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

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

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.

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)

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Videokomprimierung, wie es funktioniert

Videokomprimierung, wie es funktioniert

Video Compression

Video – Dies ist im Wesentlichen eine dreidimensionale Pixelfarbmatrix. Zwei Messungen zeigen die vertikale und horizontale Auflösung des Rahmens und diesmal die dritte Dimension an. Rahmen – ist eine Anordnung von Pixeln, eine zu diesem Zeitpunkt sichtbare Kamera oder nur ein Bild. Video ist auch möglich, sogenannte Halbbilder (siehe: Interlace Scan System).

Video Compression

Eine Komprimierung könnte unmöglich sein, wenn ich würde, dass jeder Frame einzigartig ist und die Pixelplatzierung völlig zufällig ist, aber das ist nicht so. Daher können Sie zunächst das Bild selbst komprimieren. Beispielsweise wird das himmelblaue Foto ohne Sonne tatsächlich auf die gepunktete Umrissbeschreibung und eine Verlaufsfüllung reduziert. In – Zweitens können Sie ähnliche benachbarte Frames komprimieren. Letztendlich sind die Algorithmen für die Bild- und Videokomprimierung ähnlich, wenn Sie Video als dreidimensionales Bild mit der Zeit als dritter Koordinate betrachten.

Verlustfreie Kompression
Zusätzlich zur verlustbehafteten Videokomprimierung kann sie auch komprimiert und verlustfrei sein. Dies bedeutet, dass das Dekomprimierungsergebnis eine Genauigkeit (Bitbits) aufweist, die mit der des Originals übereinstimmt. Wenn jedoch eine verlustfreie Komprimierung nicht möglich ist, können in realen (nicht künstlichen) Videos hohe Komprimierungsverhältnisse erzielt werden. Aus diesem Grund werden fast alle häufig verwendeten Videos verlustbehaftet komprimiert (um diese Zahl auf digitalen Video-Discs für Verbraucher, Video-Sharing, Satellitenübertragung). Auf den Websites für kleine Clips ohne Ton werden manchmal einfache GIF- und APNG-Formate verwendet.

Komprimierungstechnologie und Videokompensationsbewegung
Eine der leistungsstärksten Technologien, die es ermöglicht, den Kompressionsgrad zu erhöhen, ist diese Kompensationsbewegung. Wenn ein modernes Videokomprimierungssystem spätere Frames in der Sequenz die Ähnlichkeit von Regionen in den vorherigen Frames verwendet, um den Komprimierungsgrad zu erhöhen. Da jedoch für jeden Verkehr Objekte im Bild (oder in der Kamera selbst) vorhanden waren, war die Verwendung der Ähnlichkeit benachbarter Bilder unvollständig. Mit der Bewegungskompensationstechnologie können Sie ähnliche Websites finden, auch wenn diese vom vorherigen Frame abweichen.

Der aktuelle Stand der Dinge

РЕКЛАМА
Cm. Siehe auch: HTML5-Video
Ende 2011 des Jahres komprimieren fast alle Algorithmen das Video (z. B. die von ITU-T und ISO übernommenen Standards) mithilfe einer diskreten Cosinustransformation (DCT) oder deren Modifikation, um räumliche Redundanz zu beseitigen. Andere Methoden, wie eine fraktale Komprimierung und eine diskrete Wavelet-Transformation, wurden ebenfalls untersucht, werden jedoch im Allgemeinen nur noch zur Komprimierung von Standbildern verwendet.

Die Verwendung der meisten Komprimierungsmethoden (wie der diskreten Cosinustransformation und der Wavelet-Umwandlung) beinhaltet auch die Verwendung des Quantisierungsprozesses. Quantisierung kann wie Skalar sein, also und Vektor, so dass es weniger gibt, verwenden die meisten Komprimierungsschemata in der Praxis Skalarquantisierung für ihre Einfachheit.

Fernsehen
Moderne digitale Fernsehsendungen sind genau dank der Videokomprimierung verfügbar. Der Fernsehsender kann nicht nur HD-Videos (HDTV) übertragen, sondern auch mehrere Kanäle auf einem physischen Kanal (6 MHz).

Obwohl der größte Teil des heutigen Videoinhalts unter Verwendung des MPEG-2-Videokomprimierungsstandards ausgestrahlt wird, sind die nicht weniger neuen und effizienteren Standards für die Videokomprimierung bereits im Rundfunk verwendet – zum Beispiel H. . 264 und VC – 1.

Arten von Videos

Arten von Videos

MPEG-1

Das MPEG-1-Videokomprimierungsformat wurde von der Motion Picture Expert Group entwickelt, einer internationalen Organisation, die Videokomprimierungsstandards erstellt. Es unterstützt eine maximale Bildauflösung von 4095 x 4095 Pixel bei einer Bildrate von bis zu 60 Mal pro Sekunde. Im Allgemeinen wird jedoch eine Auflösung von 352 x 288 verwendet, was der Qualität der Aufnahme auf einer normalen VHS-Kassette entspricht.

Wie werden die Informationen in diesem Format komprimiert? Angenommen, wir haben die folgende Szene: Das Auto fährt von Punkt “A” nach Punkt “B”. Die Bewegung der Maschine kann durch zwei Parameter beschrieben werden: den Bewegungsvektor von Punkt “A” zu Punkt “B” und den Drehwinkel um ihre Achse. Gleichzeitig bleibt der Hintergrund unverändert oder nahezu unverändert: Es ist unwahrscheinlich, dass der Betrachter auf die Schwingungen kleiner Äste in der Nähe entfernter Bäume achtet. Sie können den Frame also in zwei Komponenten unterteilen: Der Hintergrund, der einmal gespeichert und dann während der Wiedergabe aller Frames ersetzt wird, und der Bereich, in dem sich das Auto bewegt, müssen für jeden Frame separat aufgezeichnet werden.

Digitales Video: eine Übersicht über Formate

Im MPEG-1-Format werden alle Bilder in einem Film in drei Typen eingeteilt: I-, P- und B-Bilder. Der erste Typ (I-Bilder, Intra-Bilder) enthält Ankerbilder. Ihre Bilder werden vollständig im JPEG-Format gespeichert. Für die vorhergesagten Frames werden nur die Unterschiede zum vorherigen i-Frame aufgezeichnet, was viel weniger Speicherplatz erfordert. Bei B-Frames (bidirektional interpolierte Frames) bleiben die Unterschiede zum vorherigen und nächsten I- oder P-Frame erhalten (Abb. 2).

Digitales Video: eine Übersicht über Formate

Infolgedessen beträgt die komprimierte Dateigröße ungefähr 1/35 des Originals. Dies bedeutet, dass anderthalb Stunden Film mit der Qualität einer analogen VHS-Kassette im MPEG-1-Format auf zwei CDs passen. Für die Übertragung über das Internet oder in Satellitenübertragungsnetzen ist dieser Standard natürlich nicht geeignet. Es gab jedoch viele Consumer-Video-CD-Player, die in diesem Format arbeiten (und sie werden übrigens noch immer produziert).

MPEG-2

MPEG-2 ist eine zusätzliche Erweiterung von MPEG-1. Die empfohlene Rahmengröße wurde erhöht. Es ist jetzt 1920 x x 1080 Pixel groß und bietet Unterstützung für Sechs-Kanal-Audio. Das Abspielen von Videos in diesem Format erfordert jedoch mehr Rechenleistung von Ihrem Computer.

Es sollte beachtet werden, dass an der Erstellung des MPEG-3-Standards gearbeitet wurde (nicht zu verwechseln mit dem mittlerweile beliebten Audiokomprimierungsformat: MPEG-1 Audio Layer 3). Es sollte die Basis für digitale HDTV-Fernsehsysteme werden. Die Arbeit wurde jedoch unterbrochen, da die notwendigen Anforderungen für HDTV in Form kleiner Erweiterungen von MPEG-2 umgesetzt wurden.

Dieses Format ist im Westen mittlerweile weit verbreitet: Es wird zur Übertragung von Videos über Satellitenkanäle und digitale Kabelnetzwerke verwendet. Außerdem werden alle DVD-Video-Discs in diesem Format aufgezeichnet.

MJPEG

Tatsächlich ist MJPEG (Motion JPEG) ein Übergangsformat vom Komprimieren normaler Fotos zum Komprimieren von Videos. Jedes Bild wird im JPEG-Format aufgenommen und dann in das Filmmaterial eingefügt. MJPEG wird hauptsächlich in Videobearbeitungskarten wie Fast AV Master, MiroVideo DC50 usw. verwendet. Sie können den Videostream von 30 MBit / s auf 6 MBit / s reduzieren. Für die Verwendung in Heimvideoplayern ist dieser Standard aufgrund des geringen Komprimierungsverhältnisses (5: 1) und des Mangels an Mitteln zum Synchronisieren von Video und Ton nicht sehr geeignet.

MPEG-4

Die Formate MPEG-1 und MPEG-2 boten keine echte Möglichkeit, Videos über das Internet zu übertragen und darauf basierend interaktives Fernsehen zu erstellen: Die Dateigröße war zu groß. Um dies drastisch zu reduzieren und andere für die Videoübertragung erforderliche Funktionen zu implementieren, wurde mit den Spezifikationen eines neuen Formats begonnen: MPEG-4. Tatsächlich konzentriert es sich weniger auf die Videokomprimierung als vielmehr auf die Erstellung sogenannter “Multimedia-Inhalte”: die Verschmelzung von interaktivem Fernsehen, 3D-Grafiken, Text usw.

Die wichtigste Neuerung für das Video selbst war die weitere Verbesserung der Technologien zur Zerlegung einer Szene in Objekte und Algorithmen für deren effektive Komprimierung. So können beispielsweise beim Komprimieren einer Videoaufzeichnung eines Tennismatches die meisten Frames bedingt in Bilder der Tribünen (Hintergrund) und der Spieler zerlegt werden.

Digitales Video: eine Übersicht über Formate

Digitales Video: eine Übersicht über Formate

Digital Video

In letzter Zeit haben Heimanwender die Möglichkeit, digitale Videos mit ihren eigenen Händen zu erstellen. Es versteht sich von selbst, wie bequem es ist, Familienvideodateien auf diese Weise zu speichern. Digitalisierte Datensätze verschlechtern sich nicht mit der Zeit, verlieren beim Kopieren nicht an Qualität und können problemlos bearbeitet werden. Videokomprimierungstechnologien, die sich auch jetzt noch verbessern, spielten eine wichtige Rolle bei der Verbreitung.

Digital Video

Lassen Sie uns zunächst herausfinden, warum Sie Videos komprimieren. Um dies zu verstehen, gehen wir zu den Grundprinzipien der Digitalisierung von bewegten Bildern über.

Die Videosequenz besteht aus aufeinanderfolgenden 720 x 576 Pixel-Frames, die 25 Mal pro Sekunde geändert werden (gemäß dem PAL-Standard). Wenn Sie sie mit einer Farbtiefe von 16 Bit scannen, nimmt jedes Bild etwa 1,2 MB ein. Dies bedeutet, dass Sie zum Speichern von 1 Sekunde Video etwa 30 MB Speicherplatz benötigen und etwa 150 GB für einen Film benötigt werden. 1,5 Stunden. Dies ist mindestens das Fünffache der Kapazität von Festplatten in modernen Heimcomputern. Versuchen Sie herauszufinden, wie viele 650-MB-CDs Sie benötigen, um einen dieser Filme zu brennen. Um die Größe von Dateien mit digitalisiertem Video zu verringern, werden verschiedene Datenkomprimierungsalgorithmen verwendet. Es gibt zwei Arten von Algorithmen, die jeweils ohne Informationsverlust funktionieren und bereitgestellt werden.

Die verlustfreie Komprimierung (praktisch ohne Verschlechterung der Bildqualität) in digitalen Videos erfolgt mit ähnlichen Methoden wie in Archivierern wie WinZIP oder WinRAR. Aufgrund einiger Besonderheiten der Videoinformationen sind solche Algorithmen in diesem Fall jedoch nicht effizient genug (die Mindestgröße einer komprimierten Datei beträgt 1/3 des Originals) und werden daher praktisch nicht verwendet.

Die verlustbehaftete Komprimierung ist die Hauptmethode zum Reduzieren der Größe von Videodateien. Mit diesen Algorithmen können wir den Teil der Informationen bestimmen, den der Betrachter beim Ansehen eines Films höchstwahrscheinlich nicht bemerkt, und ihn aus der Datei entfernen. Die wichtigsten digitalen Videoformate mit verlustbehafteter Komprimierung sind heute Apple QuickTime, Intel Indeo, MPEG-1, MPEG-2, MJPEG und MPEG-4. Die Spezifikationen des MPEG-7-Standards befinden sich ebenfalls in der Entwicklung, aber es ist noch zu früh, um darüber zu sprechen.

Apple QuickTime

Das MOV-Dateiformat wurde von Apple für Macintosh-Computer entwickelt und später auf die PC-Plattform portiert. Von 1993 bis 1995 war dieses Format vorherrschend. Mit der neuesten Version Nummer 4.1 können Sie Daten im Streaming-Modus übertragen. Dies bedeutet, dass Sie die Datei nicht vollständig herunterladen müssen, um das Video anzusehen. Mit dem Aufkommen der MPEG-Spezifikationen verliert dieses Format jedoch allmählich an Popularität. Das Hauptproblem besteht darin, dass der QuickTime-Standard geschlossen ist. Apple hält die Methoden, mit denen Videos codiert werden, geheim. Folglich können Programmierer von Drittanbietern keine Programme schreiben, die Videos in diesem Format komprimieren.

Intel Indeo

Dieses Format wurde von der Intel Corporation entwickelt, um Videodaten mit den neuen Funktionen des Intel Pentium MMX-Prozessors zu komprimieren. Dieser Standard unterstützt nicht nur Streaming- und Urheberrechtsschutzfunktionen, sondern implementiert auch mehrere Funktionen, die zum Zeitpunkt seiner Einführung innovativ waren. Sie können verschiedene Effekte in Echtzeit auf eine Videosequenz anwenden (z. B. Helligkeit oder Kontrast ändern), nicht den gesamten Frame dekodieren, sondern beispielsweise das zentrale Fragment, um einen Teil des Frames eines Videos transparent zu machen und überlagern Sie zwei Videos übereinander. Der letztere Effekt wird häufig in Fernsehnachrichtensendungen verwendet, wenn ein Kommentator vor einem Videobericht der Szene dargestellt wird.

Das Indeo-Format ist jedoch nicht weit verbreitet. Und mit der Veröffentlichung von MPEG-4, das auch all diese Funktionen enthält, funktioniert dieser Standard im Allgemeinen nicht.

MPEG-1