Was ist Videokodierung? Teil 2


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Was ist Videokodierung? Teil 2

video encoding

Bitrate – Bitrate

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Die Bitrate ist die Bitrate der Datenübertragung, dh die Anzahl der pro Zeiteinheit übertragenen Bits, im Allgemeinen gemessen in Bits pro Sekunde. Bei der Codierung von Videos wird zwischen Video- und Audio-Bitrate unterschieden. Während der Codierung wird jeder Parameter auf seinen eigenen Wert gesetzt und hängt nicht vom anderen ab.

Glanz – Glanz
(1) Farbintensität, gemessen von Schwarz (Helligkeit Null) bis Weiß (maximale Helligkeit).

Konstante / variable Bitrate CBR / VBR
Konstante Bitrate / variable Bitrate: Konstante / variable Bitrate. Bei einer konstanten Bitrate wird jedem Bild des Films die gleiche Anzahl von Bits zugewiesen. Mit einer variablen Bitrate erhalten Frames, die eine bessere Qualität erfordern, mehr Bits und umgekehrt. Beachten Sie, dass dynamische Filmszenen mehr Bits erfordern als glatte Szenen.

Codec-Codec
COder / DECoder – COder-DECoder (Kurzcodec): Ein Codec ist eine Software, mit der Sie Daten (normalerweise Audio oder Video) in einem bestimmten Format codieren und in diesem Format codierte Daten decodieren können. Beliebte Codecs: MPEG -1, MPEG -2, MPEG -4, Indeo usw.

AVI, ASF und andere sind keine Codecs, sondern Datenformate, die mit Codecs abgerufen werden können.

Composite-Video – Composite-Video
Dies ist ein Signal, bei dem Luminanz, Chrominanz und Timing zu einem einzigen Signal kombiniert werden, das im Fernsehsendestandard verwendet wird.

Dekodierung – Dekodierung
Der Begriff Decodierung beschreibt den Prozess des Konvertierens einer komprimierten (codierten) Datei in ein sichtbares Bild.

Deinterlace – Deinterlace (Interlacing entfernen)
Hierbei werden Artefakte entfernt, die durch die Art des Interlaced-Videos verursacht werden (zwei Felder pro Frame). Andernfalls wird es als “Kämmeffekt” bezeichnet.

Codierung – Codierung
Es ist der Prozess des Komprimierens einer “rohen” unkomprimierten Datei durch Codieren in einem bestimmten Format unter Beibehaltung einer bestimmten Qualität.

FilmFX
Dieser Nachbearbeitungsalgorithmus verleiht dem Video “Wärme” für Benutzer, die eher warme Töne als die Klarheit digitaler Videos bevorzugen. Der FilmFx-Filter eignet sich am besten nicht nur zum Hinzufügen von Wärme zu einem Film, sondern auch zum Reduzieren der wahrgenommenen Blockierung in digitalen Videos und zum Verringern der Prozessorlast während des Decodierens.

Rahmen – Rahmen
Dies ist die Basis des gesamten Films, ein Bild repräsentiert ein Bild. Der Film läuft im Allgemeinen mit 24, 25 oder 30 Bildern pro Sekunde, was der Anzeige von 24 (25 oder 30) Bildern pro Sekunde entspricht. Stellen Sie sich 24 Bilder von jeweils einem Vogel vor. Im ersten Bild befindet sich der Vogel links, in jedem nachfolgenden Bild verschiebt er sich allmählich nach rechts, im letzten Bild befindet sich der Vogel am rechten Rand. Wenn diese 24 Bilder sehr schnell nacheinander angezeigt werden, sieht das menschliche Auge den Vogel von links nach rechts fliegen.

Globale Bewegungskompensation: Allgemeine Bewegungskompensation
Global Motion Compensation (GMC) – Die Global Motion Compensation hilft bei der Verbesserung komplexer Szenen, einschließlich Schwenken und Zoomen. Die Möglichkeit, die Datenmenge von einem Bild zum nächsten zu reduzieren, kann verringert sein, da es einige Ähnlichkeiten zwischen dem Schwenken und Zoomen eines Bildes gibt. Um Bewegungen effektiver zu kompensieren, kann diese Ähnlichkeit in den Gruppen von Blöcken ausgenutzt werden, die in solchen Szenen am häufigsten vorkommen.

Keyframe – Keyframe
Vollbild, aber stark komprimiert (komprimiert).


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Was ist Videokodierung?

Was ist Videokodierung?

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Ich werde wohl nicht falsch sagen, dass dies ein ziemlich heikler und komplexer Prozess ist, der mit vielen Schwierigkeiten und Problemen behaftet ist.

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Zunächst müssen Sie selbst klar genug verstehen, dass der Videokodierungsprozess in jedem Szenario der Haupt- und Begleitfaktoren immer zu einer allgemeinen Verschlechterung der Qualität des Videostreams führt. Aber die ganze Frage und die ganze Aufregung ist sozusagen, wie viel wir an Qualität verlieren und ob unser Verlust proportional zur Größe der resultierenden Videodatei ist. Im Allgemeinen versuchen wir, das Video so neu zu verpacken, dass wir bei einer leichten Qualitätsminderung einen sichtbaren Größengewinn erzielen.

Kommen wir nun zu “banaleren” Dingen … “Es ist sicher bekannt” :), dass jede Videosequenz eine Folge von Bildern ist, die sich mit einer bestimmten Geschwindigkeit abwechseln, der sogenannten FrameRate (Bildrate). Jedes Bild verfügt über eine Reihe bestimmter Parameter wie Bildgröße (FrameSize), Farbtiefe, Helligkeit, Kontrast usw. Alle diese Parameter sind sehr wichtig und hinterlassen ernsthafte Spuren im endgültigen Video. Leider ist die Videoqualität ein subjektiver Faktor für unsere Wahrnehmung dieses oder jenes Videostreams. Für jede Person ist die Grenze zwischen akzeptabler Qualität und widerlichem “Bildschirm” unterschiedlich. In diesem Zusammenhang möchte ich darauf hinweisen, dass die Qualität von Videomaterial zwar ein wichtiger Maßstab in der Codierungswelt ist, aber leider keine streng regulierten Eigenschaften aufweist.

Kurz gesagt, direkt über den Prozess selbst …

Nehmen wir als Beispiel das bekannte und recht einfach zu bedienende DrDivX-Programm. Beginnen wir unsere Nachbesprechung mit der Terminologie …

AC3
Auch bekannt als Dolby Digital von Dolby LabsTM. Es kann bis zu 5.1 Audiokanäle unterstützen.

AVI
Audio-Video-Interlacing – Audio-Video-Interlacing (Zusammenfügen) – Dies ist ein Video- und Videoformat, das häufig auf Windows-Betriebssystemcomputern verwendet wird. Dieses Format ist als eine Art Kombination von Audio- und Videodaten ohne Angabe eines bestimmten Codecs definiert.

B-Frames / bidirektionale Codierung
Es gibt drei Arten von Frames, die in einem DivX-Videostream möglich sind. Diese Frames werden als I-Frames (intra), P-Frames (vorhergesagt) und B-Frames (bidirektional) bezeichnet. Vor der Veröffentlichung des DivX 5.0-Codecs wurden nur I- und P-Frames verwendet. I-Frames werden nur mit Informationen aus dem codierten Frame selbst codiert und verwenden keine Informationen aus anderen Frames (Zeitkomprimierung). I-Frames basieren auf der herkömmlichen Einzelbildkomprimierung im JPEG-Format. P (vorhergesagte) Rahmen sagen die nächsten Rahmen voraus und können sich auch auf I- oder P-Rahmen beziehen, d. H. E. P-Rahmen werden unter Verwendung von Informationen aus vorherigen Rahmen codiert. In jeder Videosequenz gibt es immer eine Gruppe von Frames, von denen viele gleich sind und dasselbe Bild enthalten. Wenn Sie beispielsweise Nachrichten ansehen und auf sich bewegende Charaktere achten, stellen Sie möglicherweise fest, dass der Hintergrund hinter ihm für mehrere Frames fast immer unverändert bleibt. (Denken Sie daran, dass die Bilder normalerweise mit 25 oder 30 Bildern pro Sekunde gedreht werden.) Anstatt jeden Frame unabhängig im JPEG-Format zu codieren, können Sie die Redundanz vorheriger Frames durch Anwenden von P-Frames nutzen. Grundsätzlich handelt es sich bei P-Frames um zukünftige Frames, die definieren, wie ein Block aus einem vorherigen Frame verschoben wurde der aktuelle P-Frame. Anstatt den Frame räumlich zu codieren, sagt der P-Frame nur “Hey Block, bewege dich im Frame oben zum Punkt (X, Y)”. Dieser Zeitcodierungsalgorithmus erfordert viel weniger Daten als die räumliche Codierung jedes Rahmens. Grundsätzlich übergeben wir den Unterschied zwischen benachbarten Frames, was effizienter ist.

Bittiefe

Bittiefe

Bit depth

Um die Bittiefe (Breite) zu verstehen, betrachten wir zunächst die Bits.

Bit depth

Kurz für Binärziffer ist ein Bit eine separate Komponente eines Binärcodes, entweder 1 oder 0.

Je mehr Bits verwendet werden, desto mehr Kombinationen sind möglich. Zum Beispiel …

Wie Sie der folgenden Tabelle entnehmen können, können 16 Kombinationen aus 4 Bits erstellt werden.

4 Bits

Bei der Codierung von Informationen wird jeder Nummer ein Wert zugewiesen.

Mit zunehmender Anzahl von Bits wächst die Anzahl möglicher Werte exponentiell.

4 Bits = 16 mögliche Werte
8 Bits = 256 mögliche Werte
16 Bit = 16536 mögliche Werte
24 Bit = 16777215 mögliche Werte
Bei digitalem Audio wird jeder Wert den Amplituden der Schallwelle zugewiesen.

Je höher die Bittiefe, desto größer der Unterschied zwischen lautem und leisem Ton … und desto größer der Dynamikbereich der Aufnahme.

Als Faustregel gilt, dass sich der Dynamikbereich mit jedem “Schlag” um 6 dB erhöht.

Zum Beispiel :

4 Bits = 24 dB
8 Bit = 48 dB
16 Bit = 96 dB
24 Bit = 144 dB
Im Allgemeinen bedeutet dies … mehr Bittiefe führt zu weniger Rauschen …

Denn durch Hinzufügen von Headroom kann das gewünschte Signal in Bezug auf Rauschen deutlicher aufgezeichnet werden.

kleine und große Bohrtiefe

Weiter weg…

5. Quantisierungsfehler
Es klingt erstaunlich, dass 24-Bit-Aufnahmen fast 17 Millionen Werte enthalten, oder?

Dies ist jedoch viel weniger als die unendliche Anzahl möglicher Werte, die in einem analogen Signal existieren.

In fast allen Stichproben liegt der wahre Wert irgendwo zwischen den beiden möglichen Werten. Der Konverter rundet sie einfach auf den nächsten Wert (quantisiert).

Das Ergebnis ist eine als Quantisierungsfehler bekannte Verzerrung, die in zwei Stufen des Aufzeichnungsprozesses auftritt:

zunächst bei der Analog-Digital-Wandlung
am Ende beim Mastering
Während des Masterings werden die Abtastrate und die Bittiefe des endgültigen Titels häufig reduziert, wenn sie in das endgültige digitale Format (CD, MP3 usw.) konvertiert werden.

In diesem Fall werden einige Informationen entfernt und neu quantisiert, wodurch der Klang weiter verzerrt wird.

Um dieses Problem zu lösen, wurde Folgendes erfunden …

6. Dithering
Beim Konvertieren einer 24-Bit-Datei in eine 16-Bit-Datei wird Dithering verwendet, um den größten Teil der resultierenden Verzerrung auszublenden.

Hinzufügen von “Pseudozufallsrauschen” zum Audiosignal.

Da dieses Konzept bei der Darstellung von Ton schwer zu visualisieren ist, wird es normalerweise anhand von Bildern erklärt.

Es funktioniert so:

Wenn ein Farbfoto in Schwarzweiß konvertiert wird, wird mathematisch berechnet, welches Farbpixel schwarz und welches Pixel weiß sein soll.

Auch wie die Quantisierung digitaler Audio-Samples berechnet wird.

Wie Sie der Abbildung unten entnehmen können, sieht das obige Bild wie Scheiße aus, nicht wahr?

zögern

Aber dank Dithering …

Eine kleine Menge weißer Pixel wird versehentlich in die schwarzen Bereiche eingefügt …
Eine kleine Anzahl schwarzer Pixel gelangt versehentlich in die weißen Bereiche …
Und durch Hinzufügen dieses “pseudozufälligen Rauschens” zum Bild sieht das “Nach” -Bild viel besser aus. Das Konzept des Audio-Ditherings ist ähnlich.

Weiter weg…

7. Verzögerungszeit
Ein großer Fehler moderner digitaler Studios ist die Verzögerung, die sich im Signalfluss, insbesondere in DAWs, aufbaut.

Unter Berücksichtigung aller Berechnungen dauert es zwischen einigen Millisekunden und mehreren Millisekunden TENS, bis das Audiosignal das System verlässt.

Die Verzögerung von 0 bis 11 Millisekunden ist so kurz, dass die durchschnittliche Person sie nicht einmal bemerkt.
Mit einer Verzögerung von 11 bis 22 Millisekunden hören Sie einen nervigen Slapback, eine kurze Verzögerung, an die Sie sich erst gewöhnen müssen.
Mit einer Verzögerung von mehr als 22 Millisekunden ist es fast unmöglich, den Track mitzuspielen oder mitzusingen.
In einer typischen digitalen Signalkette gibt es 4 Stufen, die die resultierende Verzögerungszeit beeinflussen:

Analog-Digital-Wandlung
DAW-Pufferung
Komplementverzögerung
Digital-Analog-Wandlung
A / D- und D / A-Konvertierung sind die 2 kleinsten negativen Effekte, die die Latenz um maximal 5 Millisekunden verlängern.

Der Beginn des digitalen Zeitalters

Der Beginn des digitalen Zeitalters

digital audio

Binärcode

digital audio

Obwohl digitales Audio heutzutage der Standard für Musik ist …

Das war nicht immer so.

Musik existierte ursprünglich nur in Form von Schallwellen.

Mit der Entwicklung der Technologie wurden dann Möglichkeiten entdeckt, sie in andere Formate umzuwandeln, wie z.

Notenschrift
elektrische Signale in Kabeln
Radiowellen in der Atmosphäre
Anfrage auf Schallplatte
In jüngerer Zeit, im Computerzeitalter, wurde digitales Audio zum Hauptaufnahmeformat, wodurch das Kopieren und Übertragen von Songs einfach ist.

Das Gerät, das dies ermöglicht hat, heißt … Digitalkonverter.

Auch wie es funktioniert …

2. Digitalkonverter
In Aufnahmestudios gibt es digitale Konverter in zwei Versionen:

als eigenständiges Gerät in Top-Studios oder …
als Teil eines Audio-Interfaces in Heimstudios.
Um aus Ton Binärcode zu machen, benötigen sie Zehntausende von Bildern (Samples) pro Sekunde, um ein grobes Bild einer analogen Welle zu erstellen.

Dieses Bild ist nicht ganz genau, da der Konverter in den Momenten zwischen den Abtastungen raten muss, was passiert.

digitale Welle

Wie in der obigen Grafik zu sehen:

Die rote Linie zeigt ein analoges Signal und …
schwarze Linie zeigt Umwandlung …
Die Ergebnisse sind nicht ideal, aber ausreichend, um eine hervorragende Klangqualität zu erzielen.

Und der Unterschied hängt hauptsächlich von …

3. Abtastrate
Schauen Sie sich dieses Bild an:

Abtastratenschaltung

Wie man sieht …

Durch die Aufnahme von mehr Bildern pro Sekunde werden höhere Abtastraten erzielt:

Sammeln Sie mehr echte Informationen,
Verwenden Sie weniger Rätselraten,
Erstellt eine sauberere Anzeige aus einem analogen Signal
Und am Ende erhalten Sie die beste Klangqualität.

Lassen Sie uns nun über bestimmte Zahlen sprechen:

Standard-Sampleraten für professionelles Audio:

44,1 kHz (CD)
48 kHz
88,2 kHz
96 kHz
192 kHz
44,1 kHz ist die minimale Abtastrate aufgrund eines mathematischen Prinzips, das als …

Kotelnikovs Theorem (Nyquist-Shannon)
Um digitales Audio genau aufzuzeichnen, müssen Konverter das gesamte Spektrum des menschlichen Gehörs zwischen 20 Hz und 20 kHz erfassen.

Nach dem Satz von Kotelnikov …

Das Erfassen einer bestimmten Frequenz erfordert mindestens 2 Abtastwerte pro Zyklus … um sowohl den Hoch- als auch den Tiefpunkt einer Welle zu messen.

Dies bedeutet, dass eine Abtastrate von 40 kHz oder mehr erforderlich ist, um Frequenzen bis zu 20 kHz aufzuzeichnen. Daher ist die Abtastfrequenz von CDs mit 44,1 kHz etwas höher.

Kotelnikovs Theorem

Nachteile einer hohen Abtastrate
Je höher die Abtastrate, desto höher die Klangqualität … aber das passiert einfach nicht.

Die Nachteile sind:

Benötigt viel Rechenleistung
Weniger Hinweise
Große Audiodateien
Dies ist also eine ständige Suche nach einem Kompromiss. Professionelle Studios finden es einfacher, mit hohen Abtastraten umzugehen, da sie über die beste Ausrüstung verfügen.

Für die meisten Heimstudios ist jedoch die Standard-Abtastrate von 48 kHz angemessen.