Стабилизация видео: сравнение трёх инструментов

Очень часто на форумах можно видеть вопрос: «Расскажите как и чем стабилизировать видео? Какие настройки использовать?» В свое время, когда передо мной встали эти вопросы, очень помогла одна статья Евгения Васильева и Сергея Гавриша. Надеюсь, что кому-то еще эта информация будет полезной. Под катом делаю перепост. Планирую разбить на несколько частей, т.к. целиком в заметку ЖЖ не влезает.

Введение

Данная статья посвящена исследованию вопроса о программной стабилизации видео. Не секрет, что одно из основных отличий профессиональной съёмки (в частности, кино) от любительской заключается в том, что профессионалы, как правило, снимают со штативами, кранами, тележками и прочими приспособлениями, обеспечивающими неподвижность или плавное движение камеры, тогда как любители обычно об этом не задумываются. Как следствие, часто в любительской съёмке происходит такое мельтешение в кадре, что после нескольких минут просмотра начинает болеть голова, или во всяком случае пропадает желание смотреть на экран. Рецепт профессионалов, конечно, годится и для нас, простых видеолюбителей – надо учиться снимать со штативом. Однако не всегда он есть под руками, да и некоторые сюжеты нельзя толком снять с использованием штатива (а кран и тележка уже, увы, для любителей практически недоступны). Что же делать с таким видеорядом? Существуют достаточно мощные возможности по стабилизации изображения уже на этапе компьютерной обработки, и о них пойдёт речь в этой статье (во второй её части). Но сначала некоторое теоретическое введение.

Теоретическая часть

Для начала определим фундаментальный механизм работы любой системы стабилизации. Он имеет как минимум две составляющие: определитель «дрожания» и собственно механизм восстановления кадра без дрожания. При этом под дрожанием обычно подразумевается нежелательное беспорядочное движение самой камеры. А точнее, вращение камеры относительно любой из трёх осей, проходящих через её центр. Вращение относительно главной оптической оси (той, которую протирают спиртом:) приводит к вращению кадра (впрочем, это редко заметно), остальные две оси дают смещение по горизонтали и вертикали. Нужно иметь в виду, что помимо движения кадра как целого (движения фона), обусловленного в том числе и дрожанием камеры, часто ещё движется и объект в кадре относительно фона. Это создаёт одну из главных проблем при стабилизации в сколько-нибудь сложных случаях.

Стабилизаторы в видеокамерахЭффект от стабилизатора в камере очень велик, особенно при длиннофокусной съёмке (большом «зуме»). Однако стабилизатор гасит только высокочастотные колебания не слишком большой (в силу конструктивных ограничений) амплитуды. Чтобы оценить эффект от накамерной стабилизации, взгляните на следующий график:

На нём представлены частотные спектры смещений камеры, определённые с помощью анализа движения в фильтре Deshaker, о котором мы поговорим во второй части статьи. Съёмка с рук удалённого неподвижного объекта производилась камерой Canon XM-2 на максимальном (20х) приближении с включённым и выключенным оптическим стабилизатором. Надо сказать, что камера эта достаточно тяжёлая (1,5 кг) по сравнению с современными «пушинками», которые, следовательно, больше подвержены тряске. Видно, что оптический стабилизатор подавляет колебания с частотой выше 1-2 герц, что, безусловно, положительно сказывается на изображении, однако недостаточно для комфортного восприятия – картинка субъективно остаётся неприятно плавающей. После программной обработки фильтром Deshaker с параметрами, подобранными для визуально приятного результата, амплитуда колебаний уменьшилась ещё в несколько раз, а колебания с частотами больше 0,5 гц вовсе исчезли. То есть и при наличии стабилизатора в камере программная обработка часто бывает очень полезна. Рассмотрим же подробнее, что она нам может дать.

Программная стабилизация: основные принципы

Принцип действия программного стабилизатора, с одной стороны, напоминает цифровой стабилизатор в камере (в том смысле, что он тоже может оперировать только уже имеющимся изображением), но есть и ряд существенных отличий. Сначала о негативном: поскольку «лишней» площади матрицы у нас уже нет, то приходится вырезать кусок из имеющегося изображения и растягивать его на весь кадр, неизбежно теряя в чёткости. Впрочем, на этом негатив заканчивается, и начинаются плюсы:) Во-первых, траекторию движения камеры можно определить в спокойной обстановке, анализируя сколько угодно прошедших и будущих кадров, и оптимально сглаженная траектория будет лишена любых рывков и залипаний. Во-вторых, хорошо спроектированный стабилизатор умеет использовать адаптивный зум для «попадания в кадр», т.е., например, если в каком-то отрывке дрожание было невелико, то вырезается участок кадра, близкий по размеру ко всему кадру, который, в силу малости колебаний, не вылетает за его пределы. Размер этого участка может варьироваться во времени (главное, чтобы не слишком быстро) – это и есть адаптивность (в накамерном стабилизаторе размер кадра всегда составляет постоянную долю от размера матрицы). Наконец, в ещё более продвинутых программах можно даже позволить вырезать участок кадра, частично вылезающий за пределы кадра в исходном изображении. Однако недостающие части не остаются пустыми, а заполняются или приграничными пикселами (что, в общем-то, смотрится не очень хорошо), или соответствующими фрагментами из соседних кадров, надлежащим образом сдвинутых до совпадения с текущим кадром. Если движение в кадре (точнее, на его краях) отсутствует, то такое заполнение краёв работает очень хорошо: можно снимать далёкий неподвижный объект с дрожанием хоть в полкадра – процесс стабилизации как бы склеит из этого множества кадров единую «панораму» и будет медленно перемещать по ней взгляд. Конечно, этот приём не всегда работает хорошо, но в идеале позволяет вообще не уменьшать размер кадра (не терять в разрешении, за вычетом неизбежной переинтерполяции картинки при сдвиге, и в угле обзора, что тоже важно).

Возможные артефакты стабилизации

Конечно, программная стабилизация может давать и сбои или просто некрасивые результаты. Рассмотрим возможные причины неприятностей.Во-первых, это группа вопросов, связанных с компенсацией границ (заполнением краёв). Конечно, можно совсем от неё отказаться и обойтись адаптивным или даже фиксированным зумом, но в этом случае мы проигрываем в разрешении и, что даже более заметно, в угле обзора: если мы пытались снять объект так, что он занимал почти весь кадр, но из-за дрожания периодически частично вылетал за его пределы, то после стабилизации с увеличением центральной части мы увидим только середину этого объекта. (Поэтому лучше снимать «с запасом», оставляя по краям кадра место). Если же мы обратимся к методикам заполнения краёв, то может получиться, что в соседних кадрах объект находился в другом положении, чем в текущем, и после компенсации мы будем наблюдать странноватую картину с искажёнными краями. Чтобы этого не происходило, опять-таки лучше стараться взять в кадр целиком движущийся объект, если это позволяют условия и цель съёмки. Аналогичное, хотя и менее заметное, нарушение происходит из-за различия в яркости соседних кадров (если автоматический экспонометр вздумал увеличить или уменьшить её). Впрочем, как сказано в статье про основные правила съёмки, лучше вообще отключить автомат и регулировать экспозицию вручную. Кроме того, некоторые камеры склонны затемнять углы кадра (виньетирование), что тоже будет слегка заметно при компенсации краёв. Ещё одна неприятность полностью унаследована из цифрового накамерного стабилизатора: при недостаточно короткой выдержке и достаточно резком смещении кадр «поплывёт», будучи даже смещён обратно в нужное положение при стабилизации. Это выглядит как резкая кратковременная расфокусировка, хотя размытие и происходит только в одном направлении. Впрочем, большинство зрителей посчитают это менее неприятным, чем исходный рывок кадра. Чтобы минимизировать этот эффект, лучше сразу при съёмке установить выдержку поменьше (автомат камеры, как правило, при уменьшении освещённости сначала поднимает выдержку до 1/50 секунды и лишь затем открывает диафрагму; мы же желаем сделать наоборот, поставить выдержку, скажем, на 1/200 или хотя бы 1/100, а диафрагма пусть будет пошире). Наконец, ещё один эффект возникает, когда мы стабилизируем видео, снятое на широком угле (при минимальном зуме). Спрашивается, разве такое нужно? В некоторых ситуациях – да, см. ниже. Здесь мы сталкиваемся с той же ситуацией, что и фотограф, пытающийся просто склеить панораму в Photoshop’е: в соседних кадрах будет различная перспектива, и без компенсации перспективных искажений панорама не склеится. Все программы для работы с фотопанорамами используют компенсацию перспективных искажений, но для этого нужно знать фокусное расстояние (или угол обзора кадра), что в фотографии достигается простым чтением EXIF-параметров файла (или задаётся вручную), а в случае с видео практически недостижимо. Поэтому при стабилизации такого видео мы можем наблюдать странные «покачивания» картинки, как будто кратковременно одна сторона кадра к нам приблизилась, а другая удалилась.

Режимы использования стабилизатораПрактика стабилизации

Суха теория, друзья, а древо жизни зеленеет!.. Описанные основные идеи программной стабилизации помогут нам лучше понять, как настраивать конкретные имеющиеся фильтры стабилизации. Мы подробно рассмотрим один из лучших на сегодняшний день фильтров – Deshaker для VirtualDub, а также набор функций для AviSynth, реализованный в плагинах DePan и MVTools. Все эти программные продукты бесплатны и легко доступны на соответствующих сайтах, к тому же постоянно развиваются. Помимо них, фильтры стабилизации есть во многих программах монтажа, но они небесплатны, а работают, как правило, хуже (вот парадокс?). Среди коммерческих плагинов мы рассмотрим Mercalli – вполне качественный продукт от компании proDAD, доступный для нескольких популярных программ видеомонтажа.

Deshaker – фильтр для VirtualDub

Фильтр Deshaker – это, на мой взгляд, самый мощный инструмент для стабилизации. Дело в том, что у него огромное количество настроек, при правильном применении которых (в том числе с разными настройками для разных участков клипа) можно добиться почти чего угодно (в смысле стабилизации). Фильтр относится к числу двухпроходных, как и положено всякой серьёзной программе такого рода. На первом этапе производится анализ движения (поблочный), и вычисленные для всего кадра величины сдвига, поворота и масштабирования записываются в текстовый log-файл. На втором проходе выполняется собственно стабилизация с использованием адаптивного зума, заполнения краёв и прочими вкусностями. Фильтр разрабатывается человеком по имени Gunnar Thalin и доступен по адресу www.guthspot.se (для работы последних версий может дополнительно потребоваться загрузить библиотеки VC++ 2005 (около 2 мб). Итак, будем предполагать, что вы уже знакомы с VirtualDub (если нет, читайте статью про него). Загружаете исходный клип в программу и в диалоге фильтров добавляете Deshaker. Открывается окно с большим количеством настроек, которые мы сейчас разберём подробно.

Как легко видеть, настройки собраны в три группы: общие для обоих проходов и отдельно для первого и второго (переключается кнопками Pass 1 и Pass 2 вверху). Из общих надо выставить Source pixel aspect – параметр «неквадратности пиксела»: для видео 4:3 с miniDV или другой камеры стандартного разрешения это будет Standard PAL, для широкоэкранного с такой же камеры – Anamorphic PAL, для видео с фотоаппарата, как правило, оставить вариант по умолчанию Square pixels. Не менее важно задать тип чересстрочного сигнала – для большинства камер это Interlaced, lower field first, для фотоаппарата и прогрессивного режима (или frame mode) в видеокамерах – Progressive scan. Дальше имеет смысл задать имя и местоположение будущего log-файла (вряд ли захочется хранить его в корневом каталоге диска C, да и имя лучше задать соответствующим имени видеофайла).

Настройки первого прохода

Настройки первого этапа в основном призваны улучшить качество определения движения на первом проходе. Мы рассмотрим их чуть позже, а пока обратим внимание на верхнее поле: Video output можно установить в none – тогда на выходе будет чёрный квадратик 8×8 пикселей (это удобно для пакетной обработки через VirtualDub Job control), или же оставить значение по умолчанию Motion vectors, что позволит любоваться векторами движения поверх картинки (и не только любоваться, а и делать соответствующие выводы, правильно ли работает анализатор движения). Если что-то идёт не так, то настала пора менять настройки из группы Image matching parameters. А пока закроем окно фильтра и запустим первый проход. Поскольку результат всё равно никуда не нужно сохранять (только разве смотреть на экране), то имеет смысл запускать либо Preview output from start (F5), либо кнопку , либо просто прокручивать стрелкой влево, если нам нужен только небольшой фрагмент. (Вообще обычно log-файл очищается при каждом начале работы первого этапа, но это можно изменить включением галки Append to log file). На протяжении первого этапа вы будете наблюдать на экране подобную картинку:

(Если видео было чересстрочным, то кадр разбивается на два поля и все параметры определяются отдельно для них, а изображаются они друг под другом соответственно сплюснутыми вдвое по вертикали). Итак, белые стрелки показывают вектора движения, определённые для каждого блока (его размер задаётся в графе Block size параметров первого прохода и по умолчанию равен 30 пикс.) Если стрелка красная, то данный блок отбраковывается и не участвует в определении общего движения кадра (блок настроек Discard motion of blocks that..), потому что либо его движение слишком противоречит общему направлению (графа Move >X pixels in wrong direction), либо просто слишком велико (Move >X pixels (absolute motion)). Некоторые блоки вообще не имеют векторов движения, если их не удалось надёжно отождествить в предыдущем кадре (например, равномерно синее небо). Их отбраковкой управляют первые два пункта из раздела Discard motion of blocks. Если количество нормальных (белых) блоков недостаточно (задаётся параметром Skip frame if <x>g>Настройки второго прохода

Дополнительно можно задать метод заполнения краевых пикселей, которые не могут быть зарисованы иным образом, путём экстраполяции значений граничных пикселей (галка Extrapolate colors into border). Впрочем, смотрится это не так здорово, как компенсация из соседних кадров, и обычно в ней не возникает нужды. Кроме того, если размазанные края всё-таки мешают, то можно задать дополнительный зум в графе Extra zoom factor, например, величину 1.05 или что-нибудь в этом духе. Это тоже не самый лучший выход – стоит попытаться сначала поварьировать параметры плавности.Степень стабилизации регулируется параметрами плавности (Motion smoothness) – отдельно для горизонтального и вертикального движения, поворота и масштабирования. В отличие от других фильтров, где, как правило, регулируется частота среза высокочастотных колебаний, в Deshaker применён иной подход: перед началом второго прохода для всего клипа вычисляется оптимальная траектория камеры, т.е. минимизирующая одновременно и кривизну траектории, и отклонение её от реальной (создающее пустые края). Эти параметры являются весовыми коэффициентами в минимизирующей функции. Они могут варьироваться в широких пределах (от 0 до 100000), большее значение соответствует большей плавности. Величины по умолчанию (400 для смещения и 1500 для зума) довольно малы, для большинства сюжетов их можно увеличить в 10-30 раз (зависимость «плавности» от них, видимо, довольно пологая). При выборе значений можно руководствоваться следующим эмпирическим правилом: чем больше плавность движения в исходном видео, тем большие значения можно безболезненно задавать. Т.е. для панорам вполне сгодятся значения 10000, а для съёмок стремительного спуска с горы, держа камеру в руках, такая плавность приведёт, во-первых, к неоправданно большим областям по краям кадра, требующим заполнения (что чревато артефактами в случае такого сложного движения), и во-вторых, уменьшит зрелищность сюжета:). Для таких динамичных съёмок подойдут величины порядка 1000. Если вы видите, что при заданных значениях остаются слишком много областей по краям, требующим заполнения, то плавность стоит уменьшить (или включить дополнительный зум). Впрочем, есть ещё средство для урегулирования быстрых рывков: группа параметров Max correction limits, задающая пределы смещения/поворота при вычислении оптимальной траектории. Их действие состоит в том, что при резких рывках, когда невозможно обеспечить одновременно и плавность траектории, и невыход за пределы смещения, параметры плавности на короткое время уменьшаются по сравнению с заданными. Ещё нужно отметить, что траектория рассчитывается по кадрам, а не по времени (для интерлейсного видео – по полукадрам). Т.е. для получения той же плавности в случае интерлейсного видео нужно установить вдвое большие значения, чем для прогрессивного с той же частотой кадров.Итак, параметры второго прохода настроены, можно запускать. Устанавливаем кодек для видео и в путь. Перед началом второго этапа происходит вычисление оптимальной траектории камеры для всего клипа, что может занять продолжительное время (особенно при больших параметрах плавности), но обычно сам второй проход длится намного дольше. В это время на экран выводится табличка «Deshaking».

Когда вычисления готовы, можно начинать второй проход.

Но есть одна тонкость, которую нужно учитывать при использовании для заполнения границ ненулевого числа будущих кадров. Дело в том, что интерфейс взаимодействия VirtualDub с плагинами не даёт возможности произвольного доступа к входному потоку – можно получить только текущий кадр (при последовательной обработке – запомнить и любое количество предыдущих). Поэтому Deshaker использует следующий трюк: если задано ненулевое число будущих кадров F, то вывод фильтра задерживается на F кадров для аккумуляции их во внутреннем буфере. Вместо них выдаётся чёрный экран с сообщением, суть которого сводится к тому, что надо установить соответствующую задержку для звука, чтобы не возникло рассинхронизации (величина задержки в мс указана на экране).

Резюме по применению</x>

Дрожание изображения в видеоролике мешает просмотру? Если камеру при съёмке держали недостаточно устойчиво, на записи возможен подобный неприятный эффект. К счастью, он легко устраняется с помощью редактора «ВидеоМОНТАЖ». Читайте, как избежать дрожания картинки, а также о том, как выполняется стабилизация видео в программе для видеомонтажа.

Содержание:

1. Убираем эффект трясущихся рук в «ВидеоМОНТАЖЕ»</li>2. Причины появления тряски видео и как её избежать</li>

Убираем эффект трясущейся картинки в «ВидеоМОНТАЖЕ»

«ВидеоМОНТАЖ» позволяет максимально быстро и легко исправить неприятные последствия дрожащей камеры. Вам просто нужно пройти следующие этапы в редакторе:

Устранить дрожание картинки в программе можно одним кликом!

Шаг 1. Устанавливаем софт

Во-первых, нам потребуется программа для стабилизации видео, скачать её бесплатно можно на нашем сайте. Запустите дистрибутив, чтобы начать инсталляцию софта. Следуйте инструкциям установщика, и по завершению процесса найдите на рабочем столе ярлык редактора. Откройте «ВидеоМОНТАЖ» и начинайте работу.

Шаг 2. Загружаем видеоматериал в редактор

В стартовом окне выберите «Новый проект» и укажите желаемое разрешение будущего ролика. Можно взять вариант по умолчанию, тогда редактор сам установит размер кадра, исходя из первого загруженного видеоклипа. Это удобно, когда вам требуется склеить несколько роликов с разным разрешением в один.

В рабочей области программы появятся доступные папки вашего компьютера. Найдите в них те видеоматериалы, которые необходимо стабилизировать. Перенести нужный ролик ине несколько на монтажный стол можно двойным кликом или с помощью кнопки «Добавить».

Добавьте нужные ролики на таймлайн

Шаг 3. Устраняем дрожание камеры

Теперь разберёмся, как убрать тряску в видео. Перейдите в раздел «Редактировать» и выберите вкладку «Улучшения». Нас интересует опция «Стабилизация изображения». Она располагается в нижней части панели. Чтобы устранить эффект дрожания камеры достаточно проставить галочку около названия функции. Клип сразу преобразится, вы можете убедиться в этом, посмотрев отредактированный вариант во встроенном плеере.

Поставьте галочку у пункта стабилизации изображения

В данном разделе также можно значительно повысить качество исходного изображения, например, увеличить яркость цветов, добавить контраста, насыщенности.

Шаг 4. Делаем видеоролик ещё лучше

«ВидеоМОНТАЖ» способен не только устранить дрожание картинки. С помощью софта вы можете обработать материал, превращая его в полноценный качественный фильм не хуже, чем в популярных программах для стабилизации видео Adobe After Effects, Premiere PRO или бесплатных аналогах. Для этого наша программа для редактирования видео предлагает следующие инструменты:

• Обрезка и кадрирование. Уберите лишнее из кадра и сократите затянутые фрагменты фильма.
• Нарезка. Поделите видеоряд на произвольное количество частей.
• Эффекты. Добавьте красивые фильтры, чтобы стилизовать видеоматериал под старину или придать изображению нежный романтичный вид.

Выберите красивые эффекты для украшения видеоряда

• Текст и графика. Дополните видеоряд текстовой информацией или тематическими иллюстрациями.
• Скорость. Ускоряйте затянутые эпизоды и замедляйте особенно важные моменты.
• Переходы. Если фильм состоит из нескольких роликов, то между отдельными фрагментами потребуется сглаживающая анимация. В каталоге видеоредактора представлено более 30 вариантов красивых переходов.

Настройте плавные переходы

• Титры и заставки. Добавьте приветственные и финальные фрагменты, чтобы готовый клип приобрёл завершённый профессиональный вид.
• Музыка. Замените исходное аудио новой звуковой дорожкой или наложите мелодию фоном.
• Хромакей. Ощутите себя голливудским киноделом – воспользуйтесь функцией замены фона. Берите клипы с одноцветным задником и подставляйте вместо него новый видеоряд.

Заменяйте фон хромакеем

Шаг 5. Сохраняем видеоролик

Перейдите к вкладке «Создать» и выберите вариант сохранения. Наш стабилизатор для видео позволяет сделать AVI-файл, записать ДВД с фильмом, подготовить к публикации в сети или к просмотру на смартфоне или планшете. Выполните настройки – на данном этапе можно уменьшить размер и изменить качество видеоролика.

Выберите формат сохранения

Подождите конца конвертации. Всё готово! Теперь у вас есть видеоматериал в отличном качестве без нежелательного эффекта дрожащих рук. Наслаждайтесь просмотром!

Причины появления тряски видео и как её избежать

Конечно, если вам попал в руки уже готовый видеоролик с дефектом, остаётся только выправить его с помощью специализированного софта. Но если вы снимаете материал на камеру самостоятельно, то лучше постараться избежать проблемы ещё на данном этапе.

Дрожание камеры достаточно часто появляется при ручной съёмке. Даже профессионалу не всегда легко его избежать, а любителю — тем более. Особенно, если снимать материал приходится долго — руки элементарно устают. Кроме того, бывают сложные условия. Например, если вы записываете видеоряд из окна едущего автобуса или автомобиля, если на улице мороз и работать приходится без перчаток и т.п. Поговорим о том, как убрать дрожание на видео в процессе съёмки.

1. Добейтесь устойчивости. Когда не требуется постоянно перемещаться во время видеозаписи, установите аппаратуру на специальный штатив. Если у вас его нет, попробуйте поставить записывающее устройство на стул, стол или любую другую подходящую горизонтальную поверхность и зафиксировать его. На крайний случай можно дать опору рукам, держащим камеру – поставьте локти на стол или себе на колени, если некуда ставить – прижмите к телу. Так тряска станет ощутимо меньше.

Для избежания тряски устанавливайте камеру на штатив

2. Используйте встроенную стабилизацию. Во многих устройствах для съемки есть подобная функция. Если включить стабилизацию в настройках, то камера сама выправит недостатки, вызванные дрожанием рук.

3. Избегайте ошибок:

• Не держите аппаратуру в вытянутых руках, это увеличивает нагрузку на них.
• Используйте обе руки, чтобы повысить устойчивость.
• Не снимайте на ходу. Если всё же необходимо перемещаться во время съемки, постарайтесь совершать мягкие текучие движения, наподобие кошачьих.
• Не злоупотребляйте зумом. Возможно, иногда действительно требуется приблизить изображение, но чаще всего данная функция ведёт к сильной тряске и плохому качеству картинки.
• Переводите объектив с предмета на предмет не слишком часто и делайте это медленно и плавно.

Держите камеру обеими руками, локти прижмите к телу

Вы узнали, как стабилизировать видео – в процессе съемки или после получения готового материала. Больше не будет проблем во время просмотра, не придётся напрягать глаза. «ВидеоМОНТАЖ» преобразит ваш видеоролик. Достаточно лишь скачать редактор видео, и вы сможете создавать кино профессионального качества у себя дома!

Используемые источники:

• https://rccam.livejournal.com/8439.html
• https://www.movavi.ru/support/how-to/how-to-stabilize-video.html
• http://video-editor.su/kak-stabilizirovat-video-na-kompyutere.php