Data pro digitální film

Odpovědět
Uživatelský avatar
pixel
Administrátor
Příspěvky: 139
Registrován: 03 srp 2011 14:24

Data pro digitální film

Příspěvek od pixel » 08 úno 2016 19:17

Formáty používané při filmové postprodukci.

Ačkoliv běžní návštěvníci kin přechod na digitální projekci možná ani nezaznamenali, a kina prostě musela tiše vyměnit jednu technologii za jinou, pro proces filmové výroby se změnila řada věcí. V oblasti filmových efektů se samozřejmě studia potýkají s obrazem v podobě jedniček a nul již dlouho, do příchodu natáčení na DSLR a relativně cenově dostupných digitálních kamer trápila filmová data jen úzkou skupinu profesionálů. Poslední léta ale přinesla revoluci, „filmovou“ kameru od BlackMagicu dnes pořídíte již od tisíce dolarů a díky výkonu dnešních počítačů lze kvalitní obraz zpracovat téměř na koleně. Otázka volby formátu se tak může stát důležitou i mimo hájemství velkých filmových studií. Mohou pomoci zkušenosti z oblasti digitálního videa, kde máme na výběr z řady standardizovaných a široce podporovaných formátů? Bohužel hlavně díky vysokým kompresím a menšímu dynamickému rozsahu se tyto formáty obvykle nehodí pro produkci určenou na plátna kin. Co se tedy nabízí jiného?

Na počátku bylo filmové políčko
Skutečnost, že pro kvalitní projekci v kině si asi nevystačíte se standardním video řetězcem, pravděpodobně nikoho nepřekvapí. Svět filmového a video zpracování se však střetává od doby rozšíření televizního vysílání, kdy vznikla potřeba převést filmová políčka do podoby elektrických signálů. S příchodem elektronického zpracování efektů a zejména s dostupností počítačů se objevil i obrácený problém - jak elektronicky zpracovaná data, například se speciálními efekty, dostat zpět na film. Nejde zde jen o samotné technologie, ale o základní přístup ke zpracování barevné škály. Zatímco video si vystačilo s omezeným rozsahem hodnot reprezentujících barevné složky, v digitálním světě (zpočátku) definovaným 8mi bitovou barevnou hloubkou (8 bitů na složku), pro dynamický rozsah filmu je to málo. Další problém spočívá ve způsobu práce s barevným prostorem a logaritmickou škálou, která je na rozdíl od ve videu používané lineární škály pro reprezentaci klasického filmu vhodnější. Filmaři si poměrně brzy zvykli používat konverzní tabulky LUT (Look Up Tables), které jim dovolovaly zobrazit data upravená pro cílové barevné podání, nicméně převody mezi lineární a logaritmickou doménou a různou bitovou hloubkou obvykle nejsou jednoduché, a málokdo z tvůrčích profesí rozumí jejich důsledkům. Svět digitálního filmového zpracování se proto ubíral jinými cestami než video, a na místo debat o půlsnímcích a přijatelné míře mezisnímkové komprese se vše točí okolo bitové hloubky a kódování zajišťujících dostatečný dynamický rozsah pro každé filmové políčko.

TIFF a JPEG2000
Pokud je hlavním problémem dynamický rozsah pro jednotlivá políčka, nabízí se použití formátů známých ze světa zpracování statických snímků, například TIFFu, vytvořeného v 80ých letech pro skenery. Výhoda tohoto formátu spočívá v možnosti použít ukládání dat s bitovou hloubkou 32 bitů na kanál a navíc s plovoucí řádovou čárkou (floating point, v 16 bitech zvaný half-float), což dovoluje uložit obraz s opravdu vysokým dynamickým rozsahem (např. HDR snímky). Pro TIFF je navíc k dispozici bezeztrátová i ztrátová komprese. Obecně reprezentace s plovoucí řádovou čárkou je pro logaritmický průběh velmi výhodná. Existuje pro ni (a dvojkovou soustavu) standard IEEE 754-2008 (nebo IEC 60559, či IEC 559), který pro různé přesnosti (např. 32b nebo 64b) definuje bloky bitů a jejich kódování pro mantisu, exponent a znaménko. Nicméně zpět k TIFFu, samozřejmě, že se pro zpracování filmu dá použít, i když 32 bitů na kanál je luxus, neboť v důsledku nejde jen o potřebnou velikost úložiště, ale i o manipulaci s daty. Větším problémem je ale skutečnost, že TIFF v metadatech neřeší sekvence snímků, a také existuje v řadě verzí, zejména s ohledem na fakt, že původně tento formát vyvíjela jen firma Aldus (následně pohlcena Adobe).
Obrázek
Dále tu máme JPEG2000, kde nepříjemnosti spojené s existencí nestandardních verzí odpadá (standard ISO/IEC 15444). Sice není k dispozici plovoucí řádová čárka, nicméně bitová hloubka může být až 48bitů na kanál. K dispozici jsou i standardizované metadata (EXIF). DCI (Digital Cinema Initiative) si proto JPEG2000 vybrala jako základ DCP (Digital Cinema Package) - datového balíčku pro digitální distribuci filmů. Pokud ale nechceme používat výraznější kompresi, problém s velikostí dat nám zůstává. Pro zpracování by se také hodila nějaká další metadata spojená s pohyblivým obrazem. JPEG2000 je také relativně nový formát a problémy s ukládáním bylo třeba řešit již před jeho rozšířením.

Cineon a DPX
Když společnost Kodak uvedla v roce 1993 na trh kompletní počítačový systém pro DI (Digital Intermediate) filmové workflow nazvaný Cineon, pravděpodobně ani její vývojáři netušili, že interní datový formát se stane známější, než stejnojmenná platforma. Samotný systém Cineon tehdy nabízel v podstatě vše, co bylo potřeba k vytváření speciálních filmových efektů, tedy zařízení a software zajišťující skenování filmu, kompozici a úpravy obrazu, a nakonec i zpětný zápis na filmový materiál. Přes nespornou odbornost Kodaku ale tohle bylo příliš velké sousto, na speciální efekty si rovněž brousily zuby firmy, které měly blíže ke grafice, například Quantel (Domino), nebo Discreet Logic (Inferno). Pro DI ale byl potřeba celý řetězec, čili záleželo na formátu, do kterého se film digitalizoval, a ze kterého by se zase měl vracet na filmový pás, a tomuto procesu rozuměli v Kodaku dobře. Proto formát Cineon (.cin) odpovídá potřebám zachovat charakteristiku skenovaného materiálu, používá logaritmickou škálu a 10ti bitovou hloubku. Jednotlivé hodnoty pixelů reprezentují densitu (Printing Density) negativu v daném místě, původní metrika odpovídala intermediátu Kodak 5244. Formát také obsahuje identifikaci vstupního zařízení a dále například informace o gama korekci, typu (negativ/positiv) a ID filmu, snímkové frekvenci a pozici příslušného políčka. Nelze se tedy divit, že se Cineon stal relativně populárním. Nicméně má také své limity a hlavně, nejedná se o standard, ale o proprietární formát Kodaku.
Obrázek
Jelikož Cineon v podstatě potřebám filmových profesionálů vyhovoval, vznikl na jeho základě formát DPX (Digital Picture eXchange), v poslední verzi specifikovaný v normě ANSI/SMPTE 268M-2003. Původní soubor technických metadat Cineonu byl ještě rozšířen, čili zahrnuje i rozlišení obrazu, použitý barevný prostor a kolorimetrii (např. SMPTE 240M nebo CCIR 790-1). Do tohoto kontejneru lze ukládat snímky s bitovou hloubkou až 64 bitů na kanál, a to jak s lineární, tak i s logaritmickou škálou. Proto má DPX soubor v hlavičce i identifikátor (označený jako „Transfer“), který indikuje, zda a jakým způsobem byl obsah zpracován (kódován) z lineárního prostoru. Rozšíření se oproti Cineonu dočkala i další metadata, jednak v obecné rovině (například jméno tvůrce, název projektu, nebo informaci o autorských právech), a dále potom bloky zohledňující potřebu použití ve filmovém, nebo televizním průmyslu. Pro televizi se tak dají uložit údaje například o použitém standardu reprezentace videosignálu (např. YCBCR , 1250 řádek, 2:1 prokládaných, 16:9), nebo SMPTE časový kód. DPX má tedy řadu předností a jedná se v dané oblasti o velmi rozšířený formát. Nicméně nepoužívá kódování s plovoucí řádovou čárkou a množství možností kódování obsahu může představovat i problém, pokud jsou metadata nedostatečně, nebo nesprávně vyplněna.
Obrázek
OpenEXR
Někdy kolem roku 2000 se v Industrial Light and Magic rozhodli, že žádný s dostupných formátů není pro jejich potřeby (zejména pro speciální filmové efekty) ten pravý, a že si tedy navrhnou formát vlastní. Inu slavné ILM si něco takového může dovolit, a tak byl v roce 2003 uveřejněn formát OpenEXR. Jak první půlka jeho názvu napovídá, jedná se o otevřený formát, čili proces jeho postupného zlepšování probíhá jednodušeji, než v případě ISO nebo ANSI standardu. OpenEXR se ohlíží hlavně na požadavky filmu a umožňuje ukládání hodnoty s pohyblivou řádovou čárkou (max. 32bitová hloubka) stejným způsobem jako u formátu TIFF. Takto zapsaná data jsou logicky daleko bližší logaritmickému kódování a i v 16 bitech tak lze uložit relativně velký dynamický rozsah. 16bit (half-float) formát je navíc kompatibilní s „half“ datovým typem v Cg jazyce od NVIDIA, což mu přidává body při akceleraci výpočtů pomocí grafických procesorů. Tvůrci formátu pamatovali na šetření místem, k dispozici jsou bezeztrátové kompresní algoritmy RLE, ZIP a PIZ (wavelet), a ztrátová komprese B44(A). Za zásadní výhodu OpenEXR lze ale považovat ukládání v podstatě libovolného množství kanálů, kdy každý může být jiného typu. Dají se tedy přidat kanály s barevným vyvážením, nebo speciální kanály pro zpracování stereoskopického obsahu. Díky těmto vlastnostem a také pozornosti od výrobců software popularita OpenEXR stále roste. Vloni byla uvolněna verze 2.0 a její podpora se objevila, nebo byla ohlášena u většiny důležitých nástrojů, například u Nuke, Houdini, nebo Maya.
ObrázekObrázek
Pro odborníky
Ačkoliv výše popsané formáty ve své podstatě nejsou komplikované, navržení optimálního workflow za jednoduché považovat nelze. Je nutné vzít v úvahu zejména zdrojová data, protože různí výrobci kamer přistupují k problému odlišným způsobem. Například RED se drží svého barevného prostoru RED2color2, Arri má kódování Alexa Log C, Sony Log S a ACES (Academy Color Encoding Specification - barevný prostor a workflow doporučené Academy of Motion Picture). Nesmím zde zapomenout rovněž na AdobeDNG, což je kontejner na RAW formáty, a podporuje ho například BlackMagic. Obecně RAW formáty s ohledem na DSLR svět nelze úplně ponechat stranou. Nakonec je tu i Apple ProRes, který ve verzi 4444 získává rostoucí oblibu i pro zpracování filmu (používá ho například CION - první kamera od společnosti AJA). Důležité je tedy porozumět jednotlivým reprezentacím a případným transformacím mezi nimi, protože v důsledku se vždy objeví nějaká technologická omezení, a počítá se hlavně kvalita výsledku. Čili nějakým jednoduchým a snadno srozumitelným návodem bohužel přispět nemohu.

Bohuš Získal

Odpovědět