Кодеры MPEG - попытка сравнения Какой кодер MPEG создает наилучшее по качеству изображение? Попытке ответа на этот вопрос и посвящена

       Идея попытаться как-то оценить качество изображения, полученного после конвертации исходного DV видео в MPEG-2 формат возникла у нас после выхода нового MPEG-2 кодера от известной японской компании Canopus, названного производителем Canopus ProCoder. Canopus Corporation известна в мире видео не только очень интересными аппаратными решениями, но и весьма приличными программами. DV кодек от Canopus был одним из первых на рынке DV кодеков с отличным качеством изображения, практически не ухудшающимся после нескольких рекомпрессий. Поэтому мы были вправе ожидать от столь профессиональной команды хороших результатов и эти ожидания, судя по всему, оправдались.
       Первая проблема, которая беспокоит практически всех любителей видео - качество преобразованного в MPEG-2 изображения. Вопрос, почему качество преобразованного в MPEG-2 видео так заметно отличается от качества оригинальных DVD видео дисков, задается с завидным постоянством. Ответ на этот вопрос тоже известен - такие фильмы кодируются в MPEG-2 на аппаратных и очень дорогих кодерах, а в качестве источника используется несжатое видео. Поскольку в большинстве случаев для создания любительского MPEG-2 видео используется компрессированный видеоматериал и программный кодировщик в MPEG-2, то результаты просмотра созданных таким образом DVD видео дисков несколько разочаровывают.
       Хорошее решение в этом случае - покупка аппаратного кодера MPEG-2, такого как Dazzle DVD.Master, тем более, что подобный кодер позволяет использовать себя как плату оцифровки любых внешних источников аналогового видео. У аппаратного кодера есть еще одно ценнейшее достоинство - кодирование в реальном масштабе времени. Несмотря на эти очевидные преимущества аппаратного кодера, интерес к программным не ослабевает. Это связано с большей доступностью программных кодеров и с возможностью работы с ним на любом компьютере. Программные кодеры, как правило, не предъявляют к компьютеру никаких особых требований, за исключением мощности процессора, да и это требование весьма условно.

На самом деле более никаких тестов и не планировалось, но результаты первого теста потребовали продолжения, о котором и будет рассказано ниже. Итак, мы выбрали три самых известных кодера на рынке плюс Canopus ProCoder:

Для анализа полученных MPEG-2 файлов использовалась программа BitRate Viewer версии 1.5.002.

Первый тест мы задумали как визуальное сравнение качества работы кодеров. В качестве исходного был взят любительский DV видеоклип длительностью 5 минут 40 секунд, изобилующий всяческими переходами, наездами, эффектами "картинка в картинке" и т.п. Такой клип очень "невыгоден" для перевода в MPEG-2 с относительно невысоким bitrate, поскольку изображение постоянно и существенно меняется. Параметры кодирования были установлены следующими:

Остальные параметры были оставлены по умолчанию. Результаты работы кодеров сведены в таблицу (Q меняется нелинейно у всех кодеров, кроме Ligos):

Далее все полученные файлы были загружены в программу Sonic DVDiT! Professional Edition 2.5.2, и к каждому файлу был "приклеен" Dolby Digital звук. Затем был создан DVD-Video диск с циклическим переключением клипов по кнопке Next DVD плеера и прямыми переходами к каждому клипу из меню. К одному S-VHS входу телевизора 25" мы подключили DVD плеер, к другому - цифровую видеокамеру с оригиналом клипа. Итог визуального тестирования был следующий (места расставлены в соответствии с оценками зрителей):

В этом простом тесте нас больше всего удивило отсутствие видимой глазу разницы между оригиналом и клипом, кодированным Canopus ProCoder, причем в режиме HQ картинка на глаз не отличалась от картинки после кодирования в режиме MQ. Мы делали стоп-кадры в самых "тяжелых" местах клипа и тем не менее разницы практически не было. Мы решили поступить согласно поговорке "Не верь глазам своим" и посмотреть результаты в "под лупой".

Мы взяли для анализа один кадр из первого клипа и один кадр из клипа, который участвовал в тестировании Dazzle DVD.Master. Клип это, к счастью, сохранился на ленте. Конечно, оба клипа были предварительно конвертированы в MPEG-2 всеми участвующими в тестировании кодерами. Никакие фильтры из Canopus ProCoder не применялись. К каждому кадру был применен фильтр de-interlace из Adobe Photoshop для уменьшения влияния "гребенки" на оценку качества изображения.

Кадр из оригинального DV клипа. На этом кадре видно начало перехода Billboard, поворачивающего изображение макета собора справа налево. Сам собор имеет массу мелких деталей в изображении и на его картинку дополнительно наложены титры.

Для анализа мы взяли фрагмент со словом "собор". Результаты в таблице (взяты из полных кадров и переконвертированы в jpeg с качеством 90%):

Если увеличить эти изображения в 3-4 раза, то разницу между оригиналом и результатом работы кодера от Canopus (как HQ так и MQ) обнаружить практически невозможно. Но уже кадр от CCE грешит цветовым шумом и нечеткими из-за этого краями текста. Изображения от Ligos и TMPGEnc находятся приблизительно на одном уровне и хуже CCE.

Кадр второй (съемка велась из окна движущегося автобуса):

Для анализа взята фигура мотоциклиста. Результаты в таблице (взяты из полных кадров и переконвертированы в jpeg с качеством 90%):

Увеличение в 3-4 раза дает тот же результат, что и при анализе первого кадра - картинка от Canopus неотличима от оригинала. Далее следует TMPGEnc, очень близко к нему CCE и Ligos. Желающие могут сравнить эти фрагменты с результатом кодирования Dazzle DVD.master. Вывод тот же - изображение от ProCoder явно не хуже картинки после Dazzle DVD.master, а на наш взгляд, даже лучше.

Строго говоря, Canopus ProCoder представляет собой универсальный конвертор из одного формата видео в другой. Краткие характеристики:

Видеофильтры, обработка которыми возможна при конвертации:

Аудиофильтры, обработка которыми возможна при конвертации:

К недостаткам, если можно так выразиться, Canopus ProCoder относится строгое соблюдение стандартов. Нельзя изменить bitrate для VCD дисков и нельзя установить bitrate видео для Super Video CD выше 2520 kbit/sec. Тем не менее, хотелось бы заметить в скобках, что качество SuperVCD после Canopus ProCoder нам показалось превосходным.

Мы решили вернуться к анализу MPEG-2 кодеров снова как по многочисленным просьбам наших читателей, так и по той причине, что за прошедшее с момента первого выхода статьи время появилась версия 2.64 CCE с последующими обновлениями и фирма Canopus выпустила обновление MPEG-2 кодера (версия 3.0.0.5 csempeg2.dll) для Canopus ProCoder. Итак, по порядку:

Для тестирования мы использовали все те же фрагменты и те же кадры, что и для тестирования ранее. Режим MQ, все остальные настройки те же, что и в тесте выше. Результаты:

На тексте "собор" мы не обнаружили никакой разницы, но на картинке с мотоциклистом разница все-таки есть, и на наш взгляд, не в пользу нового кодера в Canopus - несколько увеличилась видимость "квадратов", особенно это заметно по синей куртке мотоциклиста. Конечно, разница эта не очень видна и на телевизоре мы уже не смогли определить при анонимном просмотре версию ProCoder. Что действительно ценно в новой версии MPEG кодера Canopus - это скорость кодирования, увеличенная по сравнению с предыдущей версией в разы! Мы давали старой и новой версии кодера несколько разных файлов различной степени сложности и выигрыш в скорости составил от 10 до 4 раз. Время кодирования по-прежнему зависит от материала, но само время кодирования уменьшилось кардинально и вполне сравнимо с временем кодирования у CCE. Увеличение скорости, конечно, наибольшее на сложном материале, на совсем простом ускорения кодирования может и не быть. На наш взгляд, скорость увеличилась за счет небольшого снижения уровня качества - качество режима Highest-Quality стало в Master Quality, соответственно качество High-Quality стало в Highest-Quality и т.д., поэтому для достижения наивысшего качества, если время кодирования некритично, лучше пользоваться старой версией ProCoder. Тем не менее, хотелось бы еще раз подчеркнуть, различие в качестве неуловимо при просмотре на телевизоре.

Для настройки параметров CCE мы использовали информацию, присланную г-ном Александром Олейником. В его письме предлагалось проверить эти настройки и убедиться в превосходстве CCE над Canopus. Предложенные настройки мы применили (тест был выполнен именно с ними, привести мы их не можем, так на то нет разрешения автора), но что касается качества кодирования, то кардинально ничего не изменилось у CCE и чуда не произошло (увы, увы - чем острее конкуренция, тем лучше нам с вами). На фигуре мотоциклиста хорошо видно, что MPEG шум (квадраты) по-прежнему является главным отрицательным результатом кодирования у CCE. Визуально, при просмотре по телевизору, CCE легко опознается во время анонимного просмотра именно по ореолам шума вокруг и на движущихся объектах. Существует одно очень распространенное мнение о том, что CCE дает более "резкую" картинку на телевизоре по сравнению с как бы "замыленным" Canopus. Как это не покажется парадоксальным, это мнение совершенно справедливо, но за одним исключением - шум, который возникает после CCE вокруг и на движущихся объектах, напрочь убивает это кажущееся преимущество CCE кодера. Как бы (подчеркиваем - именно "как бы", а не на самом деле) менее "резкая" картинка от Canopus смотрится на телевизоре значительно лучше, чем более резкая, но зашумленная картинка от CCE. Недостатки CCE практически не заметны при подключении DVD плеера по композитного входу, так как небольшая полоса пропускания по композитному входу служит своеобразным фильтром, уменьшая видимость шумов на экране. При подключении же по S-VHS, RGB или компонентным входам шумы становятся на экране отчетливо заметными. Конечно, скажут скептики, Canopus растягивает Luminance Level до диапазона 0-255 вместо 16-235 и тем самым несколько изменяет гамму изображения. Да, это так, но Canopus, как и любой программный кодер, не предназначен для подготовки MPEG для телевещания, а на телевизионной обычной картинке это изменение практически незаметно даже натренированному глазу.

Выводы: Canopus ProCoder, на наш взгляд, по-прежнему остается наилучшим кодером для создания любительских DVD-Video дисков. Созданные им файлы без малейших проблем принимают самые серьезные программы DVD-authoring и настройка ProCoder по силам даже начинающему любителю. С учетом заметно уменьшившегося времени кодирования ProCoder вполне конкурентоспособен по сравнению с недорогими аппаратными кодерами.

В апреле 2003 года компания Canopus выпустила версию 1.5 программы Canopus ProCoder, в очередной раз модернизировав в ней кодер MPEG-2, и объявила об улучшении качества нового движка кодера по сравнению с предыдущими вариантами. Поэтому мы решили сравнить качество кодирования новой версии и предыдущих. Для удобства и наглядности мы использовали те же видеоклипы, что и в предыдущих тестах.

На наш взгляд, никаких заметных отличий в качестве кодирования нет. Если сравнивать с DV оригиналом, то единственное отличие, которое можно заметить, это немного более близкая к оригиналу цветопередача у 3.2.0.2 по сравнению со всеми предыдущими версиями. По скорости кодирования новый движок быстрее в среднем на 2-3%, что можно признать несущественным. Для статической проверки Bitrate Viewer' ом мы взяли клип, снятый камерой Sony D8 и изобилующий цветовыми шумами из-за плохих условий съемки. ProCoder очень "не любит" клипы с высоким уровнем шума, поэтому такое сравнение показалось нам разумным. Результаты сведены в таблицу:

Как видно из таблицы и статистической разницы между двумя версиями кодировщиков нет. Резюме - новая версия обладает, очевидно, только некими косметическими улучшениями и данные о существенном улучшении качества кодирования, мягко говоря, несколько преувеличены. Тем не менее, заменить предыдущий движок новым вполне разумно, поскольку качество кодирования ProCoder очень высоко и вряд ли на самом деле возможно существенное улучшение качества кодирования - это тот самый редкий случай, когда улучшать практически уже нечего.

Прошел почти год с последнего сравнения качества кодирования популярных MPEG кодеров. За это время у кодера MainConcept появилась возможность двухпроходного кодирования, вышли новые версии у CCE. Качество кодирования Canopus ProCoder версии 1.5 мы уже фактически тестировали, поэтому мы просто сравним качество кодирования кодерами MainConcept и CCE в сравнении с Canopus ProCoder 1.5. Мы использовали версию MainConcept из редактора Vegas Video 5.0 (хотя маловероятно, что эта версия заметно отличается от 1.4.1), и CCE версии 2.67.00.13. Все настройки и параметры аналогичны предыдущим тестированиям и на этот раз все кодеры работали в двухпроходном режиме. Результаты сведены в таблицу.

Увеличив размер картинки до 300% от оригинала, легко заметить отличия в качестве кодирования:

Выводы: Canopus ProCoder, на наш взгляд, по-прежнему остается наилучшим кодером для создания любительских DVD-Video дисков из DV оригиналов. Несмотря на появление двухпроходного режима, MainConcept по-прежнему заметно уступает ProCoder по качеству кодирования на невысоких bitrate.

За время довольно продолжительной работы мы (а точнее, наши читатели) столкнулись только с одной проблемой (что само по себе неплохой показатель). Суть проблемы в следующем - начав кодировать, ProCoder неожиданно останавливает процесс, причем никаких сообщений не выдает, просто загрузка процессора падает до нуля и количество кодируемых в секунду кадров постепенно уменьшается. От количества уже обработанных кадров время точки останова не зависит. Проведя небольшое исследование, мы обнаружили, что причина, на наш взгляд, в неясной пока нам ошибке внутри DV файла. Появление этой ошибки в файле не зависит от типа цифровой видеокамеры. На таких файлах, кстати, версия ScenalyzerLive от 15 ноября 2002 может прерывисто воспроизводить звук во время проигрывания файла. Также всегда в тех случаях, которые нам стали известны, это были файлы DV Type-1. При этом Windows Media Player, видеоредакторы и т.п. воспроизводят такой файл абсолютно нормально. Способы борьбы с подобным дефектом:

Файл может "выздороветь" после использования любого из описанных способов, но 100% гарантию, к сожалению, дает только рекомпрессия. Если нам удастся выяснить конкретные причины дефекта, то мы обязательно сообщим об этом.

ProCoder от Canopus, без сомнения, представляет собой результат качественно иного подхода к кодированию видео, чем у разработчиков известных кодеров CCE, MainConcept, TMPGEnc или Ligos. Это совершенно очевидно, так как слишком велика разница в качестве изображения между ProCoder и всеми остальными кодерами. Это весьма недешевый продукт (рекомендуемая розничная цена - $599), снабженный к тому же аппаратным USB ключом для защиты от копирования, но его стоимость существенно ниже CCE, например.

В заключение хотелось бы сказать, что мы не претендуем на истину в последней инстанции, изложили свое видение качества кодирования различными MPEG кодерами и будем очень рады, если кто-нибудь попытается повторить подобный тест. Мы также считаем необходимым напомнить, что сравнение стоп-кадров было сделано только после обнаружения визуальных отличий при просмотре на телевизоре, поскольку делать выводы о качестве изображения только по стоп-кадрам для MPEG потоков не следует в силу специфики MPEG формата.

Кроме этого, особо обращаем ваше внимание на то, что мы тестируем все кодеры исключительно на DV видеоматериале. На видео других форматов результаты могут быть совершенно другими из-за иного алгоритма сжатия или отсутствия сжатия как такового.