Starkes Ruckeln bei 24p Videos bei X-T4

[benedikt10]

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Hallo zusammen,

bei meiner Fujifilm X-T4 ruckeln 24p Videos leider stark. Der Shutter ist auf 1/48s (180° Regel) eingestellt, IBIS/OBIS an, Boost Mode ist ausgeschaltet. Vielleicht könnt ihr mir weiterhelfen und ich habe die Kamera falsch eingestellt. Unten gibt es noch ein Beispielvideo mit dem ruckelnden Video.

mathematisch verhält es sich ja so:

Gemäß Nyquist-Shannon-Abtasttheorem sind für das Ruckeln bei Videos ja Aliasing Fehler (in zeitlicher Ausdehnung) verantwortlich, die sowohl bei der Abtastung des (Video-)Signals in der Kamera, als auch bei der Rekonstruktion des Signals auf dem Abspielgerät entstehen. Beide Aliasingfehlerquellen addieren sich. Ein Video mit 24fps kann Frequenzen bis zur Hälfte des Abtastfrequenz, also maximal 12Hz aufzeichnen (das bedeutet die Helligkeit jedes Pixels darf mit maximal 12Hz sinusförmig zwischen zwei Helligkeitsleveln hin und her wechseln) Bei höheren Frequenzen als 12 Hz wird das Abtasttheorem verletzt und die höheren Frequenzen machen sich als Aliasing Fehler in Form von Ruckeln im Video bemerkbar. Um höhere Frequenzen als 12 Hz vor der Abtastung herauszufiltern und damit die Aliasing Fehler/das Ruckeln zu reduzieren, kann der Shutter und damit die Aperturfunktion des AD Wandlers angepasst werden (180° Regel). (siehe https://tessive.com/time-filter-technical-explanation Bild am Seitenende) Auf dem Abspielgerät (Fernseher) können Zwischenbilder berechnet werden und somit kann das durch die DA Wandlung entstehende Aliasing Band in einen nicht sichtbaren Bereich verschoben werden. Bei PCs gibt es ja gewöhnlich noch zusätzliche Probleme, da sich diese nicht an die Frequenz des Videos anpassen und ohne Zusatzsoftware auch keine Zwischenbilder berechnen.

soweit die langweilige mathematische Theorie. 😉 Jetzt mal ganz praktisch betrachtet. Ich habe folgendes Video mit einem Kameraschwenk aufgenommen und bei Youtube hochgeladen: 

https://www.youtube.com/watch?v=e0bQhMbGODs

Wenn man sich die Einzelbilder des Videos anschaut und das Video auch mit anderen 24p Videos auf Youtube vergleicht, sieht man dass die Einzelbilder meiner X-T4 Aufnahme zu wenig Motion Blur aufweisen. Eine Belichtungszeit von 1/48s bei 24p würde doch bedeuten, dass wenn sich ein Zweig eines Baumes bei einem Schwenk um 1cm zwischen zwei Frames weiterbewegt, dass er dann um 0,5 cm auf einem Bild verschmiert sein muss. Das ist nicht der Fall. Ich frage mich woran das liegt und ob ich in der Kamera etwas falsch eingestellt habe. Kennt ihr das Problem und hat jemand vielleicht eine Lösung? 

[PeterD]

Guten Morgen.

Warum möchtest du für Youtube in 24fps und nicht in 30fps filmen?

Vielleicht hilft dir dieser Thread hier im Forum etwas weiter.

https://www.fuji-x-forum.de/topic/43886-xt-3-kameraschwenks-horizontal-und-vertikal/

[benedikt10]

Hallo Peter,

vielen Dank für deine Antwort. Die Vergleichvideos mit den Kameraschwenks, die du mit der X-T3 bei jeweils unterschiedlichen Frameraten aufgenommen hast, waren sehr hilfreich. Genau das hatte ich gesucht, da mich interessiert hat, ob sich die Kamera bei anderen Leuten auch so verhält oder ob ich etwas falsch eingestellt habe. Die X-T3 ist ja in Bezug auf Videoaufnahmen ziemlich ähnlich zur X-T4. Bei mir sehen die Ruckler bei der X-T4 bei den jeweiligen Frameraten ziemlich identisch aus. Bei 29,97fps ist weniger Ruckeln zu sehen, bei 59,94 fps zeichnet die Kamera Video bei mir auch absolut flüssig auf. Wenn ich mir die Einzelbilder anschaue, bezweifle ich irgendwie, dass die Kamera diese wirklich mit der vorgegebenen Zeit belichtet, sondern stattdessen kürzer. Vielleicht kann ich ja mal bei Fuji nachhaken 🙂 

Ich muss nicht unbedingt mit 24p aufnehmen, da war nur das Ruckeln besonders gut sichtbar 🙂. Ich bin mir eigentlich noch etwas unschlüssig, mit wieviel fps ich aufnehmen soll. Aufnahmen bei 24fps oder 30 fps haben den Vorteil, dass der ganzen Sensor verwendet kann (wobei ich eigentlich nicht so wirklich Low Light Aufnahmen machen will). Dafür hat man jedoch viel Bewegungsunschärfe in den Einzelbildern. Bei 59,94 fps hat man halt einen Crop von 1,18 gegenüber APC-C, was jetzt auch nicht so schlimm ist. Dafür sind die Einzelbilder deutlich schärfer. (z.B. für nachträgliche Papierabzüge) Auf meinem noch relativ neuen PC (Core i9, 12 Kerne, Geforce RTX 2070 Super) habe ich auch keine größeren Probleme Videos in 4k 60fps zu schneiden, funktioniert auch mit h.264. Ich tendiere daher zu 59,94 fps. Auf 24fps reduzieren kann man das 59,94 fps Video dann später immer noch, wenn man es in einer genügend hohen Bitrate abspeichert.

[cashfoto]

Was machst Du denn mit dem Video, wenn es aus der Kamera kommt, bevor Du es bei YouTube hochlädst?

[Jürgen Heger]

@benedikt10

Kameraschwenks bei 24p sind immer problematisch. Die Kinokameraleute mussten darauf besonders Rücksicht nehmen. Nachdem mir die Problematik bewusst war, habe ich das Ruckeln im Kino aber trotzdem oft gesehen, zumindest solange es noch Film war. Und das, obwohl die Kameraleute natürlich  darauf  geachtet hatten.

Beim ersten Hobbit, der digital gedreht wurde, konnte Peter Jackson sich zwischen 2kp48 und 4kp24 entscheiden, mehr ging damals nicht. Er hat sich dann für 2k mit der hohen Bildfrequenz entschieden. Es liefert deutlich mehr wahrnehmbare Schärfe bei bewegten Objekten und ist weniger anfällig gegen Ruckeln bei Kameraschwenks. Für manche ging dabei aber der typische Filmlook verloren😊.

Ich will damit nicht sagen, dass das von Dir beobachtete Ruckeln nur auf die niedrige Bildfrequenz zurüchzuführen ist und nicht doch eine 'Macke' von Fuji ist. Es hat aber seinen Grund,  warum man bei der Entwicklung des analogen Fernsehens lieber 50 Halbbilder, also immer nur jedes zweite Zeile benutzt, statt 25 Vollbilder.

Vielleicht hast Du ein Handy oder eine andere andere Kamera, bei der man 24p auswählen kann.  (Bei meinen Handy kann ich nur die Auflösung auswählen, die zugehörige Bildfrequenz finde ich nur in den technischen Daten im Netz. Sie wird mir im Handy nicht angezeigt.) Wenn dann an der Fuji ein Objektiv benutzt wird, das ungefähr den gleichen Bildwinkel hat, könnte man grob vergleichen, ob das Ruckeln ähnlich ist. Tatsächlich hängt es auch von der Auflösung und vom verwendeten Kompressionsalgorithmus ab.

[benedikt10]

@Jürgen Heger

Hallo Jürgen,

ich verwende jetzt inzwischen eigentlich immer 4k60p zum filmen. Ich habe auch schon von diverseren Leuten gehört, dass der Filmlook verloren ginge und es hyperrealistisch aussehen würde, wenn man mit 60p filmt. Auf das Ruckeln kann ich komplett verzichten. Ist aber vielleicht Geschmackssache 🙂 Das ist aber tatsächlich so, wenn man die Kamera wild hin- und herschüttelt, sieht es bei 60p fast so aus, als würde man live durch eine Fensterscheibe gucken. Man muss das aber nicht unbedingt tun. Ich habe mir noch einen Ronin RSC2 Gimbal gekauft. Wenn man auf dem Gimbal mit der X-T4 bei 60p mit Bildstabilisator filmt und dabei langsame Kamera Bewegungen macht, sieht es mit 60p ziemlich kinomäßig aus.   

Das war eine gute Idee mit einem Smartphone bei 24p zu filmen und einen Vergleich zur X-T4 durchzuführen. Leider kann man bei meinem Smartphone in der Video-App weder Framerate noch Shutter einstellen. Dafür habe ich es auf meiner DJI Osmo Action getestet, wo ich bisher immer mit 60p gefilmt hatte. Da tritt bei 24p und 1/50 Verschlusszeit genau das selbe Ruckeln auf. (1/48 ist nicht einstellbar) Was das nun bedeutet weiß ich nicht. 😀

Ich hab mich auch schon gefragt, warum das analoge Fernsehen früher nicht geruckelt hat, aber stimmt es waren ja 50 Halbbilder. Wahrscheinlich hatte Peter Jackson von den 24p auch genug 😄

[Jürgen Heger]

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@benedikt10

Schnelle Kameraschwenks sind eigentlich immer  das Zeichen von Amateuren, die nicht wissen was sie tun, unabhängig von der Bildfrequenz😀. OK, stimmt nicht ganz. Zappelige Kameras sind inzwischen teilweise Stilelement und seit es Gimbals gibt, meint jeder, er könne mit der Kamera 'rumhampeln wie er will, der Gimbal wird's schon richten😀. Du weißt das natürlich besser und sorgst für eine ruhige Kameraführung👍☺. Der Hauptvorteil von schnellen Bildfrequenzen ist aber die bessere Schärfe von bewegten Objekten. Das liegt natürlich daran, dass bei hohen Bildfrequenzen üblicherweise die Belichtungszeit kürzer wird. Zu kurze Verschlusszeiten bei niedriger Bildfrequenz verstärken das Ruckeln. Das ist ein (der?) Grund für die 180°-Regel. 180° dürfte der beste Kompromiss zwischen Schärfe und Ruckeln sein. Das ist aber nur meine Vermutung, die ich nicht überprüft habe, da ich hauptsächlich Standbilder mache. 

[mjh]

Wenn es ruckelt, ist die Belichtungszeit zu kurz; eine hinreichend lange Belichtungszeit – 180-Grad-Regel – verwischt die Details gegebenenfalls so weit, dass man kein Ruckeln mehr sieht. Grundsätzlich sollte man aber nicht zu schnell schwenken, denn ob es dann ruckelt oder unscharf wird, ist es für den Betrachter meist unerfreulich. Wischeffekte lassen sich aber auch als Stilmittel einsetzen, und forcierte Stroboskopeffekte durch eine bewusst kurz gewählte Belichtungszeit haben ebenfalls ihre Anwendungen – in Ausnahmefällen.

Übrigens ist „180-Grad-Regel“ vielleicht missverständlich. Bei einer analogen Filmkamera dreht sich vor dem Film eine kreisförmige Blende, aus der ein Sektor ausgeschnitten ist. So lange sich dieser Ausschnitt über den Film bewegt, wird ein Bild belichtet. Während die Blende den Film verdeckt, wird der Film um ein Bild weiter transportiert. Der Sektorausschnitt kann nun sowohl größer als auch kleiner als 180 Grad sein, abhängig davon, wie schnell der Film transportiert wird. Übertragen auf die digitale Aufnahmetechnik bedeutet das, dass die Belichtungszeit so lang sein sollte, dass innerhalb der für jedes Frame verfügbaren Zeit (also 1/60 Sekunde bei 60p) gerade noch genug Zeit bleibt, um den Sensor auszulesen. Bei 60p muss man also nicht zwingend mit 1/120 Sekunde belichten, wie es der wörtlich verstandenen 180-Grad-Regel entspräche; die Belichtungszeit kann auch länger sein, abhängig davon, wie schnell der Sensor ausgelesen wird.

[FxF.jad]

@mjh - Hallo Michael! Hast Du noch einen Tipp, wo man (z.B. tabellarisch) die optimalen Belichtungszeiten für die aktuellen X-Modelle findet, in Abhängigkeit zur Auslesezeit. Oder läuft es vereinfacht pragmatisch doch wieder auf die Verdoppelung der Framerate hinaus. Danke Dir!

[Jürgen Heger]

Ich habe gerade folgenden Link zur 180 Grad Shutter-Regel gefunden.

https://www.fotovideotec.de/shutterregel180/index.html

Darin wird meine Vermutung, bester Kompromiss, bestãtigt (Juchu). Das gilt aber nur bei 24p und 25p (Schade) ☺️.

bearbeitet 14. Mai 2021 von Jürgen Heger
Rechtschreibung

[Jürgen Heger]

Jetzt verstehen ich auch die Aussage von @mjh, dass die 180-Grad-Regel missverständlich sei. Das geht mir bei Michael, dessen Wissen ich sehr schätze, öfter mal, dass ich ihn missverstehe😀. In dem von mir zitierten Link wird beschrieben, dass die Regel nicht zur Bestimmung der besten Verschlusszeit bzw. des Öffnungswinkels dient. Die meisten Kameras hatten einen festen Öffnungswinkel von häufig 180°. Man konnte aber die Bildgeschwindigkeit verändern. Mit der Regel konnte man nun ausrechnen, was man am Belichtungsmesser bei vorgegebener Bildfrequenz für eine Verschlusszeit einstellen musste, um die Blende zu ermitteln.

[benedikt10]

Warum bei einem Kameraschwenk bei einer 1/48s langen Belichtungszeit keine 1/48s lange Schmierspur auf dem Video entsteht habe ich noch nicht herausgefunden. Ich habe aber mal die Kameraschwenks von anderen Filmern nachvollzogen. Ich glaube die Regel, dass man nicht schneller als ca. 7 Sekunden für einen Kameraschwenk sein darf, stimmt nur so ungefähr und ist in den meisten Fällen immer noch viel zu schnell. Das Ruckeln hängt meiner Beobachtung nach stark von den gefilmten Motiven und sich während dem Schwenk bildenden Kontrastunterschieden und deren Größe ab. Wenn man z.B. schnell über ein einheitlich weißes Schneefeld schwenkt, wird es kaum ruckeln und nur an den Stellen wo andersfarbige Objekte auf dem Schneefeld stehen. Wenn man aber z.B. einen dunkeln Bereich (z.B. Schatten) schnell in einen hellen Bereich hereinzieht und die sich dadurch ändernde Fläche sehr groß ist, ruckelt das Video sichtbar. Das kann man gut nachvollziehen, wenn man Teilbereiche des Videos beim Anschauen abdeckt. Ich vermute mal, dass Kameraleute das wissen und die gefilmten Bereiche entsprechend auswählen.

@mjh

Wie der Shutter bei analogen Filmkameras funktioniert, habe ich mir mal bei Youtube angeschaut. Das ist sehr interessant. Bei CMOS Sensoren kenne ich mich bisher praktisch fast nicht aus. Ich muss mal nachlesen wie es genau funktioniert. Wenn ich als Shutter 1/120s in der Kamera einstelle, würde der CMOS Sensor dann tatsächlich 1/120s pro Frame belichten? Kommt die Zeit für das Auslesen dann noch oben drauf? Und wird während des Auslesens nicht belichtet? So weit ich weiß, werden die Bilder ja Zeilenweise ausgelesen.

@cashfoto

Ich zeichne auf der Kamera inzwischen mit 59,94 fps auf und schneide die Videos in Davinci Resolve in einer 59,94 fps Timeline. Bei dem Beispielvideo waren es 24fps in einer 24fps Timeline. Die Rohvideos von der Kamera weisen genau das gleiche Ruckeln auf.

@Jürgen Heger

Wegen dem Shutter:

Bei der A/D und D/A Wandlung gilt immer das Abtasttheorem. Bei der Aufzeichnung eines Films mit einer Kamera und anschließender Wiedergabe auf einem Fernseher würde der Signalverarbeitungspfad ungefähr so aussehen:

Tiefpass(Shutter in Kamera) -> A/D Wandler (CMOS Sensor) -> digitale Speicherung -> D/A Wandler (LCD) -> Rekonstruktionstiefpass (Zwischenbildberechnung auf Fernseher) -> menschliches Auge (Tiefpassverhalten)

(Statt der Zwischenbildberechnung auf einem Fernseher wurde bei analogen Kinoprojektoren früher öfters die Doppelprojektion eingesetzt. (Dabei wurde innerhalb eines Zeitfensters von 1/24 s das Bild zweimal kurz gezeigt und zwischen den Bildern jeweils abgedunkelt.)

Der Shutter in der Kamera wirkt wie ein Tiefpassfilter. Die unterste Grafik auf der Seite https://tessive.com/time-filter-technical-explanation zeigt die Übertragungsfunktion eines 180° Shutters und 360° Shutters im Vergleich (f(x)=sin(x)/x). Der Shutter sollte bei 24fps idealerweise Frequenzen von über 12Hertz herausfiltern, damit das Abtasttheorem bei der A/D Wandlung (CMOS Sensor) in der Kamera nicht verletzt wird. (Bei "analogen" Filmen gilt das Gleiche, da sie auch zeitdiskret(digital) sind) Subjektiv verwischt durch die Tiefpassfilterung des Shutters das Bild und es entsteht Motion Blur. Das Base Band Signal (grüne Fläche) in der Grafik ist das Videosignal, das Aliasing Band (rote Fläche) ist ein hochfrequentes Störsignal, was sich durch die mangelnde Tiefpassfilterung vor der A/D Wandlung über das Videosignal legt und das Ruckeln oder z.B. rückwärtsdrehende Reifen verursacht. Man sollte also möglichst viel von dem Aliasing Band herausfiltern. Wie man der Grafik entnehmen kann, weist ein 360° Shutter (grüne Linie) eine deutlich höhere Dämpfung im Aliasing Band auf, als ein 180° Shutter (blaue Linie), da die Übertragungsfunktion schneller abfällt. Der 360° Shutter filtert jedoch auch deutlich mehr Leistung (Watt) des Videosignals heraus als ein 180° Shutter, was schlecht ist. Der ideale Shutterwinkel weißt das höchste Verhältnis der Leistungen (Watt) von Videosignal/Aliasingsignal auf. Es ist also vielmehr eine mathematische Optimierungsaufgabe als der Glaube an den idealen Shutterwinkel. (Ich habe es nicht nachgerechnet, vielleicht setze ich mich mal hin und mache es. Vermutlich kommt dabei 180° heraus)

(Falls sich jemand für die mathematische Theorie interessiert, kann ich ISBN 9783835101760 (Einführung in die Systemtheorie) empfehlen, das die mathematischen Grundlagen der digitalen Signalverarbeitung behandelt.)

bearbeitet 15. Mai 2021 von benedikt10

[mjh]

Am 15.5.2021 um 19:41 schrieb benedikt10:

Wie der Shutter bei analogen Filmkameras funktioniert, habe ich mir mal bei Youtube angeschaut. Das ist sehr interessant. Bei CMOS Sensoren kenne ich mich bisher praktisch fast nicht aus. Ich muss mal nachlesen wie es genau funktioniert. Wenn ich als Shutter 1/120s in der Kamera einstelle, würde der CMOS Sensor dann tatsächlich 1/120s pro Frame belichten? Kommt die Zeit für das Auslesen dann noch oben drauf? Und wird während des Auslesens nicht belichtet? So weit ich weiß, werden die Bilder ja Zeilenweise ausgelesen.

Ja, der elektronische Verschluss liest den Sensor zeilenweise aus. Wenn eine Zeile von Pixeln ausgelesen ist, könnte die Belichtung dieser Zeile prinzipiell schon wieder erneut beginnen, also für das nächste Frame. In diesem Fall könnte man bei 60p fast 1/60 Sekunde belichten, abzüglich nur der Zeit, die zum Auslesen einer Pixelzeile benötigt wird. Würde man mit der Belichtung des nächsten Frames warten, bis der Sensor vollständig ausgelesen ist, wären wohl keine 60p erreichbar.

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