Inleiding

De eerste 4k ultra hd (action) camera’s liggen in de schappen en ook met veel telefoons kan je video’s opnemen met deze extra hoge resolutie. 4k videobestanden hebben met hun resolutie van 3840x2160 pixels precies viermaal zoveel beeldpunten als normale full hd bestanden. Daar komt bij dat de bitrates ook veel hoger liggen, bij consumentencamera's tot wel 100 Mbit/s. Wij zochten uit welke hardware je nodig hebt om ultra hd beelden prettig te kunnen monteren.
Toen de eerste HDV camcorders halverwege het vorige decennium op de markt verschenen, betekende dat een grote verandering bij het monteren van video’s. In plaats van de tot dan toe standaard 720x576 resolutie van SD PAL, werkten HDV camcorders met een resolutie 1440x1080 pixels, terwijl latere AVCHD camera’s zelfs de volledige full hd 1920x1080 resolutie gebruikten om video op te slaan. Dat zijn per frame vijf zoveel pixels waarop berekeningen moeten worden uitgevoerd. Bovendien betekende de overstap van SD naar HD de definitieve overgang van intraframe videocodecs, waarbij videobeelden elk los van elkaar werden gecomprimeerd, naar meer ingewikkelde interframe codecs, waarbij beelden ook verwijzingen naar vorige en volgende beelden bevatten voor efficiëntere compressie. De hogere resolutie en veranderde compressie van het bronmateriaal betekende dat je voor het monteren van HD video in 2005 een zéér potent systeem nodig had.
 
Op 5 video’s tegelijk kleurcorrecties toepassen. In full hd geen probleem, maar met ultra hd bestanden zelfs voor snelle machines een zware taak.
Inmiddels zijn we bijna tien jaar verder en hebben nieuwe processors een veelvoud aan rekenkracht beschikbaar ten opzichte van de topmodellen van een decennium geleden. De snelste desktop processor in 2005, de FX-57 van AMD, laat in Cinebench 9.5 een score van 468 punten noteren. Anno 2015 scoort de Intel Core i7 5960X een score noteren die ruim een factor tien hoger ligt. De overgang van 1920x1080 full hd naar 3840x2160 ultra hd – ‘slechts’ een verviervoudiging van de resolutie – zou bij videobewerking dus geen probleem moeten zijn voor een moderne machine, zou je denken. De praktijk blijkt echter weerbarstiger. Computers die met twee vingers in de neus full hd video’s kunnen voorzien van kleurcorrectie, titels en overgangen, haperen bij hetzelfde werk in combinatie met ultra hd bestanden. Ook het exporteren van ultra hd video vergt aanzienlijk meer van de computer.

Hoe wordt het systeem belast?

Dat een modern systeem zich kan verslikken in ultra hd video komt door meerdere factoren. Zo is niet alleen het aantal pixels van invloed op de belasting die een systeem te verwerken krijgt, maar ook de gebruikte videocodec en de bitrate spelen een belangrijke rol. Ultra hd video vergt bovendien niet alleen meer van de processor omdat er meer pixels berekend moeten worden, maar ook de harddisk en het geheugen van de computer moeten veel meer data verwerken. Daarnaast zijn processors weliswaar véél sneller zijn dan tien jaar geleden, maar dit is grotendeels te danken aan het toevoegen van extra processor cores. Lang niet alle berekeningen kunnen echter efficiënt over meerdere cores verdeeld worden, zodat een processor die in theorie nog bergen rekenkracht over heeft, toch tegen beperkingen aan kan lopen bij zogenaamde single threaded berekeningen. Daar komt bij dat moderne videobewerkingssoftware de beschikbare multi-threaded taken bij voorkeur naar de GPU stuurt. Relatief veel single threaded taken komen hierdoor op het bordje van de processor te liggen, zodat de prestaties per core in de praktijk vaak belangrijker zijn dan de totale prestaties van alle cores bij elkaar.
Dat de GPU tegenwoordig bij videobewerking wordt ingezet is overigens alleen maar positief. Videokaarten hebben immers héél veel cores die zeer efficiënt parallelle berekeningen kunnen uitvoeren. De overgang naar GPU acceleratie heeft ervoor gezorgd dat je veel nuttige effecten zoals kleurcorrectie tegenwoordig real time kan uitvoeren, wat een aantal jaren geleden ondenkbaar was. Je heb hier bovendien helemaal geen snelle GPU voor nodig, uit tests die wij ruim een jaar geleden uitvoerden blijkt dat elke mid-range videokaart voldoende rekenkracht heeft om gangbare effecten probleemloos uit te voeren in 1080p. Of dat ook geldt voor ultra hd, zullen we in dit artikel uitzoeken.
Bij het bewerken van ultra hd video’s wordt zowel de processor als de videokaart goed gebruikt.

Waarom filmen en monteren in ultra hd?

Wellicht vraag je je af waarom je nu überhaupt al zou willen filmen en monteren in ultra hd resolutie. Er zijn immers nog maar weinig mensen met ultra hd monitoren en televisies. Door de snelle prijsdaling van full hd schermen verandert dat echter snel, en daar komt bij dat er ook steeds meer telefoons en tablets zijn met resoluties die hoger zijn dan full hd.
Daarnaast biedt de hogere resolutie van ultra hd bronmateriaal je ook voordelen wanneer je de uiteindelijke video in ‘normaal’ 1080p full hd wilt exporteren. Ten eerste is gedownscaled ultra hd beeld vrijwel altijd zichtbaar scherper dan standaard full hd beeld. Werk je met ultra hd bronmateriaal, dan zal de uiteindelijke 1080p video dus meer details bevatten dan wanneer het bronmateriaal gewoon 1080p is. Daarnaast biedt de hogere resolutie je extra mogelijkheden bij het bewerken. Je kan bijvoorbeeld straffeloos tot 50% inzoomen op een ultra hd beeld om zo de uitsnede aan te passen. Ook bij het toepassen van beeldstabilisatie – waarbij het beeld altijd iets wordt ingezoomd – houd je een scherper beeld over. Dat laatste is zeker in combinatie met action cams die in 4K kunnen opnemen een groot voordeel, omdat deze gezien de manier waarop ze gebruikt worden doorgaans onstabiele videobeelden produceren.
 
Het aantal verkochte 4K televisies zal de komende jaren sterk stijgen (bron: IHS)

Testopzet en software

Laten we beginnen met een kleine disclaimer: de systeemvereisten bij video editing zijn van vele factoren afhankelijk, waardoor het onmogelijk is keiharde adviezen te geven die in alle omstandigheden gelden. Wij gaan voor ons artikel aan de slag met 4k ultra hd bestanden zoals die uit een Sony FDR-AX33 consumentencamera komen. Daarmee doelen we op XAVC videobestanden met h.264 compressie, 8 bit 4:2:0 kleurcodering en een bitrate van ongeveer 60 Mbps. Professionele camera’s werken doorgaans met veel hogere bitrates, hogere kleurdieptes en complexere codecs, die de processor en videokaart anders belasten.
 
Sony's FDR-AXP33 produceert 4k ultra hd beelden in XAVC-S h.264 formaat met 60 of 100 Mbps.
Daarnaast maken wij voor dit artikel enkel gebruik van Adobe Premiere Pro CC, één van de populairste video editing pakketten, die goede ondersteuning biedt voor GPU acceleratie met zowel Nvidia als AMD kaarten. Nadeel van Premiere is dat het vrij prijzig is. Het pakket wordt tegenwoordig in abonnementsvorm verkocht en kost daarbij 24,19 euro per maand, ofwel 290 euro per jaar. Dat is uiteraard vrij fors, maar voor hobbyisten zijn er ook alternatieven. Adobe’s eigen Premiere Elements biedt helaas nog geen ondersteuning voor ultra hd, maar andere betaalbare pakketten zoals CyberLink PowerDirector 12 Ultra, Sony Movie Studio 13 Platinum, Magix Movie Edit Pro 2015 en Pinnacle Studio 18 Ultimate bieden die optie wel, en dat zijn pakketten met een eenmalige aanschafprijs van rond de 100 euro.
Wij gaan dus aan de slag met Premiere Pro CC en ons doel is om video online te kunnen editen. Dat betekent dat we direct met het bronmateriaal aan de slag gaan en niet met zogenaamde intermediatebestanden werken in een lagere resolutie. Sommige pakketten bieden die optie namelijk, of maken hier altijd automatisch gebruik van. Bestanden die je importeert worden hierbij omgezet naar een formaat dat voor het programma gemakkelijker te behappen is. Op deze tussenbestanden voer je alle bewerkingen uit, en pas op het moment van exporteren worden alle bewerkingen op basis van de originele bestanden, in volle resolutie doorgerekend (offline). Voordeel van het werken met een intermediate is dat je geen snel systeem nodig hebt om ultra hd beelden te bewerken, nadeel is dat het renderen van de intermediates tijd kost en vaak veel extra ruimte op de harddisk vergt.

H.265?

Wij maken voor dit artikel gebruik van bestanden met h.264 compressie, omdat dit momenteel dé standaard is die consumentencamera’s gebruiken, zowel voor full hd als ultra hd video. Het nieuwere en efficiëntere h.265 (HEVC) codec wordt momenteel nog nauwelijks in camera’s toegepast, en ook de meeste videobewerkingssoftware – waaronder Premiere Pro – kan er nog niet mee overweg. Uiteraard is het wel interessant om de ontwikkelingen rond h.265 in de gaten te houden, en in de toekomst zullen we hier zeker op terugkomen in relatie tot videobewerking.

Testsystemen

Voor onze test hebben we gebruik gemaakt van twee systemen. Systeem één is een workstation laptop met een Intel Core i7 4700MQ (Haswell) quad-core processor, 8GB RAM en Nvidia Quadro K3100M graphics. Die ingebouwde videokaart heeft ongeveer het prestatieniveau van een GeForce GTX 765M en zit daarmee ruim onder het niveau van zelfs de betaalbare desktop videokaarten van dit moment. Dit systeem staat model voor snelle laptops en mid-range desktopsystemen.
Ons tweede testsysteem is een desktopmachine, speciaal gebouwd voor videobewerking. Het systeem maakt gebruik van een Intel Xeon E5 2690 (Sandy Bridge) octa-core processor, met 16 GB RAM en een Nvidia GeForce GTX 760. Die Xeon processor zit qua prestaties net iets onder de Core i7 5960X, de snelste desktopprocessor van dit moment, terwijl de GeForce GTX 760 voor huidige begrippen een mid-range videokaart is.
 

In de praktijk

We hebben de ultra hd videobestanden van de Sony FDR-AXP33 camera direct in Premiere Pro CC ingeladen. Deze kan zoals gezegd deze direct bewerken, zonder dat er intermediates nodig zijn. Om dezelfde tests ook in full hd uit te voeren, hebben we de video’s vooraf ook omgezet naar full hd resolutie, eveneens met h.264 compressie, maar met een lagere bitrate van 25 mbps. Dit komt overeen met de bestanden die normale full hd AVCHD camcorders generen. In Premiere hebben we vervolgens identieke taken uitgevoerd op de full hd en op de ultra hd bestanden, zowel op ons laptop testsysteem als op de snellere desktop. In alle gevallen zijn de bewerkingen toegepast op clips van precies 30 seconden. Alle resultaten vind je in de tabel onderaan deze pagina. 
Allereerst hebben we een aantal veelgebruikte effecten op de videobestanden toegepast die volledig door de processor uitgevoerd worden en waarbij de videokaart dus geen ondersteuning biedt. De eerste is Adobe’s warp stabilizer. Deze functie haalt schokken en trillingen uit het beeld en vermindert hetrolling shutter effect van CMOS sensoren. Opvallend is dat beide systemen de deze tests vrijwel even snel uitvoeren. Dit komt omdat warp stablizer single threaded werkt, en de mobiele Core i7 4700QM dankzij zijn hoge turbofrequentie van 3300 MHz hierbij niet onderdoet voor de Xeon processor uit ons desktopsysteem. Wat we ook zien is dat dat de berekening voor de ultra hd versie op beide systemen bijna precies viermaal zo lang duurt als bij full hd beelden, exact het verschil in het aantal te berekenen beeldpunten dus. Bij het toepassen van camera blur, waarmee het beeld onscherp gemaakt wordt, zien we eenzelfde beeld. Hier weet de modernere Haswell gebaseerde Core i7 uit onze laptop de taken zelfs sneller te klaren dan de Sandy Bridge gebaseerde Xeon. Bij het uitvoeren van lens correction, waarmee de vertekening van groothoeklenzen van bijvoorbeeld action cams ongedaan gemaakt kan worden, blijkt de resolutie vrijwel niet van invloed. Beide systemen hebben op enkele seconden na even veel tijd nodig voor de full hd als voor de ultra hd bestanden.
Veel nuttige filters en overgangseffecten kunnen zoals gezegd gebruik maken van de GPU op de videokaart. Eén van de meest gebruikte filters in Adobe Premiere is de Fast Color Corrector, waarmee helderheid, contrast en kleurbalans eenvoudig aangepast kunnen worden. We hebben dit filter zowel uitgevoerd op één videostream, maar ook op een mozaïek van vijf gelijktijdige videostreams. Dat laatste blijkt in ultra hd resolutie voor beide testsystemen teveel van het goede. Dat komt niet omdat de videokaart het niet trekt, zelfs de GeForce GTX 765M in onze laptop laat geen pieken in de belasting zien die boven de 80% uitkomen. De bottleneck is bij deze tests in beide gevalleen de processor: deze krijgt de vijf ultra hd videostreams niet gelijktijdig gedecodeerd. Doen we deze test in hd, dan zien we dat beide systemen hetzelfde werkje moeiteloos klaren. Hoewel de videokaarten ook hier op vijf videos in real time kleurbewerkingen moeten toepassen, komt de belasting van de GPU’s in geen geval boven de 50% uit. 
Uiteraard hebben we geprobeerd om het de GPU’s nóg wat lastiger te maken. Hiervoor gebruikten we het Lumetri Looks Dreams filter van Premiere CC. Dit filter geeft het beeld een blauwig, overbelicht en ‘wollig’ uiterlijk, een serie berekeningen waar GPU’s het aanzienlijk lastiger mee hebben dan met standaard kleurcorrectie. Om het nóg wat lastiger te maken hebben we de test bovendien ook met twee videobestanden gelijktijdig gedaan. In alle gevallen blijkt ook hier dat onze testsystemen in hd geen enkel probleem hebben om de beelden in real time aan te leveren. Schakelen we echter over naar ultra hd, dan zien we dat het onze laptop niet lukt de beelden zonder schokken af te spelen. De GPU belasting loopt bij één videobestand meteen op tot 98%. Met twee streams zien we dat beide systemen er niet in slagen om beide videos met het dreams filter vloeiend af te spelen.
Het Dreams Look filter van Adobe Premiere vergt veel rekenkracht van de videokaart.
Een laatste test die we hebben gedaan is het exporteren van 30 seconden video naar een h.264 bestand met de originele bitrate en resolutie van de bronbestanden. De videoclip was hierbij voorzien van twee GPU accelerated overgangen en kleurcorrectie. Bij het exporteren van video maakt Premiere gebruik van de GPU waar dat kan, maar in de praktijk zien we dat de snelheid vooral beperkt wordt door de CPU. Het renderen gaat op beide testsystemen vrijwel even snel, waarbij het berekenen van de ultra hd versie grofweg tweemaal zolang duurt als de hd variant.
  •  

Ultra HD hardware tips

Onze test laat specifieke resultaten van twee systemen zien in combinatie met Abobe Premiere Pro CC, maar ook in het algemeen zijn er uiteraard tips te geven voor optimale prestaties van een videobewerkingssysteem.
Qua processor geldt eigenlijk in alle gevallen dat sneller beter is.  Kies bij voorkeur voor een moderne Haswell gebaseerde processor met een flinke turbo voor single threaded taken. Een andere tip is om je systeem te voorzien van zoveel mogelijk geheugen. Bij ons testsysteem met 16GB RAM wist Premiere Pro al het beschikbare geheugen probleemloos te vullen bij het bewerken van meerdere ultra hd streams, bespaar hier dus niet op. Waar je wel op kunt besparen is de videokaart. Onze tests tonen aan dat de GPU bij normaal werk eigenlijk nooit de bottleneck is, ook wanneer we gelijktijdig meerdere ultra hd bestanden voorzien van kleurcorrecties komt de GPU belasting niet boven de 40% uit. Er zijn echter wel uitzondering. Gebruik je bijzondere filters zoals de ‘dreams look’ in Premiere, dan loop je met een mid-range videokaart wel tegen limieten aan.
Een ander belangrijk punt is de opslag. Met een SSD zal je niet snel in de problemen komen qua bandbreedte, maar omdat 4K ultra hd video nogal veel ruimte in beslag neemt, wordt toch vaak gekozen voor harddisks. Als je dat doet, kies dan voor een snelle RAID opstelling, bij voorkeur RAID 1+0 of 0+1. Dat geeft het voordeel van dubbele lees- en schrijfsnelheden, mét duplicatie van data voor extra zekerheid. Met gebruik van vier schrijven houd je hierbij netto de capaciteit van twee schijven over, waardoor de prijs per gigabyte nog altijd aanzienlijk onder die van SSD’s ligt.
En last but not least is het gebruik van ten minste één 4k ultra hd monitor of televisie uiteraard ook aan te raden. Deze kan je gebruiken om tijdens het monteren alvast een preview op volledige resolutie te tonen. Vooral bij gebruik van filters ter optimalisatie van de beeldscherpte is dit eigenlijk essentieel om goed te zien wat je doet. Let er wel op dat zowel de monitor of televisie én de videokaart beschikken over HDMI 2.0 of DisplayPort 1.2 aansluitingen. Zo niet, dan zal je in ultra hd resolutie beperkt zijn tot 30 beelden per seconde, wat zeker in de toekomst een beperkende factor kan zijn bij het bekijken van video’s met hogere beeldsnelheden.

Conclusie

Op basis van ons experiment kunnen we een aantal conclusies trekken. Ten eerste dat je voor standaard knip- en plakwerk écht geen high-end processor en videokaart nodig hebt, ook niet als je met ultra hd bestanden aan de slag gaat. Heb je een beetje een moderne videokaart van Nvidia of AMD, dan zijn zelfs GPU ondersteunde overgangen en bijvoorbeeld standaard kleurcorrectie geen enkel probleem. Wil je ultra hd video met meerdere video streams tegelijk verwerken, bijvoorbeeld met picture in picture, dan verandert het beeld. Twee streams gaat op allebei onze testsystemen prima en onze snelle desktop had zelfs geen moeite met vier ultra hd bestanden waarop gelijktijdig kleurcorrecties werden uitgevoerd. Vijf streams bleek voor beide systemen echter teveel. Ga je aan de slag met effecten die door de CPU gerenderd moeten worden, dan is meer rekenkracht beter. Dat betekent echter niet per definitie dat de duurste CPU meteen ook de beste keuze is. Single threaded performance blijkt voor veel taken het toverwoord, en je bent vaak dus beter af met minder cores maar een hogere (turbo)kloksnelheid, dan met zoveel mogelijk processor cores. Het exporteren van videobestanden, het laatste onderdeel van elk videoproject, blijkt in Premiere afhankelijk van de gebruikte filters zowel goed gebruik te maken van alle beschikbare processorkracht als ook van de GPU, waarbij de processor doorgaans de bottleneck zal zijn.
 
Bij het exporteren van video’s wordt zowel van de processor als van de videokaart vaak maximaal gebruik gemaakt. (klik voor groot)