I miei template per Tmpeg : guida all'uso

I template sono dei preset per l'encoder freeware Tmpeg www.tmpgenc.com/ caricabili all'interno del software cliccando su load (in basso a destra nella finestra principale del programma).

I template che trovate in questa distribuzione, scritti per la versione beta12f, li ho creati e raggruppati in base al tipo di formato di compressione e li potete scaricare cliccando qui. Basta eseguire il file template b12f.exe e scegliere la directory in cui memorizzare i vari template. I template sono perfettamente compatibili con la versione beta 12g, identica alla 12f, tranne che per alcuni piccoli bug, e con la precedente Beta 12e. 

VISTA LA NOTEVOLE DIFFERENZA CON CUI E' GESTITO IL PARAMETRO QUALITY NELLA MODALITA' CQ (vedi dopo) NON CONVIENE UTILIZZARE TALI TEMPLATE CON LA "VECCHIA" BETA12A PER I QUALI POTETE UTILIZZARE I "vecchi" TEMPLATE che trovate cliccando qui. 

Alcuni parametri presenti nei template sono immodificabili per forzare la conversione senza il rischio di creare un video incompatibile con il formato scelto: un esempio classico è quello della creazione di SVCD (risoluzione 480*576) a partire da materiale PAL 720*576. Se si carica prima un template SVCD con risoluzione 480*576 con parametri di risoluzione non bloccati, e dopo il video avi 720*576, i parametri della risoluzione dell'mpeg verranno automaticamente portati a 720*576. Un utente distratto potrebbe avviare la conversione creando così un mpeg 720*576 invece che 480*576. Al contrario un Template con parametri forzati (bloccati) a 480*576 di risoluzione, in tutti i casi mantiene tale risoluzione ridimensionando se c'è bisogno il video originale nella metodologia indicata in setting/advanced/ video Arrange Method. Stesso discorso per altri parametri come quelli relativi alla frequenza di campionamento dell'audio. 

Per poter rendere modificabili tutti i parametri basta caricare il template desiderato e in seguito il template "parametri accessibili.mcf": tutti i valori saranno mantenuti (non viene toccato nulla)  ma diventano liberamente modificabili. Al contrario per creare nuovi  template e sbloccare i  parametri che appaiono "congelati" occorre editare il template con un editor di testo e sostituire al xxxxx_ReadOnly il valore False al posto di True.

Altra utilissima possibilità di tmpeg  sono i così detti "template parziali" che se caricati, modificano solo alcuni parametri lasciando inalterati gli altri: comodi per piccole modifiche ai template disponibili.

I template parziali disponibili nella mia distribuzione sono:

Alcune note sul tipo di compressione utilizzata modificabile in setting/video/Rate control Mode

: vi rimando comunque all'articolo sull'mpeg per maggiori approfondimenti.  

Bitrate Costante (CBR): il bitrate video è mantenuto costante con un bitrate pari a quello impostato: è lo standard per il VCD e in molti casi è l'unico possibile per l' XVCD (alcuni player non gestiscono correttamente il bitrate variabile con l'mpeg1 creando in certi casi asincronismi audio-video). Il principale vantaggio del CBR sta nella possibilità di conoscere esattamente lo spazio occupato dal video. Lo svantaggio deriva dalla cattiva ottimizzazione del bitrate poiché fissatone il valore ( es. 2100Kbit/s) si avrà uno spreco di bitrate nelle scene più statiche in cui senza perdere in qualità sarebbero possibili codifiche con minore bitrate, e al contrario nelle scene più difficili non si potrebbero sfruttare bitrate superiori concessi  dallo standard (ad esempio i circa 2450 Kbits/s per il SVCD "standard") e pertanto in tali scene ci si deve accontentare di una qualità inferiore.

L'unico parametro  modificabile è il bitrate: Tmpeg utilizza la convenzione k=1000 bit (altri sw considerano K pari a 1024 bit).

Bitrate variabile modalità qualità costante (CQ): è il metodo di gestione del bitrate variabile da utilizzare tutte le volte in cui si desidera risparmiare spazio (la dimensione del file)  e guadagnare mediamente dal 5 al 20% a seconda dei parametri scelti. E' il metodo consigliato per il SVCD e per i MiniDVD, standard in cui può essere prioritario il risparmio di bitrate. E' utilizzabile anche per gli XVCD a bitrate variabile diminuendone comunque la compatibilità. Lo svantaggio del CQ sta nella impossibilità di conoscere prima della codifica il bitrate medio prodotto.

I due parametri modificabili sono:

Bitrate video massimo (Maximum bitrate), valore molte volte imposto dal formato (9800 kbits/s per il DVD e 2746,8 Kbits/s come somma audio video per i SVCD standard). Da osservare come è buona regola considerare circa il 3% di margine nel momento in cui il valore imposto in certe situazioni può essere superato di qualche punto percentuale. Se ad esempio si desidera un bitrate massimo di 2500 kbit/s conviene imporre un valore pari a 2500*0,97=2425 (0,97=100%-3%).

E' importante come prima cosa inserire  bitrate massimi coerenti con la risoluzione scelta: ecco una tabella che cerca di dare un ordine di grandezza dei bitrate massimi da inserire. 

Un bitrate massimo eccessivo corrisponde ad uno spreco di spazio occupato, mentre valori troppo bassi creano artefatti evidenti sul video : quadrettature, solarizzazioni (blocchi di colore)......

La prima distinzione da fare sta nella "comprimibilità" del video che divido per comodità in 3 fasce.

I due fattori che facilitano la compressione del video in mpeg sono la assenza di rumore video (che manda in crisi l'algoritmo di ricerca dei blocchi simili) e la presenza di bande nere comprimibili con pochissimi bit: pertanto la compressione di video di qualità con la presenza di bande nere richiede un bitrate video minore, a parità di risultati finali (ovvero a parità di artefatti più o meno introdotti . 

Ecco una tabella che riassume i casi possibili: è naturalmente un punto di partenza dal quale fare esperimenti in parallelo al parametro quality (vedi dopo)

Qualità (quality): per una spiegazione più dettagliata di tale parametro, che regola il fattore di quantizzazione della DCT, vi rimando all'articolo sull'mpeg in cui trovate numerosi diagrammi chiarificatori. In breve valori elevati di qualità tendono a creare un bitrate costante non producendo alcun risparmio di spazio occupato rispetto alla equivalente compressione a bitrate costante. Valori più bassi, producono un bitrate medio inferiore rispetto al massimo imposto, grazie alla maggiore compressione delle scene più statiche, scure e meno ricche di dettagli, tutte potenzialmente comprimibili in maniera maggiore senza artefatti visibili. Il diminuire del parametro quality ovviamente oltre che a diminuire il bitrate medio tende a creare artefatti sempre più visibili.

NELLA MODALITA' DI COMPRESSIONE A BITRATE VARIABILE  CQ, IL PARAMETRO QUALITY DELLE VERSIONI BETA 12a  E BETA12e, HA UN COMPORTAMENTO DIVERSO: IN BUONA APPROSSIMAZIONE PER OTTENERE GLI STESSI RISULTATI OCCORRE INCREMENTARE DI CIRCA 16-18 PUNTI IL VALORE DI QUALITY QUANDO SI PASSA DALLA B12A ALLA B12E.

Ad esempio per ottenere più o meno lo stesso video occorre utilizzare a parità di bitrate il parametro quality=60 per la b12a e quality=76-78 per la b12e.Al contrario se si utilizza quality=60 nella b12e si ottiene un video qualitativamente più scadente rispetto ad una analoga compressione con quality 60 fatta con la b12a

Non esiste un legame diretto tra i valori impostati (quality e bitrate massimo ) con il  bitrate medio che si viene a creare a seguito dei 2 parametri ; molto dipende dalla sorgente video e dalla sua risoluzione. Elevate risoluzioni video , assenza di bande nere e video "rumoroso" (tipicamante di provenienza VHS) nel filmato fanno tendere il bitrate medio al valore massimo a meno di porre bassi valori di quality, cosa che ovviamente incrementa tantissimo gli artefatti. Ad esempio se si utilizzano risoluzioni elevate (704*576 e 720*576),  sorgenti video rumorose  prive di bande nere e si impostano bitrate massimi dell'ordine di 2300-2500 Kbits/s, l'encoder tenderà a raggiungere sempre il massimo possibile e ci sarà poco da risparmiare sul bitrate; ben diverso è il caso in cui sempre con bitrate massimo di 2300-2500 si comprime video 352*288: l'encoder dovendo comprimere solo un quarto dei pixel del caso precedente, riuscirà a diminuire se possibile il bitrate medio senza grossi artefatti visibili.

Fermo restando i valori di bitrate massimi visti nelle tabelle di prima,  ecco una tabella che CON BUONA APPROSSIMAZIONE nella modalità CQ indica i bitrate medi che è possibile ottenere: ovviamente essendo numerosissimi i casi possibili, tale tabella va interpretata solo come una indicazione generica. Ho utilizzato come test alcuni video da comprimere in SVCD (480*576) di un film in modalità 1.78:1 non anamorfico, con un bitrate massimo pari a 2450, uno dei casi in cui il risparmio del bitrate è un fattore in molti casi importante. In tale formato 144 delle 576 righe sono nere.

Come regola generale è possibile dire che a parità di bitrate massimo e valore di quality, la presenza di bande nere (che ricordo si hanno in tutte le codifiche di  film 2.35:1 anamorfico o meno e 1.78:1 non anamorfico) abbassano il bitrate medio in maniera spesso evidente, rispetto all'analogo video senza bande nere: la assenza di tali bande al contrario fa' si che  il bitrate medio tenda ad avvicinarsi al massimo impostato.  La quantità del risparmio ottenuto è molto variabile poiché molto dipende dal video (statico , dinamico....), dai parametri utilizzati e dalla  dimensione delle bande nere (che dipende dal formato cinematografico utilizzato). Per convincersene si può comprimere lo stesso spezzone video di un film 1.78:1 in anamorfico (144 righe circa di bande nere ) e poi non in  anamorfico e confrontare i bitrate medi, tramite l'opzione di log di tmpeg (option/display encode log).

Ovviamente il bitrate medio tende a stabilizzarsi all'incirca verso i valori che indico in tabella, dopo almeno 10-12 minuti di video: una codifica di pochi minuti al contrario è fortemente condizionata dalla scena utilizzata (statica, dinamica, scura, più o meno dettagliata,....) e non permette all'encoder di stabilizzare il bitrate grazie all'avvicendarsi di scene più o meno complesse.  

Attenzione ad interpretare la tabella: ad esempio la coppia di valori 

intende che con valori di quality compresi tra  77-79 si ottiene con ottima probabilità un bitrate medio compreso tra il 91 e il 95% di 2450: ciò non significa che si ha il 91% in corrispondenza di quality =77 e il 95% in corrispondenza di 79, ma i valori del bitrate medio si assesteranno tra il 91-95% del bitrate massimo a secondo dalle caratteristiche della sorgente video ( statica o dinamica, dettagliata o uniforme, chiara o scura, ....). 

Per valori di quality superiori a 80, di fatto non ci sono variazioni rispetto al caso quality=80 ( c'è una saturazione delle ottimizzazioni possibili): con valori di quality inferiori a 55-60, al contrario si ottengono compressioni qualitativamente  insufficienti. 

Con buona approssimazione è possibile dire che con una compressione CQ e valori di quality almeno pari a 73-75,si  mantiene una qualità molto simile  a quella che si otterrebbe con il bitrate costante pari al bitrate massimo impostato, ed è possibile risparmiare sul bitrate, a secondo della sorgente video, da pochi punti percentuali sino al 12-14 %. 

La seconda regola importante da considerare è che, fissato il valore di quality, aumentando il bitrate massimo si ottengono bitrate che si incrementano, ma tendono sempre di meno a raggiungere il massimo impostato ( ci sono comunque grosse oscillazioni del bitrate); al contrario impostando bassi bitrate massimi il bitrate medio tende ad uguagliare il massimo impostato con oscillazioni praticamente nulle  (vedi la seconda coppia di grafici). 

Se ad esempio sempre per risoluzione 480*576 si passa da un bitrate massimo di 2450 a 5000 Kbits/s, con gli stessi valori di quality (es. 75-78) è possibile passare da valori medi pari a circa il 90% rispetto a 2450 (circa 2200 Kbits/s), a valori pari a 70-75% rispetto a 5000 (circa 3700 Kbits/s). Il motivo è semplice: le scene per cui il bitrate massimo impostato è eccessivo rispetto alla qualità impostata  sono poche se questo è 2450 e parecchie se questo è 5000 Kbits/s.

La maggior parte dei template che trovate per SVCD, XSVCD e DVD,  utilizzano la modalità CQ con i seguenti valori (i commenti che seguono sottintendono un settaggio del bitrate massimo "sensato", come indicato in tabella):

quality = 100 

quality = 77 

quality = 75 

quality = 70 

quality = 60-70 

Concludo con un paio di esempi che riassumono il comportamento dei 2 parametri analizzati: il tracciato in giallo rappresenta il bitrate video.

Osservo come tali diagrammi sono abbastanza "concettuali" e non presi da codifiche reali: per analisi più approfondite di diagrammi reali, vi rimando all'articolo sull'mpeg. che tratta comunque il comportamento della versione b12a ( cambia come visto solo l'intervallo di quality da considerare)

Bitrate variabile modalità qualità costante (CQ_VBR): è un metodo di compressione a bitrate variabile, in cui l'encoder considera prioritaria la qualità del video e a tal fine preferisce "sprecare" bitrate piuttosto che creare artefatti il tutto ovviamente in base al parametro quality selezionato; è pertanto indicata in tutti i casi in cui non ci sono particolari esigenze di risparmio di spazio occupato. E' un metodo che ho inserito nei template "DVD minima variazione e risparmio "con risoluzione 720*576.

I parametri più importanti da modificare sono i soliti: bitrate massimo e quality. La differenza maggiore con il caso CQ sta nel fatto che il parametro quality tende a non produrre più alcun incremento di qualità già a partire da 50-52 che è di fatto il massimo ottenibile (anche in questo caso massima qualità corrisponde a maggior bitrate medio e a minor risparmio di spazio occupato rispetto al bitrate costante). E' possibile mantenere una qualità ancora più che buona con valori compresi tra 25 e 50, valori notevolmente più bassi rispetto al metodo CQ per i quali occorre settare valori superiori a 55-60 per ottenere una qualità almeno sufficiente: ovviamente occorre inserire il bitrate massimo "corretto" come visto in tabella.

Al contrario se si inserisce un bitrate massimo "sottodimensionato", per qualsiasi valore di quality superiore a 25-26 si ottiene esattamente la stessa codifica, con il bitrate praticamente costante e pari al massimo impostato: si inizia a risparmiare qualcosa per valori inferiori a 25: è il chiaro segno che si è settato un bitrate massimo troppo basso che non è in grado di garantire una buona qualità.

Osservo come  il parametro quality della modalità CQ_VBR, diversamente dal caso CQ, ha un compertamento analogo nelle versioni b12a e b12e. 

Prima di analizzare velocemente i template disponibili due parole sul parametro motion search accuracy con cui è possibile migliorare la qualità del video nelle scene più dinamiche, a parità di parametri impostati: per far ciò occorre far si che tmpeg impieghi più tempo per il delicato processo della compensazione del moto: il parametro da modificare è configure/ video/ motion search accuracy.

Migliore è la qualità impostata, maggiori i tempi di compressione. Considerando i già elevati tempi di conversione tipici dell'mpeg , spesso può bastare la "normal quality". Ovviamente se si vuole risparmiare qualcosa è possibile usare la "low o lowest quality" , che incrementano gli artefatti nelle scene più dinamiche.

Ecco una tabella che approssimativamente da l'idea delle variazioni dei tempi i codifica, ovviamente a parità degli altri parametri.

Motion search accuracy

tempi rispetto alla 
  normal quality

hightest quality (la codifica più lenta)

+343% (X 4.43)

high quality

+70% (X 1.70)

normal quality

0% (X 1.00 )

Motion Estimate Search   

-20% (X 0.8)

low quality   

-23% (X 0.77)

lowest quality (la codifica più veloce)

-28% (X 0.72)

In pratica un video che per essere compresso richiede 1 ora in normal quality richiede 4.43 ore in hightest quality e 0.72 ore = 43 minuti in lowest quality. 

IN TUTTI I MIEI TEMPLATE HO INSERITO LA NORMAL QUALITY , ottimo compromesso qualità /tempo di compressione; a secondo delle esigenze può essere facilmente sostituita ad esempio con la Motion Estimate Search.

Osservo come dalla versione Beta12b di tmpeg è presente la nuova modalità "Motion Estimate Search", che velocizza di circa il 20% la compressione, mediante un algoritmo diverso che con una certa intelligenza modifica il tempo di ricerca della similitudine tra macroblocchi, in base alle caratteristiche del video: con tale parametro i tempi di codifica sono molto legati alla presenza o meno di scene dinamiche ma in tutti i casi si ottengono tempi inferiori rispetto alla modalità normal di quantitativi tutt'altro che trascurabili. La qualità peggiora leggermente nelle scene particolarmente dinamiche; a prova della ottimizzazione di tale algoritmo, tutti i template forniti dall'autore di tmpeg a partire dalla Beta12b utilizzano la modalità Motion Estimate Search.

Nel caso di bitrate elevati, rispetto alla risoluzione scelta, una minore accuratezza  incrementa gli artefatti in maniera meno evidente: al contrario in tutti quei casi in si utilizzano bitrate relativamente bassi è sempre consigliabile utilizzare una accuratezza maggiore, ovviamente  con tempi di compressioni maggiori. Da evitare come la morte ad esempio la creazione di VCD standard (352*288 e il bassissimo bitrate di 1150Kbits/s) e Motion search accuracy = low/lowest quality: al contrario, senza aspettarsi miracoli, sarebbe opportuno utilizzare la hightest quality.

Per qualsiasi encoder mpeg (anche in real time) vale in generale la regola secondo cui ad una inferiore qualità della compensazione del moto è possibile in parte ovviare incrementando il bitrate. Un mpeg creato con bitrate di  8000Kbits/s e una  compensazione del moto solo discreta (ad esempio in real time) può in certi casi essere qualitativamente simile allo stesso video compresso con una ottima compensazione del moto e bitrate inferiore ( es 5-6000 kbits/s): ovviamente ciò che varia è la dimensione del file creato.

Vediamo in breve i template creati così come sono divisi in directory (vi rimando alle conclusioni viste riguardo il parametro quality delle modalità CQ):

Come al solito  per qualsiasi commento e parere potete contattarmi al mio indirizzo di posta elettronica
benedettodue@tiscalinet.it .

26 Giugno 2001

Benedetto.

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