Podstawowe pytanie: jaki jest odpowiedni kodek do przechowywania / archiwizowania naukowych danych wideo w sposób bezstratny ?
Próbuję pomóc mojej grupie badawczej w przechowywaniu / archiwizowaniu niektórych filmów nagranych pod mikroskopem. Te filmy (w skali szarości) są w nieskompresowanym (surowym wideo) formacie BGR24, 660 x 492 przy 61 klatkach na sekundę i zazwyczaj około 1 minuty. Moi koledzy z laboratorium oszaleli na punkcie rozmiaru tych plików (gigabajtów każdy). Zasugerowałem skompresowanie ich przy użyciu bezstratnego kodeka. (Potrzeba bezstratnej tutaj jest dlatego, że filmy są danymi naukowymi; stąd istnieje pewne niebezpieczeństwo, że utrata kodeku może zmienić treść w zły / nieoczekiwany sposób.)
Oto, co próbowałem. Najpierw złapałem pierwsze 10 sekund jednego z tych filmów i przekonwertowałem do formatu monochromatycznego (surowego) za pomocą FFMpeg.
ffmpeg -t 10 -i RecordedData.avi -c:v rawvideo -pix_fmt gray raw_gray.mkv
Następnie próbowałem użyć bezstratnego trybu libx264 (poprzez ustawienie -crf 0
) do skompresowania pliku wynikowego
ffmpeg -i raw-gray.mkv -c:v libx264 -crf 0 -pix_fmt yuv420p -color_range pc x264-yuv420p.mkv
Na koniec wyodrębniłem surowe dane YUV zarówno z plików raw, jak i h264 MKV i porównałem je.
ffmpeg -i raw-gray.mkv -c:v rawvideo -pix_fmt gray raw-gray.yuv
ffmpeg -i x264-yuv420p.mkv -c:v rawvideo -pix_fmt gray x264-decompressed.yuv
diff -sq raw-gray.yuv x264-decompressed.yuv
Tutaj diff
polecenie informuje, że pliki różnią się, gdy spodziewałem się, że będą takie same. Dlaczego to? Czy to tylko niewielki błąd zaokrąglania, czy może coś tracę po wykonaniu kompresji H264 (podobno bezstratnej)? Następuje konwersja formatów pikseli ( gray (YUV400) <-> YUV420
), ale kanały kolorów (UV) powinny być puste, ponieważ dane wejściowe są monochromatyczne.
Jeśli rzeczywiście coś tracę, czy jest coś, co mogę zrobić, aby to naprawić? Czy istnieje inny (bezstratny) kodek, który może być bardziej odpowiedni dla moich danych?
Aktualizacja 1 : Użyłem zrzutu heksadecymu do porównania zawartości nieskompresowanych danych YUV z raw-gray.yuv
(nigdy nieskompresowanych) i x264-decompressed.yuv
(skompresowanych, a następnie zdekompresowanych) bardziej szczegółowo. Oto kilka pierwszych bajtów.
[raw-gray.yuv]
00000000 4e 50 51 53 53 52 51 50 51 51 50 4f 50 50 50 50
00000010 51 51 50 51 52 53 51 51 52 52 53 53 52 51 51 53
00000020 51 53 54 55 53 51 52 54 53 53 52 50 51 50 52 52
00000030 51 52 51 51 51 52 54 52 52 52 51 51 51 53 57 58
00000040 57 57 55 54 54 52 53 51 51 52 53 55 55 54 53 53
00000050 51 51 52 52 53 52 51 50 50 50 50 51 51 4f 4f 4e
00000060 4c 4d 4e 4d 4f 50 4f 50 51 51 51 52 52 52 52 50
00000070 50 50 52 52 53 55 55 55 57 52 53 53 53 54 56 56
[x264-decompressed.yuv]
00000000 53 55 56 57 57 56 56 55 56 56 55 54 55 55 55 55
00000010 56 56 55 56 56 57 56 56 56 56 57 57 56 56 56 57
00000020 56 57 58 59 57 56 56 58 57 57 56 55 56 55 56 56
00000030 56 56 56 56 56 56 58 56 56 56 56 56 56 57 5b 5c
00000040 5b 5b 59 58 58 56 57 56 56 56 57 59 59 58 57 57
00000050 56 56 56 56 57 56 56 55 55 55 55 56 56 54 54 53
00000060 51 52 53 52 54 55 54 55 56 56 56 56 56 56 56 55
00000070 55 55 56 56 57 59 59 59 5b 56 57 57 57 58 5a 5a
Wartości z poprzedniego pliku są od 4 do 5 niższe niż wartości z drugiego. To samo można znaleźć, zagłębiając się nieco głębiej w plik.
Aktualizacja 2 : Jeśli używam libx264 w trybie RGB, mogę uzyskać dokładne dopasowanie do oryginału, robiąc to samo co powyżej, oprócz poniższych.
ffmpeg -i raw-gray.mkv -c:v libx264rgb -crf 0 -pix_fmt bgr24 x264-bgr24.mkv
ffmpeg -i x264-bgr24.mkv -c:v rawvideo -pix_fmt gray x264-bgr24-decomp.yuv
diff -sq raw-gray.yuv x264-bgr24-decomp.yuv
Ostatnie polecenie informuje, że dwa pliki są identyczne . Niestety x264-bgr24.mkv
jest około 3 razy większy niż x264-yuv420.mkv
, więc kompresja w trybie RGB nie jest tak dobra.
Czytałem gdzieś, że libx264 skutecznie kompresuje wideo w skali szarości w trybie YUV, ponieważ bierze pod uwagę fakt, że tylko kanał Y zawiera prawdziwe informacje (oba kanały U i V są zerowe dla wideo monochromatycznego). Uważam, że w trybie RGB wszystkie kanały zawierają identyczne informacje dla wejścia monochromatycznego. Może libx264rgb nie korzysta z tego.
Czy jest więc sposób na użycie trybu YUV bez zmiany wideo, ponieważ kompresja jest w ten sposób znacznie bardziej wydajna?
Aktualizacja 3 : Byłem w stanie rozwiązać problem z libx264, używając -pix_fmt yuvj420p
zamiast -pix_fmt yuv420p -color_range pc
. Następnie odtwarzam oryginalny plik dokładnie po kompresji / dekompresji. Z dokumentacji FFmpeg miałem wrażenie, że te dwa zestawy flag były równoważne, ale najwyraźniej tak nie jest. Jedynym problemem jest to, że mogę dostać ostrzeżenie z nią zestaw flag: [swscaler @ 0x55b56347fe20] deprecated pixel format used, make sure you set the range correctly
. Znalazłem również ten raport o błędzie, który może być związany z moim problemem. Nie jestem pewien „właściwego” sposobu robienia rzeczy bez użycia pozornie przestarzałego formatu pikseli yuvj420p.
compare
do ich porównania.
hexdump
) i uruchomił na nim diff.diff
powie po prostu, że pliki są gdzieś inne. Jeden bit, jeden megabajt, wszystko jest takie samo. Sprawdzając różnicę szesnastkową, możesz lepiej oszacować, co się stało i czy jest to coś, o co należy się martwić. Sprawdź także, czy operacja nie zaokrągliła szerokości ani wysokości filmu (zdarzyło mi się to samo).