Varför snö, regn och konfetti förstör streaming av videokvalitet

Om du någonsin har tittat på en film på Netflix, YouTube eller någon annan streamingtjänst kanske du märker att någon gång det finns en regnig scen, faller videokvaliteten helt ifrån varandra. Även om du strömmar över den bästa internetuppkopplingen kommer videon att se ut som skit. Detta händer för att alla videoströmmar komprimeras och partiklar som regn, snö och konfetti helt förstör komprimerade strömmar.

Hur modern video komprimeras för att passa bithastighetsbegränsningar

För att förstå varför regn och andra partiklar kan förstöra en videokvalitet, måste vi förstå hur bitrate fungerar. En videos bitrate är för att förenkla den mängd data som en video kan passera genom, mätt i bitar per sekund. Du kan tänka på det som hur brett ett vattenrör är. Ju mindre röret är, desto mindre vatten kan du trycka på i taget. Ju bredare röret desto mer vatten kan du släppa igenom. Videor är likartade: Ju högre bitränta desto mer data en video kan visa per sekund, vilket innebär mer detaljer och bättre bildskärpa.

I HD-världen och nu 4K-tv kan denna begränsning bli ett problem. Mest video du ser är komprimerad på något sätt. Om du skulle titta på en helt okomprimerad HD-video skulle den ha en bitrate på 2,98 gigabits per sekund. 4K-video är ännu värre, med en okomprimerad bithastighet på 1,67 terabyte per sekund. Inte bitar. Byte. Det är mer data än den snabbaste internetanslutningen i världen kan hantera.

Lyckligtvis gör modern kompression ett anständigt jobb för att bevara videokvaliteten, åtminstone till en punkt. En standard Blu-Ray-utgång på upp till 40 Mbps, och en 4K Blu-ray-utgång på upp till 108 Mbps. HDMI-kablarna mellan din Blu-Ray-spelare och din TV kan överföra upp till 18 Gbps, så det finns mer än tillräckligt med utrymme för att hantera all den data.

Skillnaden mellan okomprimerad video bitrate och bithastigheten på dina Blu-Ray-skivor är enorm, men du kommer nog inte att kunna berätta. Okomprimerad video innehåller ett ton detalj som det mänskliga ögat vanligtvis inte kommer att märka, så en bra bit av det kan kastas. Dessutom kan inter-frame-komprimering dramatiskt minska en filstorlek genom att kasta ut data när delar av en bild blir desamma mellan ramarna.

Detta skott kan komprimeras mycket eftersom det är väldigt liten rörelse eller förändring mellan varje ram.

Ta klippet ovanför Luke Cage från Försvararna. I detta korta skott lutar Lukas huvudet något till höger, och en polis står upp på sidan, men för det mesta ändras inte ramen. Stängerna i ryggen är nästan helt stillastående, och även Lukas kropp förändras inte dramatiskt. Interframe-komprimering kan berätta en video för att helt enkelt fortsätta att dra samma bakgrund varje ram, eller bara skifta några pixlar i förgrunden runt, istället för att omradera varje enskild pixel från början trettio gånger per sekund. Denna typ av komprimering kan göra stora nedskärningar i en annars massiv videofilstorlek. Utan denna komprimering skulle allt från din internetanslutning till en grundläggande HDMI-kabel inte ha kapacitet att överföra så mycket data.

Den inter-frame-komprimeringen löper dock in i ett problem med saker som regn och konfetti. I stället för en mestadels statisk bakgrund fyller regnfallet hela ramen med små detaljer som behöver flyttas eller återföras i varje ram. Varje regndroppe tar upp värdefulla bitar som kan spenderas på en karaktärs ansikte. Ju mer små detaljer det rör sig om i en scen, desto färre bitar är det att gå runt för allt, och videokvaliteten sjunker.

Streaming Online sätter en enorm drag på din bitrate

Om regn är ett sådant problem, varför märker du inte detta när du tittar på en Blu-Ray-skiva? Svaret ligger i tillgänglig bitrate. Medan Blu-Ray-skivor kan genomgå en enorm kompression, har de fortfarande en hög noggrann bitrate för att göra alla dessa regnfall och bitar av konfetti. Faktum är att om en scen var särskilt upptagen eller kaotisk nog, kanske du märker viss nedbrytning i bildkvaliteten, men du måste klura för det.

Streaming över internet, å andra sidan, kan bara inte hålla koll på. Den genomsnittliga internethastigheten i USA är cirka 18 Mbps, vilket är mindre än hälften av bandbredd som krävs för en Blu-Ray-skiva plus att bandbredd måste delas av alla enheter på ditt nätverk. Ännu värre kan ett företag som Netflix bara betjäna så mycket data på en gång, även om du har en snabb noggrann internetanslutning för att hantera det. Netflix står redan för en stor del av internettrafik på internet. Streaming full HD-strömmar med HD-kvalitet med samma bildkvalitet på en skiva skulle vara oåtkomlig.

Enligt Netflix hjälpwebbplats rekommenderar företaget minst 5 Mbps för HD-video och 25 Mbps för 4K-streaming. Detta är uppenbarligen en mycket lägre bitrate än Blu-Ray-spelaren i ditt liv kan hantera. Och kom ihåg att Blu-Ray-videon redan är ganska komprimerad. Så när Netflix bestämmer sig för att begränsa en flödes bitrate ännu mer, kommer du att börja förlora bildkvaliteten.

För grundläggande, konversationsscenarier är det inte så stor en affär om du inte är den typ av person som verkligen blir besatt av bildkvalitet. Regniga scener ställer dock mer efterfrågan på en redan ansträngd bitrate. Det är som att försöka knyta en trädgårdsslang upp till en brandvatten. Kapaciteten är bara inte där.

Ta en titt på den här scenen från amerikanska gudar. Jag streamade den här showen via en Google Fiber-anslutning, ansluten direkt till mitt skrivbord. Trots att jag har mycket bandbredd mellan mig och Starz, kan du se att den regniga scenen är lika pixelerad som ett 8-bitars videospel. Faktum är att problemet blir sämre när det skärs från närbilden av skuggan i början av klippet till det breda skottet i slutet, för det finns mer regn, vilket betyder mer detaljer, vilket betyder mindre bandbredd för något annat.

Nu är det samma scen. Men den här gången skapade vi en GIF från en lokal kopia av den här episoden, istället för att strömma den. Självklart, det du tittar på är en 650 pixel bred GIF med en 4K-video, så du kan inte se full effekt, men även här kan du se mer detaljer. Eftersom den lokala videon inte behöver komprimeras så mycket som den skulle om den strömmade på nätet, finns det en mycket högre bitrate att arbeta med.

I den andra versionen kan du se mer regnfall, du kan se folket tydligare och färgerna är ännu mer levande med bättre kontrast. Ju högre bitränta en video har desto mindre är det ett problem när det börjar regna eller när någon kastar konfetti. På en teknisk nivå kommer regn och konfetti alltid att orsaka kompressionsproblem, men du kommer inte märka det nästan lika mycket om du spelar den från en skiva eller en fil på din dator istället för att strömma den online.

Naturligtvis kan avvägningen vara värt det för dig. Webbplatser som Netflix, HBO och Starz har ett stort bibliotek med HD och 4K-innehåll som kan vara dyrt att komma någon annanstans (förutsatt att du ens kan). Förutom, mest scener är inte i regnet ändå. Medan en film aldrig kommer att se lika bra ut från Netflix som det kommer på Blu-Ray, kan det se bra ut tillräckligt. Om du är en stickler för snygga videoklipp, kommer du förmodligen att hålla fast vid fysiska medier eller din egen hemmediaserver.