Veri Oranı (bitrate) nedir?

Ön Not: Aşağıdaki yazı daha uzun bir yazının ilk kısmı idi ve bir okuyucunun uyarısı üzerine terimsel bir farklılık olduğunu farkettim ve o nedenle üzerinden geçerek tekrar düzeltmeler yaptım. Metnin ilk kısmı veri derinliği/bit derinliği (bit depth), ikinci kısmı ise bunun birim zamanda içerdiği veri miktarını anlatan veri oranı/bit oranı (bitrate) üzerinedir.

Öncelikle bir bilmece…

Matematik problemi gibi görülse de son derece sıradan bir soru olarak sormaya çalışacağım. Bir deneyelim….

Gece vakti yolda yürürken karşınıza bir cin çıkıyor ve sizden vereceği görevi yerine getirmenizi ve başarırsanız dileğinizi gerçekleştireceğini söylüyor:

Önünüzde yatay olarak yanyana dizilmiş 14 tane kutu var. Cin, elinize bir torba dolusu misket veriyor ve bu misketleri kullanarak her kutunun içine “CİN” yazmanızı istiyor. Yani misketleri kullanarak bu 3 harfi yanyana yazacaksınız. Fakat bir de kuralı var; 14. kutudan başlayarak 1. kutuya doğru geri geri giderek bunu yaparken, her seferinde torbada kalan misketlerin yarısını kullanabiliyorsunuz. Yani 14. kutuda bu harfleri yazarken torbadaki toplam misketlerin yarısını kullanmak durumundasınız. 13. kutuya geçince de yine kalan misketlerin yarısını vb vb. Böylece her kutuda torbadaki misket sayısı yarıya düşerek bu 3 harfli yazıyı yazmak durumundasınız.

Umarım çok karışık sormamışımdır. Şimdi bir örnek rakamla durumu görelim: Başlangıçta torbada 16.384 tane misket olsun. 14. kutu için 16.384 / 2 = 8,192 tane misket kullanma hakkınız var. Sanırım bu kadar misketle rahatça bu 3 harfli yazıyı yazarız.

13. kutuda durum şöyle oluyor: 8.192 / 2 = 4.096 misket. Sanırım burada da yazmada sorun çıkmaz. Bu durum böyle giderse her kutu için kullanabileceğimiz misket sayısı herhalde şöyle oluyor:

Kutu     Misket

14 –     16.384

13 –      8.192

12 –      4.096

11 –      2084

10 –      1024

9 –          512

8 –          256

7 –          128

6 –           64

5 –           32

4 –           16

3 –             8

2 –             4

1 –             2

Şimdi sizi bilemem ama ben kendimce bu 3 harfi uyduruk da olsa yazmak için gerekli minimum misket sayısını bulmak için şöyle bir hesap yaptım. (C = 3 misket, İ = 3 misket, N = 4 misket) Yani uyduruk da olsa bu yazıyı yazabilmek için elimde 10 misket kalmış olması lazım.

Bu da demek oluyor ki 3. kutuya gelince iş olanaksız hale gelecek. Çünkü elde 8 tane misket kalmış oluyor. Öte yandan 14. kutuda 8.192 misketle çok incelikli ve ayrıntılı harfler yazabilirken, bu gittikçe kötüleşecek ve son kutudaki harflerin gerçekten bu yazıyı gösterdiğini anlamak için biraz çaba sarfetmek gerekecek. Yani kutular ilerledikçe kalite düşecek ve bir noktadan sonra zaten yazmak mümkün olmayacak.

İşte her yerde bit/veri oranı (bit depth) diye geçen şey aynen budur. Kameramızın 14 bitlik bir veri sığası yani kapasitesi vardır ve bu kutulara veri atanırken aynen yukarıda bahsettiğim türden bir hesap yapılır. Dijital 14 bit kullarak algılayabileceğiniz ışık (luminance) miktarı toplam 16.384 değerdir. Bunun yarısı en üstteki yani en aydınlık, en parlak kısımlara (14. kutuya) değer atanırken kullanılır. Yani aydınlık kısımlarda yer alan ayrıntıları kaydedebilmek için elinizde daha çok veri (misket) vardır. Bir alt kutuya inince bu değer yarıya iner. Böylece en alt kutulara inince eldeki kullanılabilecek veri miktarı yetmemeye başlar ve buralardaki ayrıntılar yuvarlak ve üstünkörü geçilir. Hatta bir noktadan sonra oradaki ayrıntıların gerçekten ayrıntı mı yoksa keyfi olarak oraya atılmış misketler mi olduğunu anlamanız mümkün olmaz.

Bu nedenle 14bitlik bir sensör kullanan bir kamera fotoğraf çekerken en iyi ayrıntıları daha aydınlık kısımlarda toplarken en kötü ayrıntıları da karanlık kısımlarda toplar. Bunu bir de 8 bitlik video için düşünecek olursak, durumunun vehameti daha büyük şekilde ortaya çıkar. 8 bitlik bir sistemde zaten başlangıçta elinize verilen veri miktarı 256 ile başlar. Torbada 256 misket ile başlarsınız. Yani yazımızın kalitesi daha en baştan sınırlandırılmış olur. Üstüne üstlük bu yazılar bir de sıkıştırılır, yani verinin/misketin bazı kısımları atılır, “bu misket olmadan da bu yazı yine anlaşılıyor” diye. Demek ki DSLR kullanırken çekilen videolarda bu misketlerin kullanımına dikkat edilmeli.

Artık yapacağımız bir çekimde içeriğimizin en aydınlık noktalarının en çok ayrıntıyı barındıracağını biliyoruz. Öyleyse pozlandırma ayarlarımızı da buna göre yapmalı, en çok misketimizi en aydınlık kısımlara gelecek şekilde atamalıyız. Hatta, en alt yani en karanlık kısımlarda yazmak için yeterli verimiz olmayacağını bildiğimiz için olabildiğince bu alt kutuları kullanmamaya gayret etmeli, bu kutulara denk gelen içeriği olabildiğince üst kutulara taşımalıyız.

Sözün özü, DSLR ile video çekiminde en karanlık kısımların (1-2-3. kutuların) asla ve asla görülmeyeceği bilinerek, bu kısımları olabildiğince aydınlatmalı (üst kutulara taşımalı), buralardaki ayrıntıların daha çok veri ile (misketle) yazılmasını sağlamalıyız.

Amatör filmcilerin yaptığı en önemli hatalardan biri budur: Hem kasvetli iç mekanlar tasarlarlar; hem de bu karşıtlığı yüksek olan içeriği düşük DSLR veri oranıyla kaydetmeye çalışırlar. Bu noktada elbette çıkıp “Ama bir dakika, ben o karanlık köşelerin karanlık olmasını istiyorum zaten. Odada sadece bir masa lambası vb olacak, gerisi karanlık olacak” denebilir. Bu durumda artık tahmin edebileceğiniz gibi, kameranın kodlayıcısı (codec) o lambanın olduğu aydınlık kısma tüm misketleri yığarken (hem de çok gereksiz bir biçimde, çünkü orada kaydedecek veri yoktur), diğer karanlık kısımlarda veri sıkıntısı yaşanır.

Bu nedenle karanlık sahneler içeren birçok filmde karanlık köşelerde habire kıpırdayan noktacıklar, danseden kutucuklar görülür. Bunların hepsinin nedeni veri eksikliği (düşük bitrate) olmasa da birincil nedeni verisiz kalmaktır. 1. kutuya gelen kodlayıcının elinde 2 misket kalmıştır ve o da onları keyfi olarak oraya koyar. Bir sonraki karede yine keyfi iki ayrı yere koyar. Video oynatıldığında bu misketler de kıpır kıpır gezinirler.

Öyleyse, daha en başta eldeki veri imkanı bilinmeli, bu sınırlar çerçevesinde bazı ilkeler saptanmalı ve buna göre davranılmalıdır.

Sahnenizde pozlama ayarı yaparken en aydınlık noktayı saptayın. Pozlamayı olabildiğince buraya göre yapın. Bunu yaparken histogramı kullanın ve diyafram/örtücü ayarlarını histogramı sağa dayayacak şekilde yapın. Aşağıdaki histogram her ne kadar patlayan bir kısım olmadığını gösterse de hatalıdır.

Hatalıdır, çünkü elindeki en yüksek veri miktarını kullanmak yerine tüm değerleri ortada toplamıştır. Oysa, çekim anında bu histogramın bir kopma (clipping) ya da patlama (overexposure) olmadan tamamen sağa yaslanması yani ortadaki dağın sağa çekilmesi gereklidir. Görüntüye giren bazı ışık kaynakları ya da kapı tokmağı, sürahi kenarı vb gibi yerlerde oluşan yansımadan kaynaklı patlamalar (specular highlights) eğer çok yer işgal etmiyorlarsa hoş görülüp patlamış durumda bırakılabilir. Böylece sağa yaslı bir histogram elde edilmiş olur.

Bu tekniğe sağa yaslama tekniği (ETTR) diyoruz. Böylece alt kutulara iş bırakmamış oluyoruz. Gördüğümüz gibi, bu histogramda karanlıklara hiç yer verilmemiş oldu ve böylece veri eksikliğinden kurtulduk.

Fakat, başka bir sorun var. Her zaman histogramınız buna izin vermeyebilir. Yani zaten parlak bir salon ışığının ya da avizenin bulunduğu bir ortamda bu nokta bir dengesizlik yaratacaktır. Örneğin loş bir iç mekan çekimi için aşağıdaki mekanı seçtiyseniz, karanlıklar karanlık olarak kalacaktır. Amatör filmcilerin en büyük hatası aşağıdaki fotoğrafa bakıp “Hah, işte tam bu gibi ortamda geçeni masabaşı romantik bir sahne istiyorum. Burada ışık süper” demektir. Işık sizin için süper olabilir ama kameranız aynı şekilde düşünmemekte ve kodlayıcı soldaki kapının arkasında kalan yerler gibi noktalarda can çekişmektedir.

Gördüğümüz gibi bit derinliği bir kameranın algılayıcısının görüntüyü kodlamada kullandığı bir sistemi anlatır. Bit/Veri oranı ise 1 saniyelik videonun içerdiği veri miktarıdır. Veri oranı hem video dosyasının boyutunu, hem kaplayacağı yeri hem de aktarma ya da yayın bant genişliğinin hesaplamak için kullanılır. Örneğin, RGB 8 bitlik bir video dosyası oluşturan bir kamera saniyede 25 kare HD çekim yapmakta ise;

1. Her bir karede 1920 x 1080 = 2.073.600 tane piksel vardır.
2. RGB renk sistemi için her piksele her biri 8 bit olan 3 ayrı renk değeri atanacaktır. 2.073.000 x 8 x 3 = 49.752.000 bit veri eder.
3. Bu da 8 bit = 1 byte ve 1 byte = 1024 kb, 1 kb = 1024 mb hesabıyla, 49.752.000 / 8 = 6.219.000 byte = 6073 kb = 5.93 mb eder. Yani tek bir karede 5.93 megabyte veri vardır.
4. Saniyede 25 kareyi de dikkate alırsak 5.93 x 25 = 148,25 mb değerini elde ederiz. Yani seçtiğimiz video formatının 1 saniyesinde 148 mb kadar veri vardır ve bunu 148 mb/sn şeklinde ifade ederek veri oranını bulmuş oluruz. Bu miktar doğrudan kayıt ortamına yazılmakta ise sıkıştırılmamış veri (uncompressed) olarak adlandırılır.

Bu yazıda kabaca bit derinliğinden kaynaklı pozlama sorununu tanımladık. Çözüm, ayrı bir hikaye. Ayrıca bu süreçte başımıza iş açan cinin bir de arkadaşı var. Gürültü (noise). O da ayrı şartlar koşarak her kutuda yazdığımız yazıyı bozmaya çalışıyor ama bu da artık daha sonraki bir yazıya…