Czy wiemy jakie możliwości kryją się w naszych kamerach? Dlaczego nie możemy wykorzystać w dowolny sposób wszystkich wspaniałych opcji, które producent sprzętu reklamuje? Co powoduje, że musimy iść na kompromis? W jakich sytuacjach? I przede wszystkim dlaczego? W niniejszym tekście chcemy czytelnikom nieco przybliżyć sposób myślenia producenta podczas prac koncepcyjnych nad nowymi kamerami.

Tekst: Jarek Somborski

Przed rozpoczęciem zdjęć zawsze przychodzi taka chwila, w której musimy się zastanowić nad tym, jaką kamerę wybrać do danego projektu. Czasami to decyzja prosta – mamy już określoną kamerę pod ręką, nie stać nas na inną więc podejmowanie decyzji sprowadza się tylko do tego, że realizatorzy akceptują to, co jest dostępne i… problem z głowy. Jednak nie zawsze tak się składa, że kamera, która jest dla nas w danym momencie dostępna, jest ową optymalną kamerą do danego projektu. Nasz przyszły film może mieć specyficzny charakter wizualny, który może być zrealizowany tylko uwzględniając określone parametry zapisu, jakości, rozdzielczości, klatkażu, głębi bitowej itd.

Jeśli mamy wystarczający zapas środków na dowolną kamerę, to problem najczęściej przestaje istnieć. Praktyka pokazuje jednak, że nawet w najdroższych produkcjach wybór kamery nie jest przypadkowy. Jest to często wypadkowa przyzwyczajeń, jakości, prostoty obsługi, możliwości postprodukcyjnych czy wytycznych / zobowiązań producenta.

Dlatego w okresie przygotowawczym realizatorzy często robią specyficzne próby / testy, odtwarzając konkretne sceny przyszłego filmu. W tych testach badają kluczowe / najtrudniejsze / krytyczne sytuacje, by sprawdzić, czy założenia dotyczące sprzętu są właściwie, czy nie. Zdarza się, że dopiero podczas tego typu testów wychodzą na wierzch pewne sytuacje, które zmieniają pierwotne decyzje związane z wyborem kamery. Może się okazać, że jakiś, nawet drobny parametr ma zasadnicze znaczenie dla całości filmu. Przykładowo, jakaś opcja rejestracji jest dostępna tylko w kamerze A, która pierwotnie nie była brana pod uwagę, ale po zweryfikowaniu możliwości / przeprowadzeniu prób / testów na różnych kamerach, okazuje się, że kamera B jednak nie będzie w stanie przekazać owe niuanse na ekranie, o które realizatorzy walczą i w związku z tym zmieniają kamerę B na kamerę A.

Dlaczego o tym mowa? Przed realizacją filmu warto uzmysłowić sobie co mamy pod ręką i co tak naprawdę producent (sprzętu) nam oferuje. A to nie zawsze jest oczywiste i czytelne. Nie lubimy czytać instrukcji, nie przyglądamy się możliwościom kamer zbyt uważnie, nie znamy skrajnych możliwości sprzętu, nie do końca są dla nas czytelne różnice w trybach pracy itd.

Producenci sprzętu robią wszystko, by kamera, którą nam proponują, w naszych oczach wyglądała wspaniale. Patrząc na postęp technologiczny w ostatnich latach, widzimy, że kamery co chwila robią skok jakościowy, który tylko ułatwia życie realizatorom. Sprzęt jest coraz lepszy, coraz tańszy, oferuje coraz szerszy wachlarz możliwości, różnice pomiędzy sprzętem z górnej półki a sprzętem dla zaawansowanych amatorów są coraz mniejsze… wszystko idzie do przodu. Jednak nie zawsze potrafimy zrozumieć „filozofii” producenta i nie zawsze widzimy, gdzie znajdują się „mielizny”.

By zrozumieć co tak naprawdę można zrobić na kamerze A względem kamery B, warto się przyjrzeć pewnym współzależnościom i zasadom związanym z parametrami pracy kamer.

Kamera jest w pewnym sensie produktem zamkniętym. Posiada w sobie odpowiedni hardware, który już raczej nie będzie się zmieniał w czasie. Poza nielicznymi niezwykle rzadkimi przypadkami (patrz słynna akcja podmiany – odpłatnej – przetwornika kamery RED One) sam hardware zostaje taki jaki był podczas zakupu. Nieliczne update’y, upgrade’y, nowe firmware’y czy licencje nie zmieniają możliwości per se. One jedynie otwierają to, co producent i tak wyprodukował / wbudował. Software, nawet najlepszy i najnowszy – jak na razie nie ma cudownej umiejętności zmieniania hardware’u w już istniejącym sprzęcie :).

Warto zatem zrozumieć co producent nam oferuje w ramach danego modelu kamery.  By przeanalizować istotne czynniki, posłużymy się uniwersalną, acz nieistniejącą kamerą, która przybliży nam sposób rozumowania producenta, ale również wskaże na skrajne możliwości danego układu, jakim jest kamera, czyli de facto hardware, w którym sprzężono ze sobą różnego rodzaju elementy i które to elementy mają swoje ograniczenia.

Idealna kamera jak na razie nie istnieje. Przynajmniej w praktyce. Gdy chcemy coś nakręcić, nie chcemy się czymkolwiek ograniczać i zależy nam na tym, by możliwości kamery (tak jak nasze własne?) były jak najlepsze. W takiej wyidealizowanej sytuacji chcemy, by kamera posiadała co tylko możliwe, żebyśmy mogli zrealizować wszystko, co przyjdzie nam na myśl. Czyli, kamera musi mieć i to i to i to… i jeszcze coś ekstra… W praktyce nie ma tak dobrze. Nie zawsze to jest osiągalne. Dlaczego? Dlatego, że każdy, dosłownie każdy sprzęt na świecie, dowolnego rodzaju (nie tylko zdjęciowy) jest pewnym kompromisem pomiędzy możliwościami, ceną a życzeniami. W przypadku kamer jesteśmy skazani na możliwości związane z odgórnymi założeniami producenta, które są najczęściej skorelowane z układem: głębia bitowa –  przepływność –  kodek – klatkaż – rozdzielczość – próbkowanie.

Kamera filmowa to skomplikowane urządzenie, które musi równoważyć wiele różnych czynników, aby dostarczyć najlepszy możliwy obraz. Każdy ze wspomnianych elementów ma wpływ na jakość obrazu, ale również na możliwości danego sprzętu, ilość docelowych danych i sposób obróbki zarejestrowanego materiału.

Zaczniemy od jednego parametru i stopniowo będziemy komplikować układ.

Rozważmy  sytuację, w której interesuje nas tylko rozdzielczość. Mamy jakąś teoretyczną kamerę, która jest w stanie rejestrować obraz w rozdzielczościach 2K, 4K i 8K. Profesjonalne kamery na rynku oferują tego typu możliwości, jednak nie będziemy na razie skupiać się na konkretnych producentach / modelach sprzętu. Interesuje nas tylko rozdzielczość jako taka w jakiejś uniwersalnej, teoretycznej kamerze.

Wiemy, że im wyższa rozdzielczość, tym więcej szczegółów jesteśmy w stanie zarejestrować w obrazie. Jednocześnie wiemy, że praca w wyższej rozdzielczości wymaga większej mocy obliczeniowej i większej pamięci do przetwarzania i przechowywania danych. Jeśli uznamy, że praca z 2K zabiera umowne 4 jednostki obliczeniowe (w dalszym tekście oznaczone jako JO), to 4K, które posiada 4 razy więcej informacji od 2K – wymaga oczywiście tych umownych jednostek już 16. Z kolei 8K, które posiada 4 razy więcej danych niż 4K, potrzebuje już 64 umowne jednostki obliczeniowe.

Ilustruje to tabela nr 1:

Tabela 1

Co to oznacza? Oznacza to, że chcąc mieć kamerę, która może rejestrować obraz w rozdzielczości 8K, poza samą matrycą o rozdzielczości 8K, trzeba uwzględnić odpowiednie jednostki obliczeniowe (procesora), które będą w stanie ową rozdzielczość ujarzmić.

Zobaczmy, co się dzieje, gdy do rozdzielczości dodamy jeszcze głębię bitową. Najczęściej spotykamy się z głębią na poziomie 8 bitów, 10, 12 i 16 bitów. Ograniczmy się tym razem do trzech wartości – 8, 10 i 12. Co możemy powiedzieć tym razem?

8 bitów to 256 odcieni szarości, 10 bitów to 1024, a 12 bitów to 4096 odcieni. Mając przed sobą takie wartości, z pewnością możemy zrobić podobny zabieg arytmetyczny jak w przypadku rozdzielczości. Z tym że tutaj zwiążemy nasze jednostki obliczeniowe z głębią bitową. Jeśli 8 bitów (256 odcieni) to 4 jednostki obliczeniowe, oznacza to, że 10-bitowy obraz (1024) będzie potrzebował tych jednostek 4 razy więcej, czyli 16 JO, a obraz 12-bitowy będzie potrzebował tych jednostek aż 64 (4096 odcieni). Oto tabela nr 2::

Tabela 2

Widzicie już, w którą stronę idziemy?

Dodajmy kolejny element. Zobaczmy, co się dzieje, gdy zajmiemy się próbkowaniem. Najczęściej spotykamy się z wartościami 4:2:2, 4:4:4 oraz 4:2:0.  By uprościć sobie obliczanie, zamieńmy ostatni zapis 4:2:0 na 4:1:1. Jest to de facto to samo co 4:2:0, jeśli chodzi o jakość i ogólne podejście związane z próbkowaniem. Jednocześnie zapis 4:1:1 zamiast 4:2:0 ułatwi nam zrozumienie całego procesu, o którym mowa w niniejszym tekście. A zatem mamy próbkowanie 4:1:1, 4:2:2 oraz 4:4:4. Jeśli potraktujemy numery przedstawiające sposób próbkowania jako numery, które można ze sobą mnożyć, dostaniemy umowny koeficjent próbkowania, tożsamy ze znaną nam już wartością, czyli jednostką obliczeniową. Rezultat mnożenia wartości oznaczających rodzaj próbkowania określi zapotrzebowanie na jednostki obliczeniowe:

4:1:1 = 4 JO ( 4•1•1 = 4), 4:2:2 = 16 JO (4•2•2 = 16), 4:4:4 = 64 JO (4•4•4 = 64)

Tabela 3

Jak widać, kolejne stopnie jakości próbkowania są (w naszym teoretycznym przypadku) czterokrotnie bardziej wymagające niż poprzednie (tabela 3). Stąd za każdym kolejnym razem widzimy czterokrotny skok zapotrzebowania na jednostki obliczeniowe.

Kolejnym elementem, jaki nas interesuje, to klatkaż. Skupmy się na trzech wartościach, które często pojawiają się w świecie filmu cyfrowego: 30, 60 i 120 kl./s. Jak widać idziemy trochę na łatwiznę, pomijając 24 kl./s i 25 kl./s, ale dzięki temu mamy prostsze obliczenia. Co prawda, widzimy tutaj nieco inne odległości w wartościach, gdyż ilość klatek na sekundę w tym przypadku nie zmienia się każdorazowo czterokrotnie a dwukrotnie, jednak, dla uproszczenia obliczeń, zastosujemy taki sam ciąg jednostek obliczeniowych jak poprzednio. Oto tabela 4:

Tabela 4

Kolejny element – przepływność. Nasza (nadal teoretyczna) kamera posiada następujące możliwości: 50 Mb/s, 200 Mb/s i 800 Mb/s. W tym przypadku zapotrzebowanie na jednostki obliczeniowe wygląda następująco (tabela 5):

Tabela 5

Mamy już prawie wszystko by omówić tytułowe zagadnienie: Co ma sensor do wiatraka?

Potrzebny jest nam jeszcze jeden element – format zapisu pliku. To dość złożona sprawa i trudno znaleźć jednoznaczny przykład, który będzie miał odpowiednie (dla nas) zapotrzebowanie na jednostki obliczeniowe. Mamy mnóstwo rozwiązań na rynku, które różnią się nieraz tylko niuansami, mamy kodeki, które są bardziej lub mniej wymagające, jeśli chodzi o zapotrzebowanie na moc obliczeniową, mamy skompresowany i nieskompresowany RAW itd. Dlatego określimy potrzebny nam format zapisu symbolicznie. Niech kodek I będzie najsłabszym kodekiem – internetowym, kodek T – telewizyjnym, a kodek K – kinowym. Tak jak poprzednio w przypadku innych elementów, kodeki te będą mieć podobne właściwości względem siebie. Najsłabszy będzie miał zapotrzebowanie na 4 JO, środkowy 16 JO a najwyższy – 64 JO. Proszę zerknąć na tabelę 6:

Tabela 6

Mając te wszystkie parametry w pamięci, możemy utworzyć bardziej złożoną tabelę, uwzględniając wszystkie wspomniane elementy (tabela nr 7):

Tabela 7

Jak widać, na samym dole podsumowano jednostki obliczeniowe (JO) dla poszczególnych kolumn. Chcąc zarejestrować 2K w 8 bitach, z próbkowaniem 4:1:1 (4:2:0), 30 kl./s, z przepływnością 50 Mb/s i z kodekiem internetowym (I) potrzebujemy co najmniej 24 jednostki obliczeniowe. W kolumnie gdzie na górze widnieje rozdzielczość 4K podsumowanie JO wynosi 96, w ostatniej po prawej, gdzie na górze widnieje 8K potrzebujemy co najmniej 384 JO. O czym to nam mówi? O tym, że nasza kamera, chcąc sprostać wymogom (z danej kolumny), musi posiadać co najmniej tyle JO ile zaznaczono na zielonych polach w odpowiednich kolumnach. Możemy to zuniwersalizować i powiedzieć, że druga kolumna z lewej przedstawia kamerę amatorską, gdyż ma małe zapotrzebowanie na JO,  trzecia kolumna przedstawia kamerę półprofesjonalną ze znacznie wyższym zapotrzebowaniem na JO, a czwarta kolumna przedstawia w pełni  profesjonalną kamerę z najwyższym zapotrzebowaniem na JO. 

Jednak nie wszystko jest takie proste. Producenci nie robią kamer według naszej tabeli. Każdy producent robi kamery po swojemu i stara się, by możliwości tej kamery były na tyle dobre, by klient ostatecznie kupił ich kamerę, a nie kamerę konkurencji. Dodatkowo sprawę komplikuje fakt, że wiele producentów ma różne (własne) modele kamer, przeznaczone na różne części rynku. Te kamery siłą rzeczy muszą mieć tak dobrane parametry, by być konkurencyjne wobec kamer innych producentów, ale nie mogą jednocześnie konkurować z innymi kamerami tego samego producenta (np. droższymi). W przeciwnym wypadku klient, zamiast droższej kamery będzie chciał kupić tańszą, która jest wystarczająco dobra. Opanowanie takiego balansu (cena/jakość) graniczy nieraz z cudem. Zdarza się, że właśnie droższy model posiada coś, co powoduje różnicę w cenie, ale to w ogóle nie jest obiektem zainteresowań kupujących. Są w stanie bez tego czegoś (jakiegoś ważnego parametru wg producenta) żyć i kupują tańszy model kamery. A producent (a raczej dział pi-aru) zrywa włosy z głów, bo przeoczył oczywistą oczywistość.

Wróćmy do tabeli. Producent, tworząc koncept swojej przyszłej kamery musi (przynajmniej na papierze) uwzględnić wszystko, co może się przydać użytkownikowi i jednocześnie musi wziąć pod uwagę czynniki zewnętrzne (konkurencja, cena, własne modele kamer itd.). Balansując pomiędzy wspomnianymi czynnikami, dostarcza ostatecznie konsumentowi produkt, który jest zarówno wydajny, jak i praktyczny. Jednak ten produkt, czyli nowa kamera producenta nie jest pozbawiona wad…ma ściśle ograniczoną moc obliczeniową.

Proszę spojrzeć na tabelę nr 8:

Tabela 8

Na blado niebiesko zaznaczone są wybrane możliwości kamery jakiegoś producenta. Jak widzicie, kamera w danej konfiguracji jest po trochu kamerą amatorską, po trochu półprofesjonalną i po trochu profesjonalną. Jednak to, co zaznaczono na blado niebiesko, nie jest jedynym wariantem pracy tej kamery. Zaraz się o tym przekonamy. Kluczem do zrozumienia możliwością są nadal jednostki obliczeniowe. Skrajna moc obliczeniowa tej kamery, powyżej której nie da się przeskoczyć jest podana w skrajnym prawym dolnym polu. Wynosi 120 JO. Co zatem producent (wraz z działem pi-ar) zrobił?

Producent uznał, że jego kamera będzie kamerą rejestrującą w rozdzielczości 8K. W broszurze zaznacza, że kamera ma możliwość pracy do 120 kl./s. Jednak nie zaznacza, że dotyczy to również rozdzielczości 8K… Dlaczego? Dlatego, że kamerę wyposażył w taki układ hardware’owy, że maksymalna liczba JO nie przekracza 120. Co to w praktyce oznacza? To oznacza z jednej strony, że mówi prawdę i że kamera rzeczywiście może rejestrować obraz jako 8K, ale nie jest w stanie zrobić tego przy klatkażu 120 kl./s (czyli nie jest to możliwe przy jednoczesnej rejestracji 8K i 120 kl./s). Po prostu, za mała kołderka. Oczywiście, każdy potencjalny klient, widząc możliwości kamery, nie zastanawia się zbytnio co dział pi-aru miał na myśli, tylko w dobrej wierze uważa, że parametry te są znakomite i że to jest ta wymarzona kamera, którą natychmiast kupuje. Rozczarowanie może przyjść całkiem rychło, przy pierwszych zdjęciach…

Spójrzmy ponownie na tabelę nr 7. Wyraźnie widać, że czwarta kolumna może zostać w pełni zrealizowana, gdy JO będzie wynosiło 384. W tabeli nr 8 maksimum wynosi 120 JO a nie 384. To spora różnica…

Jak producent może wybrnąć z opresji, związanej z zaznaczonym w broszurze klatkażem 120 kl./s? Proste. Każe nam zmienić parametry. Proszę spojrzeć na tabelę nr 9:

Tabela 9

Jak widać – można zarejestrować obraz, osiągając 120 kl./s, ale to już nie będzie obraz 8K, a „tylko” 4K. I na dodatek, nie można go zrealizować przy głębi 10-bitowej a jedynie 8-bitowej, korzystając z próbkowania 4:1:1 (4:2:0).  No, nie są to wymarzone parametry obrazu, ale jak widać, zapis z prędkością 120 kl./s jest możliwy. Umowne jednostki obliczeniowe, którymi producent obdarzył kamerę (120), nie zostały przekroczone. Innymi słowy – można zapisać obraz z prędkością 120 kl./s, choć (niestety) nie w rozdzielczości 8K. Pod kątem prawnym producent jest chroniony…

Jakie są wnioski z tego i co nam daje taka analiza możliwości? Widzimy, że producenci pięknie opisują swoje produkty. Wiadomo, że nie mogą się posunąć tak daleko by mijać się z prawdą, ale mogą ową prawdę (możliwości sprzętu) przedstawić tak, by przyszły użytkownik / klient myślał, że kamera jest lepsza, niż w rzeczywistości jest. Piękne broszury, filmy i dobrze skonstruowane zdania działają na wyobraźnie. Jednak dopiero przyglądanie się tabelkom odkrywa przed nami rzeczywistość.

Mając tego typu tabele przed sobą, możemy z dużym prawdopodobieństwem określić, co możemy, a czego nie możemy zrobić w jakiejś kamerze. Bo tak naprawdę wszystko sprowadza się do owych wyimaginowanych jednostek obliczeniowych. Nie możemy ich przeskoczyć, bo ich w kamerze więcej nie ma i nie będzie. Wystarczy zatem podsumować pożądane parametry kamery pod kątem potrzebnych jednostek obliczeniowych i okaże się, co jest realne, a co nie. 

Czasami cuda się zdarzają (choć niezmiernie rzadko) i producent do słabszej kamery daje lepszy hardware, bo mu się nie opłaca robić kolejnych układów elektronicznych do kolejnego wariantu kamery. Prościej jest (dla producenta) po prostu zablokować niektóre funkcje i po sprawie. Jest nowa kamera? Jest. Ma nieco słabsze parametry? Ma. Jest tańsza? Jest. Czymś się różni od droższego modelu? Śśśśśś, cicho tam… W takich sytuacjach hakerzy sprzętowi są w stanie wyciągnąć więcej niż fabryka oficjalnie twierdzi, bo tak naprawdę hardware w samej kamerze jest wystarczająco mocny, ale jego możliwości zostały świadomie przez producenta zablokowane. To trochę tak jak z motocyklami o określonej pojemności, w których odgórnie ograniczono maksymalną prędkość. Kto umie i liczy się z konsekwencjami – może taką blokadę ominąć. Podobnie dzieje się w sytuacjach, w których producent kamer decyduje się na zbliżony ruch. Moc obliczeniowa hardware’u niby jest, ale jej nie widać. Zdarzało się, że sprzęt (np. linia aparatów Canona z możliwością nagrywania wideo, czy jeszcze wcześniej kamkorder Panasonica) poddawał się takim zabiegom hakerskim. Jednak wtedy trzeba było się liczyć z automatycznym brakiem licencji, gwarancji, możliwościami update’ów firmware’u itd.

Tak czy owak, analiza możliwości kamer przyda nam się w wielu sytuacjach. Patrząc na tabele producenta, jesteśmy w stanie zobaczyć miejsca, w których mogą pojawić się kłopoty; może się okazać, że idąc na pewien kompromis, możemy osiągnąć więcej, niż się pierwotnie spodziewaliśmy itd. Dzięki takiej analizie  możemy zrozumieć, czym tak naprawdę dysponujemy. I przy okazji nauczymy się czegoś.

Reasumując, wszystko sprowadza się do tego, że kamera, która jest już gotowym produktem, ma ściśle ograniczone możliwości, których nie da się po prostu zmienić za pomocą magicznej sztuczki. Nie można przeskoczyć ograniczeń hardware’u. Inaczej mówiąc – nie można mieć ciastko i zjeść ciastko. Ale można jedząc ciastko, spojrzeć na specyfikację danej kamery, skorzystać ze wskazówek podanych w niniejszym tekście i sprawdzić przed zakupem (lub zdjęciami) czy dana kamera da radę zrobić nasze wymarzone ujęcie, czy nie? Smacznego!