Čo prinášajú kodeky XAVC a XAVC-S?
S nastupujúcim fenoménom 4K UHD a rastúcou ponukou televíznych prijímačov v tomto formáte sa vynorila potreba adekvátneho obsahu. Zákazník, ktorý si kúpi za nemalý peniaz takýto prístroj, rýchlo zistí, že pozerať reklamné slučky testovacieho vysielania, prípadne obmedzenú ponuku filmov dodávanú s niektorými prijímačmi na pevnom disku nie je to pravé.
Bolo preto nevyhnutné dostať tento formát aj k domácim amatérskym a poloprofesionálnym tvorcom, aby aj takýmto spôsobom zaujali zákazníkov.
Dosiaľ používané kodeky však na prechod na 4K, presnejšie UHD rozlíšenie 3840 × 2160 bodov neboli veľmi vhodné. Preto firma Sony v roku 2012 uviedla na trh spolu s dvojicou profesionálnych kamier PMW-F5 a PMW-F55 kodek XAVC a neskôr aj jeho spotrebiteľský variant XAVC-S.
Kodek XAVC je založený na známom štandarde H.264, ale predstava, že H.264 je jediný štandardizovaný kodek, nie je celkom pravdivá. Jestvujú desiatky variantov a zlepšení, ktoré sú optimalizované na použitie s konkrétnym hardvérom (kamerou, prehrávačom) alebo na rôzne účely využitia. S uvedením novej generácie kamier sa spoločnosť Sony rozhodla vytvoriť vlastnú súpravu kodekov XAVC.
Pri ich tvorbe boli zlepšené algoritmy kódovania a pridaný preprocesor, ktorý pred kódovaním analyzuje vstupné dáta a optimalizuje nastavenie kódovania na dosiahnutie maximálnej kvality a vysokej rýchlosti. V procese kódovania sa zohľadňuje princíp ľudského vnímania, takže väčší dôraz sa kladie na partie obrazu, kde by bola strata detailov viac viditeľná. Preprocesor je súčasť hardvérových čipov rovnako ako softvérových riešení, takže výsledok kódovania je vždy rovnaký. Unikátna vlastnosť je aj dôraz na zabránenie degradácii obrazu pri viacgeneračnom kopírovaní. Enkodér deteguje snímky, ktoré už boli raz zakódované, a nastavuje parametre tak, aby nedochádzalo pri kopírovaní k zhoršeniu kvality.
XAVC je postavený na najnovšej generácii H.264/AVC level 5.2. Vďaka tomu dokáže pokryť širokú škálu dátových tokov od 15 až do 960 Mbit/s a rozlíšenia od HD (1280 × 720) až po Cinema 4K (4096 × 2160). Pracuje s farebným vzorkovaním 4:2:0 až 4:4:4 a s dynamickým rozsahom od 8 do 12 bitov. V 4K sa používajú snímkové frekvencie medzi 24p až 60p, v HD režimoch možno okrem toho využiť až 240p a aj prekladané režimy 50i/60i.
XAVC používa kontajner MXF OP1a (media exchange format), ktorý je štandardom v profesionálnych štúdiách, spotrebiteľský XAVC-S ukladá súbory s príponou MP4.
Pracovné režimy XAVC
Treba zdôrazniť, že oproti predchádzajúcim verziám H.264, ktoré boli navrhnuté primárne na distribúciu , nie na záznam videa , je XAVC navrhnutý na použitie v prednej línii, teda na primárny záznam v kamere a postprodukciu. V profesionálnej oblasti môže pracovať s dvoma metódami kompresie - intra frame alebo Long GOP. Ak vám tieto pojmy nič nehovoria, tu je krátke vysvetlenie.
Intra frame, ako vyplýva už z názvu, je kompresia v rámci snímky. To znamená, že každá snímka sa jednotlivo komprimuje bez ohľadu na snímky pred ňou alebo za ňou.
Kompresia intra frame
Princíp je rovnaký, ako keď poskladáme za sebou fotografie s kompresiou JPEG.
Kompresia intra frame sa využíva hlavne vtedy, keď potrebujeme v postprodukcii vykonávať náročnejšie úpravy a korekcie. Je jednoduchšia a rýchlejšia pri spracovaní. Využívala sa aj pri starších páskových formátoch DV a D8, kde bola výhodná jej spoľahlivosť - ak došlo k nejakej mechanickej chybe na páske, boli ňou ovplyvnené iba niektoré snímky a zvyšok záznamu zostal nepoškodený. Hlavná nevýhoda kompresie Intra frame je jej malá efektívnosť, to znamená vysoký dátový tok a z toho plynúce veľké požiadavky na úložný priestor. Na porovnanie: pri použití intra frame 1080/50p 4:2:2/10bit je dátový tok 223 Mbit/s, ak použijeme Long GOP s rovnakými parametrami, dostaneme sa na 50 Mbit/s.
Long GOP (Group of Pictures), v preklade „dlhá skupina snímok", využíva takzvanú kompresiu inter frame. To znamená, že prvá snímka v skupine, označovaná ako I, je komprimovaná kompresiou intra frame a obsah ďalšej snímky je porovnaný s predchádzajúcou, zaznamenajú sa informácie o častiach, ktoré sa nezmenili, a zaznamená sa zmena oproti predchádzajúcej snímke (tzv. P snímka - prediktívna). Vďaka tomu, že P snímka nenesie kompletnú informáciu, oproti kompresii intra frame sa výrazne znižuje potrebný objem dát.
XAVC však využíva pri kompresii inter frame vďaka pokročilým algoritmom skupinu až 12 snímok (Long GOP), kde okrem I a P snímok sa využívajú aj B snímky (bi-directional - obojsmerné), pri ktorých sa porovnáva obsah s predchádzajúcou aj nasledujúcou snímkou.
Kompresia Long GOP
Už z obrázka je jasné, že tým dochádza k výraznej redukcii dátového toku, ale pri zachovaní porovnateľnej kvality s kompresiou intra frame. Táto metóda má teda hlavné výhody tam, kde chceme zachovať kvalitu, ale ušetriť miesto na uskladnenie. Samozrejme, nič nie je zadarmo. Nižšie dátové nároky sú vykúpené vyššou záťažou hardvéru aj softvéru pri spracovaní. Ak takýto materiál spracúvame, strižňa musí pracovať vždy s celými skupinami snímok, to znamená, že musí celú skupinu dekódovať a zobraziť nám požadovanú snímku. Pri intra frame stačí dekódovať iba konkrétnu snímku. To, samozrejme, používateľ nevidí, ale značne to ovplyvňuje celkovú rýchlosť práce. Je však pravda, že pri výkonoch dnešných PC to nie je zásadný problém (teda ak si nemyslíte, že môžete video spracúvať na nejakom lacnom notebooku s procesorom i3 alebo niečom podobnom).
XAVC je kodek určený prioritne pre profesionálov. Bežného používateľa bude však viac zaujímať jeho zjednodušená verzia XAVC-S, ktorú Sony zavádza od roku 2014 do spotrebiteľských produktov.
XAVC-S umožňuje kompresiu UHD videa (3840 × 2160) so snímkovou frekvenciou 24p až 60p, vzorkovaním 4:2:0/8bit a dátovým tokom 100-150 Mbit/s LongGOP a full HD videa (1920 × 1080) so snímkovou frekvenciou 24p až 60p, vzorkovaním 4:2:0/8bit a dátovým tokom 50 Mbit/s LongGOP. Napriek tomu, že pre znalých by parametre farebného vzorkovania a dynamického rozsahu mohli evokovať zdanie, že ide iba o kodek AVCHD s vyšším dátovým tokom, nie je to tak. Práve vďaka preprocesoru a implementácii najnovšej úrovne kodeku AVC 5.2 je výsledok diametrálne odlišný.
Na porovnanie, doposiaľ používaná kompresia AVCHD umožňovala pri niektorých kamerách full HD záznam 1080p/50(60) s dátovým tokom 28 Mbit/s. Hlavne s príchodom nových kamier s 1" a väčšími snímačmi bol nový kodek nevyhnutný. XAVC-S umožnil v prvom rade uviesť nové kamery so 4K rozlíšením a do full HD zariadení prináša viditeľné zlepšenie kvality obrazu, lepšie podanie farieb, vyššiu ostrosť a hlavne pri scénach s veľkým množstvom pohyblivých detailov odstraňuje kompresné artefakty vznikajúce vplyvom nízkeho dátového toku. Pre amatérskych a poloprofesionálnych tvorcov znamená vstup do „vyššej spoločnosti" a najmä umožňuje naplno využiť kvality nových technológií používaných v kamerách. XAVC-S nájdete dnes vo všetkých zariadeniach Sony vybavených najnovšou generáciou procesora BIONZ X. Ten sa nemalou mierou podieľa na výslednej kvalite full HD videa. Vďaka excelentnému výkonu spracúva totiž full HD video downscalovaním z celosnímkového 5K videa produkovaného snímačom (1", 20,1 Mpx) pri 50/60 progresívnych snímkach za sekundu (k dispozícii sú aj režimy 25/30p a 100/120p).
Od čias prvých kamier VHS sa stále dookola opakuje rovnaký scenár: keď už do kamier dorazí technológia zaručujúca kvalitný obrazový výstup vďaka dobrému snímaču, procesoru a optike, problém spôsobuje záznam. Potom sa záznam zlepší natoľko, že mu nestačí snímacia časť, keď sa zlepší tá, záznam už je zastaraný...
Takže azda sa teraz aj vďaka kodekom XAVC a XAVC-S blýska na lepšie časy. Vzhľadom na to, že sa Sony snaží XAVC-S presadiť do širšieho používania, treba byť pri výbere kamery ostražitý. Skutočne prínosný je kodek XAVC-S vtedy, keď spracúva dáta z kvalitných snímačov. Preto je lepšie orientovať sa minimálne na prístroje s 1" senzorom (FDR-AX100, DCR-CX900, DSC-RX100 III, DSC RX-10), prípadne full frame rad Alpha A7. Pri menších senzoroch (pokiaľ hovoríme o spotrebných produktoch) je jeho prínos diskutabilný.
Pri využívaní XAVC-S treba počítať s vyššou dátovou náročnosťou. 64 GB karta vám pri použití AVCHD 1080p50 28 Mbit/s vystačí na 5:21 hod. záznamu, zatiaľ čo pri použití XAVC-S 1080p50 50 Mbit/s sa dostanete na 2:21 hod. Navyše pri zázname XAVC-S musíte použiť kartu SDXC min. triedy 10. Na karty SDHC záznam nie je možný.
Čo sa týka softvérovej podpory, vzhľadom na to, že formáty sú na trhu už tretí rok, väčšina poloprofesionálnych a profesionálnych strižní kodeky XAVC a XAVC-S podporuje buď natívne, alebo vďaka prídavným modulom. Nie je prekvapujúce, že prvým bol SONY VEGAS, ale postupom času sa zoznam podporovaných programov značne rozšíril, či už ide o Grass Valley Edius, Avid, alebo Adobe Premiere. Koncom roka sa dočkali aj používatelia „jabĺčkového" Final Cut Pro, ktorý tiež dostal natívnu podporu. Pre ostatné systémy je k dispozícii softvér Catalyst Prepare, ktorý slúži na prekódovanie do ďalších formátov.
SONY FDR-AX100 a SONY DSC-RX10
Na záver si pripomeňme, že formáty XAVC a XAVC-S pracujú na báze H.264. Nezamieňajte si to s ďalším novým kodekom, označovaným ako HEVC (High Effeciency Video Coding) alebo H.265, ktorý sa tiež často spomína v súvislosti s UHD. HEVC je prioritne mierený do oblasti distribúcie, pretože ponúka až dvakrát vyššiu efektivitu ako súčasné kompresie H.264 a podporuje až rozlíšenie 8K (7680 × 4320 bodov), označované aj Super Hi-Vision. Nie je však vylúčené, že postupom času bude nejaký variant HEVC implementovaný aj do produkčného reťazca.
