film 8 a 16 mm), svítily po celou dobu nehybnosti filmu (zhasly až pro jeho posun).

Navíc jsem se teď podíval do Wikipedie, a tam píší cosi o tom, že u moderních projektorových závěrek se tato věc (dvoj- nebo i trojnásobná frekvence) skutečně vyskytuje. Je tedy otázka, s čím se člověk ve starších kinech doopravdy setkával - každopádně dívat se na to dalo docela dobře.

[Luboš Doležel (Doli)]

Co občas chodím do kina Cinestar v Budějovicích, tak je to horor. Z kina odcházím s bolavýma očima zbarvenýma do ruda, protože vidím blikat obraz - ostatní to nevidí, tak nevím, jestli jsem blázen, nebo jsem zmlsaný z nádherného obrazu LCDček :-/

[trekker.dk]

Je možné, že máš lepší oči (+ tu část mozku, která zpracovává obraz), takže se nenechají oblbnout a vidí to, co na tom plátně skutečně je - blikající obraz.

Až budeš starší (a ne o moc, odhadem za pár let), tak tě to pravděpodobně přejde a blikání v kině taky neuvidíš.

[Luk]

Vjem trvalého obrazu nebo blikání je především záležitost setrvačnosti sítnice. S kvalitou zraku to nemá nic společného.

Pak jde samozřejmě o to, jak to člověk vnímá, tedy jak moc mu vadí nějaká nedokonalost. Kdo třeba dlouhodobě používá špatný monitor (s neostrým obrazem, s nízkou frekvencí apod.), nevadí mu to. Když pak ale přesedlá na lepší, k tomu horšímu už se nechce vracet.

[trekker.dk]

Pokud budu kvalitu zraku posuzovat podle toho, jak přesně vidí to, co skutečně vidí, pak zrak, který odhalí blikání obrazu, je lepší.

[Luk]

V tom případě by například nekompenzovaná zraková díra v místě slepé skvrny znamenala lepší zrak. Co na tom, že by působila pořádně rušivě, že?

Lze to samozřejmě posuzovat různě, ale osobně za lepší zrak považuji ten, který člověku lépe poslouží. Například i tím, že ho nebude obtěžovat nepodstatnými jevy, které by jen zbytečně odčerpávaly mozkový výkon na zpracování.

[trekker.dk]

V tom případě by například nekompenzovaná zraková díra v místě slepé skvrny znamenala lepší zrak.

Psal jsem - cituji se: "Pokud budu kvalitu zraku posuzovat podle toho, jak přesně vidí to, co skutečně vidí" Skutečně vidíš to, na co se díváš. Věci, na které se díváš, žádnou zrakovou díru nemají.

Takže ještě jednou a polopatičtěji - posuzuji kvalitu zraku podle toho, jak přesně dokáže zachytit optické jevy odehrávající se ve vnějším prostředí.

[jsmach]

u klasického filmu se používá 16(18) fps na formátech 8mm (někdy i 16mm), a 25 fps na formátech 16 a více mm. Zvýšení počtu "snímků" se dosáhne vícesektorovou clonou, která jeden snímek promítne na plátno 2x až 3x, tím dosáhneme cca 50 projekcí za sekundu (16 x 3 = 48, 18x3=54, 25x2=50).

[zde]

platí ovšem pravidlo, že pro DV PAL (tedy to, co leze z Mini-DV nebo D8 kamery) se používá BFF, kdežto pro "klasický" PAL (tedy normální televizní signál; často pak i to, co leze z televizní karty v počítači) naopak TFF.

Drobná otázka: Kterej píčus navrhoval ten DV standard? A nemá taky něco společného s glibc? :)

[Lukáš Zapletal]

Pěkný blogpost. Co se stane, když výstup z DV kamery deinterlecuji pomocí TFF metody? Bude obraz nějak poškozen?

Co mě zarazilo, že Windows Movie Maker po nagrabování, nastříhání a exportu do WMV neprovede deinterlacing a výsledek je katastrofální. Bohužel je to zatím jediný nástroj, se kterým se doberu alespoň nějakých výsledků, video obvykle šupnu na Video Google a ten to pozná a provede deinterlacing sám...

[Luk]

Pěkný blogpost.

Díky

Co se stane, když výstup z DV kamery deinterlecuji pomocí TFF metody? Bude obraz nějak poškozen?

Bude záležet na tom, jaký algoritmus se použije. Při smíchání půlsnímků (každý se přepočítá na celý snímek a pak se smíchají) by to nemělo vadit (ale tohle není zrovna moc dobrý algoritmus). Při interpolaci bude záležet na konkrétní implementaci (ale třeba u té od Donalda Grafta je to znatelné).

Při přepočtu půlsnímků na celé snímky (se zdvojnásobením kmitočtu) to samozřejmě bude znatelné velice drasticky.

[trekker.dk]

Ohledně odstranění řádkového prokladu - jak dlouho to trvá (vzhledem k délce videa) a jaké jsou (subjektivně) výsledky?

Jednou jsem se pokoušel opravit prokládané video (tj. zkoušel jsem interpolovat, aby se věci neměnily na shluk čar, když se hýbou nahoru a dolu) a kerndeint, který uvádíš, moc nepomáhal.

Btw.: Zkoušel jsem použít sigwaitinfo a spol., které jsi doporučoval v jednom z minulých blogů, a funguje to skvěle. Moc díky.

[Luk]

Ohledně odstranění řádkového prokladu - jak dlouho to trvá (vzhledem k délce videa) a jaké jsou (subjektivně) výsledky?

To záleží na algoritmu, ale je to relativně rychlá operace (řádově na úrovni reálné délky videa, spíše méně). Výsledky bývají docela slušné.

Jednou jsem se pokoušel opravit prokládané video (tj. zkoušel jsem interpolovat, aby se věci neměnily na shluk čar, když se hýbou nahoru a dolu) a kerndeint, který uvádíš, moc nepomáhal.

No, abych se přiznal, osobně kerndeint nepoužívám, protože pro tuto činnost nepoužívám ani mencoder. Používám VirtualDub (pod Windows, ale chodí obstojně i přes WINE), kde je plugin Smart Deinterlace od Donalda Grafta. Ten toho v novějších verzích umí trochu více a je hodně parametrizovatelný, takže se to dá docela dobře vyladit (i když většinou ponechávám výchozí nastavení).

V mencoderu můžeš také zkusit mcdeint - podle teoretického předpokladu by měl mít nejlepší výsledky, protože analyzuje obraz, snaží se hledat vektory posunu a vypočítávat obraz podle nich. Nemám s ním žádné zkušenosti, možná je opravdu dobrý, možná ne. Každopádně ale potřebuje video předpřipravené převodem na půlsnímků na snímky (se zdvojnásobením frekvence), např. předřazením filtru tfields. A bude výrazně pomalejší než kerndeint.

Btw.: Zkoušel jsem použít sigwaitinfo a spol., které jsi doporučoval v jednom z minulých blogů, a funguje to skvěle. Moc díky.

[trekker.dk]

V mencoderu můžeš také zkusit mcdeint

Já jsem zkoušel yadiff - rychlost zpracování byla asi tak 0.6 snímku za sekundu, takže jsem to dvouhodinové video nechal na někdy, až bude lepší počítač.