Slechts een kleine groep vrijetijdsfotografen filmt ook met hun camera. En dat is wel begrijpelijk aangezien video opnemen (en monteren) toch iets heel anders is dan foto’s maken. Toch is de techniek achter video anno 2018 heel interessant en heeft het verschillende raakvlakken met digitale fotografie. In een korte reeks artikelen staan we daarom stil bij enkele aspecten van videotechniek en -jargon. Deze keer kijken we naar Mbps en compressie.
Video
Het principe van digitale video is het snel achterelkaar opnemen (en afspelen) van JPEG-foto’s (frames), zodat voor het menselijk oog een vloeiende beweging ontstaat. Vergelijk het met een kladblok met op elke pagina een figuurtje dat net niet verschoven is. Als je dan snel bladert, dan lijkt het alsof het figuurtje beweegt. Simpel. Toch?
Daar houdt de eenvoud van video echter op. Want de grote truc van video is om de grote datastroom die al die frames genereren, zo klein mogelijk te maken, waarbij zo min mogelijk kwaliteit verloren gaat. Het zal duidelijk zijn dat hoe hoger de resolutie van de video van 720p (1280x720 pixels) en 1080p (1920x1080 pixels) tot 4K (3840x2160 pixels) en zelfs 8K (7680 x 4320 pixels), des te meer data (bytes) verwerkt moet worden. En is de snelheid van opnemen (frame rate, 25 fps tot 100 fps) hoger, ook dan neemt het aantal bytes van het datatransport toe.
Mbps
De grootte van een enkele foto wordt opgegeven in megabyte, MB. Je zou verwachten dat de datastroom in video wordt uitgedrukt in het aantal megabytes per seconde (MB/s), maar helaas is dat niet het geval. In de videowereld wordt de datastroom uitgedrukt in megabits per seconde (Mbps, bitrate), waarbij acht bits een byte vormen. Als je dus ergens in de videospecificaties van een camera een waarde ziet van 40 Mbps, dan wordt er dus 40/8= 5 MB/s verwerkt.
Rekenvoorbeeld
Hou je van getalletjes, reken dan met ons mee. Een EOS 5D mark IV filmt 4K (4096x2160 pixels = 8,85 Mp) met 25 fps. Als je in de specs van deze camera kijkt, dan zie je dat filmen bij 4K met 500 Mbps mogelijk is. Die 500 Mbps is dus hetzelfde als 62,5 MB/s en omdat we met 25 frames per seconde filmen, kan elke frame dus 62,5/25 = 2,5 MB groot zijn.
We hebben dat in de praktijk getest door ongeveer 5 seconden te filmen bij 4K en 25 fps. Dit leverde een bestand op van 305 MB. In Premiere Pro bleken dit 121 frames te zijn, wat een bestandsgrootte oplevert van 2,52 MB. Precies zoals de theorie dat ‘voorspeld’ heeft. Deze waarde komt ook overeen met de gemiddelde bestandsgrootte van de losse JPEG-frames die wel uit de film getrokken hebben. Die 2,5 MB voor een JPEG van 8,85 Mp komt overeen met een JPEG-kwaliteit in Photoshop tussen 10 en 11 en dat is behoorlijk hoog.
Dit rekenvoorbeeld geeft dus iets meer inzicht in de getalletjes en geeft ook aan dat je dus met een EOS 5D mark IV prima JPEG’s van 4096 bij 2160 pixels kunt trekken uit een 4K-video met 25 fps. Dit hadden we al eerder gezien bij de EOS 1DX mark II (klik hier)
|
Compressie
Een bitrate van 500 Mbps van de EOS 5D mark IV is behoorlijk hoog en vergt veel rekenkracht van de processor en hoge schrijfsnelheid van de geheugenkaart, wat een CF UDMA 7 (160 MB/s) moet zijn. Nu kun je met een iPhone X ook 4K-video (3840x2160 pixels) opnemen en hoef je je helemaal geen zorgen te maken of die telefoon dat kan verwerken. Zelfs bij 60 fps. Hoe is dat mogelijk? Het antwoord is compressie. Die is zo geregeld dat er slechts een datastroom van 55 Mbps verwerkt hoeft te worden. Hoe werkt dat dan?
Bij de EOS 5D mark IV en EOS 1DX mark II wordt de video opgenomen als Motion JPEG en dat zijn dus JPEG’s die met een klein beetje compressie per frame snel achter elkaar worden opgenomen en ook als zodanig worden opgeslagen in een MOV-bestand. De compressie bij een iPhone - en bij de meeste videocamera’s - werkt niet alleen met compressie per frame, maar wordt ook gekeken naar de verschillen tussen de frames onderling. Als in een serie frames alleen één voorwerp beweegt en de achtergrond in principe stilstaat, dan zullen alleen de veranderingen in het beeld worden opgeslagen. Staat alles in een serie beelden stil, dan kunnen er zelfs frames vervallen, die dan bij de decompressie later weer worden toegevoegd. Dit soort ‘slimme’ trucjes (de codec: COmpressie-DECompressie) gaat natuurlijk wel iets ten koste van de kwaliteit, maar dat zal bij het afspelen (decompressie) nagenoeg onzichtbaar blijven voor het menselijk oog. Een veelgebruikte codec voor 1080p (full HD) is H.264. Deze geeft relatief kleine bestanden en toch hoge kwaliteit. Voor 4K is deze codec nog ‘slimmer’ gemaakt en is H.265 genoemd of ook wel HEVC. Nadeel van sterke compressie is dat dergelijke ‘footage’ niet sterk meer kan worden bewerkt en dat losse frames niet de kwaliteit zullen hebben van Motion JPEG.
Samenvatting
De compressie (en grootte van bestanden) kennen we bij foto’s natuurlijk van JPEG’s waarmee we opnemen, maar bij video is de compresssie-decompressie (codec) toch van een heel andere orde en veel complexer. Als je videokwaliteit relateert aan datastroom, dan kun je ervan uit gaan dat voor full-HD (1080p) 35 tot 50 Mbps een goede kwaliteit waarborgt en dat voor 4K video (2160p) die bandbreedte tussen 140 en 200 Mbps moet liggen. Dan is er nog speelruimte voor geringe bewerking achteraf en om er een scherpe foto uit te halen.
Gerelateerde artikelen:
4K gefilmd met XC10: http://www.eoszine.nl/742623/Canon-XC10-en-4K-video.html
4K met EOS 1DX mark II: http://www.eoszine.nl/1137083/Canon-EOS-1DX-mark-II.html
All-I en IPB-compressie: http://www.eoszine.nl/1355690/Videokwaliteit-op-EOS.html