Почему снег, дождь и конфетти разрушают качество потокового видео

Если вы когда-либо смотрели фильм на Netflix, YouTube или каком-либо другом потоковом сервисе, вы можете заметить, что в любое время в дождливую сцену качество видео полностью падает. Даже если вы транслируете через лучшее интернет-соединение, видео будет выглядеть как дерьмо. Это происходит потому, что все видеопотоки сжимаются, а такие частицы, как дождь, снег и конфетти, полностью уничтожают сжатые потоки..

Как современное видео сжимается, чтобы соответствовать ограничениям битрейта

Чтобы понять, почему дождь и другие частицы могут испортить качество видео, нам нужно понять, как работает битрейт. Проще говоря, битрейт видео - это объем данных, через которые может проходить видео, измеряемый в битах в секунду. Вы можете думать об этом, как о ширине водопровода. Чем меньше труба, тем меньше воды вы можете протолкнуть за раз. Чем шире труба, тем больше воды можно пропустить. Видео похожи: чем выше битрейт, тем больше данных может отображать видео в секунду, что означает больше деталей и лучшую четкость изображения.

В мире HD, а теперь и телевидения 4K это ограничение может стать проблемой. Большинство видео, которое вы видите, каким-то образом сжато. Если бы вы смотрели полностью несжатое HD-видео, он имел бы битрейт 2,98 гигабит в секунду. 4K видео еще хуже, с несжатым битрейтом 1,67 терабайт в секунду. Не биты. Bytes. Это больше данных, чем может выдержать самое быстрое интернет-соединение в мире.

К счастью, современное сжатие делает достойную работу по сохранению качества видео, по крайней мере, до определенной степени. Стандартный выход Blu-Ray на скорости до 40 Мбит / с, а выход 4K Blu-ray на скорости до 108 Мбит / с. Кабели HDMI между проигрывателем Blu-Ray и телевизором могут передавать до 18 Гбит / с, поэтому места для обработки всех этих данных более чем достаточно.

Разница между битрейтом несжатого видео и битрейтом на дисках Blu-Ray огромна, но вы, вероятно, не сможете этого сказать. Несжатое видео содержит массу деталей, которые человеческий глаз обычно не замечает, так что их можно отбросить. Кроме того, межкадровое сжатие может значительно уменьшить размер файла, выбрасывая данные, когда части изображения остаются одинаковыми между кадрами..

Этот снимок можно сильно сжать, так как между кадрами мало движения или изменений.

Возьмите клип выше Люка Кейджа от Защитники. В этом коротком выстреле Люк слегка наклоняет голову вправо, и полицейский встает сбоку, но по большей части кадр не меняется. Прутья сзади почти идеально неподвижны, и даже тело Люка резко не смещается. Межкадровое сжатие может заставить видео просто продолжать рисовать один и тот же фон в каждом кадре или просто смещать некоторые пиксели на переднем плане вокруг, а не перерисовывать каждый отдельный пиксель с нуля тридцать раз в секунду. Этот тип сжатия может привести к значительному уменьшению размера видеофайла. Без этого сжатия все, от вашего интернет-соединения до обычного кабеля HDMI, не сможет передавать столько данных.

Это межкадровое сжатие сталкивается с проблемой таких вещей, как дождь и конфетти. Вместо в основном статического фона, дождевой дождь заполняет весь кадр крошечными деталями, которые необходимо перемещать или перерисовывать каждый кадр. Каждая капля дождя занимает ценные кусочки, которые можно потратить на лицо персонажа. Чем больше мелких деталей перемещается в сцене, тем меньше битов можно найти во всем, и качество видео падает.

Потоковое онлайн ставит массовое сопротивление на битрейт

Если дождь является такой проблемой, почему вы не замечаете это, когда смотрите диск Blu-Ray? Ответ заключается в доступном битрейте. Хотя диски Blu-Ray могут подвергаться огромному сжатию, они по-прежнему имеют достаточно высокий битрейт для воспроизведения всех этих дождевых капель и кусочков конфетти. На самом деле, если сцена была особенно занята или достаточно хаотична, вы можете заметить некоторое ухудшение качества изображения, но вам придется щуриться.

С другой стороны, потоковое вещание через Интернет просто не успевает. Средняя скорость интернета в Соединенных Штатах составляет около 18 Мбит / с, что составляет менее половины полосы пропускания, необходимой для диска Blu-Ray, плюс полоса пропускания должна использоваться всеми устройствами в вашей сети. Хуже всего то, что такая компания, как Netflix, может обслуживать столько данных одновременно, даже если у вас достаточно быстрое интернет-соединение, чтобы справиться с этим. Netflix уже составляет огромную долю интернет-трафика в Интернете. Потоковое воспроизведение HD-потоков с полным качеством Blu-Ray с одинаковым качеством изображения диска было бы невозможным.

Согласно справочному сайту Netflix, компания рекомендует не менее 5 Мбит / с для HD-видео и 25 Мбит / с для потоковой передачи 4K. Это, очевидно, намного более низкий битрейт, чем может выдержать Blu-Ray плеер в вашей жизни. И помните, что Blu-Ray видео уже довольно сжато. Итак, когда Netflix решит еще больше ограничить битрейт потока, вы начнете терять качество изображения.

Для обычных разговорных сцен это не так уж важно, если вы не тот человек, который действительно одержим качеством изображения. Тем не менее, дождливые сцены повышают спрос на и без того напряженный битрейт. Это все равно что пытаться подключить садовый шланг к пожарному гидранту. Емкости просто нет.

Взгляните на эту сцену от американских богов. Я транслировал это шоу по соединению Google Fiber, подключенному прямо к моему рабочему столу. Несмотря на то, что между мной и Starz есть достаточная пропускная способность, вы можете видеть, что сцена с дождем такая же пиксельная, как и 8-битная видеоигра. На самом деле, проблема усугубляется, когда она переходит от крупного плана Shadow в начале клипа к широкому кадру в конце, потому что там больше дождя, что означает больше деталей, что означает меньшую пропускную способность для всего остального.

Теперь вот та же сцена. Однако на этот раз мы создали GIF из локальной копии этого эпизода, а не в потоковом режиме. Конечно, то, что вы просматриваете, представляет собой GIF-изображение шириной 650 пикселей для видео 4K, так что вы не сможете увидеть полный эффект, но даже здесь вы можете увидеть больше деталей. Поскольку локальное видео не нужно сжимать так сильно, как если бы оно транслировалось в Интернете, скорость работы с ним намного выше.

Во второй версии вы можете видеть больше дождевых капель, вы можете видеть людей более четко, и цвета становятся еще более яркими с лучшей контрастностью. Чем выше битрейт видео, тем меньше проблем, когда начинается дождь или когда кто-то бросает конфетти. На техническом уровне дождь и конфетти всегда будут вызывать проблемы со сжатием, но вы не заметите этого почти так же, как если бы вы проигрывали его с диска или файла на вашем компьютере, вместо того, чтобы транслировать его онлайн.

Конечно, компромисс может стоить того для вас. Такие сайты, как Netflix, HBO и Starz, имеют огромную библиотеку HD и 4K-контента, который может быть дорогим, чтобы получить что-то еще (если вы даже можете). Кроме того, самый сцены не под дождем в любом случае. Хотя фильм от Netflix никогда не будет выглядеть так же хорошо, как на Blu-Ray, он может выглядеть хорошо довольно. Если вы любите красивые видео, вы, вероятно, захотите использовать физический носитель или свой собственный домашний медиа-сервер..