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如何正确选择DNxHR的质量级别

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本帖最后由 dolphin2576 于 2018-10-11 07:53 编辑

在DNxHR压缩编码的众多质量级别(Level)中作出选择,通常是在质量和带宽之间进行妥协的结果。一些用户只关注图像质量而完全不考虑带宽的问题。而另外一些用户则会考量存储空间和网络带宽。本文当中,我们将对两方面分别进行讨论。
任何编码格式都是下面这三项指标的妥协产物:质量、压缩效率以及编解码算法的复杂度。算法复杂度与CPU直接相关。复杂度较低的编码格式对CPU的利用效率通常都比较高,因此对它进行编码或解码的速度也较快;相反,复杂度较高的编码格式在相同质量下的压缩比虽然较高,但对CPU的要求也会更高,编解码的速度也就慢一些。
举例来说,所有基于H.264长GOP编码的压缩格式都偏向高压缩比、高算法复杂度。而类似DNxHD或PreRes这样的编码则偏向低复杂度、低压缩比。
1     质量的考虑
DNxHR编码的质量取决于采用何种“级别”(Level)。本文中,“质量”和“级别”这两个术语具有相同含义。
DNxHR与DNxHD具有类似的质量级别划分。在DNxHD中,我们使用码率来描述其质量级别,比如DNxHD 36,DNxHD 220x。但是进入分辨率无关的领域,这种命名规则已不再适用,因为不同分辨率、帧速率的存在,同样的压缩级别,码率相差却很大。因此我们需要一种新的命名规则。下表中就是两种命名规则的对应关系:
avid-1.png
考虑到用户考虑的首要指标通常是图像质量,带宽次之,因此需要一种可度量的参数来描述质量。PSNR就是这样一种可用来描述图像质量的参数。我们使用它对常见的压缩格式进行比较。
这种比较通常有两个维度,来作为选择DNxHR质量级别的依据。其中一个维度是DNxHR与摄像机原始图像的比较,另外一个维度是DNxHR与DNxHD的比较。
1.1 与DNxHD比较
HR的压缩算法与HD的压缩算法是一样的。对于同样的高清输入源,两种编码的质量也完全相同。所以,假如之前你采用的是HDxHD120,那么现在你就可以使用DNxHR SQ。当然,由于分辨率的提升,带来视觉上的天然提升,因此,现在你甚至可以采用低一个级别的DNxHR。
avid-2.jpg
传统认为,DNxHD 120或者185X的HD图像适合在50吋显示设备上播放,现在DNxHR LB就可以被用来在相同尺寸的显示器上播放UHD图像。在这个尺寸上,如果说DNxHD 36的HD图像会有马赛克现象,则DNxHR LB也会有相同程度的马赛克出现。当然,一台满足UHD标准的显示器,它的像素点尺寸会缩小到HD显示器像素尺寸的1/4,所以DNxHR LB的主观感受会比DNxHD 36好很多。这完全得益于UHD显示器DPI(Dots Per Inch,像素密度)指标的提升。
1.2    与摄像机原始记录格式比较
DNxHR格式在开发过程中采用了一个原则,即:将摄像机记录格式转码为适用于编辑的“中间格式”时,颜色/量化精度/分辨率这三个指标,至少有一个要保持与源相同。比如,在转换ARRI 10bit LogC的原始素材时,就应当选择用DNxHR 10bit级别。
   
类似的,DNxHR编码也可以保留原始素材上的高动态色度以及Log亮度信息。例如,索尼F55摄影机拍摄的S-Gamut色域空间、基于S-Log的HDR、10bit量化的XAVC-I格式的图像,其Log信息和动态范围可以被任意一个级别的DNxHR所保留下来。不过,不同级别的DNxHR,其保留的色度和亮度的精度也不同,10bit的精度要高过8bit,444采样的精度也要高过422采样的。
借助分辨率无关技术,DNxHR还可以支持不同的光栅尺寸和帧速率,包括像8K分辨率、120帧/秒这种极限情况。当你在原始素材与DNxHR素材之间做对比时,要想在颜色/量化精度/分辨率这三个维度上看出差异,一台性能优异的监看设备是必不可少的。否则的话,就会因为显示的问题而影响结论。
avid-3.jpg
上图是一位客户在试图找出DNxHR HQX(10bit),XAVC-I 4K(10bit)和DNxHR LB(8bit)这三种格式之间的差异。监看设备是索尼60吋的BRAVIA 4K监视器,通过一根HDMI 2.0信号线与AJA 4K板卡相连,Media Composer软件回放,工程属性是UHDTV 59.94p,10bit,全尺寸。在这种情况下,很难看出三种格式的差异来。如果将显示尺寸扩大到IMAX级别,即90英尺宽(约合27米)的银幕上,毫无疑问LB的质量差异将会很容易看出来。
所以,如果你的拍摄记录格式是XAVC-I 4K 10bit,为了最大可能保留原始素材的细节,你应当选择DNxHR HQX,因为后者同样也是10bit量化,422采样。此时选用DNxHR 444是无意义的,444的采样相对于422的原始素材来说是个浪费;DNxHR SQ或LB也不适用,作为8bit的级别,它们会降低10bit XAVC的精度。DNxHR HQX尽可能多地保留了原始素材的属性,同时又拥有着比XAVC好得多的编辑性能。
另一个角度考虑,目前大多数消费类的4K电视实际上并不是10bit的;有一些甚至达不到UHD标准的Bt. 2020色域空间,仅能达到HD标准的Rec 709。所以在当前,DNxHR HQX显得有些“供大于求”,尤其是当你不需要做大量特效镜头时,它的确是有点浪费。
2     带宽的考虑
如果你将带宽的需求列为第一位的问题,在确保带宽的前提下才会考虑质量,那么你大约跟50%的人是一样的。Avid客户中差不多有半数的人会首先考虑带宽问题。基本上,质量级别决定了带宽;此外,当你选用1/4或1/16的代理时间线(Proxy Timeline)来转码时,也会影响素材文件的带宽占用。采用何种带宽,要综合考虑CPU、存储以及网络带宽的因素。最极限的情况下,你可以选用1/16分辨率的DNxHR LB来做4K的代理编辑,这使得你可以在一个SD的网络环境中完成4K的离线制作。毫无疑问,这种质量级别是不够做输出标准的,因此在离线剪辑完成后,还需要做套片、重链接、完成等工作。在Media Composer 8.3之前的版本,上述工作只能在第三方系统中完成。而现在,你可以在Media Composer中直接做重链接然后输出成片。有了代理时间线功能,以及便捷的重链接功能,你可以随时在1/16低码率图像和高质量原始素材之间做切换。
DNxHR的每一个质量级别都拥有一个恒定的压缩比,它是图像压缩程度的一个标杆。同样质量级别,不同的帧速率和图像尺寸显然会影响最终的码率。由于现在有三个因素会影响码率(压缩比、帧速率、图像尺寸),有必要使用一个表格来列出所有可能的组合。下表就是一个例子:
avid-4.jpg
3     选择DNxHR质量级别的原则
基于上述讨论,下面给出了一些原则性的指导意见:
         10 bit  - HQX 和444
o   UHDTV的标准中没有8bit,只有10bit。因此假如你希望完全依照标准,则需要采用10bit
o   原始素材是10bit的,而你打算保留其量化精度
o   需要用最高质量来进行归档保存
o   需要制作大量的合成、特效、抠像、颜色校正
o   图像中包含大量的过渡与渐变-此时用8bit会造成较为明显的阶梯效果
         444与HQX的对比
o   假如原始素材采用4:4:4拍摄,你希望保留色度采样精度,可以使用444
o   假如原始素材采用4:2:2拍摄,此时用444就是一种浪费
         HQ, SQ与LB的对比
o   全部都是8bit,在大多数监看环境下几乎观察不到质量差异
o   采用何种质量,完全取决于主观体验和硬盘/带宽的平衡考虑
         LB
o   如果都是HD分辨率的话,DNxHR LB的质量与常用的DNxHD 36质量相当
o   LB之所以有吸引力,是因为在高分辨率下,马赛克效应会被降低到几乎观察不到,同时它又具备了CPU解码速度和带宽的双重优势
o   LB所占硬盘空间约为XAVC-I 4K的三分之二。对广播机构而言,由于采用LB而节省下来的硬盘空间应该是值得的
         LB 四分之一分辨率
o   如果输入源是UHD-1标准,则LB 1/4 会将其下变换为HD图像,相应的,带宽方面,此时等同于DNxHD 36,作为离线剪辑很合适。同电影工作者经常会导出DNxHD 36格式的样片一样,电视工作者同样可以输出一个DNxHR LB 1/4的样片
o   当硬盘空间和网络带宽很紧张时,可采用此格式
o   可以用来输出一个低画质的HD版本
o   仍然比SD格式的清晰度高出很多
o   对于分辨率低于UHD-1标准的项目而言,比如DCI 2K,采用DNxHR LB 1/4,其码率会比电影剪辑师所熟悉的DNxHD 36更加低,更加节省硬盘空间。但是此时已经达不到广播级HD标准了
         LB十六分之一分辨率
o   此时图像分辨率已经低于SD,再加上被放大4倍回放,视觉效果大致等同于被压缩很厉害的JPEG图像
o   在HD或UHD显示器上回放时,图像质量明显不符合广播标准
o   在非编的桌面显示器中回放时,可以被用来做代理剪辑
o   硬盘空间和网络带宽及其有限时,可以用来做代理码率

精彩评论5

wzdltzm  初师  发表于 2018-10-11 14:20:44 | 显示全部楼层
感谢版主分享经验
海韵  有学者  发表于 2018-10-11 15:56:14 | 显示全部楼层
感谢老师分享经验
linhdyx  游学者  发表于 2018-10-12 08:28:19 | 显示全部楼层
非常感谢老师分享
王庆祥  有道者  发表于 2018-10-12 08:48:21 | 显示全部楼层
谢谢老师无私分享
Taya2318  版主  发表于 2018-10-12 14:15:04 | 显示全部楼层
感謝分享~~~~~
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