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Tudo sobre Timecode e Frame Rates

Hoje nós vamos entender tudo sobre timecode e frame rates!

Vamos entender a real importância do timecode,

as diferenças entre frame rates e as conversões.

Timecode

Você faz ideia do que é o timecode e a sua utilidade? Timecode é uma ferramenta extremamente útil e altamente precisa. Com ele você pode saber exatamente tudo que está gravado exatamente onde foi gravado.

Uma ótima forma de entender o timecode é a definição feita pela Hilda Saffari em seu artigo em inglês sobre o mesmo assunto:

“ Pense no timecode como uma ferramenta de referência. Quando você faz uma pesquisa na internet, você navega entre páginas, procurando no google, clicando em links e etc. Na maioria do tempo você navega sem prestar muita atenção na barra de URL do navegador pois você está focado na página em si. Mas quando você quer lembrar de uma página, ou compartilhar ela com alguém, você precisa da URL que informa a exata localização da página. O timecode faz a mesma coisa com os frames do video.”

Portanto o timecode vai ser a melhor ferramenta para localizar imagens importantes em meio a centenas de takes ou lhe ajudar a sincronizar diferentes fontes de áudio e vídeo. Claro que para realizar essa tarefa de sincronia podemos utilizar ferramentas como Plural Eyes (Software dedicado para sincronismo de vídeo e áudio de diversas câmeras), ou outras ferramentas nativas das NLE’s, mas nem sempre elas serão precisas, ainda mais quando suas fontes de áudio e vídeo tiverem diferentes frame rates.

Existem dois tipos de timecode: Drop Frame Timecode (DF) e Non-Drop Frame Timecode (NDF). O primeiro como o nome já diz, irá “dropar — pular” alguns frames de tempos em tempos por uma razão que explicarei à seguir. O segundo não irá “dropar — pular” frames em sua contagem.

O padrão SMTPE de um Timecode NDF (Non-Drop Frame) é sempre escrito desta forma:

HORAS:MINUTOS:SEGUNDOS:FRAMES

02:01:27:03

Já um Timecode DF (Drop Frame) segue o seguinte padrão:

HORAS:MINUTOS:SEGUNDOS;FRAMES

02:01:27;03

Notou a diferença? O primeiro terá “:” antes dos frames e o segundo mostrará “;” antes dos frames. Certo, mas qual a real diferença entre esses dois? Para entender essa diferença primeiro precisamos voltar no tempo e aprender algumas coisas sobre frame rate.

Frame rate

Antes de mais nada precisamos entender que embora timecode e frame rate estejam relacionados eles não são a mesma coisa. Timecode é uma forma de marcar cada frame numa gravação enquanto frame rate é a velocidade que uma imagem é gravada ou reproduzida.

Como sabemos hoje podemos gravar em vários frame rates diferentes, mas nem sempre foi assim. De 1908 a 1915 as câmeras rodavam seu filme de forma manual, com uma pessoa rodando o filme com suas próprias mãos e isso fazia com que as cenas gravadas tivessem seu frame rate variando entre 8fps e 30fps. Essa troca de frame rate durante a cena causava um certo aspecto “engraçado” na imagem que acelerava e desacelerava no decorrer da cena, uma das razões de muitos dos primeiros filmes serem comédias.

Com o crescimento do cinema as câmeras ganharam motores que podiam rodar os filmes em um frame rate fixo, e com isso começamos a gravar filmes em 16 frames por segundo. Mas porque 16fps? Porque o rolo de filme era (e ainda é) caro e portanto 16fps poderia entregar uma certa “cadência” suave e mais próxima do movimento real sem gastar muito filme.

Apesar de 16fps ser bom para imagem naquela época, com a chegada do som aos filmes esse frame rate não era o suficiente para se ter um áudio de qualidade nos filmes. Áudios gravados em 16fps possuem a qualidade de uma ligação telefônica ruim. Sendo assim precisou-se criar um novo padrão de frame rate para a indústria e depois de diversos estudos chegou-se a conclusão que 24 frames por segundo seriam suficiente para se ter uma imagem suave, com movimento próximo da realidade e de forma que ainda assim estaríamos economizando nos rolos de filme.

É importante notar que a qualidade sonora continuou melhorando com o tempo mas não com a alteração do frame rate e sim com a digitalização do áudio.

Formatos para Gravação de Vídeos: NTSC, PAL, PAL-M, SECAM…

Mas tudo isso que falamos até aqui era relacionado ao cinema. 24fps eram perfeitos para o cinema até que em 1930 com a chegada da televisão um novo problema surgiu. Era necessário que o receptor da TV pulsasse em sincronia com o transmissor pois naquela época a TV era apenas ao vivo e essa era a única maneira de garantir a sincronia entre as câmeras do estúdio e as TV’s. Assim os engenheiros resolveram utilizar a corrente alternada pra isso. Em todo território americano a corrente alternada pulsava a 60 ciclos por segundo, hoje conhecido como 60Hz.

Naquela época as TV’s mostravam suas imagens de forma entrelaçada (interlaced) onde um frame era composto de dois conjuntos de linhas de imagem, um par e outro ímpar. Sendo assim cada conjunto de linhas pulsava a 1/60 partes de um segundo, ou seja, um conjunto de linhas ímpar era enviado em um pulso, e o seguinte conjunto de linhas par era enviado no pulso seguinte e assim por diante, portanto se formavam 30 frames por segundo.

Com o passar do tempo descobriu-se que havia uma perda de eletricidade durante a transmissão quando se usava ciclos muito altos, sendo assim 50 ciclos conseguia preservar mais eletricidade pela distância percorrida do que 60 ciclos. Então durante a reconstrução de boa parte do mundo após a Segunda Guerra Mundial muitos países, principalmente na Europa e Ásia, para economizar energia e dinheiro modificaram sua rede para 50 ciclos. Assim, onde a rede era de 50Hz ficamos com vídeos à 25fps (50i — interlaced).

Então nessa época tínhamos basicamente 3 frame rates: 24fps para cinema, 25fps para onde se utilizava redes de 50Hz e 30fps para onde tínhamos redes de 60Hz.

Mas tudo isso iria mais uma vez mudar com o advento da televisão em cores!

Com a chegada das cores nas TV’s mais uma vez os engenheiros da SMTPE tiveram que criar uma maneira de enviar o sinal colorido juntamente com o sinal preto e branco, assim se manteria a compatibilidade das transmissões tanto com TV’s coloridas como as preto e branco. Mas como os receptores iriam saber separar o sinal preto e branco do colorido? Os engenheiros tiveram a ideia de “atrasar” levemente o sinal colorido dentro do sinal preto e branco. Sendo assim para que não houvesse interferência entre um sinal e outro e os receptores pudessem diferenciar os sinais, o sinal colorido foi atrasado em 30/1.001, criando então o famoso frame rate 29.97 ou 59.94i (entrelaçado) e também padrão de cores conhecido como NTSC.

Já nos outros países foi criado o padrão PAL. No sistema PAL não houve essa mudança de frame rate, mantendo-se os 25fps (50i) e assim criou-se uma outra forma de separar os sinais de cor e preto e branco. Esse sistema além de melhorar a questão de perda de eletricidade citada anteriormente, também resolveu um problema com o tint das cores que havia no NTSC. Apesar do menor frame rate o sistema PAL possui mais linhas horizontais (625 linhas) que o NTSC (525 linhas) e portanto uma qualidade de imagem melhor. No Brasil foi utilizado o sistema PAL-M que apesar do nome, não é semelhante ao sistema PAL e sim ao sistema NTSC, com 30 frames por segundo em redes de 60Hz com 525 linhas horizontais. Ainda existe um terceiro sistema chamado SECAM adotado na Rússia, frança e partes da áfrica. O SECAM mantém o padrão de 625 linhas do sistema PAL porém entrega uma imagem ainda melhor, entre outras diferenças.

Non-Drop Frame Timecode vs Drop-Frame Timecode

Como essa diferença de 0.03 frames não completa um frame inteiro, todos os dispositivos rodando em 29.97fps possuem um relógio interno que roda mais devagar que o tempo real. E como esse novo frame rate não poderia utilizar normalmente um timecode NDF, foi criado o Drop-Frame Timecode (DF).

O Drop-Frame Timecode consiste em pular uma quantidade de frames de tempos em tempos para manter o tempo do vídeo exatamente sincronizado com o tempo real. Como o sistema de timecode NDF registra cada um dos frames, após uma hora de vídeo temos um total de 108.000 frames (30 x 60 x 60). Como no sistema NTSC tínhamos 29.97fps, após uma hora de vídeo ficamos com 107.892 frames(27.97 x 60 x 60). Existe então uma diferença de 108 frames, o que em um timecode NDF representaria 3.6 segundos a menos (108 frames / 30fps = 3.6 segundos), logo um vídeo em 29.97fps utilizando um timecode NDF exibiria 01:00:03:18 depois de uma hora no tempo real.

Para resolver isso criou-se o Drop Frame Timecode que elimina (apenas numericamente) dois frames a cada minuto de vídeo, exceto pelo décimo minuto a cada dez minutos. Sendo assim após uma hora de vídeo em 29.97fps você terá no seu timecode 01:00:00;00 (note o “;” indicando um Drop Frame Timecode). Importante entender que os FRAMES em si não são excluídos, nenhum frame é apagado ou ignorado durante uma gravação em 29.97fps, apenas o número no timecode é “pulado”, nada além disso.

Portanto em um timecode do tipo Drop-Frame temos o seguinte ocorrendo a cada minuto do vídeo:

00:00:00;00
00:00:00;01
00:00:00;02
00:00:00;03

00:00:59;28
00:00:59;29
00:01:00;02
00:01:00;03

Repare que pulamos de ;29 para ;02, logo dois frames foram ignorados (novamente repito, apenas numericamente, apenas no timecode, nenhum frame/ imagem foi deletado ou deixou de se gravar).

Mas aí no décimo minuto de vídeo (e no vigésimo, trigésimo e assim por diante) temos o seguinte:

00:09:59;28
00:09:59;29
00:10:00;00
00:10:00;01
00:10:00;02

Desta vez não temos um pulo de frames, sendo contado normalmente a passagem entre 00:09:59;29 e 00:10:00;00. Como dito anteriormente, isso ocorre a cada dez minutos em um sistema de timecode DF.

É muito importante entender tudo isso pois quando você vai gravar um vídeo ou converter e etc, é de extrema importância que você saiba com qual frame rate está trabalhando e com qual tipo de timecode está trabalhando. Se você utilizar frame rates como 29.97p (“p” aqui de progressivo, vamos entender mais a frente) ou 59.54i (“i” de interlaced — entrelaçado) com um timecode do tipo NDF, após uma hora você estará com uma diferença de 3.6 segundos no tempo real e após 24 horas de gravação você estará com uma diferença de 86.4 segundos, mais de um minuto e meio! 

Portanto você deve determinar o tipo de timecode que irá utilizar e seguir com ele em todas as câmeras, gravadores de áudio e etc. Você jamais deve misturar diferentes tipos de timecode. Alguns gravadores de áudio vão permitir que você escolha o frame rate de gravação e o tipo de timecode, mas a maioria deles não lhe dará essa opção e você contará apenas com a gravação em timecode NDF.

Problemas conhecidos

Um dos problemas que podem ocorrer quando vamos sincronizar arquivos é que diferentes equipamentos podem conter diferentes “relógios internos” e portanto o tempo pode “correr de forma diferente” nos timecodes destes equipamentos. Sendo assim podemos ter uma pequena diferença entre os materiais gravados com esses equipamentos mesmo que ambos estejam utilizando o mesmo tipo de timecode (DF ou NDF). Isso é bem comum com gravadores de áudio e câmeras digitais, onde acabamos por ter o conhecido “audio drifting”, quando o áudio gravado no gravador acaba ficando levemente fora de sincronia com o vídeo da câmera após algum tempo de playback.

Também existem algumas câmeras que mostram opções de fps em seus menus, como 30fps mas na realidade gravam em 29.97fps ou ainda pior, que mostram a opção de 24fps mas que gravam em 23.98fps. É de extrema importância conhecer seu equipamento e saber se ele faz isso. Este tipo de problema também pode ocasionar o “audio drifting” caso seu gravador não possua a opção de escolher o frame rate e o tipo de timecode, pois neste caso podemos acabar com um timecode NDF sendo sincronizado com um timecode DF.

Mas peraí! 23.98fps? De onde surgiu isso?

Deixa que nós explicamos!

Para converter os filmes de 24fps para serem corretamente exibidos no padrão NTSC em 29.97fps (59.94i) era necessário convertermos os 24fps para 23.976fps, arredondados pra 23.98fps. Hoje existe também um formado digital em 23.98fps mas é algo extremamente desnecessário visto que neste frame rate é impossível termos algum tipo de Drop-Frame Timecode (pois não há como dividir corretamente os frames a serem pulados) e isso acaba por gerar vários problemas de sincronia como já foi citado.

É importante destacar que a maioria dos gravadores não possui escolha de frame rate nem tipo de timecode, normalmente gravando em 24fps Non-Drop Frame Timecode. Portanto sempre quando for utilizar gravação de áudio externo, devemos sempre que possível gravar nossos vídeos em 24fps para garantir a sincronia do áudio. Ao contrário do que se acredita, gravar seu áudio em 44.100Mhz ou 48.000Mhz não está ligado com os problemas de sincronia entre áudio gravado separadamente do vídeo. Eu mesmo acreditava nessa teoria mas depois de muitos testes e de conversar com amigos especialistas no assunto, aprendi que o problema realmente se encontra na utilização de diferentes tipos de timecode ou em equipamentos com relógios não tão precisos.

Então diante disso qual o melhor FPS?

De volta aos frame rates, há um grande debate sobre qual o melhor frame rate para se gravar um vídeo. Muitos vão dizer 24fps “pois entrega um visual mais cinematográfico”, outros dirão que 30fps ou 60fps entregam um visual mais real.

A realidade é que não existe um fps correto e que essa questão de “visual mais próximo do real” está mais ligada à regra dos 180 graus do obturador do que ao fps em si. Também não existe isso de “visual mais cinematográfico em 24fps”, o que existe é algo conhecido como cadência, que embora não seja definida apenas pelo frame rate, está diretamente ligada a ele e logo a cadência do cinema está diretamente ligada a 24 frames por segundo, sendo assim gravar suas imagens a 24fps nos entregará algo próximo dessa cadência. Mas vale sempre lembrar que o famoso “filmic look” ou “visual de filme — visual cinematográfico” é definido por uma combinação de câmera, lentes, luz, direção de arte, enquadramentos, direção de fotografia, profundidade de campo, relação de shutter speed/angle com frame rate (motion blur) e claro o frame rate em si. Portanto converter seus vídeos gravados em outros frame rates para 24fps não vai fazer seu vídeo ficar mais “cinematográfico” e normalmente vai fazer ele ficar pior, mudar seu frame rate apenas afetará o frame rate e não o visual do seu vídeo. Mas se você procura uma cadência mais cinematográfica para seus vídeos, gravá-los em 24 frames por segundo irá ajudar nisso, mas como dito anteriormente, isso sozinho não fará seus vídeos terem um visual cinematográfico.

Dicas para a escolha de frame rate:

Com a era digital em que vivemos a utilização dos frame rates “quebrados” como 23.98p, 29.97p, 59.94i e etc passaram a não ser mais úteis, pois os televisores começaram a trabalhar em formato progressivo e não mais entrelaçado, mostrando toda a imagem de uma vez em cada frame. Logo tanto em formatos de vídeos digitais como os videos que você assiste no seu computador, na sua TV, na internet, DVD’s, Blue Ray’s e etc, quanto como na TV através de sinal digital, agora utiliza-se o formato 30p, ou seja, 30 frames progressivos por segundo. Portanto na era digital podemos de uma vez por todas esquecer os frame rates “quebrados” e nos manter nos frame rates redondo como 24, 30, 48, 50, 60, 96, 120, 180, 240 e assim por diante. É claro que ainda existem algumas redes de TV que podem exigir materiais em 29.97p ou 59.94i, mas em sua maioria todas já migraram ou irão terminar de migrar muito em breve para 30p.

No geral você deve sempre escolher um frame rate para o seu projeto e se manter nele até o fim.

Não só durante a gravação com todas as câmeras no mesmo frame rate, como também utilizar este frame rate durante a sua edição e também na finalização do seu vídeo.

Como dito no parágrafo anterior, evite misturar diferentes frame rates, mas principalmente evite misturar diferentes relações de frame rate com shutter speed/angle. Isso quer dizer que se você utilizar a regra dos 180 graus do obturador para gravar a 24fps (utilizando o obturador em 1/48) e depois resolver gravar algum take em 60fps, mantenha a regra sempre que possível (utilizando o obturador em 1/120). Mas como já expliquei no artigo sobre a regra, você não é obrigado a se manter a ela o tempo todo e a sua cena pode necessitar de diferentes proporções de frame rate para shutter speed/angle.

Os frame rates nativos das câmeras sempre vão parecer melhores visualmente que quando convertidosPortanto evite conversões. É claro que hoje temos a opção de gravar em altos frame rates como 48fps, 60fps, 120fps e etc, porém devemos utilizar estes frame rates apenas para quando iremos criar takes em câmera lenta, o famoso slow motion. Caso você não pretenda fazer câmera lenta com um determinado take, você sempre deve gravar o take no frame rate do projeto. As novas câmeras hoje em dia já trabalham com o sistema de HFR (high frame rate) onde o vídeo é gravado com o frame rate do projeto porém já em slow motion no fps definido pelo usuário. Se sua câmera possui esse sistema, utilize-o sempre! Inclusive eu mesmo antes não aconselhava o uso do HFR porém após estudar a fundo o assunto mudei completamente minha opinião sobre esse assunto.

A maioria das NLE’s (softwares de edição não linear) hoje já realiza o “conform” automaticamente. O “conform” consiste em converter os diferentes frame rates dos vídeos importados para o projeto para um único frame rate setado para o projeto. Mas vale a pena conferir se está tudo correto para que não haja nenhum problema com sincronia durante a edição.

Converter frame rates múltiplos sempre é melhor e mais fácil para o software. Portanto não teremos muitos problemas convertendo 50fps para 25fps, 60fps para 30fps e etc pois apenas serão deletados metade dos frames (claro que isso irá afetar a cadência do vídeo).

Obviamente converter um frame rate menor para um frame rate maior vai gerar duplicação dos quadros o que irá resultar numa imagem com movimento não natural, logo teremos as famosas imagens “quadro a quadro”. O mesmo vale para realizar uma câmera lenta além do limite máximo na relação entre o frame rate do seu take e o frame rate da sua timeline.

Por fim, converter frame rates não múltiplos, como 60fps para 48fps, 60fps para 24fps, 30fps para 24fps e etc, pode gerar uma série de problemas na imagem como a mudança da cadência e o famoso efeito judder.

Ditante de tudo isso podemos chegar a conclusão que:

Fica claro que o planejamento e a escolha do frame rate e do tipo de timecode que irá ser usado durante as gravações contendo diversos equipamentos diferentes como câmeras e gravadores de áudio é de extrema importância.

Sempre que possível deve-se utilizar o timecode como referência para sincronismo entre diferentes equipamentos, de preferência utilizando-se de equipamentos específicos para timecode sync do tipo Genlock ou via software/hardware como o Tentacle.

Então na próxima vez que for apertar o REC em suas câmeras e/ou gravadores de áudio, confira bem suas configurações para evitar problemas durante a pós-produção, pois ao contrário da crença popular do “resolve na pós”, a pós custa caro tanto em dinheiro quanto em tempo! E como eu sempre digo, tempo vale muito mais do que dinheiro.

Espero que vocês tenham gostado do assunto e por favor encaminhem pelo site da TV Unifatea suas dúvidas para que possamos ter mais bate papos esclarecedores como esse.

Um grande abraço e até a próxima!

Por: Prof. Me. Willian Brazil – TV Unifatea e André Rodrigues – Media Environment

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