Probleme der Convergent Odyssey 7Q-Serie mit der Sony FS700
Vor kurzem veröffentlichten wir bereits einen Artikel zum Thema „Kameratest mit Bezug auf den Dynamikumfang„. In diesem Artikel haben wir bereits angedeutet, dass wir Auffälligkeiten im Zusammenhang mit dem Aufnahmemodus 4K RAW zu HD ProRes 4:2:2 des Odyssey 7Q von Convergent Design festgestellt haben, worauf wir in diesem Artikel näher eingehen möchten.
Innhaltsverzeichnis
- Einleitung
- 7Q Modi
- Rauschverhalten
- Auswertungsmethodik
- Analyse des Rauschverhaltens des Testmaterials
- Dynamikumfang
- Test-Beschreibung 7Q Firmware V5.10.100 & 7Q+ (V3.10.100)
- Test-Durchführung 7Q mit Firmware 5.10.100 & 7Q+ (V3.10.100)
- 7Q Aufnahme-Modi HD zu HD, 4K RAW zu 4K RAW, 4K zu HD
- Fazit
1. Einleitung
Wie bereits im Artikel „Kameratest mit Bezug auf den Dynamikumfang“ angedeutet, wurden im Zusammenhang mit den Messungen zu eben diesem Artikel Auffälligkeiten bei der Odyssey 7Q-Reihe Probleme festgestellt. Im Speziellen handelt es sich um Probleme, die auftreten, wenn dieser das von der Kamera kommenden 4K RAW Signals, welches dann in irgendeiner Form, zum beispiel in ein UHD ProRes oder HD ProRes umgewandelt bzw. konvertiert wird.
Der Odyssey 7Q ist ein externer Recorder mit Monitor, welcher in der Lage ist 4K RAW und kleinere Signale der Kamera zu verarbeiten. Hierfür ist er per SDI oder HMDI mit der Kamera verbunden. In unserem Fall handelte es sich bei der Kamera um eine Sony NEX-FS700EK, welche per SDI mit dem 7Q verbunden war. Wer sich genauer für die Versuchsumgebung der Tests hinsichtlich des Dynamikumfangs interessiert, der möge sich bitte im Artikel „Kameratest mit Bezug auf den Dynamikumfang“ ein genaueres Bild machen. In diesem Artikel untersuchten wir den Einfluss der Bittiefe des Aufnahmeformats auf den Dynamikumfang und stießen auf das Problem, als wir unsere Bittiefentests auswerteten. Wir erwarteten mit dem Anstieg der Biettiefe des Aufnahmeformats gleichzeitig eine Steigerung des Dynamikumfangs, jedoch traf dies nicht im Modus 4K RAW zu HD ProRes 4:2:2 zu, denn diese erreichte nicht ein mal das Dynamikniveau des internen 8 Bit Signals der FS700 (MTS).
2. 7Q-Aufnahmemodi
Grundsätzlich bietet der 7Q verschiedene Aufnahmemöglichkeiten, also Aufnahmemodi, welche diverse Vor- und Nachteile haben. Je nach Anwendungsfall gilt es also den bestmöglichen Kompromiss zwischen eben jenen Vor- und nachteilen zu finden, welche sich vor allem den Qualitätkriterien Dynamikumfang, Rauschen und Schärfe wieder finden. So ist natürlich das am wenigsten komprimierte Signal das beste.
4K RAW zu 4K DNG RAW
Dieses erreicht man über den Modus 4K RAW zu DNG-RAW (4K24K). In diesem Modus verfügt das Signal über die höchste Bittiefe (12 Bit), enthält somit die meisten Bildinformationen vom Sensor und bietet im Ergebnis das beste Ergebnis in Sachen Dynamik, Rauschverhalten und Schärfe. Jedoch geht diese Qualität zu Lasten der Dateigröße. So schreibt dieser Modus 25 DNG-RAW-Files pro Sekunde, welche eine Datengröße von 13,111 MB haben. Diese Datenmenge zu bewerkstelligen stellt wiederum eine ganz andere Herausforderung dar. Die Postproduktion ist beispielsweise in Folge des Encoding nur mit SSD praktikabel, es steigen also neben dem erheblich größeren Aufwand an Speicherplatz auch die Ansprüche an die Technische Ressource, was seinerseits auch den Kostenfaktor in die Höhe schnellt.
HD zu HD ProRes 4:2:2
Rein mit Blick auf die Dynamik, bietet dieser Modus einen guten Kompromiss zum RAW Signal, obendrein erreicht man mit diesen Modus, welcher ein gutes 10 Bit Signal bietet, ein vollkommen akzeptables Rauschverhalten. Die Nachteile des Modus schlagen sich auf Grund des eben nicht vollkommen genutzten Sensors vor allem in Sachen Schärfe nieder.
4K RAW zu HD ProRes, UHD ProRes oder 4K Pro Res
Um eben jenen beschriebenen Schärfenachteil auszumerzen bietet sich in der Theorie der Modus an, in dem der volle Sensor genutzt wird und das Signal erst im Anschluss runtergerechnet wird. Dieses Prozedere haben die Modi 4K RAW zu HD ProRes (4K2HD), 4K RAW zu UHD ProRes (4K2UHD) und 4K RAW zu 4K ProRes (4K24KProRes) gemeinsam. Dieser Modus sollte die Vorteile der höheren Dynamik, des guten Rauschverhaltens und eben hoher Schärfe nach Kompression vereinen. Natürlich nicht auf dem Niveau einer RAW DNG Aufnahme, aber eben ein bestmöglicher Kompromiss. Dieser Plan geht laut unserer Test allerdings nicht auf, da bei der Umrechnung des Signals das Signal leidet und im Ergebnis sowohl Schärfe, gleichermaßen Dynamikumfang auf nicht vertretbare Weise einbrechen. In dieser Hinsicht sind alle drei Modi gleich schlecht, weswegen die Vermutung nahe liegt, dass dieser Qualitätsverlust mit den Umrechnungsprozessen zusammen hängt.
3. Rauschverhalten
Richtet man den Blick allein auf das Rauschverhalten, macht es Sinn den Modus HD zu HD ProRes 4:2:2 (HD2HD) zu nutzen. Somit umgeht man die Nebenwirkungen der Umrechnungsprozesse des, welche bei der Umrechnung des 4K RAW Signals in beispielsweise HD ProRes zu den benannten Problemen führen. Die folgende Abbildung fußt auf den Ergebnissen des Artikels „Kameratest mit Bezug auf den Dynamikumfang“ und zeigt das Ergebnis der Aufnahme mit dem Modus 4K RAW zu HD ProRes 4:2:2 (4K2HD) in der Scopedarstellung (Davinci Resolve).
4. Auswertungsmethodik
Während der Dynamikumfang im Artikel „Kameratest mit Bezug auf den Dynamikumfang“ dank der Aufnahme des Testcharts TE269 und der anschließenden darauf spezialisierten Software iQ-Analyzer klar bemessen werden konnte, verhält sich dies hinsichtlich der Schärfe und des Rauschverhaltens anders. Hier gelten optische Kriterien. Um die Schärfe beurteilen zu können, diente uns ein Schärfechart als Motiv, welches anschließend hinsichtlich Rauschen in den Flächen und Artefakte in den feinlinigen Strukturen ausgewertet wurde. Das Rauschverhalten analysierten wir an Hand der Scope-Ansicht des Signals in DaVinci Resolve. Dieses Signal in Scopeform lässt sich zwar nur nach rein optischen Kriterien auswerten. Dabei gilt: Je klarer bzw. feiner die Linien, desto hochwertiger das Signal. Das absolute Optimum, jedoch unrealistisch zu erreichen, wäre eine konstant dicke Linie auf komplett schwarzem Hintergrund. Diese Regel gilt sowohl für die Analyse des Materials, welches im Zusammenhang mit den Tests zu Artikel „Kameratest mit Bezug auf den Dynamikumfang“ und somit das Testchart TE269 der Firma Image Engineering als Grundlage hatte, als auch für das neu getestete Material, für welches wir einen Graustufenkeil verwendeten, welcher 20 unterscheidbare Graustufen bietet. Im Umkehrschluss gilt also auch: Je unklarer die Struktur, desto größer die Helligkeitsunterschiede pro Fläche und desto extremer das Rauschen. Da diese optische Auswertungsmethode jedoch auf subjektiven Kriterien beruht und somit nicht messbar ist, ist der wissenschaftliche Anspruch in dieser Hinsicht nicht gegeben. Jedoch sind die Qualitätsunterschiede des bei unseren Tests entstandenen Materials so groß, dass diese Methode aussagekräftige Schlussfolgerungen zulässt.
5. Analyse des Rauschverhaltens des Testmaterials
Deutlich wird dies vor allem in den Problemzonen, den Tiefen. Vergleicht man hier die folgenden beiden Abbildungen, ist die Linien-Struktur der ersten Abbildung, welche das Signal des Modus 4K RAW zu HD ProRes 4:2:2 zeigt (4K2HD), deutlich unklarer als beim Modus HD zu HD ProRes 4:2:2. Die Tiefen, also dunklen Farbwerte, befinden sich im unteren Bereich, wo der Unterschied zwischen den Abbildungen und somit zwischen den Modi (in Sachen Rauschverhalten) am deutlichsten wird. Während bei der Abbildung zum Modus HD zu HD ProRes 4:2:2 relativ klare Linien und ein sauberer Zwischenraum zwischen den Linien zu erkennen ist, sind beim Modus 4K zu HD deutliche Ausschläge zu erkennen, welche die Flächen nahezu füllen. Daraus lässt sich ableiten, dass das Material gerade in diesen Bereichen erheblich rauscht.
Die untere Abbildung zeigt das Signal des Modus 4K RAW zu UHD ProRes 4:2:2. Das Signal unterscheidet sich jedoch kaum von der des Modus 4K RAW zu HD ProRes 4:2:2, was die Vermutung zulässt, dass das Problem nicht von der letztendlichen Dimension abhängt, sondern von dem Umstand, dass das 4K Signal umgerechnet wird.
Die Nachteile des hohen Rauschens schlagen sich nicht nur in der Ästhetik des Bildes nieder, sondern auch in einem komplizierteren Handling in der Post (beispielsweise beim Color-Grading, Keying). Sicherlich lässt sich im Nachhinein das Rauschverhalten digital mittels Noise-Reduction aufwerten. Die folgende Abbildung soll dies beispielhaft aufzeigen. Zu sehen sind links die Scopes des deutlich rauschenden Ausgangsmaterials und rechts die Scopes nach einer Noise-Reduction (mittels DaVinci Resolve 11). Um das Ergebnis dabei bestmöglich zu gestalten, begrenzten wir die digitale Noise-Reduction und damit den Bereich, in dem dadurch Details verloren gehen, auf die Tiefen.
Jedoch geht dies zu Lasten der Schärfe und Bilddetails gehen verloren. Das eine Übel (Rauschen) wird also nur gegen ein anderes (Schärfe) ausgetauscht. Es gilt in diesem Fall also wieder einen Kompromiss aus Rauschen und Schärfe zu finden.Der entstandene Verlust der Bildinformation bei der Umrechnung von 4K RAW zu UHD ProRes oder HD ProRes, ist im Endeffekt nicht digital aufzuholen.
Im Folgenden eine Übersicht, bei der sich links ein JPEG der Analysedatei, mittig die Scopeansicht dieser in DaVinci Resolve 11 und rechts ein JPEG der Diagrammansicht der iQ-Analyzerdatei (V6.0.33) befinden.
6. Dynamikumfang
Da der Dynamikumfang in Zusammenhang mit den Tests des Artikels „Kameratest mit Bezug auf den Dynamikumfang“ bereits bemessen und zur Genüge erläutert wurde, erlauben wir uns für eine ausführliche Auseinandersetzung mit diesem Thema auf diesen zu verweisen. Für die in diesem Artikel behandelte Problematik ist allerdings interessant, wie schlecht die Dynamik des 7Q im Modus 4K RAW zu HD ProRes 4:2:2 (4K2HD) abschneidet. Die folgenden Abbildungen zeigen jeweils das Analysierte Material mit dem Testchart TE269 als Motiv in Form eines JPEG (links), mittig ist die Scopedarstellung des Charts zu sehen und rechts das logarithmische Diagramm, welches die Analysesoftware iQ-Analyzer ausgab.
HD zu HD ProRes 4:2:2
4K zu HD
MTS
Zusammenfassend sei hier eine tabellarische Übersicht der Werte des iQ-Analyzers, des obigen Material:
Zu erkennen ist, dass der Modus HD zu HD ProRes 4:2:2 deutlich besser abschneidet, als der Modus 4K RAW zu HD ProRes 4:2:2. Ein Ergebnis, welches wir so wie gesagt nicht erwarteten. Als Vergleichswert wurde außerdem die interne MTS Aufzeichnung der FS700 eingepflegt, welche sogar trotz der geringeren Bittiefe, einen höheren Dynamikwert aufweist.
7. Test-Beschreibung 7Q Firmware V5.10.100 & 7Q+ (V3.10.100)
Ob das Umrechnungsproblem auch bei der neuesten Firmware (Stand heute: 5.10.100) und beim neuen Modell, dem 7Q+ Bestand hat, testeten wir in einem weiteren Testlauf. Bei diesen Tests beschränkten wir uns auf die Auswertung via optischer Kriterien und somit auf eine 20-fachen Graukeil und ein Schärfechart.
Während des Tests war der Odyssey 7Q (Firmware 4.10.100) und der Odyssey 7Q+ (Firmware 3.10.100) per SDI mit der Sony NEX-FS700EK verbunden. Beide Modelle waren wiederum per SDI verkoppelt. Dabei gab der 7Q das Signal der SF700 direkt an den 7Q+ weiter. Der Vorteil lag darin, dass für beide Modelle somit die komplett identischen Bedingungen herrschten, da sie das gleiche Signal der FS700 zeitgleich nutzten. Im Anschluss wurde beim Odyssey 7Q ein Firmwareupdate auf die Version 5.10.100 durchgeführt dieser erneut getestet.
Im Folgenden Impressionen vom Versuchsaufbau:
8. Test-Durchführung 7Q mit Firmware 5.10.100 & 7Q+ (V3.10.100)
Die folgenden Abbildungen zeigen sowohl das Grauskalen-Motiv (links), als auch die Scope-Ansichten der Grauskalen in DaVinci Resolve(mitte).
Vergleicht man nun die Scopeansichten zwischen den Firmwareversionen 4.10.100 und 5.10.100, sowie der V3.10.100 des 7Q+, lässt sich zwischen den Abbildungen kein konkreter sichtbarer Unterschied hinsichtlich der klaren Struktur der Linien ausmachen. Es scheint so, als habe sich zwischen den Versionen bezüglich der Problematik nichts verändert. Generell erscheinen alle Modi im wesentlichen unverändert, so dass zwischen den Updates wohl nicht auf das Problem eingegangen wurde. Nach wie vor wird das beste Ergebnis durch den Modus 4K24K, also ohne Kompression, erreicht. Die Abstufungen der Grauwerte der Grauskala stellen treppenartigen Stufen dar. Während sich der HD2HD und der 4K24K Modus in ihrem Rauschverhalten sehr ähnlich verhalten, hinkt der 4K2HD in dieser Hinsicht hinterher. Zu erkennen ist dies an der unsaubereren Linienstruktur. Es entstehen mehr Ausschläge und das Signal franzt optisch mehr aus, was eine Charakteristik des Rauschens ist.
Damit das Problem noch deutlicher wird haben wir die Aufnahmen im Modus 4K2HD außerdem per Schärfechart getestet. Wir nutzten den 7Q+ (mittige Abbildung) dabei in einer Demo-Version, bei welcher automatisch das Bild mit einem Streifen versehen wurde. Es handelt sich dabei also um keinen Bildfehler und wir bitten dies zu ignorieren. Auf sonstige Bildeigenschaften nimmt die Demo-Version im Übrigen keinen Einfluss.
7Q | Firmware 4.10.100
7Q+ | Firmware 3.10.100 (Demo)
7Q | Firmware 5.10.100
Detailansicht Schärfechart Firmware 3.10.100 (7Q+), 4.10.100 (7Q), 5.10.100 (7Q)
Zum besseren Vergleich im Folgenden noch eine Übersichtliche Detailansicht der obigen Schärfechartdarstellungen. Der Größenunterschied der Firmware 5.10.100 ist durch den etwas andere Bildausschnitt zu erklären und stellt keine technische Änderung der Version dar. Es gilt allerdings zu beachten, dass das Bild in der Galerie in seiner Dimension verändert wird, um es auf dem jeweiligen Bildschirm und in der jeweiligen Auflösung darzustellen. Dies wiederum verfälscht das Schärfeergebnis und macht die Übersicht damit irrelevant. Aus diesem Grund empfehlen wir die Originalansicht der Abbildung in 1:1 und stellen die Abbildung HIER zum Download bereit.
9. 7Q Aufnahme-Modi HD zu HD, 4K RAW zu 4K RAW, 4K zu HD
Die folgende Übersicht zeigt die Grauskalenansicht in den verschiedenen Aufnahme-Modi. Schon hier ist zu erkennen, wie matschig das Bild gerade in den dunklen Bereichen, im Modus 4K zu HD wirkt. Um die Scopeansicht besser vergleichen zu können, beschränken wir uns hierbei auf eine Detailansicht der Tiefen, da vor allem dort die Probleme auftreten. Um außerdem das RAW Format besser in den Vergleich mit einbeziehen zu können, nahmen wir eine Gamma-Korrektur vor, indem wir in DaVinci Resolve den Exposure Wert von 0,00 auf 3,00 erhöhten. Dies führt dazu, dass die Werteverteilung sich derer der anderen Aufnahmemodi anpasst.
Grauskalaübersicht der Aufnahmemodi
Scopes-Detailansicht der Tiefen (DaVinci Resolve 11)
Zum einen ist hier gut zu erkennen, dass alle getesteten varianten, also die Firmware 3.10.00, 4.10.100, 5.10.100, als auch der 7Q und der 7Q+, das selbe Problem im Tiefenbereich, im Mpdus 4K zu HD aufweisen. In diesem Bereich verschwimmt das Signal regelrecht.
Detailansicht Schärfechart 7Q Firmware 5.10.100 HD2HD, 4K2HD, 4K2RAW
Im Folgenden eine Übersichtliche Detailansicht des Schärfecharts für die Modi HD2HD, 4K2HD und 4K2RAW. Da sich zwischen den Updates kein sichtbarer Unterschied nachweisen lies, beschränkten wir uns an dieser Stelle auf die Aufnahmen der neuesten Firmware 5.10.100. Durch die dimensionalen Unterschiede ist der 4K-Ausschnitt dementsprechend größer, da wir eine Scallierung vermieden, um den Ausschnitt des Charts 1:1 beizubehalten und nichts zu verfälschen. Es gilt allerdings zu beachten, dass das Bild in der Galerie in seiner Dimension verändert wird, um es auf dem jeweiligen Bildschirm und in der jeweiligen Auflösung darzustellen. Dies wiederum verfälscht das Schärfeergebnis und macht die Übersicht damit irrelevant. Aus diesem Grund empfehlen wir die Originalansicht der Abbildung in 1:1 und stellen die Abbildung HIER zum Download bereit.
Das Ergebnis verdeutlicht den Schärfevorteil der 4K zu 4K Aufnahme. Diese weist weder Artefakte noch spürbares Rauschen in den dunklen Flächen auf. Die 1:1 Ansicht des Schärfecharts verdeutlicht aber auch den entscheidenden nachteil der HD zu HD Aufnahme, welche gegenüber der 4K zu HD Aufnahme deutlich mehr Artefakte aufweist, als die 4K24K, aber auch als die 4K2HD Aufnahme. Die Aufnahme des 4K2HD Modus ist dementsprechend was die Schärfe angeht besser als die HD2HD Aufnahme, aber dennoch entschieden schlechter, als die 4K24K Aufnahme. Wer in Sachen Schärfe keine Kompromisse eingehen kann, der kommt im Zusammenspiel mit der Sony FS700 und der Odyssey 7Q-Serie also nicht am Modus 4K24K vorbei. Die Nachteile der immensen Datenmenge wurden jedoch bereits erwähnt.
10. Fazit
Die 7Q-Serie bietet Stand heute keinen praktikablen Kompromiss aus Qualität und Dateigröße, das die Modi 4K RAW zu 4K ProRes/UHD ProRes/HD ProRes die Dynamik des Materials vermindern, wodurch wiederum Rauschen entsteht. Sauberes 4K, ohne Rauschen, dafür mit Schärfe, ist nur durch die Aufnahme in 4K DNG RAW möglich. Doch dort fallen Unmengen an Daten an, die schwer zu handeln sind. Für diejenigen, die im Fall der Fälle ihre Prioritäten nicht auf die Schärfe legen müssen, ist der Modus HD zu HD ProRes 4:2:2 ein Kompromiss. In diesem Fall umgeht man die Problematik durch die Umrechnungsprozesse des 4K Signals. Nur wer möchte schon – bildlich gesprochen – einen Porsche mit Polo-Motor? Zwar lässt sich das Signal hinsichtlich des Rauschverhaltens in der Post-Pro verbessern, doch am Ende dreht man sich im Kreis, da beispielsweise bei der Noise-Reduction Schärfe verloren geht.
Wir persönlich sind überrascht ob des schlechten Ergebnisses und würden uns eine Verbesserung Seitens Convergent Design per Firmware-Update wünschen. Dies scheint jedoch unrealistisch, da wir nun schon mehrere Updates testeten und auch der Nachfolger des 7Q, der 7Q+, die selben Probleme aufweist. Wahrscheinlicher ist, dass ein nachfolgermodell oder der Atomos Shogun mit dem Firmware-Update 6.4, welches Ende Juni veröffentlicht werden sollte , endlich eine Lösung bieten, die die Probleme der 7Q-Serie in Sachen Umwandlung des 4K RAW Signals in kleinere Formate umgeht.