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Digitale Videokomprimierungsmethoden Teil 3

Komprimierungsregeln

Sie müssen nicht alle Feinheiten des Komprimierungsprozesses kennen, wenn Sie diese allgemeinen Faustregeln befolgen:

Wenn eine Komprimierung nicht unbedingt erforderlich ist, verwenden Sie sie nicht! Bis die Bearbeitung und das Design des Materials abgeschlossen sind, ist es besser, mit der Originalquelle zu arbeiten, um einen ausreichenden Qualitätsspielraum zu haben, und diese erst in der letzten Phase, dh unmittelbar vor der Ausgabe auf das Medium, zu komprimieren.
Wenn eine Komprimierung unvermeidbar ist, versuchen Sie, das niedrigstmögliche Komprimierungsverhältnis zu verwenden. Verwenden Sie also immer die höchstmögliche Bitrate.
Schalten Sie die Komprimierungssysteme nicht nacheinander ein und vermeiden Sie nach Möglichkeit die Komprimierung. Dies führt immer zu einem Qualitätsverlust, und je niedriger die Durchflussrate ist, desto stärker ist diese Verschlechterung. Die Qualität wird noch schlechter, wenn Sie zwischen dem Anwenden der Codecs einige Bearbeitungsaktionen ausführen oder Spezialeffekte anwenden.
Digitale Codierungssysteme führen immer zu einer Zeitverzögerung und erschweren die Videobearbeitung. Die Verwendung der Komprimierung kann zur Desynchronisation von Audio- und Videostreams führen.
Jedes Komprimierungssystem funktioniert am besten mit reinstem Videomaterial. Signalrauschen, Jitter, Körnigkeit und schlechte Beleuchtung beim Aufnehmen sowie eine schlechte Dekodierung des ursprünglichen Videosignals erschweren die Komprimierung und führen zu schlechten Ergebnissen.
Komprimierte Daten sind immer viel anfälliger für Übertragungsfehler als unkomprimierte Daten.
Glauben Sie nicht den Behauptungen der Hersteller, die die Codec-Qualität mit dem analogen Video vergleichen (“VHS-Qualität”, “mit Betacam SP vergleichbare Qualität” usw.), da sich die Fehler eines komprimierten digitalen Bildes von denen eines analogen Videos unterscheiden, selbst wenn Analoges Video wird von einem Consumer-Videorecorder abgespielt, der für seine Mängel bekannt ist.
Die Qualität des von diesem oder jenem Codec erhaltenen Bildes hängt direkt von der Art und dem Zustand des Quellmaterials ab. Stellen Sie daher auch die überzeugendsten Demos in Frage, da Sie speziell ausgewähltes Material verwenden können, um sicherzustellen, dass ein bestimmter Codec einwandfrei funktioniert. Verwenden Sie zum Testen immer Ihr eigenes Material, das auf der Grundlage eines angemessenen Gleichgewichts aus “einfachen” und “schwierigen” Geschichten ausgewählt wurde.
Die Qualität der Kompression kann nur subjektiv beurteilt werden.

Viele Arten der digitalen Videokomprimierung basieren auf der Tatsache, dass Signale mit hoher Amplitude nicht bei allen Frequenzen gleichzeitig auftreten. Bei der Komprimierung von Audiosignalen muss eine Frequenzanalyse des Eingangssignals durchgeführt werden, um einen Maskierungseffekt zu entwickeln. . Spektrale Transformationen werden typischerweise für solche Zwecke verwendet, die auch in der Phasenkorrelationsmethode zur Messung der Bewegung verwendet werden. Ein Sonderfall von Spektraltransformationen sind Fourier-Transformationen, die in den meisten bekannten Komprimierungsalgorithmen für Audio- und Videosignale verwendet werden. Fourier-Transformationen sind eine Verarbeitungstechnik, mit der Änderungen von Signalen über die Zeit analysiert und als Spektrum ausgedrückt werden.

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Digitale Videokomprimierungsmethoden Teil 2

Für die Videospeicherung und -übertragung wird auch eine gemeinsame (zusammengesetzte) Codierung von Videosignalen verwendet, die als Verfahren einer starken analogen Komprimierung charakterisiert werden kann, da sie die Übertragung der oben beschriebenen Dreikomponenten-Farbbilder in der zugewiesenen Bandbreite ermöglicht. für einkomponentige Schwarzweißbilder.

Nach dem Digitalisieren des analogen Signals können Sie eine digitale Komprimierung basierend auf dem einen oder anderen digitalen Codierungsalgorithmus anwenden. Grundsätzlich ist es möglich, jedes in digitaler Form dargestellte Signal zu komprimieren. Für Composite-Video ist jedoch nur eine serielle Doppelkomprimierung (zuerst stark analog und dann digital) möglich, die nicht als zufriedenstellend angesehen werden kann, und das digitale Komprimierungsverhältnis ist es wird unvermeidlich aufgrund des hochrauschen analogen Signals begrenzt sein. So wurde beispielsweise der heute am weitesten verbreitete digitale Komprimierungsstandard MPEG ausschließlich für separate (Komponenten-) Videosignale entwickelt und ist im Wesentlichen eine Methode, um analoge Vollfarbsignale nach Möglichkeit durch digitale Signale zu ersetzen. Keine vorläufige analoge Komprimierung.

Interlaced
Ideosysteme verwenden traditionell das sogenannte Interlaced-Scannen, wenn die Linien jedes Rahmens in gerade und ungerade Linien unterteilt werden und die Aggregate von geraden und ungeraden Linien als Felder bezeichnet werden. Die abwechselnde Übertragung von ungeraden und geraden Feldern anstelle eines Vollbilds war an einem Punkt erforderlich, nicht für ein gutes Leben, so dass eine Verdoppelung der Bildaktualisierungsrate garantiert wurde, ohne die erforderliche Bandbreite zu verdoppeln.

Interlaced-Scannen kann daher als eine Art analoge Komprimierung angesehen werden. Die Mängel einer solchen “Komprimierung” sind das bekannte Flackern zwischen Linien, die schlechte Auflösung beim Übertragen sich schnell bewegender Objekte und so weiter.

Für beste Ergebnisse sollte die digitale Komprimierung idealerweise mit Material von einer nicht interlaced Quelle durchgeführt werden, da es sich sonst um eine aufeinanderfolgende Doppelkomprimierung handelt (wie dies bei einem zusammengesetzten Signal der Fall ist), von der Sie nichts Gutes erwarten können.

Die derzeitige Verbreitung des Interlaced-Scannens in vorhandenen Videosystemen bedeutet, dass digitale Komprimierungscodierer in der Praxis auch Interlaced-Quellmaterialien akzeptieren müssen. Interlacing stellt eine besondere Schwierigkeit für die Komprimierung unter Verwendung von Bewegungskompensationsalgorithmen (wie MPEG) dar, da es ziemlich schwierig ist, Änderungen in einer Situation zu verfolgen, in der aufeinanderfolgende Felder nicht dieselben Bildpunkte beschreiben. Darüber hinaus erschwert das Interlacing die Bildung eines Differenzbildsignals zwischen Feldern.

Daraus folgt, dass es besser ist, DVD-Video (MPEG-2) zu verwenden, auch wenn Ihr Player kein progressives (progressives) Scannen unterstützt und Ihr Camcorder über einen solchen Modus verfügt.

Am Anfang Am Anfang
Quantifizierung
Der Begriff “Quantisierung” tauchte an der Schnittstelle von analogen und digitalen Technologien auf und bedeutet nicht mehr als eine Methode, um den Wert des Signals an einem Referenzpunkt als Binärzahl mit einer gewissen Genauigkeit darzustellen. Daher unterteilt ein Hardware-Quantisierer den Bereich (oder die Spannungsskala eines analogen Signals) in mehrere gleiche Intervalle, von denen jedes durch eine separate Zahl dargestellt wird. Folglich erzeugt der Quantisierer die Nummer des Intervalls, in das die analoge Spannung fällt (der Wert selbst kann allgemein aus der Tabelle bestimmt werden).

Wenn Informationen über die Position der analogen Spannung innerhalb des Bereichs verloren gehen, sprechen wir von einem Quantisierungsfehler (oder -fehler), aber da dieser nicht größer als der Quantisierungsbereich sein kann, kann diese Fehlermenge unter Verwendung einer großen Zahl minimiert werden genug Intervalle.

Daher hat ein 8-Bit-Wandler 256 Quantisierungsbereiche (die ein Signal-Rausch-Verhältnis von etwa 50 dB liefern) in einem 10-Bit-Wandler jeweils 1024 Codewörter (ein Signal-Rausch-Verhältnis beträgt 12 dB mehr) hoch) usw.

Das Signal wird übrigens auf die gleiche Weise wiederhergestellt: Es kann nur die Nummer des Quantisierungsintervalls gespeichert werden, und der wiederhergestellte Wert wird der entsprechenden Tabelle entnommen.

Zunaechst
Digitale Komprimierung
Die digitale Komprimierung, auch allgemein als Datenkomprimierung oder Bitstromreduzierung bekannt, ist eine ausgefeiltere Methode, um die meisten audiovisuellen Ergebnisse zu den niedrigsten Kosten als bei analogen zu erzielen. Mit der digitalen Codierung können Ton und Video zum Betrachter gebracht werden, wodurch Stream oder Bandbreite erheblich reduziert werden.

Digitale Videokomprimierungsmethoden

Allmählich werden alle Geräte für die Produktion von Fernseh- und Videoprogrammen weltweit digitalisiert. Warum passiert das?

Es liegt überhaupt nicht an der Tatsache, dass jeder digitale Methoden bewundert und sich die Bildqualität radikal verbessert. Die Gründe für einen solchen Übergang sind hauptsächlich wirtschaftlicher Natur, da jetzt sowohl der Preis als auch die Kosten für den Betrieb eines digitalen Komplexes niedriger sind. als ein traditionelles Analog mit den gleichen Funktionen. Nachdem die digitale Technologie eine gewisse Reife erreicht hat, sind analoge Geräte plötzlich weniger effizient, weniger zuverlässig und viel weniger rentabel.

DE Die Grundlagen der Videoproduktion und der Bereitstellung von Bildern für den Betrachter werden derzeit überarbeitet, und die Dynamik des Wandels im gegenwärtigen Zeitalter – digital – ist viel höher als bei analog. Heute wird beispielsweise das 4: 3-Seitenverhältnis schrittweise durch das 16: 9-Seitenverhältnis ersetzt. Interlaced-Progressive-Scans (ohne Interlaced-Scan) und sich ändernde Codierungsstandards erhöhen die Bildqualität. Die Wirtschaft schreibt auch die Notwendigkeit vor, Videoinformationen zu komprimieren. Natürlich verschlechtert jede Komprimierung die Qualität des Renderings und wird nicht für ein gutes Leben angewendet, sondern aus Notwendigkeit.

Denken Sie nicht, dass die Videokomprimierung zuvor nicht verwendet wurde und dass sie erst mit dem Aufkommen digitaler Technologien auftrat. Nein, Komprimierung wurde immer verwendet, aber nur bevor sie analog war, und heute ist es notwendig, sie vollständig digital zu machen, um die doppelte Komprimierung, dh sowohl analoge als auch digitale, so weit wie möglich zu beseitigen.

Moderne digitale Komprimierungsmethoden, die analoge ersetzen, insbesondere in Kombination mit Computertechnologie, können nicht nur die Qualität des Videos selbst verbessern, sondern auch die Möglichkeiten der Videoproduktion erweitern und die Anzeige audiovisueller Produkte optimieren.

Grundbegriffe der digitalen Transformation

Im Wesentlichen ist eine digitale Darstellung oder Digitalisierung eine Aufteilung des Bereichs einer kontinuierlichen Funktion in einigen Intervallen und die Darstellung dieser Funktion als eine Menge von Werten am Ende dieser Intervalle. Für ein digitales Audiosignal wird das zweite Intervall auf der Zeitskala in 32, 44 oder 48 Intervalle unterteilt. In jedem dieser Samples wird der Ton gemessen und sein Wert mit einer bestimmten Darstellungsgenauigkeit gespeichert, im Allgemeinen 14 bis 20 Bit . Diese Operationen werden als Abtastprozesse bezeichnet, dh die Darstellung einer kontinuierlichen Größe (in diesem Fall Schall) durch periodische diskrete Messungen. Danach wird der Ton mit einer Abtastrate von 32 bis 48 kHz und einer Bittiefe von 14 bis 20 Bit digitalisiert. Daher der digitale Strom

Beim digitalen Video wird der Abtastvorgang für einen Wert einfach auf eine mehrwertige Funktion verallgemeinert, die einen Wertebereich aufweist, nicht eine Zahl, sondern ein Bild (dh es wird dreidimensional), um durchgezogene Linien eines Werts zu brechen. Bild (Abtaststrahl) in sogenannten Pixeln oder Bildelementen, unser dreidimensionaler Raum wird sein, weil, wenn das Bild zu jedem Zeitpunkt präsentiert wird, kein Wert wie beim Ton beteiligt ist, sondern das gesamte Bild – a Rahmen. Infolgedessen wird das Videosignal auch als eine Folge von ganzen Zahlen dargestellt, dh als ein Datenstrom.

Bei analogen Videosignalen mit (separaten) Komponenten muss jeder Kanal gleichzeitig drei Farbkomponenten (rot – rot, grün – grün und blau – blau, d. H. RGB) oder ein Luminanzsignal zusammen mit Signalen der Farbdifferenz (YUV) übertragen. Die Umwandlung von RGB-Farbkomponenten in YUV-Komponenten erfolgt nacheinander. Die letztere Methode ermöglicht es jedoch, die Änderung der Signalhelligkeit, für die das menschliche Auge einen separaten Wahrnehmungsmechanismus bereitstellt, mithilfe von Stabzellen in der Netzhaut hervorzuheben im Gegensatz zur Wahrnehmung von Farbe durch Kegelzellen. Stäbe sind empfindlicher als Zapfen, so dass in Systemen mit separater Komponentencodierung (z.

Die Abtasttheorie erfordert wiederum, dass die Abtastfrequenz mindestens doppelt so groß ist wie die Bandbreite des zu digitalisierenden Signals. Bei einem Breitbandsignal (für Ton, dh die gleichzeitige Wiedergabe mehrerer Oktaven von Frequenzen) muss die Abtastfrequenz mindestens doppelt so hoch sein wie die höchste Frequenz des analogen Eingangssignals (Abb. 1).

Abbildung: 1. Ein Beispiel für die Abtastung eines analogen Signals: a – richtig; b – falsch. Im ersten Fall kann das ursprüngliche Signal leicht in Form einer Abtasthüllkurve rekonstruiert werden, und im zweiten Fall, wenn die Signalfrequenz die Hälfte der Frequenz überschreitet