O rozlišení videa, poměru stran a obdélníkových pixelech

Možná jste se s tím už setkali, možná ne. Kupodivu se o tom moc nemluví a naštěstí to s nástupem HD videa už není až tak aktuální. Řeč je o anamorfním videu, nečtvercových pixelech, deformaci obrazu při grabování filmů z DVD či televize, ořezu pro analogovou TV a poměrech stran vůbec. Pokud se vám někdy zdálo, že byl film v počítači nebo televizi takový nějaký mírně rozpláclý, bylo to nejspíš špatným poměrem stran – a nemusí se zrovna jednat jen o rozdíl mezi 4:3 a 16:9.

Téma v angličtině podrobně popsal jeden Fin, na žádost o možnost přeložení jeho článku jsem však nedostal odpověď. Nakonec jsem se tak rozhodl napsat článek svůj. Protože jde původní text hodně do hloubky a historie, nakonec jsem více čerpal z článku Square and Non-Square Pixels, který je přístupnější, pochopitelnější a vynechává některá méně podstatná fakta – i tak je to dostatečně složité a protože jsem po napsání zjistil, že realita neodpovídá teorii, protáhlo se psaní na několik týdnů.

V textu předpokládám nějaké základní znalosti pojmů a zkratek jako pixel, poměr stran, SD (Standard Definition), HD (High Definition), obdélník apod.

Pro jednoduchost se zde budu zabývat evropskou normou PAL, pokud nutně chcete vědět, co je jinak v americké NTSC, máte o kousek výše dva odkazy.

SD či HD?

Pokud si užíváte videa ve vysokém rozlišení, neboli HD, nemusíte nic řešit. Video v HD standardu má vždy pixely čtvercové a poměr stran 16:9. Pokud je původní video s jiným poměrem stran, při převodu do HD se přidají černé pruhy po stranách, případně nahoře a dole (Letterbox, viz příslušný nadpis níže). Je to jednoduché, nejsou v tom žádné háčky, kéž by vše bylo takto jasné.

Pak je tu temná historie, v mnoha případech stále současnost. Řeč je o SD, neboli Standard Definition, prostě vaše stará televize a DVD disky. SD s sebou táhne historická závaží a kompatibility z dob, kdy se ještě v češtině používalo slovo číslicový místo digitální a dřívějších. Tam to začíná být s poměrem stran mírně zapeklité… a o tom je tento článek.

Pokud jste jedni z těch, komu nevadí ve filmech sledovat protáhlé ksichty a elipsy místo kruhů, asi je vám poměr stran jedno a jste tu omylem. V opačném případě čtěte dál.

Poměr stran obrazu

Prvním problémem, kterého si všimne snad každý kdo občas sleduje digitální SDTV či DVD, je rozdíl mezi poměrem stran 4:3 a 16:9. Pokud je obraz opravdu hodně rozpláclý či spláclý, bude to ono.

Asi nejběžnější rozlišení pro DVD-Video a SD rozlišení v DVB-T v Evropě je 720 x 576 px pro videa s poměrem stran 4:3 i 16:9, tedy 720 pixelů na výšku a 576 na šířku. Nejspíš vás už napadlo, že pokud se používá jedno rozlišení pro dva různé poměry stran, jedno se na obrazovce bude muset natáhnout, nebo smrsknout, aby byl poměr stran správný, tedy kruh byl kruh a ne elipsa. Takovému formátu se říká anamorfní.

Tak co myslíte, je 720 x 576 rozlišení 4:3, nebo 16:9? Pokud vás napadlo si poměry podělit na kalkulačce, nejspíš už kroutíte hlavou. 4 / 3 = 1,333 periodických. 16 / 9 = 1,777 periodických. A 720 x 576 video? 720 / 576 = 1,25, tedy 5:4. Ani 4:3, ani 16:9 video tak nemá očekávaný poměr stran!

Pokud si video pouštíte na TV, ta se pokusí správný poměr zjistit buď z informací ve videu, nebo ho odhadnout a zobrazit ho správně, video tedy roztáhne, či smrskne. Pokud si na PC pouštíte přímo zaznamenaný MPEG stream (většinou soubor s příponou .mpg, nebo .mpeg), přehrávače z něj většinou také dovedou zjistit správný poměr stran a automaticky ho při přehrávání změní. Pokud ale chcete video uložit v jiném formátu a jen byste ho převedli bez změny poměru stran, bude výsledné video nejspíš špatně. I pro video ve formátu 4:3 je tedy nutné při rekompresi z MPEG tento poměr změnit!

Počítejte se mnou. Pokud máte video 720 x 576 px, nejčastější změnou bude změna poměru stran z 5:4 na 4:3, tedy z 1,25 na 1,333 periodických. Musíme tak zvětšit šířku videa a vynásobit ji 1,333/1,25, nebo snížit výšku, tedy vydělit ji stejným zlomkem. 1,333 periodických / 1,25 je krásných 1,0666 periodických. Z toho vychází výsledné rozlišení 768 x 576 px, nebo 720 x 540 px. Protože však není 540 dělitelných 16, což by mělo být pro rozumnou kompresi většinou kompresních algoritmů, často se používá rozlišení 720 x 544 px, čímž dostanete faktický poměr 1,324 místo 1,333, neboli odchylku zhruba 0,7 %. Pokud se s takovou změnou nehodláte smířit, tak si přečtěte ještě zbytek článku.

Pro video v poměru 16:9 by byl výpočet podobný, rovnou vám prozradím, že 16:9 / 5:4 je 1,4222 periodických. Po vynásobení šířky či vydělení výšky tak vyjde 1024 x 576 px, nebo 720 x 405 px. Stejný problém jako minule, 405 už od pohledu není dělitelné šestnácti. Řešením je rozlišení 720 x 400 px, v tomto případě odchylka „celých“ cca 1,2 %. Ale slovy klasika, „Buďte rádi, jak to je.“ A nebo čtěte dál.

Odpočinková vsuvka – Letterbox

Než se pustíme do dalšího odstavce, zmíním ještě jednu maličkost, se kterou se dost často setkáte. Letterbox, neboli poštovní schránka. Představte si klasickou starou televizi s poměrem stran 4:3 a přijímající analogové vysílání. Pokud jste na takovou televizi chtěli z televizního studia poslat nějaký film ve formátu 16:9, nebo třeba dokonce 2,35:1 (v takovém formátu je např. známý Limonádový Joe), máte v podstatě tři možnosti:

Buď můžete vyplnit celou obrazovku a video „splácnout“ ze stran – výsledek ale bude ošklivý a nikdo se na něj nebude chtít dívat. Proto se nic takového v analogové televizi nedělá.

Nebo můžete vyplnit obrazovku na výšku a zachovat správný poměr stran. Pak vám ale na stranách v televizi nezbude místo a budete muset obraz oříznout. Možná se budete divit, ale občas se to dělá a nejspíš to umí i vaše digitální televize (většinou režim Pan & Scan, nebo Zoom). Možná vám ale bude vadit, že kus filmu na stranách prostě neuvidíte.

Pak je tu třetí možnost, která se u analogové TV u nás používala asi nejčastěji. A tou je právě Letterbox. Znamená to, vyplníte obrazovku na šířku a zároveň zachováte poměr stran. Film tím ale samozřejmě nevyplní obrazovku na výšku, takže nahoře a dole dodáte černé pruhy, aby vám vyšel správný poměr výšky a šířky. U analogové TV a HD je to nejspíš nejlepší řešení.

Někdy, z nějakého důvodu, většinou z neznalosti, či lenosti autorů, však objevíte DVD letterbox – obraz 16:9, nebo i širokoúhlejší, s černými pruhy nahoře a dole tak, aby výsledný obraz (s pruhy) byl 4:3. DVD-Video má už tak nízké rozlišení, přeci jen je to standard z roku 1997, kdy o HDTV věděl jen málokdo, plocha obrazu je tak pouhých 0,415 MPx. (Full HD 1080p má zhruba 2,07 MPx, tedy 5x více.) Přidáním černých pruhů v letterboxu 16:9 ve 4:3 odeberete další čtvrtinu obrazové plochy, dostanete tak jen cca 0,311 MPx. Při upscalingu, tedy zobrazování videa na vyšším rozlišení, tak dostanete nižší kvalitu. Na druhou stranu, pokud máte zdrojové video 16:9 a při změně stran zmenšujete na 720 x 400, výsledek bude zhruba stejný, jako u letterboxu.

DVD-Video podporuje jen rozlišení 4:3 a 16:9, pokud tedy chcete na DVD umístit video s jiným poměrem stran, jako je třeba již zmíněný Limonádový Joe, je Letterbox nutností. Pořád je však lepší vložit 2,35:1 film do 16:9 (cca 25 % ztráta), než do 4:3 (cca 43 % ztráta).

A řešení letterboxu při rekompresi do jiného formátu? Nejprve změnit poměr stran jako v předchozí či následující sekci a poté oříznout černé pruhy nahoře a dole. Pro letterbox 16:9 ve 4:3 to pro zdrojové rozlišení 720 x 576 znamená nejprve změnu velikosti na 720 x 540 a v dalším kroku ořez na 720 x 400 px (nebo analogicky pro upscaling).

Pixel aspect ratio porno

Předchozí informace pro vás možná nebyly novinkou a článek jste proletěli jen proto, abyste zjistili, jestli píšu i o tom, jestli je toto opravdu nejlepší způsob, neboť jste možná zaslechli nějaké zvěsti. Zvěsti o tom, že to může být i trochu jinak. A chcete slyšet Tu Nejpravdivější Pravdu O Poměru Stran SD Videa, protože to může být ještě trochu složitější, než jen anamorfismus.

Pro pokračování bude vhodné vysvětlit pojem poměr stran pixelu. Rozdíl oproti poměru stran obrazu je nasnadě. Širokoúhlé video na DVD má poměr stran obrazu 16:9 – jedná se o poměr stran tak, jak by měl být zobrazený na obrazovce. Protože má však rozlišení 720 x 576, což je poměr 5:4, tak aby byl výsledný obraz 16:9, pixely nemůžou být čtvercové, ale obdélníkové – poměr stran pixelu je 16:11. Poté záleží na zobrazovacím zařízení, buď může mít fyzicky obdélníkové pixely, nebo je přepočítávat na čtvercové, čímž však utrpí kvalita obrazu. Veškeré novější počítačové monitory i HD televize mají pixely čtvercové, digitální SD televize mohly mít i obdélníkové.

Opravdu ale opravdu správný poměr stran pro staré filmy?

Tak a k věci. Chcete mít video naprosto ideální, prostě takové, jak ho režisér chtěl před několika desítkami let mít. Ani o pixel širší, či užší, ani o procento spláclejší či rozpláclejší. Máte ho ale na DVD, či nahrané z digitální TV bez rekomprese, v MPEG. Existují stránky zmíněné v úvodu, které vám budou s notnou dávkou zdrojů tvrdit, že postup popsaný pár odstavců výše není správný pro filmy původně vytvořené pro analogové vysílání. Nicméně nezapomeňte si přečíst i následující sekci, kde o správnosti tohoto postupu bude opět trochu polemiky…

Zastánci složitějšího způsobu tvrdí, že SD video není ve skutečnosti ve formátu 4:3, ani 16:9, ani 5:4, i když poměr stran zobrazeného obrazu (ehm) má být 4:3, nebo 16:9. Začněme videem s poměrem stran obrazu 4:3. Poměr stran pixelu je v tomto případě podle standardu 59:54 (nebo taky možná 12:11). No hurá, proč si už tak složitou věc neudělat ještě složitější tím, že se nám liší zdroje. Dobrá zpráva je, že rozdíl mezi 59:54 a 12:11 je malý. Pro video 720 x 576 to znamená změnu rozměrů na 786,66 periodických (59:54), nebo 785,45 periodických (12:11). Už asi tušíte, proč ani tímto postupem nedostanete 100% správný poměr stran. Periodické pixely prostě nemáme.

Oněch 786,66 a 785,45 pixelů si krásně zprůměrujeme na 786 px (což je pro rejpaly odchylka zhruba 0,1 % v obou případech, to fakt nemáte šanci okem poznat). Tak a co teď, je výsledné video 786 x 576? Může být, i když vám může při kompresi trochu vadit, že 786 není dělitelné šestnácti. Pokud ale chcete mít obraz opravdu tak, jak byl zamýšlený, musíte ho ještě oříznout. Proč? Protože analogová historie. Smiřte se s tím, že 9 pixelů napravo a nalevo prostě nepotřebujete. 786 – 2 * 18 = 768, výsledkem je tedy video 768 x 576. Pokud si čísla podělíte, vyjde vám krásných 4:3, obě jsou navíc dělitelná 16. Hurá!

U 16:9 obrazu je to ještě trochu složitější. Mechanický postup by byl změnit poměr stran z 720 x 576 na 786 x 576, oříznout na stranách 9 pixelů na 768 x 576 a poté změnit poměr stran ze 4:3 na 16:9, tedy na 1024 x 576, nebo 768 x 432. To však znamená dvakrát měnit rozlišení, což je ztrátová operace jak co se týče času, který váš počítač stráví počítáním, tak co se týče kvality videa. Lepším praktickým řešením je tak použít kouzelné číslo poměru stran pixelů pro 16:9, které zní 16:11. Z původního 720 x 576 videa tak uděláme 1048 x 576 (přesně řečeno 1047,27 periodických, opět to nebude úplně přesně, znovu cca 0,1% odchylka…) a pak si spočítáme, kolik je 9 / (4 / 3) * (16 / 9), což je 12, tentokrát bez periody. Na každé straně tak uřízneme 12 pixelů, čímž získáme 1048 – 24 = 1024 horizontálních pixelů. Voilà, máme 1024 x 576, při podělení 1,777 periodických, neboli 16:9 přesně!

Všimněte si, že výsledná rozlišení jsou stejná, jako v odstavci, kde jsme správné rozměry počítali poprvé. Uvědomte si ale, že přes stejné rozlišení se jedná o různé výsledky! K prvnímu, méně přesnému, jsme dospěli pouhou změnou velikosti obrazu, zatímco ve druhém případě jsme obraz změnili jinak a poté ho ořízli. Oba postupy tedy mění poměr stran pixelu jiným způsobem!

Možná vás také napadlo, jestli by šlo, stejně jako u prvního postupu, video i downscalovat (zmenšovat výšku), místo upscalingu (zvětšovat šířku), což většinou zvyšuje datový tok, ale nezvyšuje kvalitu. Takže – šlo by to, výpočet jen v rychlosti pro 4:3. Máme zdrojové video 720 x 576. Zmenšujeme 576 / (12 / 11) = 528, máme video 720 x 528. Odebereme na stranách 9 / (12 / 11) pixelů, což je 8,25, zaokrouhlíme na 8. Po oříznutí dostáváme rozlišení 704 x 528 px. Oba rozměry dělitelné 16, super, poměr stran opět přesně 4:3, opět bez problémů.

Takže konečně máme ten správný postup pro změnu poměru stran… nebo ne?

Digitální televize

Pro test jsem nahrál tři pořady (Simpsonovy na Primě COOL, zprávy na ČT24, dokument Křídla přírody z ČT2) z digitální televize a film Lásky jedné plavovlásky z originálního DVD, abych ke článku mohl přidat nějaké obrázky a postupy si otestoval. Pak mě napadlo změřit poměr stran loga TV, abych zjistil, který postup je přesnější. Čekalo mě překvapení – jednodušší postup bez ořezu dává podle této metodiky lepší výsledky!

Při měření poměrů stran loga TV oproti oficiálnímu logu (z Wikipedie, nebo oficiálních stránek TV) mi dal vždycky lepší výsledek jednodušší postup s jednoduchou konverzí do 4:3, respektive 16:9. Složitější postup s ořezem nevycházel.

Zakopaný pes bude podle mého názoru v tom, že současná tvorba se většinou už tvoří pro HD. Pokud se díváte na původně HD film v SD kvalitě, nevíte, jestli ten, kdo video konvertoval, počítal s vysíláním pro analogové TV a nechal videu větší okraje, nebo jestli jen změnil poměr stran obrazu na 5:4.

Je tedy správně jen jednoduchý postup? Těžko říci. Je možné, že autor DVD počítá s přehráváním na digitální TV a video je upraveno tak, aby se zobrazilo správně. Také je však možné, že logo nemá stejný poměr stran, jako film. Nebo je to někdy tak, někdy tak? Těžko říci.

Lásky jedné plavovlásky na DVD

Vzal jsem si tak do parády ještě Lásky jedné plavovlásky, starší český film, který rozhodně nebyl tvořen pro HD rozlišení a je navíc na DVD, ne v TV. Použil jsem scénu s hodinami, které jsou zabírány poměrně kolmo. Původně jsem chtěl změřit rozměr hodin, které mají kulatý ciferník, ale rozlišení je příliš nízké na to, aby se z něj daly vyvodit nějaké rozumné závěry.

Na druhou stranu, film má evidentně po stranách černé pruhy, ale nahoře a dole ne. Nahrává tak teorii, že starší filmy je opravdu lepší konvertovat složitějším způsobem s ořezem. Obrázky jsou o kousek výše, posuďte sami a případné postřehy mi napište do diskuse.

Takže jak?

Nejspíš vám stejně nezbude, než si video zmenšit dvakrát a posoudit, co se vám více líbí. Staré filmy na DVD bych měnil složitějším způsobem, zvláště pokud vidíte černé pruhy po stranách, nové filmy z TV jednodušším. U zbytku bych zvolil jednodušší možnost. Nebo možná vždycky jednodušší možnost. Stejně to nepoznáte.

Pokud si článek čte někdo z televize, budu rád, když se k problematice vyjádří.

Článek jsem nečetl, řekni mi, co mám dělat.

Jak je libo. Následuje tabulka pro konverzi pro nejčastější případy. Upscaling znamená zvýšení rozlišení. Menší snížení kvality (kvalita obrazu se konverzemi nikdy nezvýší!), ale vyšší potřebný datový tok. Downscaling znamená opak, rozlišení se sníží, datový tok se také sníží, ale kvalita se sníží více, než při upscalingu. Tedy – pokud vám nezáleží na každém MB videa a budete se na něj dívat na čemkoliv jiném, než staré TV bez HD rozlišení, nebo prehistorickém monitoru, použijte upscaling. Pokud šetříte každý byte místa, downscaling je vaše volba. Nebo si hoďte mincí, rozdíly jsou minimální a do hry stejně vstupuje ještě nastavení kvality komprese, takže je to všechno ještě zapeklitější.

Vstupní video 720 x 576, jednodušší metoda pro nové filmy

Vstupní video 720 x 576, složitější metoda pro starší filmy

V čem úpravy provádět?

Pokud ještě nemáte oblíbený video editor, doporučuji zdarma Avidemux pro změnu rozlišení a ořez, bohužel však neumí ořezávat lichý počet pixelů. Pokud nevíte do čeho komprimovat, MPEG-4 AVC je dobrá volba. Pro přehrávání doporučuji jednoduchý a schopný VLC Media Player.