Digitale Videokodierung und -komprimierung

Digitale Videokodierung und -komprimierung

H.264

Das Codieren (Komprimieren) digitaler Videoinformationen kann schwierig zu verstehen sein, wenn Sie nicht wissen, warum sie wichtig sind, wonach Sie suchen müssen und wie sie im Allgemeinen funktionieren.

H.264

Warum ist Videokomprimierung wichtig?

Die Verwendung digitaler Videofilme wurde in den 1980er Jahren eingeführt. Es handelte sich um saubere, unkomprimierte Videoinformationen, für deren Wiedergabe und Speicherung große Mengen an Speicher- und Wiedergabesystemressourcen erforderlich waren. Trotz des gewaltigen Sprunges in der Entwicklung der digitalen elektronischen Technologie sind Komprimierung und Codierung auch heute noch eine Voraussetzung für die Aufzeichnung von Videoinformationen. Andernfalls wird das Hochladen, Verarbeiten, Bearbeiten, Abspielen und Speichern von Videodateien zu einem Test für die Ausdauer Ihres Nervensystems und die Fähigkeiten Ihrer Geräte.

Wie funktioniert die Videokodierung?
Beim Codieren eines Videosignals wird der Videodatenstrom kontinuierlich von einer speziellen Software analysiert, und unnötige / unwichtige Datenfragmente werden einfach abgeschnitten. Dies trägt dazu bei, die Größe der Videodatei erheblich zu reduzieren.

Es gibt zwei Arten der Videokomprimierung: Bild für Bild (Intra-Frame) und Inter-Frame-Codierung.

Bei der Bild-für-Bild-Komprimierung wird jedes Bild des Videos als separates Standbild behandelt, ähnlich einem Foto im JPEG-Format. Diese Technologie zeichnet sich durch eine gute Videoqualität aus. Die Reduzierung der Videodateigröße ist jedoch vernachlässigbar, da alle Frames gespeichert werden, auch wenn für ein Dutzend oder sogar Hunderte keine Änderungen am Bild vorgenommen wurden. von Frames. Mit anderen Worten, von hundert identischen Fotos werden 100 gespeichert, nicht eines.

Die Komprimierung zwischen Frames funktioniert nach dem entgegengesetzten Polarprinzip: Wenn ein Signal verarbeitet wird, wird das gesamte Frame analysiert, aber wie in der Animation werden nur wichtige Änderungen von Frame zu Frame gespeichert, wenn Sie die Bewegung eines Objekts anzeigen müssen , aber der Hintergrund des Hintergrunds und die Umgebung um das Objekt sind gleich. Auf diese Weise können Sie die Größe der Videodatei im Vergleich zum Intra-Frame-Komprimierungsprinzip erheblich reduzieren.

Bildqualität von
Video nach der Komprimierung Selbst die fortschrittlichsten Videokomprimierungsalgorithmen führen zu einem Qualitätsverlust des Originalsignals. Die Entwicklung von Softwareprodukten und Codecs hat jedoch ein Niveau erreicht, bei dem der Qualitätsverlust vom Original bis zum durchschnittlichen menschlichen Auge kaum wahrnehmbar und nicht zu unterscheiden ist, insbesondere für Laien auf dem Gebiet der digitalen Videoverarbeitung.

Um die höchstmögliche Videoqualität zu erhalten und gleichzeitig die Lautstärke der Videodatei zu speichern, müssen Sie die wichtigsten Punkte festlegen: Videoauflösung, Dateigröße, Methode zum Übertragen und Herunterladen der Videodatei, Vorherrschen statischer oder dynamischer Szenen , Farbe, Kontrast und dergleichen. Ein wichtiger Faktor, der die Qualität und Größe der resultierenden Videodatei beeinflusst, ist die Wahl des Codecs und des Komprimierungsformats.

Codecs A.
Videodateien müssen komprimiert und codiert und dann mit denselben Softwaretools dekomprimiert und decodiert werden: einem Codec, der Tools zum Verarbeiten und Abspielen der Datei enthält. Mit anderen Worten, um eine Videodatei anzuzeigen, müssen Sie sie mit demselben Codec decodieren, in dem sie codiert wurde. Beispielsweise muss ein im MPEG-4-Codec codiertes Video mit demselben MPEG-4-Codec decodiert werden. Andernfalls haben Sie garantiert Probleme mit der Wiedergabe. dieser Datei.

Komprimierungsstandard M-JPEG (Motion JPEG) Un
Ein nicht lizenzierter Codierungsstandard, der in den 90er Jahren mithilfe der Intra-Frame-Komprimierungstechnologie erstellt und weit verbreitet wurde. Die mit diesem Codec erhaltene digitale Videosequenz ist eine JPEG-Bildmatrix mit vollem Gewicht. Obwohl dieser Codec die Verwendung einer Reihe von Tools ermöglicht, die die Dateigröße reduzieren, wird er heutzutage aufgrund der schlechten Qualität des resultierenden Bildes sowie des minimalen Komprimierungsverhältnisses sehr selten verwendet.

MPEG-4-Komprimierungsstandard
Lizenzierter Codierungsstandard, der eine objektorientierte Komprimierung (zwischen Frames) verwendet, dh die Bewegung jedes Objekts im Frame wird separat verfolgt, und basierend auf diesen Bewegungen wird das Videosignal erfasst. Der Hauptvorteil dieses Codecs ist die Einstellung des breiten Komprimierungsverhältnisses, die für jede niedrige oder hohe Datenübertragungsrate ausgewählt werden kann. Dieses Format ist universell und dient zum Ansehen von Schweißvideos in Echtzeit.

Kompressionsstandard H.264 Un
Lizenzierter Kopierstandard, der die Menge digitaler Videoinformationen erheblich reduziert und gleichzeitig die Qualität nur minimal ändert.

Neuer Standard für digitale Videokomprimierung doppelt so effizient wie HEVC

Neuer Standard für digitale Videokomprimierung doppelt so effizient wie HEVC

H.266/VVC Video Compression

Deutsche Ingenieure, die einst das beliebte MPEG-3-Audiocodierungsformat entwickelten, sowie AVC und HEVC, mit denen Videos auf ein Smartphone komprimiert werden konnten, kündigten einen neuen Standard für die VVC-Komprimierung an, der werden könnte Ein entscheidendes Element im Zeitalter von Ultra-High-Definition-Videos.

H.266

Komprimiertes Video macht heute 80% des weltweiten Internetverkehrs aus. Neuer Standard vom Institut für Telekommunikation vorgestellt. Fraunhofer bietet eine verbesserte Komprimierung, die die Dateigröße im Vergleich zum älteren HE26C / High Efficiency Video Coding (HEVC) -Format um 50% reduziert. Mit anderen Worten, der H.266 / VVC-Standard bietet schnellere Dateiübertragungen bei gleicher Qualität. Es unterstützt alle Videoauflösungen von SD und HD bis 4K und 8K, Videos mit hohem Dynamikbereich und 360-Grad-Video.

“Heute wird es immer schwieriger, einen Sprachroboter von einem Menschen zu unterscheiden.”
Laut der Website des Instituts macht VVC durch die Reduzierung des Datenbedarfs das Video-Streaming über Mobilfunknetze effizienter.

Wenn HEVC beispielsweise für 90 Minuten UHD-Aufzeichnung ungefähr 10 GB Daten benötigt, benötigen Sie mit VVC nur 5 GB bei gleichbleibender Qualität. Das neue Format eignet sich besonders für 4K- und 8K-Sendungen auf Flachbildfernsehern.
Wie bei jedem der vorherigen Protokolle erfordert VVC neue Codierungs-Chips, die sich bereits in der Entwicklung befinden. Anscheinend wird dies von den Partnern des Instituts getan: Apple, Ericsson, Intel, Huawei, Microsoft, Qualcomm und Sony.

Um frühere Lizenzprobleme zu vermeiden, werden die Entwickler die Verwendung des neuen Standards nach FRAND-Grundsätzen (faire, angemessene und nicht diskriminierende Verwendung) genehmigen, der vom Media Coding Industry Forum (MC-IF) durchgesetzt wird. Das erste VVC-kompatible Codierungsprogramm wird im Herbst dieses Jahres veröffentlicht.

Digitales Video, Video [DV – Digit Video, Video]

Digitales Video, Video [DV – Digit Video, Video]

Video compress!

1. Der Begriff, der in Bezug auf die Systeme und Werkzeuge zum Erstellen, Speichern, Transformieren, Senden und / oder Empfangen (einschließlich der Reproduktion) von bewegten Bildern unter Verwendung von Computertechnologie verwendet wird. Digitales Video zeichnet sich durch folgende Grundparameter aus: Bildrate [Bildrate] (gemessen anhand der Anzahl austauschbarer Bildbilder auf dem Bildschirm pro Sekunde), Bildschirmauflösung [räumliche Auflösung] (gemessen anhand der Anzahl Pixel in einem Bildrahmen), Farbtiefe oder Farbauflösung [Farbauflösung] (gemessen an der Anzahl der übertragenen Farbtöne) und Bildqualität [Bildqualität] – ein komplexer Indikator, einschließlich der oben genannten. Eine Art von digitalem Video ist die Computeranimation.

Video Compression

2. Videopräsentationsformat für Aufzeichnung und Datenaustausch zwischen digitalen Videokameras, Videorecorder und PC. Wird auch als DV-Bearbeitung bezeichnet. Für die DV-Übertragung wird der IEEE-1394-Standard (FireWire oder i.LINK) verwendet. Bietet ein Komprimierungsverhältnis von 5: 1 für Videosignale, eine Signalübertragungsrate von 3,6 MB / s, eine Videobildauflösung für PAL – 720×576 und NTSC – 720×480, Unterstützung für Aufnahme und Wiedergabe von Ton in 4 Kanälen mit einer Abtastfrequenz von 32 kHz und einer Bittiefe von 12 (oder in 2 Kanälen mit einer Abtastfrequenz von 48 kHz und einer Bittiefe von 16 Bit). Siehe [556] für weitere Details.

DV Typ 1 (Digital Video Typ 1): Eine Variante der DV-Format-Präsentation (siehe oben), die nicht mit Video für Windows kompatibel und nur mit späteren Versionen von DirectShow kompatibel ist. Eine Datei in diesem Format enthält Video- und Audiokomponenten der Aufnahme, die verschachtelt sind (Stereo, 48 kHz, 16 Bit). Dieses Format ist das empfohlene Format für die Verarbeitung von DV-Videos auf einem PC [556].
DV Typ 2 (Digital Video Typ 2) – Die ursprüngliche (Legacy-) Version des DV-Formats auf einem PC, abwärtskompatibel mit Video für Windows – Programme, die unter Video für Windows ausgeführt werden, können nur einen Dateityp lesen -2. In diesem Fall müssen Sie zum Speichern von Daten einen speziellen Codec verwenden. Im Vergleich zu Typ -1 ist das Dekodieren und Mischen teurer [556].
S-Video ist ein Bildformat, bei dem Chroma und Luminanz in zwei separate Signale getrennt werden, was zu einer höheren Bildqualität führt (siehe auch „Stereovideo“ oben).
Komponentenvideo [Komponentenvideo]: Farbvideo, das über drei separate Kanäle mit einem der Farbseparationsmodelle übertragen wird: RGB, YiQ oder YUV.

Intel DVI (Intel Digital Video Interface), Intel Echtzeitvideo – DVI ist eine Hardware- / Software-Suite, die einen DVI-Chipsatz, eine ausführbare Softwareschnittstelle, Datenkomprimierungs- und -dekomprimierungsschemata sowie Datendateiformate umfasst. Das DVI-Format wurde 1984 in Princeton, New Jersey, von Mitarbeitern des US-amerikanischen Unternehmens RCA Corporation erstellt. Dann wechselte es den Besitzer und wurde ab 1988 Eigentum der Intel Corp., die seine Entwicklung unterstützt. Derzeit ist DVI ein Multimedia-Format zum Speichern von Audio- und Videodaten. Hauptmerkmale: Unterstützt 16 Millionen Farben; es hat eine maximale Auflösung von 256×240 Pixel; verwendet eine eigene Komprimierungsmaschine und JPEG (5: 4-Komprimierungsverhältnis für Filme); Es bietet auch Standbildspeicherung und -komprimierung (verlustbehaftet und verlustfrei). hat eine Spezifikation auf CD-ROM. Die Audiokomprimierung erfolgt mit ADPCM und PCM 8. Weitere Informationen finden Sie unter [584].

RIFF (Resource, Interchange, File, Format) – “Dateiformat Resource Sharing” von Microsoft ist ein komplexes Multimedia-Format, das für Windows * * -, Windows NT- und OS / 2-Betriebssysteme verwendet wird. Sein Zweck: Anpassung verschiedener Datentypen für Multimedia-Programme. Der in der RIFF-Datei enthaltene Datentyp wird durch die Erweiterung angegeben: eingebettete audiovisuelle Daten – * .avi; Audiodaten (“Welle”) – * .wav; Rasterdaten – * .rdi; MIDI-Daten – * .rmi; viele andere RIFF- * .bnd-Dateien … Da es unter dem allgemeinen Namen RIFF viele verschiedene Multimediadateien gibt, wird jede von ihnen unter Berücksichtigung der Art der darin enthaltenen Daten verarbeitet. Beispielsweise wird eine RIFF-Datei, die audiovisuelle Daten enthält, häufig als AVI-Datei im Allgemeinen und nicht als RIFF-Datei bezeichnet und behandelt. Es wird oft fälschlicherweise angenommen, dass RIFF-Dateien TIFF-Dateien (Tag Image File Format) ähnlich sind. Obwohl diese Formate dasselbe Speicherkonzept verwenden, sind sie nicht kompatibel. Weitere Einzelheiten finden Sie in [584].

QT (QuickTime), QTM (QuickTime Movie Resourse Format)