系列之6─令人驚豔的即時補幀軟體-SVP

在開始講這東西之前，我們先來談談最近的電影吧，最近有一部魔戒前傳電影─哈比人：意外旅程，不知道大家有沒有去戲院看過了？這部電影號稱是使用HFR(High Frame Rate)，也就是一秒48格的幀率來拍攝，是傳統電影一秒24格的兩倍，大家去看這部電影時有沒有感受到高幀率的影像所帶來的特別體驗呢？其實大導演詹姆斯科麥隆也早就宣稱他將用一秒60格的幀率來拍攝阿凡達第二集跟第三集：
http://i-pk.tw/forum.php?mod=viewthread&tid=6312

高幀率的電影未來是否會掀起電影界的視覺革命，且讓我們拭目以待。而我們今天要介紹的主角SVP，是這個系列文最後一個要介紹的軟體，其全名為"SmoothVideo Project"，由一群俄國人所開發，這個軟體最大的特色就是可以在觀賞影片時做出即時的補幀動作，從相鄰的兩個影像畫格去模擬計算出中間的畫格，讓低幀率的影像搖身一變變成高幀率的影像來輸出，以下為官網連結，上面就有簡單易懂的圖解跟說明，以及小動畫演示：

http://www.svp-team.com/wiki/Main_Page
http://www.svp-team.com/wiki/Frame_interpolation_overview

經由補幀來提高幀率對視覺上的影響是非常大的，比我在這個系列文前面提到的所有軟體影響都還大，雖然不一定全都是正面的就是了。以下我列出幾種可能會需要這軟體的狀況：

• 在60Hz的LCD上觀賞24fps或25fps的影像，深受不同步產生的judder所苦惱
• 在LCD螢幕/電視(不論是CCFL或是LED背光)上觀賞動作大的場景時深受殘影問題所苦惱
• 看動畫時，遇到偷張數嚴重的狀況，使得某些場景有強烈的judder感(即使已完全同步)
• 想體驗看看高幀率影像如絲綢般滑順的動作表現
• 嫌自己的CPU太強不知道該怎麼用

最後一點雖然是開玩笑的，不過SVP是個極消耗CPU資源的軟體卻是個事實，我前面的文章也提過SVP是第二個超越一般看影片配備不用太好這個常識的軟體，建議要玩這東西的話，CPU至少要有i5的等級以上，如果用i7更好，如果是i3的等級的話，720p大概還能應付，1080p大概就只能用較低的設置去跑，遇到流量高一點的影片大概還是會爆，這點先提醒大家，量力而為。

接下來我簡單介紹一下補幀這件事到底在幹麼？它本來的目的是什麼？它會帶來哪些優點跟缺點？

如同前面所提過的，補幀(或叫插幀，原文就是動態插補Motion interpolation)是在相鄰的兩個幀之間去演算出中間幀並把它放進去，而且這個算出來中間幀也不一定只有一個，隨著你要轉換的幀率越高，它可以在兩個實際存在的幀之間去插入好幾個演算出來的中間幀，當然最後轉換出來幀率不能超過你的螢幕更新率就是了。
例如一個24p的影像在120Hz更新率的螢幕播放，原本它的幀呈現方式應該是1111122222333334444455555......
如果我用SVP把它插補到120p的話，就會變成
11'1''1'''1''''22'2''2'''2''''33'3''3'''3''''44'4''4'''4''''55'5''5'''5''''6......
數字後面有記號的表示是計算出來的幀，等於每兩個幀之間有四個演算出來的中間幀。

而SVP進行Motion interpolation的方法，是透過ffdshow raw video filter這個後處理濾鏡去插入它所使用的AviSynth語法來達到即時(real-time)的補幀運算，所以老問題，它並不能搭配傳統型硬解(DXVA-native)來使用，必須使用其他的硬解模式或軟解。

而補幀原本的目的，其實主要並不是為了讓你享受如HFR拍攝的電影般那樣的質感(說實在也比不上，畢竟是演算出來的東西，跟真實的畫面還是有差別的)，而是為了減低在液晶電視或螢幕上會出現的殘影現象(motion blur)，現在很多等級好一點的液晶電視幾乎都有Motion interpolation的功能(其實電漿電視也有，但並不是那麼需要，後面會解釋)，如Sony的MotionFlow、Panasonic的Intelligent Frame Creation、Samsung的Clear Motion Rate、LG的TruMotion、Sharp的AquoMotion、Vizio的SmoothMotion，大都標榜120Hz、240Hz、480Hz、960Hz等等，這並不是只是單純提高螢幕更新率，而是在提高更新率的同時也加入了動態插補的功能，而SVP所做的和這些電視做的其實是同一件事，只是SVP是讓PC也可以做到這些電視才能做的的動態插補功能。
而回到我們的主題，為什麼液晶顯示器(LCD)會出現殘影現像？又為什麼動態插補可以抑制這個殘影現像？第一個問題要從液晶顯示器的顯示原理來看，簡單的說，液晶顯示器有一個恆亮的背光源，其靠每個像素上的液晶控制光線的透過量來顯示各種灰階，並靠濾色片來產生顏色，液晶螢幕的規格裡有一個反應時間(Response Time)，這個數據指的是灰階到灰階的轉變所需之時間(grey-to-grey，GTG或G2G)，我們直觀上會認為，反應時間越低的話應該殘影會越少，因為每個液晶像素能即時對色階變化做出最快速正確的反應而沒有延遲，但實際上就算反應時間能達到0 ms依舊會有殘影，原因就在於液晶螢幕是一種hold-type的顯示裝置，以60Hz的液晶螢幕來說，0~1/60秒"恆"顯示第一個畫面，1/60~2/60秒"恆"顯示第二個畫面，依此類推，一秒60個畫面都是恆亮顯示，如果一個30p的影像在60Hz的液晶螢幕上顯示，先前提過它的畫面呈現會是1122334455667788......也就是說，它在0~1/60秒都顯示第一個幀，1/60~2/60秒還是顯示第一個幀，2/60~3/60秒顯示第二個幀，3/60~4/60秒還是顯示第二個幀，依此類推，每一幀都在畫面上停留2/60的時間，而我們知道人眼有視覺暫留的現象，hold-type的顯示裝置每個幀在畫面上停留的時間太長，導致在切換到下一個幀的時候，前一個幀的影像跟位置還留在大腦中，我們就會覺得看到殘影，因此可以說這並不是螢幕的錯，而是我們大腦處理視覺的過程就會造成這樣的結果。而如果透過動態插補將幀率提升到60p的話，在60Hz的螢幕上畫面呈現就會是12345678......，它在0~1/60秒都顯示第一個幀，1/60~2/60秒顯示第二個幀，依此類推，每一幀都在畫面上停留1/60的時間，每個幀停留的時間縮短了，殘影的現象就減低了，因此我們就會覺得動態解析度提升了。
而與hold-type相對的pulse-type的顯示裝置，如CRT、電漿電視(PDP,Plasma TV,等離子電視)，則比較不會有殘影的問題發生，同樣60Hz的更新率，pulse-type的顯示裝置是自發光的形式，相當於一秒"閃"了60個畫面，而每一個畫面"閃"的時間遠低於1/60秒，也就是說，在0~1/60秒這段時間內，它閃了第一個畫面後剩下的時間都是黑畫面，1/60~2/60秒之間閃了第二個畫面後剩下的時間都是黑畫面，依此類推。pulse-type的顯示器每個畫面在螢幕上停留的時間極短(遠低於1/60秒)，因此不容易有因視覺殘留造成的殘影現象，也就是說pulse-type的顯示裝置不需要靠動態插補就可以有極高的動態解析度，不過也因為如此，同樣60Hz的更新率，pulse-type的顯示裝置卻會讓人覺得畫面有閃爍感，因此pulse-type的顯示裝置往往需要有更高的螢幕更新率來減低閃爍現象。
這邊也順便介紹一個關於液晶顯示器的測試數據"MPRT"(Motion Picture Response Time)，這是將液晶螢幕的Response Time和Hold-type的顯示特性一起考慮進去而測出的數據，比單純看Response Time更能真實的反應出一個液晶顯示器對於動態畫面的處理能力。

這邊提供一個小軟體讓大家試試看動態解析度的"殘酷測試"：
http://www.softpedia.com/dyn-postdownload.php?p=123728&t=4&i=1

在螢幕上試試看測試裡那些小車子跟文字，方塊是否是清晰的或是有殘影，也可以調整物體移動的速度，我直接在自己的LCD螢幕跟CRT螢幕上來測試，高下立判，CRT上面把移動速度開到最快都還能清楚的辨識每一個移動物體，LCD上速度還開不到一半就已經糊掉了，這就是顯示特性不同帶來的差別。

接下來我條列式的指出關於使用SVP補幀可能會帶來的優點和缺點，關於優點：

• 如上所提，解決液晶螢幕的殘影問題
• 提高動態解析度，動態畫面將變得十分清晰，比直接用pulse-type的顯示器來顯示還要清晰，你將能夠清楚的看到移動中的物體細節(因為加了中間幀的緣故)
• 不論何種更新率的螢幕都能透過補幀達到同步，解決了不同步產生的judder問題(最常見的是將24p影像補幀到60p，解決了24p影像在60Hz螢幕播放的問題)
• 對於24p的電影或動畫因為本身幀數低所帶來的模糊或judder問題，可以透過補幀來提升畫面的質感，讓高速動作場面變清晰，平移場景變平滑，pulse-type的顯示器如果會用上補幀大概就是因為此點
• 亦支援3D片源的補幀

關於缺點：

• Soap opera effect，這個名詞是因為電視肥皂劇都是用60i來拍攝，因此像48p或60p這種高幀率的影像在視覺效果上會跟肥皂劇有一點像，不過當然60i的影像即使經過去交錯，動態解析度仍是及不上60p的影像的。其實Soap opera effect這一點到底算不算是缺點也是有爭議的，至少彼得傑克森跟詹姆斯科麥隆這兩位大導演就不這樣認為
• Artefacts，也有人寫成Artifacts，我不太確定這個名詞在這裡中文該怎麼翻譯，不過大致上指的就是影像有一些不太自然的感覺，一些負面的效應讓影像看起來很沒有真實感，假假的。SVP的中間幀是靠運算模擬出來的，跟真實的HFR電影比起來Artefacts是難免的，這也是很多人排斥動態插補技術的原因
• 破壞影片原本的感覺，24p影像在高速動作的場景會有模糊及晃動感，但有時這就是導演想要表達的，補幀動作不分青紅皂白把模糊場景通通變清楚，其實是破壞了影片本身要傳達的概念
• SVP是透過專用的avisynth語法來進行補幀運算，而其所使用的語法只能接受YV12的輸入與輸出，意即就算是Hi10p編碼的檔案，解碼器也必須把它轉成8 bit的YV12來輸出，而無法直接輸出10 bit的P010給渲染器，這中間多少會有一些影像質量的損失
• 對硬體的要求還是太高，3000$多的顯卡可以很好的運行madVR，但是3000$多的CPU來運行SVP在1080p的檔案上似乎仍不太夠力，同時經過SVP提高幀率後也會進一步加重顯卡的負擔

附帶一點，其實我本人也是不喜歡用SVP那一派的，只有在遇到一些偷張數太嚴重的動畫片源時才會使用，我個人的原因是不喜歡SVP破壞影片原本的感覺(我並不排斥原生的HFR電影)。如果要我形容的話，SVP就像毒品一樣，很容易讓人上癮，沉醉在這種全新的視覺體驗中，不過我最近把這種毒癮戒了XD


很抱歉上面講了那麼多廢話，我想SVP對很多人而言應該還是很有用的，以下就正式來介紹安裝及設置：

首先到官網下載頁，下載最新的版本，只要抓"Lite"版就好，因為"Full"版裡面很多東西在前面的介紹文都裝過了
http://www.svp-team.com/wiki/Download

另外也必須下載及安裝Avisynth 2.5.8、ffdShow(32 bit版本)和Microsoft Visual C++ 2008 SP1 MFC Security Update
http://www.svp-team.com/files/3rd_party/Avisynth_258.exe
http://www.svp-team.com/files/3rd_party/vcredist_x86.exe
http://sourceforge.net/projects/ffdshow-tryout/files/SVN%20builds%20by%20clsid/

這邊先稍微講解一下ffdshow的安裝
我們只安裝必要的東西就好

新版本的話，勾選圖中那幾項

這頁取消所有的視訊跟音訊格式，以防它播放時跟LAV搶優先權

打開MPC-BE，在設定選項>外部篩選器裡，加入"ffdshow raw video filter"跟"ffdshow video decoder"，將"ffdshow raw video filter"位置放在DirectVobSub之上(跟濾鏡序列有關，字幕最好在補幀後渲染)，並將"ffdshow video decoder"設為"攔阻"，"ffdshow raw video filter"在要使用SVP時才設為"偏好"，不使用SVP時一樣設為"攔阻"。

點兩下"ffdshow raw video decoder"進入設定頁，左邊最下面的"輸出"這項，將"Primary output color space"設為"YV12"，上面提過SVP用的avisynth只接受YV12的輸入輸出，所以讓它輸出別的色彩空間也只是多一次轉換而已，不如直接讓它輸出YV12。

另有網友建議，開啟去斷層功能 ，可增進SVP使用時的影像品質，數值設定1.2~1.8之間
(此功能跟madVR的debanding擇一使用即可，不要一起用)

接下來是SVP的安裝
以下這頁請選擇"Expert"模式

安裝完成後，點擊桌面的SVP圖示，就會出現在右下角的工作列中，此時MPC-BE中的外部篩選器"ffdshow raw video decoder"設為"偏好"的話，打開影片SVP就會自動開始運作。在工作列的SVP圖示點一下右鍵的話會出現選單，以下就以編號來介紹幾個比較有用的功能

1. Settings裡面建議勾"Show OSD messages"跟"Check for updates"兩個就好，其他不用勾，而""Disable SVP"這項勾了會關閉SVP的運作，如果在播放影片時想暫時關閉SVP可勾選這項。而"Change default hotkeys"則可進行熱鍵的設置
2. 裡面有一項"Performance graphs"，點開會顯示一個計量表，可顯示CPU使用率跟播放程式的主記憶體佔用量，還有一個SVP的運作指標，指標數值要接近或等於1.00才表示硬體狀況可負荷目前的設置，計量表右下方還有一個bar可以控制視窗的透過率
3. 設定播放影片時，如果有拉動時間軸的動作，SVP是否暫時關掉並等待一段時間，這一項如果硬體夠力的話可選擇"Turn off and on quickly"或"Don't turn off"
4. 如果影片的幀率是變動型的(如rmvb檔)，才將此項打勾，否則不要勾，不過建議遇到變動幀率的影片乾脆不要用SVP，因為切換幀率時不斷造成的遲滯會令人很受不了
5. 抖動測試，跟MPC裡面那個是差不多的東西，勾了會有一條直線在畫面上跑，可觀察有無judder或撕裂的狀況
6. 展示模式，勾了會把畫面分成兩邊，一邊是有啟用SVP的狀況，另一邊是原本的影像，讓你做比較
7. 把4:3的影像放全螢幕到16:9或16:10的螢幕上觀看，左右兩邊會有黑邊，或者16:9的影像放到16:10或4:3的螢幕上觀看，上下兩邊會有黑邊，而這一項可設定黑邊裡的填滿效果，有需要的自己去玩玩看，預設"Disabled"為不啟用
8. 依畫面比例強制切割，有需要才去改，一般不用去動
9. 要在3D片源上使用SVP的話，在這項裡選擇3D影像的種類，預設是2D模式
10. GPU協同運算，如果顯卡支援的話這項建議勾選，可以以OpenCL讓顯卡做協同運算，減低CPU的使用率，官網上有支援的顯卡列表，"SVP math"為綠色的表示可支援http://www.svp-team.com/wiki/GPU_Compatibility
11. 設置各種不同的解析度和幀率的影片所採用的補幀設定，也是SVP最主要的設定重點，下面再慢慢介紹

Performance graphs：

使用"Outer lighting"的範例：

在"Video profiles"底下，我們看到這些東西，預設的解析度跟幀率組合有四個Profile，也就是所有的影片都會被分類到這四個其中一個去使用其設置(不完全符合的會自動選最相近的)，不過你可以自己增加新的Profile("Add..."這項)或刪去已經有的Profile("Remove..."這項)

點選"Reset to defaults"這項會看到以下畫面，裡面有依CPU能力分為五種，選一種跟你使用的CPU最接近的(其實它會先自動偵測)，選擇後預設的那四個Profile就會自動設定到適合你CPU能力的設置，不過這邊選好後最好還是對每個Profile再做一下細部的微調。

我們把Profile點開會看到以下的設置畫面，以下就依編號來做簡單的說明，設定上要注意一個大原則就是同樣的設置，在越高的解析度就會越消耗CPU，所以CPU不是非常強的話大概沒辦法四個Profile都用一樣的設置，而是像"1920*1080@24"這個Profile就必須要用低一些的設置

基本上，最偷懶的設置方式就是全部都設置(default)，這樣其實就有不錯的表現了(如果CPU能負荷的話)。左半邊每個項目都有一個藍色計量條，會依右邊選項的不同而變化，計量條越長表示越消耗CPU。左下表有兩個按鈕，分別是開啟Performance graphs跟檢視這些設置所轉換出來的Avisynth語法。

1. 選擇補幀模式，"Uniform"是最滑順的模式但artifacts較多，"2m"是artifacts最少但最不滑順，"Adaptive"則會自動依畫面在"2m"、"1m"、"Uniform"三者間切換
2. 選擇SVP計算中間幀的演算法，會影響銳利度跟減低artifacts的效果，一般選擇"Standard"，CPU夠力的話也可試試"Complicated"
3. 選擇目標幀率，一般選擇"To screen refresh rate"就會自動計算螢幕的更新率並補到一樣的幀數，不過如果想減低CPU使用率或不想補到太高的幀率，也可以自己選擇別的選項，裡面提供的選項還有：原生幀率的2倍、2.4倍、2.5倍、3倍、4倍、螢幕更新率/2、螢幕更新率/3
4. 動作向量的像素量，這個值建議設在12 px~16 px之間，太大太小都不好
5. 減少動作向量方格的步驟，可減低某幾類artifacts，但這個選項很消耗CPU，建議CPU有餘力再開，不然設為"Disabled"就好                                                                                             根據網友的回饋表示，此項有助於降低補幀選擇"Uniform"時容易出現的"拖影"，在動畫類時效果尤其明顯，CPU夠力者可開啟試試，To smallest step 3-4 px. 就有不錯效果           
6. 動作向量搜索半徑，越大越好，不過一般設"Average"即可，CPU夠力設"Large"，不夠力設"Small"
7. 動作向量清確度，建議"Half pixel"，CPU不夠力再降成"One pixel"或"Two pixels"
8. 當一般搜索找不到良好的動作向量時要展開多遠的廣域搜索，建議設為"Average"，CPU夠力可設為"Strong"
9. artifacts屏蔽，透過刻意在移動物體上製造一些模糊效果來降低artifacts，這個選項並不建議使用，尤其是動畫，選擇"Disabled"即可
10. 場景變化被偵測到時要如何處理，建議選擇"Repeat frame"
11. 降低影片的大小以節省CPU使用率(在螢幕解析度比影片解析度低的場合)，不過這個選項搭配madVR使用似乎會有問題，所以不建議使用，請選擇"Disabled"
12. 用Blending的方式去造出額外的幀達到螢幕更新率同步，這個選項不建議勾選

請將所有的Profile都設置完畢，設置上並沒有一定的準則，基本上越低的解析度可以用越好的設置，總之就是多測試，去找出一個自己的電腦能夠負荷並且影像表現上artifacts最少，自己看了也喜歡的設置。

要注意使用SVP補幀時因為幀率的提高，還有GPU協同計算都會提高顯卡的負擔，所以搭配madVR來使用時除了CPU外也要注意一下GPU使用率，若GPU無法負荷可能就要去調低madVR的設置。

祝大家使用愉快！