عمق بیت در فیلمبرداری چه معنایی دارد؟
تقریبا تمامی دوربین‌های عکاسی و فیلمبرداری پیشرفته قابلیت ضبط کلیپ‌های ویدئویی با رزولوشن Full HD و 4K را دارند. بااین‌حال، تفاوت‌های نمونه‌های حرفه‌ای با محصولات خانگی و گوشی‌های هوشمند چیست؟ چه نکاتی باعث می‌شود فیلم‌برداران حرفه‌ای به‌سراغ محصولاتی مانند پاناسونیک GH5 یا GH5S در بخش دوربین‌های کوچک و انواع توانمندی مانند سری C کانن و FS سونی و EVA1 پاناسونیک در رده‌ی دوربین‌های فیلمبرداری حرفه‌ای می‌روند؟
طی سال‌های گذشته، صنعت دوربین‌های دیجیتال پیشرفت درخورتوجهی به‌خود دیده است. این موضوع در بخش فیلمبرداری بیشتر حس می‌شود؛ جایی‌که محصولات جدید همواره قابلیت‌های جدید و پیشرفته‌تری به‌همراه دارند تا آزادیِ‌عمل بیشتری دراختیار کاربران حرفه‌ای قرار دهند. درحالی‌که تا چند سال پیش گزینه‌های اندکی توانایی فیلمبرداری با رزولوشن 4K را داشتند، اکنون عرضه‌ی دوربین‌های بدون آینه و DSLR متعددی را در بازار شاهد هستیم که توانایی فیلمبرداری 4K با نرخ ۶۰ فریم‌بر‌ثانیه را درکنار رنگ‌برداری ۴:۲:۲ و عمق ۱۰ بیت به‌همراه دارند.
عمق بیت (Bit Depth) رنگ‌برداری یکی از مؤلفه‌های مهم مدنظر فیلم‌برداران حرفه‌ای در انتخاب دوربین ایده‌آل است. حتما حین مرور مشخصات فنی دوربین‌های مختلف، به‌ویژه انواع حرفه‌ای، با عبارت‌هایی اعم از ۸ بیت و ۱۰ بیت و در برخی مواقع نادر، ۱۲ بیت در بخش فیلمبرداری برخورد کرده‌اید. این مؤلفه از توانایی دوربین در ثبت دقیق رنگ‌ها خبر می‌دهد. باوجوداین، پیش از معرفی عمیق‌تر مؤلفه‌ی عمق بیت، تفاوت آن با نرخ بیت باید مشخص شود.
نرخ بیت (Bit Rate) که برخی مواقع با عنوان نرخ داده (Data Rate) نیز از آن یاد می‌شود، به‌معنای میزان اطلاعات ضبط‌شده در واحد زمان است. هر میزان که نرخ بیت حین فیلمبرداری افزایش یابد، به‌معنای ثبت حجم بیشتری از داده به‌وسیله‌ی دوربین است که از جزئیات و نرخ فریم یا رنگ غنی‌تر در ویدئو خبر می‌دهد. این مشخصه تفاوت زیادی با عمق بیت دارد و هریک از بخشی از توانایی دوربین خبر می‌دهند. البته، نباید فراموش کرد ثبت عمق رنگ بیشتر به‌معنای نرخ اطلاعات بیشتر است و در کلیپ‌های ۱۰ بیت، نرخ بیت بیشتری (۲۰۰ تا ۴۰۰ مگابیت‌بر‌ثانیه) به‌چشم می‌خورد.
عمق بیت (Bit Depth)
تا چند سال پیش، بهره‌بردن از کلیپ‌های ۱۰ بیت که در دوربین‌های فیلمبرداری حرفه‌ای و سینمایی وجود داشت، در انواع کوچک بدون آینه یا DSLR امری ناممکن بود. بااین‌حال به‌لطف پاناسونیک، این قابلیت برای اولین‌بار در GH5 و سپس، در GH5S دردسترس کاربران قرار گرفت تا بدون نیاز به پرداخت هزینه‌های گزاف برای خرید دوربین‌های حرفه‌ای، کلیپ‌هایی بسیار باکیفیت بتوانند ثبت کنند.
ارتقای عمق بیت، یکی از روش‌های برتر برای بهبود درخورتوجه کیفیت ویدئو است که گستره‌ی دینامیکی گسترده‌تر درکنار رنگ‌هایی بیشتر را به‌همراه دارد. پیش‌تر، دوربین‌های موجود در بازار، تنها توانایی داشتند با عمق ۸ بیت را فیلمبرداری کنند که البته برای بسیاری از کاربری‌های کافی است؛ اما کلیپ‌های ۸ بیت برای کاربران حرفه‌ای امری محدودکننده است. به‌بیان ساده‌تر، می‌توان تفاوت ۸ بیت و ۱۰ بیت را مشابه با تصاویر JPEG و RAW عنوان کرد. این تصاویر به‌صورت ۱۲ یا ۱۴ بیت ثبت می‌شوند. ارتقای عمق رنگ به‌معنای تغییر گسترده در حجم ثبت‌شده‌ی داده‌ها است. اگر سابقه‌ی ویرایش تصاویر را داشته باشید، قطعا در این بخش، با محدودیت‌های موجود در تصاویر JPEG به‌خوبی آشنا هستید. نمایش جزئیات بیشتر موجود در سایه و هایلایت یا تنظیم دقیق‌تر رنگ‌ها در تصاویر JPEG محدودیت‌های زیادی برای عکاسان حرفه‌ای به‌همراه دارد. به‌همین‌دلیل، در کاربری‌های حرفه‌ای از تصاویر RAW استفاده می‌شود که با ثبت جزئیات بیشتر، دنیای جدیدی دربرابر کاربران قرار می‌دهد.
عمق بیت به‌معنای تعداد رنگ نمونه‌برداری و ذخیره‌شده است. هر تصویر از ترکیب رنگ‌های قرمز و سبز و آبی ایجاد می‌شود. حال، فرض کنید دوربین قابلیت ثبت یک سطح از هریک از رنگ‌های مرتبط (عمق ۱ بیت) را دراختیار دارید. بدین‌ترتیب، تعداد رنگ‌های تصویر خروجی به‌صورت زیر خواهد بود:
- ۲ به توان ۱ (عمق بیت) سطح رنگ قرمز
- ۲ به توان ۱ (عمق بیت) سطح رنگ سبز
- ۲ به توان ۱ (عمق بیت) سطح رنگ آبی
تعداد تمام رنگ‌های دردسترس برابر با حاصل ضرب اعداد بالا می‌شود که بدین‌ترتیب، امکان ثبت ۸ رنگ دردسترس خواهد بود. رنگ‌های نهایی عبارت خواهند بود از:
- قرمز
- سبز
- آبی
- ترکیب قرمز و سبز و آبی (رنگ مشکی)
- ترکیب قرمز و آبی (رنگ ارغوانی)
- ترکیب قرمز و سبز (رنگ زرد)
- ترکیب سبز و آبی (رنگ فیروزه‌ای)
- استفاده‌نکردن از هیچ‌یک از رنگ‌ها (رنگ سفید)
درحالحاضر، تمام دوربین‌ها و نمایشگر‌های موجود در دنیای فناوری، توانایی ثبت و نمایش محتوای ۸ بیت را دارند.
- ۲ به توان ۸ = ۲۵۶ سطح رنگ قرمز
- ۲ به توان ۸ = ۲۵۶ سطح رنگ سبز
- ۲ به توان ۸ = ۲۵۶ سطح رنگ آبی
بدین‌ترتیب که ترکیب هریک از آن‌ها به‌معنای وجود ۱۶،۷۷۷،۲۱۶ (۱۶.۸ میلیون) رنگ است؛ اما پیشرفت صنعت تصویربرداری از نیاز به ثبت رنگ‌های بیشتر خبر می‌داد. در همین زمینه، سازندگان دوربین‌های عکاسی و فیلمبرداری با بهبود توانایی حسگرها و پردازنده‌های تصویر خود، تصویربرداری ۱۰، ۱۲، ۱۴ و در نمونه‌های بسیار محدود ۱۶ بیت را در محصولاتشان عرضه کردند. درحالحاضر، تصاویر RAW با عمق ۱۲ و ۱۴ بیت در اکثر دوربین‌های عکاسی وجود دارد؛ ولی فیلمبرداری ۱۰ بیت به‌تازگی راهش را به محصولات یافته است. در کلیپ‌های ۱۰ بیت، هریک از سه رنگ اصلی از ۱،۰۲۴ سطح (۲ به توان ۱۰) تشکیل می‌شوند که درنهایت، تولید ۱.۰۷ میلیارد رنگ را به‌ارمغان می‌آورند. در تصاویر ۱۲ بیت نیز، با وجود ۴،۰۹۶ سطح در هریک از کانال‌های رنگی، ۶۸.۸ میلیارد رنگ را به‌همراه دارد.
بااین‌حال، برتری ثبت ۱.۰۷ میلیارد رنگ با وجود محدودیت تشخیص ۱۰ میلیون رنگ ازطریق چشم انسان چیست؟ درحالی‌که تصاویر JPEG و ویدئو‌های ۸ بیت برای بسیاری از کاربری‌های عادی کافی به‌نظر می‌رسند، برای کاربران حرفه‌ای و حین ویرایش محتوا، عمق بیت بیشتر برتری‌های خود را به‌وضوح نشان خواهد داد. گرادیان‌های رنگی از دیگر بخش‌هایی است که در ویدئو‌های ۱۰ بیت تفاوت درخورتوجهی با انواع ۸ بیت خواهد کرد. طیف و سطوح رنگی بیشتر به نمایش زیبا و یکپارچه‌ی طیف رنگ در وضعیتی مانند غروب آفتاب منجر می‌شوند.
یکی دیگر از برتری‌های ویدئوهایی با عمق بیت زیاد، کاربرد گسترده‌ی حجم فراوان اطلاعات ذخیره‌شده حین استفاده از لاگ‌های گاما است. پروفایل‌های لاگ گاما برای افزایش گستره‌ی دینامیکی تصاویر استفاده می‌شوند تا متخصصان اصلاح تصاویر حین پس‌پردازش تاحدممکن از بخش سایه و هایلایت موجود در قاب جزئیات استخراج کند. آزادیِ‌عمل بسیار بیشتر در اصلاح رنگ و اعمال نمونه‌ی مدنظر تولیدکننده، دیگر برتری محتوای ویدئویی ۱۰ بیت درمقایسه‌با انواع ۸ بیت است.
تا چند سال پیش، تلویزیونها و نمایشگر‌های بسیار اندکی با قابلیت نمایش یک میلیارد رنگ وجود داشتند. باوجوداین با پیشرفت دوربین‌های فیلمبرداری، استاندارد‌های جدیدی در حوزه‌ی نمایش تصاویر عرضه شد تا کاربران امکان تماشای ویدئوهایی با رنگ‌های دقیق‌تر و بیشتر را داشته باشند. HDR10 و HDR1000 استاندارد نمایش ۱۰ بیت تصاویر را به تلویزیونها و نمایشگر‌های آورده‌اند. استاندارد دالبی ویژن نیز، قابلیت نمایش محتوای ۱۲ بیت را دارد. در همین زمینه، سازندگان مختلف تلویزیون برای کسب این استاندارد‌ها به تولید پنل‌هایی با قابلیت نمایش یک میلیارد رنگ روی آورده‌اند که می‌توان به کوانتوم‌دات‌های سامسونگ و اولد ال‌جی اشاره کرد. البته، درنظر بگیرید درحالحاضر، هیچ‌یک از پلتفرم‌های پخش آنلاین محتوا، اعم از فیسبوک یا نتفلیکس، به ویدئو‌های ۱۰ بیت مراجعه نمی‌کنند و همچنان فقط از ویدئو‌های ۸ بیت پشتیبانی می‌کنند.
مثالی از مشکل ثبت گرادیان در عمق ۸ بیت (برای مشاهده‌ی تصویر در ابعاد اصلی، روی آن کلیک کنید)
همواره باید مدنظر بگیرید وجود مشخصه‌ی ۱۰ بیت در مشخصات فنی هر محصول همواره به‌معنای قابلیت ضبط کلیپ‌های ۱۰ بیت نیست. پردازش و ذخیره‌ی بیش از یک میلیارد رنگ و خنک‌سازی پردازنده و حسگر، فرایندی پیچیده است که اِعمال آن در دوربین‌های فیلمبرداری امری بسیار دشوار است. در همین زمینه، بسیاری از دوربین‌های موجود در بازار فقط امکان خروجی این دسته از محتوا را ازطریق درگاه HDMI به‌منظور ضبط به‌وسیله‌ی ضبط‌کننده‌های خارجی را دارند. به‌عنوان مثال، می‌توان به دوربین‌های بدون آینه‌ی جدید نیکون Z6 و کانن EOS R اشاره کرد که ضبط ویدئو‌های ۱۰ بیت با آن‌ها فقط با استفاده از دستگاه‌های خارجی، مانند اتوموس نینجا ۵ ممکن است. البته، محصولات انگشت‌شماری در بخش دوربین‌های کوچک وجود دارند که قابلیت ضبط داخلی این دسته از محتوا را دارند و نیاز به دستگاه‌هایی اعم از اتوموس نینجا را رفع می‌کنند. پاناسونیک GH5 و GH5S برخی از این دوربین‌ها هستند. البته، دوربین‌های فیلمبرداری حرفه‌ای و سینمایی همگی نه‌تنها توانایی ضبط کلیپ‌های ۱۰ بیت را به‌صورت داخلی، بلکه برخی از آن‌ها امکان ضبط محتوای ویدئویی ۱۲ بیت را نیز به‌همراه دارند.
