Введение
В видеотехнологиях 24p обозначает видеоформат с частотой 24 кадра в секунду (как правило, 23,976 кадра/с при использовании оборудования, основанного на частоте кадров NTSC, но сейчас во многих случаях – 24,000) и прогрессивной разверткой (не чересстрочной). Изначально 24p использовался при нелинейном монтаже материала, снятого на пленку. Сегодня форматы 24p все чаще применяются в целях эстетики при захвате изображения, обеспечивая кинематографичные характеристики движения. Некоторые производители рекламируют продукты 24p как более доступную альтернативу съемке на пленку. При работе исключительно в цифровой нелинейной среде материал 24p обрабатывается легче, чем материал с более высокой частотой кадров. Обработка материала 24p требует внимания при использовании оборудования, предназначенного для стандартных видеочастот. Существуют два основных способа обработки материала 24p с помощью видеооборудования: один – с использованием частоты кадров PAL, другой – с использованием частоты кадров NTSC. Из этих двух, способ с использованием PAL проще, но каждый из них имеет свои особенности.
Преобразование 24p в PAL
24p материал можно преобразовать в формат PAL теми же методами, что и при преобразовании пленки в PAL. Наиболее распространенный метод – ускорение материала на 1/24 (≈4,1%). Каждый 24p кадр заменяет два поля 50i. Этот метод не вызывает артефактов движения, кроме незначительного увеличения скорости, которое обычно незаметно. Что касается звука, увеличение скорости на ≈4,1% повышает тональность на 0,707 полутона, что также обычно не замечается. Иногда звук подвергается коррекции высоты тона для восстановления исходной тональности. Если ускорение 24p материала невозможно (например, при прямом NTSC или HD сигнале), его можно преобразовать по схеме, при которой большинство кадров отображаются в течение двух полей, но каждый кадр удерживается в течение трех полей каждые полсекунды. В результате зритель увидит рывки движения два раза в секунду. Это часто происходило, когда программы снимались на пленку или содержали фрагменты пленки, монтировались в NTSC и затем транслировались в странах PAL (в основном музыкальные клипы). Преобразование NTSC в PAL также имеет тенденцию размывать границы между кадрами пленки, поэтому считается неоптимальным способом просмотра пленки. 30p может быть предпочтительнее 24p, поскольку преобразование в 25i PAL требует меньше технических сложностей – подойдет любой конвертер NTSC–PAL. Большая разница между частотой кадров 30p и 25i приводит к менее заметным артефактам движения при преобразовании.
Нелинейный монтаж и телекино 24/25
Процесс переноса видеоматериала с частотой 24 кадра/с в формат 25 кадров/с также является наиболее распространенным методом для загрузки 24p-пленочных отснятых материалов в нелинейный редактор. Полученное видео с частотой 25 кадров/с затем может быть передано в нелинейную систему редактирования со скоростью 25 кадров/с, сохраняя соответствие 1:1 между кадрами пленки и видеокадрами. Оказавшись в нелинейной системе редактирования, система, зная, что исходный материал имеет частоту 24 кадра/с, а не 25 кадров/с, воспроизводит его с правильной скоростью. Оригинальный Keycode и 24-кадровый/секундный аудио-таймкод затем могут быть сопоставлены с 25-кадровым/секундным телекино-таймкодом путем создания лог-файла телекино, содержащего эту информацию. И снова, как только нелинейный редактор получит эту информацию, редактирование может выполняться полностью в единицах 24 кадра/с, а информация о Keycode сохраняется для пленочного монтажа или цифрового промежуточного постпродакшна отсканированных пленочных изображений. Поскольку звук в 24p-проектах записывается отдельно от изображения, проблем с синхронизацией или высотой тона звука не возникает: аудиоматериал просто загружается отдельно от видеоматериала с его естественной частотой и синхронизируется внутри нелинейного редактора.
Перевод 24p в частоты кадров/поля на основе NTSC
Работа с 24p материалом через видеооборудование, работающее в частоте кадров NTSC, имеет много общего с рабочим процессом 24 кадра в секунду, но усложняется практикой NTSC использования телекинопотока (pulldown) вместо практики PAL передачи 24-кадрового материала при 25 кадрах в секунду. При скорости видео NTSC аналогового типа 525 строк (30000/1001 кадров в секунду) полный "переплетенный" кадр, в отличие от прогрессивного, занимает почти 1/30 секунды и состоит из двух отдельных "полей", каждое из которых длится почти 1/60 секунды. Первое поле (нечетное) содержит видимые строки сканирования 21–263, а второе поле (четное) – строки 283–525 (хотя строки 263 и 283 являются полустроками). На экране отображаются два этих поля, "переплетенные" вместе, формируя один полный кадр. Правильное полное обозначение – вертикальное разрешение, затем указание на переплетенный или прогрессивный режим, и, наконец, частота кадров. Таким образом, типичное DV-видео корректно обозначается как 480i/30. Полное обозначение для 24p – 480p/24. Часто разрешение опускают, а обозначение i/p перемещают после частоты кадров для краткости. Камеры 24p не снимают, как NTSC-видеокамеры, 30 переплетенных кадров в секунду (60 полей); они снимают 24 полных прогрессивных кадра в секунду. 24p-материал можно записывать непосредственно в форматы, поддерживающие эту частоту кадров. Некоторые форматы высокой четкости поддерживают 24p в дополнение к 60i и 50i (PAL). Ранее поддержка 24p была ограничена, и в индустрии использовались обходные пути для работы с 24p-материалом на оборудовании 60i. Для записи 24p-материала в 60i-формат (то есть любой формат на основе NTSC) обычно добавляется pulldown для "подгонки" 24 кадров к 60 полям. Это достигается путем разделения каждого кадра на два поля. Затем у каждого второго кадра одно из полей дублируется, в результате чего получается три поля. Поля воспроизводятся в следующей последовательности: 2 3 2 3 2 3 2 3 2 3 2 3 2 3 и так далее. Полученное видео становится 60i-потоком и может отображаться на NTSC-мониторах. Однако сохраняется кинематографичный вид 24p, и материал не имеет движения, характерного для типичного 60i-видео. Этот 3:2 pulldown – тот же процесс, который используется при переносе пленки в видео. Любое приложение для редактирования, поддерживающее видео NTSC, можно использовать для редактирования материала с использованием схемы 3:2 pulldown. Его можно захватить как стандартный 60i-файл и редактировать как материал с любой другой камеры, сохраняя при этом эстетику 24p. Однако при редактировании материала как 60i могут возникнуть проблемы, такие как рывки при коротких переходах или затуханиях, а также несоответствие динамических характеристик материала и добавленной графики, например, текста или логотипов. Поэтому, хотя 24p-материал можно редактировать как 60i, обычно лучше редактировать его на 24p-таймлайне с удаленным pulldown. Большинство современных полупрофессиональных программ для редактирования, поддерживающих нативный 24p, могут удалить 3:2 pulldown для редактирования в нативном 24p, хотя некоторые этого не умеют. Однако это не идеально: удаление 3:2 pulldown включает в себя реконструкцию каждого четвертого кадра из двух разных групп полей, что может привести к потере качества и появлению полос, если приложение неправильно интерпретирует материал. Поэтому использование схемы 3:2 pulldown не является оптимальным, если планируется редактировать на 24p-таймлайне. Примечание: "3:2 pulldown" имеет ритм 2 3 2 3 2 3, но в индустрии его называют "3:2 pulldown", хотя ритм – 2–3. Некоторые используют термин "2:3 pulldown", который соответствует ритму, но обычно не используется в индустрии для обозначения этой техники.
Ускоренное снижение
Другой способ преобразования частоты кадров – это схема "продвинутого вытягивания" ("24pA"), впервые реализованная в видеокамере Panasonic AG DVX100. Вместо заполнения кадров в повторяющуюся схему 3:2, кадры заполняются в схему 2:3:3:2. Эта схема специфична для формата NTSC DV и не имеет смысла в родных 24p форматах. Первый кадр преобразуется в два поля, второй – в три поля, третий – в три поля, а четвертый – в два поля. Затем эта схема повторяется для каждой группы из четырех кадров. Этот метод вытягивания используется для предотвращения разделения 24p-кадра на два разных 60i-поля, которые существуют в двух разных 60i-кадрах. Когда 24p-кадр разделяется и записывается в отдельные 60i-поля, в 60i "кадрах" (то есть в двух полях) могут возникать артефакты чересстрочной развертки. Эти артефакты снижают эффективность сжатия DV и могут приводить к чередованию эффективного и менее эффективного сжатия. Усовершенствованная схема вытягивания позволяет избежать этого, поскольку каждый 24p-кадр можно найти нетронутым в результирующей последовательности 60i-кадров, при этом эффективность сжатия остается такой же, как при вытягивании 3:2. При редактировании 24pA-материалов преобразование из 60i обратно в исходный 24p очень эффективно. Оно требует лишь объединения полей, полученных из кадров, обратно в полные кадры. Затем каждый пятый кадр будет состоять из полей из двух разных кадров, и этот кадр можно отбросить, оставив только остальные четыре полных кадра. Для правильной работы камера DVX100 записывает видео блоками по пять видеокадров. Это гарантирует, что каждый клип имеет регулярный и предсказуемый ритм. Поскольку схема 2:3:3:2 была разработана для эффективного удаления вытягивания при редактировании, а приложения для редактирования 24p более универсально поддерживают ее удаление, ее следует всегда использовать при планировании редактирования в родном 24p. Системе редактирования требуется специальная поддержка формата 24pA, чтобы правильно обнаруживать и удалять вытягивание, чтобы 24p-кадры можно было редактировать на 24p-таймлайне. Многие, но не все, полупрофессиональные и профессиональные нелинейные системы редактирования способны распознавать и удалять эту продвинутую схему вытягивания. Однако среди приложений для редактирования, способных удалять вытягивание и редактировать в родном 24p, чаще встречается поддержка вытягивания 24pA 2:3:3:2, чем стандартного удаления вытягивания 24p 3:2. Другие приложения для редактирования имеют возможность редактирования на 24p-таймлайне и принимают материалы, в которых вытягивание уже было удалено в другом приложении. Помните, что хотя компьютерные системы редактирования могут использовать термин "24p", обычно частота кадров составляет 23,976 кадров в секунду. Чтобы добавить путаницы, популярная программа редактирования Final Cut Pro в меню и диалоговых окнах называет 23,976 "23,98", хотя она правильно работает с материалом с частотой 23,976 кадров. 23,976 также не является точным значением, поскольку фактическая частота кадров составляет 24000/1001, поэтому 23,98 также является правильным приближением. Кроме того, поскольку схема вытягивания 2:3:3:2 была разработана для повышения эффективности удаления вытягивания при редактировании в родном 24p, расположение вытягивания не идеально подходит для просмотра видео. Может наблюдаться преувеличенное рывковое движение, поскольку кадры, разделенные на три поля, находятся на экране на 50% дольше, чем другие кадры, и расположены друг за другом. Поэтому вытягивание 2:3:3:2 следует использовать только при планировании нативной редакции 24p, а не для окончательного просмотра. Это относится как к исходной съемке материала, так и к записи обратно на ленту из NLE.
Перевод 60i на 24p
Другой способ добиться эстетики 24p — это снимать видео в формате 60i и преобразовывать его в 24p. Для этого преобразования можно использовать различные техники. Самый простой способ — смешать поля вместе. Это может привести к появлению артефактов движения, проявляющихся в виде зазубренных, похожих на гребень, искажений в областях с быстрым движением. Деинтерляция может устранить эти артефакты, но некоторые методы приводят к потере до половины вертикального разрешения видео. Адаптивные схемы деинтерляции деинтерлируют только области с быстрым движением, тем самым сохраняя разрешение в неподвижных областях. Более продвинутые методы позволяют смягчить такие проблемы, как алиасинг, возникающий из-за временного смещения между полями 60i.
Метод оптического потока
В настоящее время это наиболее качественный метод преобразования 60i видео в 24p. Он включает в себя использование оптического потока для экстраполяции 24 кадров информации из 60, с компенсацией временного сдвига между ними. Например, в одной секунде 60i видео каждый кадр захватывается с выдержкой 1/60 секунды, что не идеально соответствует кадрам, которые были бы сняты с частотой 24 кадра в секунду. Простое "выбирание" 24 кадров из 60 не обеспечивает 24 кадра с идеальной временной согласованностью, так как между кадрами может пройти больше или меньше времени. В результате получается слегка дрожащее изображение, которое, кажется, дрожит циклически. Алгоритмы оптического потока анализируют видео и вносят корректировки в изображение, чтобы лучше "подогнать" каждый кадр к новой 24-кадровой последовательности. Полученное видео значительно плавнее, поскольку имитирует равное время экспозиции между кадрами. Для достижения наилучших результатов видео следует деинтерлейсить и удваивать частоту кадров до 60p. Это сохраняет всю временную информацию, которая является ключевой для определения того, как должны выглядеть "пропущенные" моменты времени при преобразовании в 24 кадра в секунду. Последний шаг – компенсировать недостаток размытия в движении в 60i видео. Поскольку кадры были сняты с выдержкой 1/60 секунды, размытие в движении между кадрами меньше, чем было бы при съемке с частотой 24 кадра в секунду с затвором 180° (то есть с выдержкой 1/48 секунды). Оптический поток используется для добавления размытия в движении между кадрами, имитируя размытие, присутствующее при съемке со стандартным углом затвора 180°. Этот метод создания размытия в движении гораздо реалистичнее, чем простое смешивание кадров, которое легко реализовать и обычно является стандартной функцией в большинстве нелинейных программ редактирования. Метод оптического потока также работает с 30p видео и в настоящее время является лучшим вариантом для преобразования 30p в 24p.
Использование Adobe After Effects
Этот метод требует использования Adobe After Effects и применим к любому чересстрочному материалу. Он использует всю временную информацию в 50i или 60i видео для создания эффекта замедленной съемки, эквивалентной видео, снятому с частотой 50 или 60 кадров в секунду, соответственно. Кроме того, для достижения этого эффекта не требуется несколько проходов рендеринга, что позволяет избежать потерь качества при многократном сжатии.
Использование VirtualDub + AviSynth
VirtualDub, вместе с AviSynth, можно использовать для преобразования 60i в 24p аналогично After Effects. AviSynth выполняет деинтерлейсинг, а затем передает результат в VirtualDub в полуразрешении 60p для дальнейшей обработки (в частности, корректировки высоты поля с помощью фильтра "field bob", изменения размера до полного разрешения и последующего вывода с частотой 24 кадра/с). AviSynth необходим, поскольку VirtualDub не способен самостоятельно разделить поля на последовательность 60p, а для данной техники требуется входной сигнал 60p.
Показывающий материал 24p
С оборудованием NTSC невозможно отобразить сигнал 24p напрямую, поскольку мониторы поддерживают только частоту кадров 60i. Поэтому к материалу 24p, предназначенному для отображения, необходимо добавить преобразование частоты кадров (pulldown). Большинство систем редактирования используют либо 3:2 pulldown, либо 2:2:2:4 pulldown. В схеме 2:2:2:4 pulldown, которая в основном использовалась в Final Cut Pro v7 и более ранних версиях, каждый четвертый кадр повторяется. Эта схема проще в реализации для менее мощного оборудования, так как требует меньше вычислительных ресурсов, но приводит к заметному эффекту стробоскопирования из-за дублирования кадров. В HD-производстве интерфейс HD SDI поддерживает частоту кадров 24p, помимо 60i и 50i. Многие HD-мониторы способны принимать сигнал 24p (а не сигнал 60i с примененным pulldown) и отображать материал 24p напрямую. Для просмотра HD-материала конечными пользователями многие цифровые форматы обеспечивают поддержку 24p. Компьютерные форматы, такие как Windows Media, QuickTime и RealVideo, могут воспроизводить видео 24p непосредственно на мониторе компьютера. Многие ранние плазменные и ЖК-мониторы NTSC работали на частоте 60 Гц и поддерживали только источники контента 1080i (60i) или 720p (60p), требуя преобразования входящих сигналов 24p внешним устройством. Более поздние 60-герцевые мониторы могли принимать контент 1080p24, но использовали 3:2 pulldown для отображения контента 24p, что вызывало эффект стробоскопирования. Многие современные мониторы поддерживают обработку сигнала на частоте 120 Гц или выше, что позволяет отображать контент 24p без стробоскопирования, показывая каждый кадр в течение фиксированного числа циклов обновления. Например, дисплей с частотой 120 Гц может отображать каждый кадр 24p в течение ровно 5 кадров дисплея. Эта возможность не связана с функциями интерполяции движения, которые часто встречаются в телевизорах с частотой 120 Гц+.
24 пенса против 30 пенсов
Как объясняет Чарльз Пойнтон, частота 24 кадра/с – это не просто киностандарт, но и частота, "уникально подходящая для преобразования как в 50-герцовые системы (с помощью 2:2 pulldown, ускорение на 4%), так и в 59,94-герцовые системы (с помощью 2:3 pulldown, замедление на 0,1%)". Выбор частоты, отличной от 24 кадров в секунду, нарушит этот широко принятый метод преобразования и затруднит доступ к международным рынкам для кинопроизводителей.
24p на DVD
Поток MPEG 2 на DVD способен хранить 24000 ÷ 1001 кадров, без потерь упаковывая их в поля в переплетенном потоке с частотой 30 ÷ 1001, используя флаги мягкого телекинематографа. Более того, на DVD могут присутствовать и более сложные ритмы, которые также должны обрабатываться корректно.
Видеопроизводство 24p
Все чаще 24p используется для захвата видео. Наиболее широкое применение это получило в HDTV и цифровом кино, например, в трилогии приквелов "Звездных войн". В 2002 году Panasonic выпустила камеру Prosumer DV AG DVX100 (за которой последовали обновленные модели AG DVX100A в 2004 году и AG DVX100B в 2005 году). Эта камера стала первой DV-камерой, способной переключаться между различными частотами кадров, включая 60i, 30p и 24p, с возможностью выбора между схемами 2:3:3:2 или 3:2 pulldown. Функция 24p в этой камере позволяет создавать видео, напоминающее пленку, что предпочитают многие режиссеры-постановщики. Вскоре после этого Canon выпустила Canon XL 2, предлагающую те же частоты кадров и варианты pulldown, что и DVX100. После успеха DVX100, в декабре 2005 года Panasonic представила Panasonic AG HVX200, обеспечивающую 24p HD в ценовом диапазоне менее 10 000 долларов. По сути, это HD-версия серии DVX100, ориентированная в основном на независимых кинематографистов, поскольку HD имеет гораздо более высокое разрешение, чем DV, и обычно выглядит лучше при увеличении на пленку. Также стоит отметить, что камера записывает HD-видео, включая информацию о клипах, на статические карты памяти P2 вместо ленты, что ознаменовало радикальное изменение в процессе видеомонтажа. Для записи 24p на ленту в форматах, которые обычно не поддерживают 24p, таких как DV, доступны PsF (Progressive Segmented Frame), 2:3 Pulldown и advanced pulldown. Некоторые музыкальные клипы и телесериалы сегодня снимаются в формате 24p.
23.976p
Некоторые 24p-продукции, особенно те, которые созданы исключительно для NTSC-телевидения и видеодистрибуции (например, в Канаде или США), фактически имеют частоту кадров 24000 ÷ 1001, или 23 кадра в секунду. Многие используют термин "24p" как сокращение для этой частоты кадров, поскольку "23,976" произносится не так легко. Это связано с тем, что частота кадров "30 кадров/с" NTSC на самом деле составляет 30/100,1%, также известная как 29,97 кадров/с – эта частота кадров достигается при использовании 3:2 pulldown для видео с частотой 23,976 кадров/с. Аналогично, 60i является сокращением для 60/100,1% полей в секунду. Некоторые NLE-программы могут указывать 23,976 как 23,98, что может вызывать небольшую путаницу. Важно отметить, что при 23,976 кадров/с счетчик "секунд" увеличивается после 24 кадров, хотя 24 кадра составляют немного больше, чем реальная секунда. При работе с другими источниками времени может возникнуть путаница, поскольку "секунда" в таймкоде с частотой 23,976 кадров/с немного длиннее реальной секунды и составляет 1,001 (24 × 1 / (24000 / 1001)) секунд. Иными словами, если таймкод достиг 00:16:40:00, это не означает, что видео было воспроизведено в течение 16 реальных минут и 40 реальных секунд (1000 секунд), а что оно было воспроизведено в течение 16 минут и 41 секунды (1001 секунды). Тем не менее, даже в регионах NTSC кинопроизводство часто ведется ровно с 24 кадрами/с (это называется целочисленной частотой кадров), особенно для DCI. Это может быть источником путаницы и технических сложностей. 4K Blu-ray для Европы также часто используют частоту кадров 24,000. Материал обрабатывается как обычное видео, поскольку незначительные различия в частоте кадров могут создавать проблемы с синхронизацией видео и аудио. Однако это не является проблемой, если видеоматериал рассматривается исключительно как носитель для материала, который система редактирования распознает как "истинные" 24 кадра/с, а аудио записывается отдельно от движущегося изображения, как это принято в кинопроизводстве. Дополнительная техническая проблема заключается в том, что популярный контейнер Matroska (.mkv) позволяет неопытным пользователям указывать, что видео с частотой 23,976 кадров/с имеет частоту 24,000 кадров/с, что может привести к ошибкам кодирования, сопровождающимся рывками видео (из-за "выпадения" и "клонирования" кадров) и потерей синхронизации аудио. С другой стороны, некоторые оригинальные сериалы Netflix кодируются с частотой 24,000 кадров/с (например, "Ведьмак"), что может вызывать проблемы при воспроизведении на некоторых устройствах (например, через Apple TV, которая была исправлена Apple через 3 года, и Xbox Series X).
24p в формате диска высокой четкости
И HD DVD, и Blu-ray Disc поддерживают частоту кадров 24p, но техническая реализация этого режима отличается у этих двух форматов. Blu-ray Disc поддерживает как 24.000p, так и 23.976p с использованием собственной временной разметки, в то время как HD DVD использует временную разметку 60i для 24p (заменяя "отсутствующие" кадры "флагами повтора поля", как и в DVD Video).
Смешение с 23p, 29p, 59p, 119p в Windows
В старых меню Windows 10 использовались 23p, вычисленные как 24 ÷ 1.001, аналогично 29p для 30 ÷ 1.001, 59p для 60 ÷ 1.001 и 119p для 120 ÷ 1.001. Целые частоты кадров были только 24, 30, 60 и 120. Это было исправлено в Windows 10 20H2, где в новом меню настроек экрана используются фактические значения 23.976, 29.970, 59.940 и 119.880.
Недостатки 24p
В целом, видео с частотой 24 кадра в секунду испытывает больше проблем при быстрых движениях камеры, чем видео с более высокой частотой кадров, иногда демонстрируя "стробоскопический" или "прерывистый" эффект, как и 24-кадровая пленка при съемке как видео, без плавных панорам и зумирования. Поэтому оно не очень подходит для проектов, требующих спонтанных движений камеры или имитации "съемки с рук". Тем не менее, были разработаны эффективные алгоритмы "сглаживания" с увеличением частоты кадров, и новейшие поколения, основанные на искусственном интеллекте, не создают артефактов в сгенерированных кадрах.
Будущее
Цифровое кинооборудование теперь способно обрабатывать значительно более высокие частоты кадров, такие как 48p, 60p и 120p, даже в 3D, наряду с традиционными 24p. 3D на Blu-ray по-прежнему ограничен частотой 24 кадра в секунду. 48p обеспечивает вдвое большее разрешение по движению, чем 24p, но также требует большей пропускной способности, объема памяти для хранения данных и, возможно, более высокого уровня освещенности. Трилогия Питера Джексона "Хоббит" – это фильм, в котором используется частота кадров 48p, однако 48p никогда не применялась на Blu-ray или стриминговых платформах, только в кинотеатрах. Другие фильмы, тем не менее, выходили на Blu-ray с более высокой частотой кадров (например, "Долгая прогулка Билли Линна в перерыве матча"). Некоторые современные профессиональные видеокамеры обеспечивают прогрессивную съемку со скоростью 120 кадров в секунду, что в 5 раз превышает 24p и может быть преобразовано в 24p, 30p, 50i и 60i/p с возможностями редактирования и высокой точностью при съемке динамичных сцен.