Ako som zrealizoval “frame by frame” prevod 8 mm filmov do digitálu

Aj vďaka lockdownu som sa konečne dostal k vytvoreniu novej, frame by frame verzie zariadenia na konverziu / digitalizáciu 8 milimetrových filmov do digitálnej formy. A rozdiel v kvalite je veľký…

Trvalo to zhruba mesiac, no konečne sa mi podarilo vyrobiť nový stroj na prevod 8 mm filmov. Tento dokáže na rozdiel od starého fungovať systémom „frame by frame“ – teda snímať obrázok po obrázku.

V tomto článku sa okrem priblíženia funkcie môjho systému pokúsim vysvetliť niekoľko problémov a riešení použitých pri digitalizácii 8 mm videí. A teda, nebude to krátke… 😀

Pôvodná verzia

Doteraz som využíval upravenú premietačku Meopta Meolux Meos DUO, ktorá pomocou mikropočítača, snímača otáčok a PWM modulácie dokázala udržiavať konštantnú rýchlosť premietania s presnosťou na 5 stotín otáčky. Video snímala kamera (fotoaparát) nastavená na identické otáčky.

Výsledky boli akceptovateľné ale stále mi to nedalo. Vedel som, že existuje kvalitnejší spôsob prevodu s označením frame by frame (vo voľnom preklade obrázok po obrázku). Ako však túto profesionálnu technológiu replikovať jednoduchšie, rýchlejšie a ekonomickejšie? Donedávna to nebolo možné. Donedávna…

Ako funguje premietačka a prečo to komplikuje prevod do digitálnej formy

Premietačka funguje tak, že špeciálny mechanizmus posunie niekoľko krát za sekudnu film vždy o jedno políčko. Aby nebolo vidno moment, keď sa film posúva, musí v tej chvíli premietačka prekryť film tzv. tienidlom. Striedavo tak zobrazuje políčko filmu, tmu, políčko filmu, tmu atď.

Tým však vzniká blikanie, ktoré je vidno voľným okom. Pokusne sa však zistilo, že pokiaľ je frekvencia blikania dostatočne vysoká (približne 48 bliknutí, teda obrázkov za sekundu), zrak blikanie nevníma. Preto má premietačka tienidlo s niekoľkými listami (najčastejšie 2 až 3), vďaka ktorému blikne každý jeden obrázok viac krát. A tak premietačka zobrazujúca film rýchlosťou 24 obrázkov za sekundu s trojlistovým tienidlom “bliká” až 72 krát za sekundu. Vo videu nižšie je to celé krásne vysvetlené.

Pri premietaní na stenu je všetko s kostolným poriadkom. Pri prevode do digitálnej podoby to však predstavuje komplikáciu. Nakoľko kamera nevie, kedy sa začína premietať políčko filmu, sníma aj moment, kedy je premietaná tma vytvárajúc tak vizuálne artefakty.

Každé políčko filmu je kamerou snímané istý čas. Potom je snímanie na chvíľu prerušené a začína sa snímať ďalšie políčko. Čas snímania závisí od nastavenia kamery. V praxi je limitovaný (technologickou) rýchlosťou kamery a nastaveným formátom resp. počtom snímaných obrázkov za sekundu.

Teda ak kamera sníma 25 obrázkov za sekundu, najdlhšie môže snímať jeden obrázok len 1/25 sekundy (slovom „jednu dvadsaťpätinu sekundy“). Môžete nastaviť aj kratší čas, čím sa zvýši ostrosť, zároveň však snímaný obraz stmavne. V tom problém netkvie…

Ako povedať kamere, kedy je vidno políčko a kedy tma?

U bežnej kamery to nedokážete. Viete to len “oklamať”: nastaviť čo najdlhší čas snímania a tmavé momenty akoby splynú s obrázkami. Tak sa to robilo roky a robí sa to tak stále u drvivej väčšiny lacných digitalizácii. Výhodou je jednoduchosť a rýchlosť. To je ale všetko.

Prvým problémom je, že ak rýchlosť premietačky kolíše, budú vám cez obraz “behať” čierne pásy spôsobené tienidlom. Mne sa podarilo celkom dobre tento efekt eliminovať, no ani presnosť rýchlosti premietania na 5 stotín otáčky nebola pre mňa úplne postačujúca, hoci klienti boli spokojní.

Druhý problém – kamera nevie, kedy sa premieta políčko a kedy tma. Dochádza kvôli tomu k efektu označovanému ako “frame blending” (vo voľnom preklade zlievanie obrázkov). To znamená, že kamera sníma buď všetky bliknutia toho istého políčka filmu (ideálna situácia) alebo napr. 2 bliknutia jedného políčka a 1 bliknutie druhého.

Čiže v jednom nasnímanom obrázku kamery sú v praxi väčšinou cez seba spojené dve políčka filmu (akoby “duchovia”). Nepomáha to ani ostrosti obrazu. Bohužiaľ u takéhoto typu prevodu neexistuje spôsob, ako tieto problémy odstrániť.

Frame by frame, políčko po políčku

Riešením je úplne iný princíp prevodu – snímať film políčko po políčku. V princípe „odfotiť“ políčko, posunúť sa na ďalšie atď. To je však potenciálne časovo, dátovo aj technologicky náročné.

Ak by ste napríklad na tento účel využili klasickú digitálnu zrkadlovku vo fotografickom režime, po pár kotúčoch filmu ju môžte poslať do servisu alebo rovno zahodiť. Jedna polhodina 8 mm filmu má totiž zhruba 32 000 políčok a životnosť mechanickej uzávierky fotoaparátu je dajme tomu 150 000 až 300 000 tisíc fotiek. Prinajlepšom by vám tak fotoaparát vydržal až 9 polhodinových kotúčov, čo nie je príliš ekonomické, nehovoriac o nízkej rýchlosti takéhoto prevodu. Je tu ale riešenie: elektronická uzávierka a…

Magic Lantern alebo sila internetových komunít

Pred pár rokmi vznikla internetová komunita Magic Lantern, ktorá sa venuje reverse-engineerignu Canon fotoaparátov (vrátane legendárneho 5D MkII). Jej programátori mapujú, ako funguje softvér fotoaparátu a keď rozlúštia kód, dokážu naprogramovať svoj vlastný.

Vďaka tomu je možné pridať do (niektorých) Canon fotoaparátov nové funkcie, ktorými pôvodne nedisponovali. Vrátane takých, ktoré nájdete až na rádovo drahších fotoaparátoch. Toto je aj dôvod, prečo som kedysi zvolil Canon pred Nikonom.

Aj vďaka Magic Lanternu som dokázal zrealizovať prvú verziu konverzného stroja. Alternatívny firmvér v Canone 600D umožňoval nastaviť ľubovoľnú rýchlosť snímania (fps) a zladiť tak fotoaparát s premietačkou. Hoci tento spôsob nebol zlý, bola slepá ulička.

Relatívne nedávno však prišli programátori z Magic lantern s novou jednoduchou funkciou, ktorá pre prevod filmov znamená malú revolúciu – zosnímanie obrázku na povel externej spúšte v kombinácii s ukladaním týchto obrázkov rovno do video súboru.

Vďaka tomu dokáže fotoaparát vytvoriť políčko vo videu v momente, keď stlačíte spúšť alebo pošlete signál z externej spúšte fotoaparátu. Po konzultácii s jedným členom komunity, ktorý takto vytvoril stroj na prevod 16mm filmov, som sa pustil do vývoja vlastnej verzie.

40 ročná premietačka, hacknutý fotoaparát a raw video

Princíp aplikovania frame by frame systému v praxi je relatívne jednoduchý: na oske premietačky je prilepený magnet, ktorý aktivuje hallov snímač a pošle počas každého obrázku signál na zosnímanie. To znamená, že bez ohľadu na rýchlosť premietania bude výsledné video vždy rovnaké a každé políčko 8 mm filmu bude presne korešpondovať s nasnímaným obrázkom. To umožňuje nastaviť v princípe ľubovoľnú dĺžku snímacieho času, aj veľmi krátku.

Zohnal som si teda identickú premietačku akú som mal na pôvodný prevod (osvedčila sa a už na ňu mám náhradné diely). Mierne som ju “vypitval” a po prvom pokuse zistil, že systém funguje (hurá!). Bohužiaľ, vzhľadom na veľmi vysokú frekvenciu blikania nebolo možné sa úplne vyhnúť “behajúcim” pásom.

Síce nerád, no nakoniec som musel pristúpiť k jemne deštruktívnemu riešeniu – odfakliť listy z tienidla. Najradšej by som ho bol vyhodil úplne tak ako je, no kvôli dizajnu tejto premietačky tam jeho časť musela zostať. Inak by sa prestal posúvať film.

Výsledok? Žiaden frame blending, žiadne behajúce čiary, vyššia ostrosť, vyššie rozlíšenie.

Nižšie si môžete pozrieť porovnanie pôvodného postupu a nového pomocou frame by frame systému. Výsledku pomáha aj nová digitálna postprodukcia.

8 mm filmy sa nakrúcali pomalšie ako 16 mm a kinofilm

8 milimetrové Normal 8 a Super 8 filmy boli štandardne natáčané rýchlosťou 16 a 18 obrázkov za sekundu (po anglicky frames per second, skrátene fps). Bol to kompromis kvôli šetreniu samotného filmu na úkor plynulosti pohybu. Pre mnohých je to subjektívne málo na to, aby bola zaručená plynulosť pohybu v obraze. Tak to však kedysi bolo.

Pre porovnanie, napríklad pre spravodajstvo používaný 16 mm film využíval rýchlosť 24 fps a predstavuje citeľný rozdiel v plynulosti. Že táto rýchlosť je stále akceptovateľná svedčí aj to, že sa ňou kinofilmy nakrúcajú dodnes.

Digitálne štandardy pre video podporujú 24 fps (spomínaný kinofilm), 25 fps („naša“ PAL norma) a 30 fps („americká“ NTSC norma). Tým vzniká problém, ako interpretovať tento počet obrázkov pomocou dnes existujúcich štandardov. Hoci existuje možnosť vytvoriť video s neštandardným fps, to nemusí byť korektne prehrávané (ak vôbec) vo všetkých softvéroch či zariadeniach.

Preto je podľa môjho názoru nutné pre zachovanie kompatibility zvoliť jeden z kompromisov. Ktorý z nich je lepší je ťažko povedať – závisí to skôr od osobnej preferencie.

25 fps a zrýchlený pohyb

Môj spôsob prevodu filmu vytvára video s 25 fps, pričom každý jeden obrázok korešponduje s obrázkom pôvodného filmu. To znamená, že film je zaznamenaný presne, akurát je prehrávaný rýchlejšie. Tento efekt ste si možno všimli napríklad keď v televízii vysielajú niektoré nemé filmy a staré spravodajstvo.

Čiastočne je vidno mierne zrýchlený pohyb napríklad v tomto videu s lgedenrádnym Charliem Chaplinom:

Kedysi boli však kamery poháňané ručne, preto rýchlosť kolíše medzi približne 16 až 24 fps. Ale spät k digitalizácii 8 mm filmom.

Pokiaľ na počítači používate na prehrávanie video súborov napríklad VLC Media player, ten vám umožňuje zrýchliť či spomaliť prehrávanie podľa vášho uváženia. Preto môžete video spomaliť o niekoľko percent a tým dosiahnuť správnu rýchlosť prehrávania. Na druhej strane, nie všetky multimediálne prehrávače či inteligentné televízory takouto možnosťou disponujú.

Výhodou tohto prevodu je, že film zostáva vo videu zachytený presne, ako má byť – teda každý obrázok korešponduje s políčkom filmu a nedochádza k potenciálnej degradácii kvality. Pre niekoho môže byť subjektívnym plus, že video je vďaka vyššiemu počtu obrázkov plynulejšie na pozeranie.

Nevýhodou je, že vďaka rýchlejšiemu prehrávaniu sa všetko vo videu deje o niečo rýchlejšie ako v sa dialo v skutočnosti, niekedy s mierne komickým výsledkom.

25 fps spomalených na 16 / 18 fps, uložených ako 25 fps

Táto možnosť môže znieť mierne chaoticky, no skúsim ju objasniť. Digitalizované video má 25 fps. Aby pohyb vo videu korešpondoval so skutočnosťou, musí byť spomalené na 16 alebo 18 fps v strihacom alebo inom softvéri. Tu však nastáva spomínaný problém, že neexistuje videoštandard s 16 alebo 18 obrázkami za sekundu. Preto si musí softvér „vymyslieť“ (duplikovať) niektoré obrázky, ktoré mu chýbajú a uložiť konečné video buď ako 24, 25 alebo 30fps.

Novodobé strihacie softvéry sú v tomto však veľmi dobré a výsledok ich výpočtu je veľmi blízko reálnemu prehrávaniu filmu správnou rýchlosťou. Softvér si zduplikuje potrebné políčka bez ich prekrývania a výsledok je video, ktoré vyzerá v princípe ako keby ste pozerali film na premietačke.

Vyzerá to približne, ako v tomto videu:

Výhodou tohto spôsobu je video so zabezpečením realistickej rýchlosti prehrávania na všetkých zariadeniach.

Nevýhodou (pre niekoho možno výhodou), že film bude rovnako neplynulý, ako keď ste ho pozerali na premietačke.

Inteligentná interpolácia – dopočítavanie obrázkov

Možno ste si všimli, že niektoré LCD televízory dokážu zobraziť film tak aby vyzeral podobne ako inscenácia. Dokážu totiž zvýšiť počet obrázkov za sekundu tým, že inteligentne dopočítajú (ergo vymyslia) nové obrázky. Tento princíp je možné použiť aj u 8 mm filmov na to, aby sme zo 16 a 18 fps dostali reálne 25 fps video. Výsledkom je video, ktoré vyzerá akoby bolo natočené novodobou kamerou.

Ako napríklad v tomto približne sto rokov starom videu z ulíc Paríža, ktoré prešlo podobným procesom.

Výhodou je, že staré filmy tak nadobudnú nový kvalitatívny rozmer a subjektívne sú príjemnejšie na sledovanie.

Nevýhodou je, že tento vzhľad nevyhovuje každému a mnohí ho považujú za príliš „videový“ a v niektorých prípadoch môžu vzikať neprirodzené artefakty.

Postprodukcia

Ďalšou výhodou (aj nevýhodou) Magic Lantern firmvéru je, že snímané video sa ukladá ako sled raw obrázkov (bez stratovej kompresie) do proprietárneho formátu MLV. Dobré duše z komunity naprogramovali aj aplikáciu, ktorá vám umožňuje pristupovať k videu rovnako ako k raw fotografiám (pretože je to reálny sled raw fotografii). Pri každom importovaní viete nastaviť vyváženie bielej, tiene, čiernu atď. Potom sa video jednoducho prekonvertuje do formátu použiteľného v strihacom softvéri či v DVD prehrávačoch, inteligentných TV, set top boxoch či počítačoch.

Ďalšou výhodou tohto frame by frame systému je, že rýchlosť snímania je teoreticky limitovaná len rýchlosťou záznamu fotoaparátu na SD kartu. To znamená, že teoreticky môžete video nahrávať reálnou rýchlosťou premietania, (čo je neslýchané). Profesionálne niekoľko tisícové stroje zvládajú rýchlosť tak jeden, maximálne štyri obrázky za sekundu. To znamená, že jeden polhodinový kotúč trvá prerobiť aj 12 hodín! Z pochopiteľných dôvodov si potom experti na prevod pýtajú úplne iné peniaze za tento typ prevodu (videl som aj 15 eur za minútu filmu).

Mne sa však podarilo prevod dostať na rýchlosť zhruba 8 až 12 obrázkov za sekundu, čo je v porovnaní s najpomalšími strojmi aj 12 násobné zrýchlenie (!). Namiesto 12 hodín tak trvá prevod polhodinového kotúča len približne hodinu (ak sa samozrejme niečo nestane – napríklad že sa roztrhne film, čo je úplne bežné…).

Stále však proces trvá minimálne 3 krát dlhšie. Pri pokročilej postprodukcii (digitálne redukovanie fľakov, škrabancov, zrna, stabilizácia obrazu, interpolácia medziobrázkov…) aj 6 krát dlhšie. Nevýhodou je aj, že dvojminútové MLV raw video z fotoaparátu má 5 GB a polhodinové video okolo 70 GB. To je však len prechodný produkt, ktorý sa neskôr neuchováva.

Vzhľadom na vyššiu kvalitu sa aj napriek väčšej (no akceptovateľnej) časovej náročnosti oplatí použiť tento systém.

A čo stroj na prevod 16 mm filmov?

Tento systém by mal teoreticky fungovať aj u 16mm filmov so zvukom, ale, vzhľadom na malé množstvo domácich 16 mm filmov (mal som „až“ jedného klienta), prostriedky investované do podobného stroja by sa mi zrejme nikdy nevrátili. V budúcnosti však nevylučujem, že to zoberiem ako výzvu: 16 mm premietačku už mám…

Inak toto sú niektoré použitia 16 mm filmov – spravodajstvo, televízne filmy, polo-amatérske a nízkonákladové filmy, distribúcia kinofilmov do menších kín, škôl a organizácii atď. 16 mm film vyzerá tak ako v tomto videu (sedemdesiate roky v Nemecku):

Ak máte záujem o prevod  16mm filmov práve teraz, kontaktuje niekoho v Českej Republike alebo môžete skúsiť RTVS, kde takéto zariadenie majú (oficiálne však asi pre verejnosť dostupné nie je).

Existuje aj lepší prevod?

Jedným potenciálnym zlepšením môjho systému by mohla byť laboratórna CCD kamera kvôli eliminácii “jello efektu” CMOS senzora. Tieto kamery sú však drahé a neumožňujú tak jednoduchý spôsob postprodukcie ako Magic Lantern systém. Okrem toho kvalitatívny prírastok je podľa mňa zanedbateľný.

Jedným pomocným prvkom, ktorý pomôže, je tzv. wetgate transfer. Filmy sa totiž používaním doškrabú a vytvárajú sa na nich ryhy. Tie je veľmi ťažko odstrániť aj digitálne (iba manuálne políčko po políčku) preto niektorí aplikujú na film špeciálnu tekutinu, ktorá vyplní škrabance. Podobne, ako keď po namočení auta zmiznú drobné škrabance v laku.

Túto technológiu som zvažoval, no ako je vidno vo videu nižšie, výsledky nie sú stopercentné:

Čo je však väčší problém, špeciálna tekutina je drahá, niekedy dokonca toxická a ide o fyzické namáčanie filmu, ktoré mu zrejme nebude z dlhodobého hľadiska robiť príliš dobre…

Najvyššou možnou úrovňou prevodu sú filmové skenery (pozor však na tie lacné). Skenery sú síce pomalšie no kvalita je u profesionálnych modelov v hodnote nikoľko tisíc eur skutočne vyššia. Z môjho pohľadu však dôvod využiť takéto zariadenia nie je ani tak mierne zvýšenie kvality ako schopnosť naskenovať aj veľmi poškodený / zničený film. Niektoré skenery zvládajú aj scvrknutý film alebo film s poškodenou perforáciou („dierkami“). Ak máte teda filmy tak poškodené, že je ich už nie je možné prehrať na premietačke, filmový skener je vaša jediná možnosť. Pripravte si však (možno aj oveľa) viac peňazí. Preto je podľa mňa najlepšie sa pokúsiť filmy previesť mojou metódou a tie, ktoré nebude možné previesť, polsať niekomu so skenerom.

Momentálne najlepší skener (pravdepodobne na svete) je zariadenie Thomson Data Cine Spirit 4K. To sa používa napríklad na reštaurovanie Hollywoodskych filmov. Vrátane legendárneho Wizard of Oz (z roku 1939):

To sa však bavíme o založení baráku kvôli pár kotúčom 😀 Dobrou správou pre mojich klientov je, že môj systém odstraňovania špiny funguje na rovnakom princípe ako systém vo videu vyššie.

Plus, 8mm film má reálne rozlíšenie tak niečo medzi SD (“480p”) a HD ready (720p). Ťažko sa to porovnáva, pretože film má zrno a digitálne zariadenia majú pixely.

V čom by však bol podobný stroj užitočný aj pre 8mm film je lepšie snímanie dynamického rozsahu: čo je úplne čierne alebo úplne biele na kamere, tak na filme tam ešte vidno detaily. V tomto ohľade stále bežná technológia neprekonala klasický film. Je možné to obísť HDR systémom, čo však teoreticky minimálne zdvojnásobí čas spracovania (a tým pádom aj cenu).

Ďalšou výhodou vyššie uvedeného profesionálneho stroja je, že nepoužíva na posúvanie filmu háky, vďaka čomu je šetrný a dokáže zosnímať aj veľmi poškodené a scvrknuté filmy.

Záver

S frame by frame prevodom je viac práce (a tým pádom to vyjde drahšie), ale oplatí sa to! Predsa len, je na tých filmoch väčšinou rodinná história, a bola by škoda, keby prevod nebol realizovaný v čo najlepšej kvalite za rozumnú cenu. Práve tento systém považujem za ideálny kompromis.

Ak máte záujem o prevod svojich 8 mm filmov, v tomto článku nájdete cenník a ďalšie informácie vrátane videoukážky.

Ďakujem za pozornosť a výdrž, ak ste to dokázali doštudovať celé do konca 🙂