Определение разрешения HD-видеокамер:

EIA1956 и Imatest SFR

 

Поводом к написанию этой статьи, а вернее - заметки, послужил вопрос читателей наших обзоров, которые также просматривают обзоры на Camcorderinfo.com: "Почему значения разрешения, указываемые в наших обзорах для видеокамер HDV систематически и заметно больше, чем те, которые приводятся в обзорах на Camcorderinfo?" В течении некоторого времени я ограничивался ответом: "Потому что они используют значение разрешения для уровня относительного контраста 50%, а я - 30%", но потом я сам перестал удовлетворяться таким ответом - дело в том, что даже разрешение для уровня относительного контраста в 50% имеет в наших тестах значение, заметно более высокое, чем в тестах Camcorderinfo - и именно для видеокамер высокого разрешения, с видеокамерами стандартного разрешения все более-менее одинаково, такой большой разницы нет. Причина этого различия для HD-видеокамер оказалась совсем другой и связанной даже не с математикой, а с идеологией измерения разрешения. Впрочем, обо всем по порядку.

Изначально в наших тестах для определения разрешения использовалась таблица EIA1956. Эта таблица создавалась еще в те времена, когда ни о каком HD-видео и формате 16:9 еще никто и не думал. Она изначально исходит из того, что отображение видеосигнала (аналогового - никакой цифры тогда еще не было в помине) происходит на экране с соотношением сторон 4:3. Проградуирована она в так называемых ТВЛ (телевизионных линиях). Разрешение в ТВЛ (причем независимо от того, горизонтальное оно или вертикальное) приведено к малой стороне кадра. То есть, если число вертикальных линий, которые еще можно различить раздельно на таблице, равно, к примеру, 500, то это значит, что горизонтальное разрешение данной камеры таково, что если по малой стороне кадра "уложить" рядом 500 горизонтальных чередующихся черных и белых линий, а потом повернуть их на 90 град., сделав их вертикальными - то камера сможет их "разделить", передать раздельно (я пока ничего не говорю об игре контраста и ЧКХ, об этом вы можете почитать в статьях, сноски на которые я приведу в конце данной работы). Понимаете в чем "изюминка"? Вертикальные линии на таблице проградуированы так, имеют такую ширину, чтобы соответствовать именно малой стороне кадра при соотношении между стронами кадра равном 4:3! Если кадр имеет другое соотношение сторон - горизонтальное разрешение по EIA1956 будет измерено неправильно! А видео HDV имеет соотношение сторон 16:9.... "Постойте", скажете вы, "но ведь тогда и невозможно использовать таблицу EIA1956 для определения разрешения такого видео, она просто "не влезет в кадр так, как надо"! А вот и не так - можно! Тут вступает в силу тот факт, что изначально HDV-видео хранится на пленке именно в формате 4:3 - анаморфированные 1440х1080. А значит - достаточно сделать таблицу EIA1956 в формате 16:9 (просто растянув её по горизонтали), а отснятый кадр такой "растянутой" таблицы не подвергать деанаморфированию, оставив его в исходном разрешении 1440х1080 - и мы получим правильный кадр с соотношением сторон 4:3 и правильными пропорциями линий на нем, а значит - сможем, не нарушая "идеологии" измерения разрешения по таблице EIA1956, получить значение разрешения в ТВЛ для HD-видеокамер! Более того, мы сможем напрямую сравнивать эти результаты с результатами SD-видеокамер, видео с которых имеет отношение сторон кадра близкое к 4:3! И именно этим способом мы и пользовались до сих пор (вы наверное обратили внимание что наши тестовые кадры таблицы имеют форматное соотношение 4:3 и правильные пропорции, хотя они отсняты на HD-видеокамерах с форматным соотношением 16:9 и "растянутой" таблице). И все бы хорошо, но вот на сцене появляется программа Imatest с модулем SFR для построения ЧКХ, которым пользуемся и мы, и Camcorderinfo...

Каким образом измеряется разрешение в Imatest SFR? В тех же самых линиях, причем, как и в предыдущем случае, приведенных к малой стороне кадра. Единиц измерения две - либо Line Width per Picture Height (LW/PH) - число линий по малой стороне кадра, либо Cycles Per Pixel (CPP) - число циклов на пиксель, где циклом считается пара из черной и белой линии. Очевидно, что если одна линия приходится на один пиксель, то разрешение равно 0.5 CPP (полцикла на пиксель). Отсюда легко вывести соотношение между LW/PH и CPP: если размер малой стороны кадра равен N пикселей, то:

LW/PH = (CPP/0.5)*N или LW/PH=2 * CPP * N

А теперь поговорим о том, как нам измерять разрешение для видеокамер HDV. Если следовать логике, описанной выше для работы с таблицей EIA1956, то мы должны использовать для Imatest SFR анаморфированный кадр 1440х1080 - именно тогда разрешение по EIA1956 и по Imatest SFR (для относительного контраста 30% - это примерно соответствует "предельному" визуальному разрешению) будут примерно одинаковы. И именно этот способ использовался нами до сих пор при работе в Imatest. А как измеряют разрешение в обзорах на Camcorderinfo? К сожалению, я не встречал описания их методики, но все равно, я уверен на 99%, что они меряют разрешение (в LW/PH) по деанаморфированному кадру 1920х1080 для уровня относительного контраста 50% ("комфортное" визуальное разрешение). И что получается? Если и мы будем использовать относительный контраст 50%, то по вертикали все должно быть одинаково - и у нас, и у них "вертикальная" сторона кадра равна 1080 пикселям. А по горизонтали? У нас - 1440 пикселей, у них -1920, а реальное число линий - одно и тоже, анаморфированный кадр или деанаморфированный - реальное разрешение от этого не зависит!  А это значит, что ширина одной вертикальной линии в пикселях у них больше в 1920/1440=4/3 раза. И потом эти уширенные (или зауженные - это с какой стороны посмотреть) линии приводятся к одной и той же величине малой стороны кадра - 1080 пикс.! А это значит, что по определению, при прочих равных условиях, величина LW/PH для горизонтального разрешения у Camcorderinfo будет меньше нашей в 4/3 раза! В качестве примера, ниже, я привожу измеренную в Imatest SFR "горизонтальную" (вверху)и "вертикальную" (внизу) ЧКХ и, соответственно, значения LW/PH для уровней контраста 50 и 30% (камера - Canon HV20). При этом левый столбец соответствует нашему способу измерения разрешения (по анаморфированному кадру 1440х1080), а правый - измерению разрешения по деанаморфированному кадру 1920х1080 (как это делается на Camcorderinfo).

 

 

Итак, что мы видим? В нашем способе разрешение равно (горизонталь х вертикаль, уровень относительного контраста 50%): 912 х 618 LW/PH, а по деанаморфированному изображению - 638 х 614 LW/PH (что, кстати, находится в согласии с результатом Camcorderinfo для Canon HV20). Вертикальное разрешение - практически одинаково в обоих способах, горизонтальное - различается приблизительно в 4/3 раза, что и требовалось доказать.

А что мы получаем для "предельного" горизонтального разрешения (уровень относительного контраста 30%)? В нашем способе (по анаморфированному изображению): 1122 LW/PH, по деанаморфированному изображению: 781 LW/PH. Сравним это с таблицей EIA1956 заснятой в тех же условиях и на ту же камеру (по нашему способу, описанному выше и позволяющему получить ТВЛ-ы для HD-картинки):

 

Легко заметно, что разрешение тут заведомо больше 1000 ТВЛ, что соответствует именно результату Imatest SFR по анаморфированному изображению (в чем, собственно, и не было особых сомнений).

 

Итак, к чему же мы пришли? А к тому, что разница между результатами по горизонтальному разрешению в наших обзорах HD-видеокамер и обзорах Camcorderinfo.com обусловлена именно разными подходами к оценке разрешения (анаморфированная или деанаморфированная картинка, 1440 или 1920) и является вполне ожидаемой. Подход Camcorderinfo более естественный - конечный размер кадра 1920 х 1080 и естественно оценивать разрешение именно по нему. В тоже самое время наш подход обусловлен традиционной привязкой наших обзоров к измерениям по таблице EIA1956, желанием сохранить "соотносимость" результатов по таблице с результатами, получаемыми с помощью Imatest SFR. В пользу подхода Camcorderinfo можно заметить то, что он применим для любого HD-видео, в то время как наш подход применим только для анаморфированного видео, изначально имеющего размер кадра 1440х1080. С другой стороны, современные бытовые и полупрофессиональные камеры высокого разрешения выдают именно такое видео (исключение - JVC HD7, в режиме максимального качества она выдает Full HD безо всякого анаморфа, а значит к ней наш подход не применим). В пользу нашего подхода можно сказать то, что мы можем напрямую сравнивать разрешение HD и SD (miniDV, DVD, HDD) видеокамер, у которых отношение сторон кадра близко к 4:3 (как мы уже говорили выше - в подходе Camcorderinfo это невозможно). Но, с другой стороны, а кому интересно такое сравнение? И так ясно, что у HD-видеокамер оно выше...

 

В общем, оба подхода имеют право на жизнь, но наш подход привязан к архаичной EIA1956. Может пора про неё забыть?

 



 

Алексей Попов

(popoval@nm.ru)