В недавней статье Elecard AVC HD Suite мы ознакомились с образцом отечественного софтостроения, предназначенного для просмотра любых форматов видео, беспотерьного редактирования H.264, а также быстрого и удобного кодирования.
Последняя из перечисленных программ - Elecard Converter Studio - стремительно развивается, пополняясь новыми функциями. С целью оптимизации расходов потенциального пользователя, данная программа выпускается разработчиком в нескольких вариантах: Mobile, AVC HD, Consumer и Pro. Таким образом, пользователь, которого не интересует кодирование видео с размером кадра более, чем 720x576, не переплачивает, а приобретает версию подешевле - Mobile Edition, предназначенную для кодирования видео для последующего просмотра на мобильных устройствах. Если же перед вами стоит задача пакетного кодирования с одновременным мониторингом сетевых директорий, требуется автоматическое помещение логотипа на кодируемое видео, шифрование потоков MPEG-TS, или желателен доступ к расширенным настройкам всех кодеров - тут не обойтись без версии Pro. Определиться с выбором поможет подробнейшая таблица сравнений возможностей этих версий.
Мы же рассмотрим сегодня самую "старшую" версию данной программы. Если точнее, не саму программу, а лишь один из её компонентов, полезность которого переоценить невозможно.
ClearWork - DirectShow® фильтр, по названию которого нетрудно понять его назначение. Да, он служит для очистки видео от шума. И - специально для ценящих время - дружен с архитектурой NVIDIA CUDA, что подтверждается соответствующим логотипом на сплэш-заставке программы.
Что это? Зачем это нужно? Причём здесь NVIDIA CUDA? - все эти вопросы мы сейчас разберем по порядку.
Практически всегда в любительской видеосъёмке присутствует шум, в той или иной степени. Главная причина появления этих раздражающих цветных мурашей - недостаток освещения. Приведем один из ярких примеров такого шума:
Луна сквозь облака, максимальный зум
Да уж, действительно - раздражает, мешает. Но не только зрителю. Начинающий видеограф, наверно, и понятия не имеет, как эти шумы влияют на качество всего видео, в особенности, если оно закодировано в один из современных форматов с междукадровым сжатием. А мешает изрядно, самым отвратительнейшим образом портя всю картинку и нещадно увеличивая битрейт, а, следовательно, и объём конечного файла. Попробуем рассмотреть эту проблему "на пальцах".
Слева - "кропнутый" кадр из неочищенного видео. Справа - из обработанного "шумодавом". Оба рисунка сжаты в Photoshop с качеством JPG = 80%.
 |  |
Откуда такая разница в объеме получившихся файлов? Вы уже догадались: эти лишние пять килобайт были потрачены на то, чтобы закодировать шум, присутствующий в неочищенном кадре. Дело в том, что программа кодирования воспринимает каждый такой "мураш" как некий объект, который необходимо сохранить для истории. А значит, тратит на него драгоценный битрейт.
Какие можно сделать выводы из нашего простейшего, но чертовски наглядного эксперимента?
- Шум обезображивает нашу видеосъёмку.
- В случае ограничения битрейта (как в видеокамерах) его может просто не хватить, из-за чего кадр превратится в россыпь квадратов.
- Шум - это зло!
- С шумом надо бороться.
Существует несколько способов избавиться от этого шума. Самый кардинальный (он же и самый дорогой) - это сменить видеокамеру на более чувствительную, с тремя матрицами большого размера, с хорошей оптикой... Дороговато получается. И, к сожалению, тоже не гарантирует полное отсутствие шумов в кадре, хоть вы все лампочки повключайте при съёмке.
Пойдём на компромисс: попытаемся "почистить" уже снятое видео. По стоимости такой подход гораздо привлекательнее, вне всякого сомнения. Можно, к примеру, применить к шумному видео фильтр, размывающий картинку - "заблюрить" (blur - размытие). Да только видео от этого станет невозможно смотреть, получится, как говорят, "мыло". Следовательно, нужно искать иные средства. И они есть!
Правда, выбор совсем небогат: считанные плагины или фильтры (например, для AviSynth), или - вот уж редкость! - специализированные программы, улучшающие качество видео. Работают эти фильтры совершенно по иному, более сложному принципу, имеющему лишь отдалённое сходство с банальным "блюром".
Но снова беда: очень уж процесс очистки требователен к машинным ресурсам! На средненьком домашнем ПК такая работа займёт немалое количество времени, при этом центральный процессор будет изо всех сил пытхеть, выискивая и уничтожая каждую шумную крапинку. Здесь-то и следует призвать на помощь архитектуру NVIDIA CUDA, ускоряющую сложные вычисления путём их переноса на мощный графический процессор. Не станем откладывать в долгий ящик, убедимся в ускорении тут же, немедленно.
Настройки, отвечающие за шумоподавление, представлены в Elecard Converter Studio отдельным блоком, на вкладке "Трансформация изображения".
На диаграмме ниже приведены результаты кодирования с активным шумодавом. В качестве исходного видео был использован короткий (95 секунд) AVCHD-ролик, снятый видеокамерой Panasonic HDC-HS9. Файл кодировался в AVC HD 1920x1080 последовательно с включенным фильтром ClearWork с помощью NVIDIA CUDA и без неё (с видеокартой XFX GeForce GTX 285, поддерживающей CUDA 
, и SAPPHIRE HD 4870, не имеющей такой архитектуры 
). Затем тесты были повторены, но исходным видео служил 50-секундный ролик в формате DV-AVI 720x576 - самый что ни на есть тривиальный и легкообрабатываемый формат, не требующий от центрального процессора практически никаких усилий для распаковки.
Результаты вполне ожидаемы: технология NVIDIA CUDA почти в два раза ускорила работу фильтра ClearWork по поиску и устранению шума. Что-ж, выигрыш очевиден, хотя и не столь значителен. Но из прежних знакомств с NVIDIA CUDA мы знаем, что подготовкой материала к обработке фильтрами и кодированию занимается центральный процессор - он-то и является главным препятствием, заслонкой, ограничивающей скорость (слишком много сил тратит ЦП на одну лишь распаковку AVCHD-видео). Так что всего лишь двукратное ускорение - это не слабосилие CUDA, а, как ни параоксально, заслуга мощного ЦП AMD Phenom II X4 810.
Из тех же опытов мы помним, что скорость работы технологии NVIDIA CUDA увеличивается тем больше, чем менее ресурсоёмкий формат используется в качестве исходного видео. Для того, чтобы убедиться в незыблемости данного утверждения, мы и провели тесты с DV-AVI, где прирост скорости обработки уже более чем ощутим. Да, с таким выигрышем данная технология, как говорится, "имеет право на существование"! NVIDIA CUDA управилась с очисткой в четыре с небольшим раза быстрее, чем даже достаточно мощный по сегодняшним меркам процессор!
Ну, со скоростью мы разобрались, теперь же оценим работу собственно шумодава. Хотим предупредить: чрезвычайно трудно говорить о каких-то шумах в видео. Гораздо проще их показать. Но и тут мы рискуем столкнуться с непониманием: один читатель, взглянув на картинку, зажмурится от отвращения - до такой степени присутствующий в ней грязный шум оскорбляет его профессиональный взор. Другой же, скосив глаза на стоп-кадр, недоумённо пожмёт плечами:
- Да нет тут никаких страшных артефактов. Всего лишь небольшая рябь, на которую можно не обращать внимания...
Причинами такого непонимания могут быть как технические (к примеру, особенности настроек монитора или освещения), так и индивидуальные (особенности зрения каждого человека в отдельности). В любом случае, шум в кадре - это, скорее, субъективный параметр, выражаемый не в долях или процентах, а в "противно видеть" - "приятно посмотреть".
Наглядно оценить работу фильтра Elecard ClearWork нам помогут несколько примеров из самого обыкновенного любительского видео, снятого в разных условиях и разными видеокамерами. Вверху приводится миниатюра кадра с указанием области, которую мы увеличим для того, чтобы рассмотреть этот вредный шум. Под миниатюрой кадра приведены два увеличенных участка, слева - из оригинального файла, справа - из обработанного шумодавом.
 | |
Скачать полный кадр в BMP, архив | Скачать полный кадр в BMP, архив |
На рисунке выше можно видеть, как аккуратно обходится ClearWork с полезными деталями - даже одинокие мелкие веточки остались в кадре. Здесь же можно убедиться, как этот шумодав безжалостно уничтожает цветную рябь, прежде заполнявшую участок пасмурного неба.
В следующем примере мы рассмотрим работу еще одного фильтра, ведущего борьбу с теми самыми пресловутыми "квадратами", или, иначе, пикселизацией изображения (выше мы говорили о причине появления таких квадратов - это банальная нехватка битрейта).
Вот кадр - типичный представитель семейства домашних съёмок. Отвратительный баланс белого на фоне слабого освещения, море цветного шума, и, как следствие, нехватка битрейта. Результатом таких деструктивных факторов явилось обилие мелких квадратов в кадре.
 | |
Скачать полный кадр в BMP, архив | Скачать полный кадр в BMP, архив |
Неплохо этот деблокинг поработал, однако! Конечно, все до единого кирпичика уничтожить он не сумел, ведь мудрость "что посеешь, то и пожнёшь" никто ещё не отменял...
Ниже приведен еще один пример пасмурного неба - эти кадры сняты на любительскую видеофотокамеру Sanyo Xacti VPC-HD700. Цветная рябь здесь, кажется, заполонила всё небо.
 | |
Скачать полный кадр в BMP, архив | Скачать полный кадр в BMP, архив |
Титанический труд проделал шумодав. И все равно не сумел полностью изничтожить цветовые переходы. Впрочем, если поиграться такими параметрами, как "Авто определение уровня шума" или указать вручную нужное значение, то вполне можно добиться удовлетворительного результата.
Правда, изменять эти параметры нужно с осторожностью: если принудительно выставить высокий уровень шума, то в результате наверняка получите мыльную картинку, где мелкие детали размоются и потеряются.
В заключение рассмотрим, как быстро и легко можно отреставрировать старые записи. Ниже - стоп-кадр из когда-то захваченного с телевизора мультфильма.
После обработки шумодавом объекты нисколько не потеряли контрастность, зато мультфильм стал больше походить на действительно рисованные картинки с их однотонной заливкой.
Ну а как же там наша Луна после очистки от шумов?
Внушает, не правда ли? Вот теперь, действительно - "приятно посмотреть".
