Képhibák [1]: a judder, avagy akadozás

Képfelvétel, képtovábbítás, képfeldolgozás, és a kép megjelenítése során sokféle képhibával találkozhatunk. Különösképpen igaz ez a mozgókép esetében, legyen az film, videó, számítógépen futtatott játék, animáció, vagy akár görgetett szöveg. Az egyik jellegzetes képhiba a judder, amelyet végül egy kijelző eszközön észlelünk, de valójában a kép készítésének és feldolgozásának korábbi szakaszában keletkezik, illetve a kijelzőre küldött jel és a kijelző időtartománybeli viselkedésének az “ütközése” miatt jön létre.

A kép akadozásának mértéke széles határok között mozoghat, az alig észrevehető „remegéstől” a nagyon zavaró „akadozásig” vagy „ugrálásig”. Talán ezért is van annyiféle magyar neve: akadás, vibrálás, ricegés, reszketés, döcögés, szaggatás, rángatás stb. De az angol sem szűkölködik a megnevezésekben: stuttering, hiccup, jerkiness, jitter stb. Ebben az írásban csak néhány gyakori megjelenési formájára térünk ki, annál is inkább, mivel – ahogy említettük – önmagában nem egy monitor (vagy másfajta kijelző) okozza, bár végső soron “közreműködhet” a judder megjelenésében.

Felvételi judder

A helytelen kamerakezelés okozta egyenetlenségeket (döccenések, ugrándozó kép, svenkelés egyenetlensége stb.) szintén nevezhetnénk juddernek, ha a fogamat nagyon tágan értelmezzük. Ám az ilyen fajta képhibák inkább a shaking fogalomkörébe tartoznak, és lényegében operatőri hibáknak tekinthetjük – hacsak nem szándékosan történik. A professzionális kamerakezelés sem tudja azonban mindig láthatatlanná tenni a juddert, ha a másodpercenként rögzített képkockák számához (pl. 24 kép/s a film esetében) képest „túl gyorsan” mozgó objektumok vannak a képen, és ezeket követni akarja a kamera. Az álló háttér közepes sebességeknél először elmosódik, de egy határ fölött megjelenik a judder. Ha a háttér eleve életlen (kis mélységélességgel dolgozik az operatőr), akkor ez kevésbé lesz észrevehető. Gyorsan mozgó objektumot álló vagy lassan mozgó kamerával filmezve pedig egy másik képhiba keletkezik, a mozgás sebességétől függő mértékben: a motion blur (smear) vagy mozgáselmosódás – ezzel egy külön írásban foglalkozunk majd.

Akárhogy is nevezzük, és akármilyen a mértéke, a judder az egyenetlen, darabos vagy akadozó mozgás érzetének formájában jelenik meg a néző számára (ami, ahogy említettük, lehet szándékos is). Az, hogy mennyire és hogyan érzékeljük a judder különféle fajtáit, látásunk alapvető természetéből adódik.

Az alacsony képfrekvencia okozta judder

Köztudott, hogy a mozgókép minden fajtája állóképek sorozatából áll. A folyamatos mozgás érzete látásunk tökéletlensége, közelebbről a szemünk „tehetetlensége” (perzisztenciája) miatt jöhet létre. Az egymást követő állóképek időegység alatti (pl. másodpercenkénti) számának azonban meg kell haladnia egy bizonyos határértéket ahhoz, hogy a mozgást folyamatosnak érzékeljük, azaz ne érezzük eleve darabosnak. Már a mozifilm megjelenése és elterjedése előtt, a rajzolt mozgásfázisokat gyorsan mozgató eszközöknél (pl. zoetróp, praxinoszkóp) kiderült, hogy az alsó határ valahol 12-15 képkocka/másodperc körül van. A pontos értéket nehéz meghatározni, mert kinek-kinek az egyéni érzékenységtől is függ. Azt is mondhatnánk, hogy (ez a fajta) judder mindig jelen van az állóképek sorozatából álló mozgóképen, csak mi nem érzékeljük, ha az állóképek elég gyorsan követik egymást.

Ha történetileg nézzük, a képfrekvencia lassú, de határozott növekedésének vagyunk tanúi. Bár a tradicionális filmes 24 képkocka/másodperc képfrekvenciát kb. száz éve elfogadjuk és önmagában “juddermentesnek” tekintjük, sőt sokan ezt tartják a “filmes élmény” zálogának, a televízió/videó 25, 30 és 60 kép/s frekvenciát használ, a számítógépes játékoknál pedig eleve változó a képfrekvencia, és a mai PC hardver és játékszoftverek “összefogva” 100-200 vagy akár még több képet tudnak másodpercenként a monitorra küldeni.

A film és a judder

Az első filmeket 16 kép/s körüli felvételi sebességgel (emlékeztető: a film továbbítása szakaszos, mivel az exponálás idejére a filmet meg kell állítani) készítették, amely tulajdonképpen már biztosította a folyamatos mozgás érzetét. A lejátszás (vetítés) pedig gyakran nagyobb kockasebességgel történt, ami ugyan természetellenesen felgyorsította a filmtovábbítást, de az esetleg még picit érezhető juddert csökkentette volna, ha mindkét mozgás egyenletes lett volna. Az akkori alkotásokat megnézve mégis tiszta és jól észlelhető formájában előttünk áll a judder. Ennek fő oka nem az érzékelési határt alig meghaladó felvételi sebesség, hanem a felvétel egyenetlensége (kézi filmtovábbítás) volt. Tovább rontotta a helyzetet, hogy a vetítés szintén kézi mozgatással történt, természetesen nem a felvétellel egyszerre gyorsulva-lassulva, hanem teljesen esetlegesen.

Egészen a hangosfilm megjelenéséig (1928) nem volt egységesen használt képfrekvencia sem, 16 és 40 kép/s között mindenféle sebesség előfordult. Emellett a változó filmtovábbítás fényerő-ingadozást is okozott a felvételnél és a vetítésnél is. Mindez azonban azonban sajátos módon valahogyan része lett az akkori némafilmek esztétikájának. A judder a némafilm korszakában mindennapos és elfogadott jelenség volt, pedig a mozgás látványa a valóságtól elég durván eltért.

A fordulat azért állt be a hangosfilm megjelenésével, mert egyrészt a képet kísérő hang nem viselte el (pontosabban a hallgatók nem viselték el) a változó hangmagasság miatti „nyávogást”, másrészt ettől függetlenül is a kielégítő hangminőséghez (a filmszalagra rögzített optikai hangsávról van szó) eleve alacsony volt a 16 kép/s. Ekkor vált de facto szabványossá a 24 kocka/másodperc felvételi sebesség, amely levetítve a legtöbb néző számára nem okozott észlelhető juddert az immár egyenletes ütemű filmtovábbítás mellett. (A vetítésnél azonban ez nem elég egy másik képhiba, a villogás kiküszöböléséhez, lásd a Képhibák [2]: A flicker (villogás) c. írásunkat.)

A 24 kép/s természetesen valamiféle kompromisszum volt, amit a látásunk „igényei”, az akkori technikai lehetőségek és a filmnyersanyag ára határoztak meg. Más körülmények között ez lehetett volna 30 vagy akár 40 kocka/másodperc is, ha pl. a filmtovábbító mechanikai szerkezetek és a film anyaga ezt elviselték volna, és a nyersanyag olcsóbb lett volna… Ezt nem árt észben tartani, amikor a 24 kép/s-ot a „legjobb választásnak” tartjuk.

Mindenesetre a felvételi sebesség egyenletes lett (motoros hajtású filmtovábbítás), és a 24 kép/s kockaszámmal felvett filmet ugyanilyen filmtovábbítási sebességgel levetítve (megjelenítve) judder nem lép fel (pontosabban szólva a nézők túlnyomó többsége számára nem észlelhető). A mozgás folyamatossága rendben volt tehát, kivéve a felvétel során már a filmre rögzített extrém mozgásokat, amelyeket persze igyekeztek elkerülni. A mozgáselmosódásra mint képhibára most nem térünk ki.

Mint említettük, ahhoz viszont nem elég a 24 kép/s, hogy ne lépjen fel egy másik zavaró jelenség, a villogás. Minden egyes álló kocka kivetítése után ugyanis le kell zárni a fény útját, ameddig a következő kocka a képkapuba kerül és megáll. Vagyis egy kockányi “hasznos képet” egy kockányi feketeség, “fekete kocka” követ. Az így keletkező „képkioltás” a kocka teljes vetítési idejének (41,7 ms) a felét teszi ki, ez okozza a villogást. A probléma csak minden egyes képkocka többszöri bevetítésével oldható meg (miközben a filmtovábbítás 24 kép/s sebessége nem változott meg). A gyakorlatban egy filmkockát kétszer vagy háromszor vetítettek be a vetítőgépek a megvilágítás kétszeri vagy háromszori mechanikus megszakításával egy-egy kocka vetítésének ideje alatt. Mai szóval, a képet nagyobb frekvenciával (48 vagy 72 Hz) kellett „frissíteni”, mint amilyennel a felvétel történt.

A televíziós kép és a judder

A televízió színre lépésével és elterjedésével együtt járt a filmétől merőben eltérő képalkotást igénylő technika. Bár a diszkrét képek („állóképek”) sorozatának és megjelenítésének elve ugyanaz, az egyes képkockák, pontosabban az egyes képelemek létrehozása – mind a felvételénél, mind a megjelenítésnél – nem „egy menetben” történt (mint a filmnél), hanem a kép pásztázásával („letapogatásával”). A részletekbe itt nem akarunk belemenni, csak annyit jegyzünk meg, hogy nagy előrelépést jelentett (bár a lényegen nem változtatott), amikor az analóg, raszteres letapogatás helyére lépett a digitális, pixelenkénti kiolvasás, illetve megjelenítés. Külön téma lehetne a televíziós világban a mai napig használt váltott soros (interlaced, rövidítve „i”) letapogatás, ami a képfrekvencia „trükkös” kétszerezésével a villogást nagyrészt megszünteti (ez a hagyományos képcsőnél elengedhetetlen), miközben az átviteli sávszélességet nem növeli, így ugyanakkora frekvenciatartományban kétszer annyi tv-csatorna fér el. Ez azonban témánk szempontjából pillanatnyilag közömbös.

Az viszont ide tartozik, hogy a tv-technikában a képfrekvencia (frame rate) 25 kép/s vagy 30 (pontosabban 29,97) kép/s, a váltott soros félképfrekvencia (field rate) pedig 50 vagy 60 félkép/s (50i vagy 60i). Kicsit előreszaladva, a számítógépekből kiadott képjel szokásos frekvenciája szintén 60 kép/s, azonban mindig progresszív (nem váltott soros, azaz 60p). A fix képfrekvencia nem vonatkozik a számítógépes játékokra, amelyekről külön lesz szó.

A frissítési frekvencia és a judder

A judder megjelenésének gyakori oka – a már említett, és nem kevésbé fontos esetek mellett, amikor a túl alacsony képfrekvencia vagy a kameramozgás egyenetlensége miatt látjuk akadozónak a képet –, hogy a képforrás másodpercenkénti kockaszáma és a képkockák megjelenítési gyakorisága közötti kapcsolat nem konzisztens. De mit is jelent tulajdonképpen ez a homályosnak tűnő kifejezés? Egyszerűen arról van szó, hogy a másodpercenként megjelenítendő képkockák száma, azaz a képfrekvencia (vagy ennek egész számú többszöröse) nem egyezik meg a megjelenítő eszköz által képernyőre küldhető képkockák számával, vagyis a frissítési frekvenciával.

A legegyszerűbb, és leggyakrabban emlegetett példa erre, amikor az előzőekben is említett 24/s-os filmképet – mondjuk egy Blu-ray lemezről – olyan kijelzőn (televízión vagy monitoron) akarjuk megjeleníteni, amelynek frissítési frekvenciája nem egész számú többszöröse a 24-nek, hanem pl. 60 Hz (a monitorok és a televíziók tipikus frissítése). Ekkor vagy a kijelzőn kívül (pl. a lejátszóban), vagy magában a kijelzőben (ha nem lehet átállítani a 24 kép/s direkt megjelenítésére) digitálisan el kell végezni az ún. 3:2 pull-down átalakítást, ami azt jelenti, hogy a film egymást követő képkockáit felváltva 3-szor, majd 2-szer, azután ismét 3-szor, majd 2-szer stb. kell megjeleníteni, végig az egész film alatt.

Megintcsak színtisztán szemünk elé tárul a judder jelensége, hiszen az eredetileg egyforma időtartamú kockák közül minden második másfélszer olyan hosszú ideig lesz a kijelzőn látható, mint a többi, és ez apró szaggatásban jelenik meg a 60 Hz-es televízión vagy monitoron. Ez sok nézőt zavar, sokan észre sem veszik, de azért jó lenne, ha nem lenne. (Messze nem akkora akadozásról van szó, mint amikor pl. túl kicsi a felvételi képfrekvencia.)

Ha ezt a fajta juddert ki akarjuk küszöbölni, mindenképpen 24 Hz frissítési frekvenciára vagy ennek egész számú többszörösére van szükség. (Ha nem LCD monitorról vagy LCD/OLED TV-ről van szó, akkor a villogás miatt többszörözni kell a 24 Hz-et.) Ekkor a megjelenítés „konzisztens” lesz.

Amennyiben pl. televíziós adásból érkezik a 60 Hz-es, már juddert hordozó jel, azaz a stúdióban megtörtént a 3:2 pull-down, a TV-készüléknek el kell végeznie az „inverz” pull-downt (inverz telecine-nek is nevezik), és előállítania a 24 kép/s-os képet, ha judder-mentes képet szeretnénk. Ha más, progresszív 60 kép/s-os képforrásból érkezik az eredetileg 24 kép/s-os, már pull-downnak alávetett jel, akkor is gondoskodni kell a „visszaalakításról” – hacsak nem barátkozunk meg a judder jelenlétével.

Itt kell beszélnünk arról, hogy a európai (és néhány más) országokban használatos 25 kép/s szintén nem egyezik meg 24 kép/s filmes képszekvenciával. Ezt a problémát korábban úgy kerülték meg a celluloid filmek televíziós közvetítésekor, hogy egyszerűen a filmtovábbítást gyorsították fel 25 kép/s-ra, és minden egyes kockáról 2 televíziós félképet, azaz 50 Hz-es videojelet állítottak elő (ami együtt járt a hangmagasság némi emelkedésével).

A korrekt megoldás azonban – akár celluid filmről, akár digitálisan rögzített filmről van szó – feltételezi a 24 kép/s képfrekvencia megtartását a forrás oldalán. Így az 50 Hz-es (50 félképes) televíziós rendszereknél is „pull-down” (lenne) szükséges, csak nem minden második kockát, hanem minden tizenkettedik kockát kell háromszor pásztázni. Természetesen ez is némi észlelhető juddert okoz, amit azután inverz pull-dow-nal lehet eltávolítani.

A judder-mentes kép követelményének meghatározásakor mindeddig feltételeztük a képforrás fix kockaszámát és a fix frissítési frekvenciát. Jeleztük azonban, hogy a számítógépes játékoknál más a helyzet.

A PC-játékok és a judder

A számítógépes játékok esetében – talán még inkább, mint a filmeknél, videóknál – elsőrendűen fontos a képhibáktól mentes, zavartalan játékélmény. És itt ne csak az akadozásra gondoljunk, hanem pl. a mozgáselmosódás különböző fajtáira vagy a képtörésre is.

A játék során a számítógépünk, illetve a képkockákat generáló grafikus kártya a játék pillanatnyi menetétől és a játékos beavatkozásától függően folytonosan változtatja a generált képkockák időtartamát, a képfrekvencia (frame rate), illetve a képkocka hossza (frame time) állandóan változik. Nem változhat azonban (legalábbis kb. három évvel ezelőttig ez nem volt lehetséges) a monitor frissítési frekvenciája. Ez a játékprogramok, a számítógépek és a játékosok képességeinek fejlődésével egyre zavaróbb képhibákhoz vezetett. (A képfrekvencia és a frissítési frekvencia értelmezéséről lásd a Képkockaszám, frissítési frekvencia c. írásunkat.)

Mint olvasóik közül sokan tudják, részlegesen javított a helyzeten a frame rate hozzákötése a frissítési frekvenciához (V-Sync ON = a függőleges szinkron bekapcsolása), ami megszüntette a képtörésnek (tearing) nevezett képhibát. V-Sync ON esetén azonban, noha ez a képkockák kiküldési ütemét a frissítési ciklushoz igazítja (ezért nincs képtörés), a hosszú renderelést igénylő kockákat a kártya nem tudja időben küldeni, hanem ehelyett újra küldi az előző kockát. Máris megjelenik régi ismerősünk, a judder, amit itt általában stutteringnek (dadogásnak, hebegésnek) neveznek. Ezzel együtt jár egy járulékos késleltetés is, ami ugyan nem képhiba, de fölöttébb zavaró lehet, ha az egyéb késleltetésekhez hozzáadódik.

Ezen a helyzeten könnyen segít a függőleges szinkron megszüntetése (V-Sync OFF), ami viszont gyakori képtöréshez vezethet. Ez a „melyik ujjamba harapjak?” esete.

A stuttering, azaz a judder oka – sőt még a képtörésé is – a játékok esetében is az inkonzisztencia, azaz hogy egyes képkockák hossza nem egyezik meg a frissítési ciklus (fix) hosszával, amit úgy is megfogalmazhatunk, hogy a (változó) kockaszám nem egyezik meg a monitor (állandó) frissítési frekvenciájával, ráadásul az eltérés megjósolhatatlanul változhat. Ennek tudatában nem túl nagy szellemi erőfeszítésbe kerül elgondolkodni azon, hogy mi lenne, ha a monitor frissítési frekvenciája folyamatosan igazodna a képforrás frame rate-jéhez, pontosabban a teljes frissítési ciklus időtartama követné a képkockák időtartamának változását?

Pontosan ezt az elképzelést valósította meg a két nagy kártyagyártó, az Nvidia és az AMD egymástól eltérő, de a lényeget illetően nagyon hasonló újítása. Az előbbi G-Sync megoldása 2014-ben, az utóbbié FreeSync néven 2015-ben jelent meg. E sorok írásakor azonban már mindkettőnek van továbbfejlesztett változata, a G-Sync HDR és a FreeSync 2.

A G-Sync és a FreeSync korrekt és részletes leírása magyar nyelven olvasható a https://prohardver.hu/tudastar/g-sync_freesync_adaptive-sync.html webhelyen, így részletezésükbe nem megyünk bele. Az érdekesség kedvéért csak annyit teszünk hozzá, hogy az LCD monitorok frissítésére vonatkozó szigorú szabványokat (VESA) fel kellett „lazítani” a fenti „dinamikus” vagy „adaptív” szinkron technológiák bevezetéséhez, hiszen mindkét említett eljárás a monitor kioltási (blank) időtartamát szabályozza a teljes frissítési ciklus változtatásakor.

A jó hír tehát, hogy a G-Sync és a FreeSync is elég széles (bár nem korlátlan) tartományban képes a játék közben korábban megjelenő képhibák, köztük a judder vagy stuttering megszüntetésére. Tegyük még hozzá, hogy a natív frissítési frekvencia folyamatos emelése a gamer monitoroknál az utóbbi években 60 Hz-ről 120 Hz-re, majd 144 Hz-re és még magasabbra (jelenleg 240 Hz-nél tartunk) szintén nagyban hozzájárult a képhibák mérsékléséhez.

colorlove

Legyen Ön az első hozzászóló

Várjuk hozzászólását!

Az Ön email címe nem kerül nyilvánosságra.


*


This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.