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Was ist digitale Videokomprimierung?

Bei der Komprimierung werden Daten entfernt oder umstrukturiert, um die Dateigröße zu verringern. Wenn 3DS render Rendering in eine AVI-Datei schreibt, werden die Informationen in jedem Frame basierend auf einer Auswahl aus einer Liste softwaregesteuerter Encoder / Decoder (Codecs) komprimiert.

Codecs sind in drei Hauptkategorien unterteilt. Erstens haben sie Verluste oder nicht. Die verlustfreie Komprimierung bewahrt alle Daten im Bild, normalerweise unter Verwendung einer Technik namens Run-Length Encoding (RLE). RLE entfernt durchgehende Bereiche derselben Farbe, indem die Datei mit einem Code markiert wird, der die doppelte Farbe während der Dekomprimierung wiederherstellt. RLE ist sehr effizient für computergenerierte Grafiken mit großen Bereichen mit denselben Pixeln und nicht sehr effizient für digitalisierte analoge Fotos und Videos, da diese Bilder in der Regel nur wenige Bereiche mit kontinuierlicher Farbe enthalten.

Verlustbehaftete Codecs erkennen und entfernen dauerhaft Informationen aus einem Bild, die der Betrachter wahrscheinlich nicht sieht. Der Algorithmus reagiert empfindlich auf Dezimierung und Ausbreitung in der Bildrate. Verlustbehaftete Codecs verfügen über Qualitätsparameter, die das Ausmaß des Verlusts (und damit die Größe der Datei) steuern. Diese Codecs eignen sich zum Komprimieren der animierten ZO-Geometrie in Kombination mit analogem Video.

Eine zweite wichtige Kategorie von Codecs bezieht sich darauf, wie die Komprimierung räumlich oder zeitlich in einen gesamten Frame passt. Die räumliche Komprimierung untersucht jeden Frame, erkennt und entfernt die Details innerhalb des Frames. Die Zeitkomprimierung (zeitliche Komprimierung) vergleicht Frames über die Zeit, um Daten strategisch und schrittweise zu entfernen. Eine wichtige Art der zeitlichen Komprimierung (Bilddifferenzierung) speichert nur geänderte Informationspixel aus aufeinanderfolgenden Bildern.

Schließlich unterstützen die Codecs bestimmte Pixeltiefen und sind plattformspezifisch. Einige Codecs komprimieren nur 8-Bit, andere unterstützen 16-Bit- und 24-Bit-Komprimierung. Einige spielen nur Video für Windows ab. Dekomprimierung (und Rekomprimierung) tritt auf, wenn der Film abgespielt wird. Zu diesem Zweck startet der Mechanismus Datei in 3D Studio MAX anzeigen MS Windows Media Player (NT oder WIN95).

Codecs sind wichtig, wenn Animationen von einem CD-ROM-Laufwerk oder einer Festplatte abgespielt werden. Der in der Ausgabe der 3D Studio MAX-Renderdatei ausgewählte Codec wirkt sich auf die visuelle Qualität und Wiedergabegeschwindigkeit digitaler Animationen aus. Wie in Abbildung 27.3 dargestellt, wird auf die Codecs zugegriffen, nachdem der Name der Ausgabedatei mit der AVI-Erweiterung angegeben und im Dialogfeld “Browsing” auf die Schaltfläche “Konfigurieren” geklickt wurde.

AVI-Dateien können mit jedem der mit Video für Windows gelieferten Software-Codecs komprimiert werden. Höchstwahrscheinlich ist mindestens ein Codec auf Ihrem Betriebssystem installiert. Andere Codecs werden mit Multimedia-Produkten und Internetbrowsern installiert. Sie können Ihrem System auch Codecs von Drittanbietern für eine Vielzahl von Komprimierungsformaten hinzufügen. Um die gewünschten Ergebnisse für Ihr Projekt zu erzielen, sollten Sie verstehen, wie Codecs funktionieren, und viel experimentieren.

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Digitale Videokodierung

Die ersten Formen der digitalen Videokodierung begannen in den 1970er Jahren mit unkomprimiertem Video mit Pulscodemodulation (PCM), das hohe Bitraten von 45 bis 140 Mbit / s für die Standarddefinition von Inhalten (SD) erfordert. .

Die praktische digitale Videocodierung wurde schließlich durch die diskrete Cosinustransformation (DCT) ermöglicht, eine Form der verlustbehafteten Komprimierung. Die DCT-Komprimierung wurde erstmals 1972 von Nasir Ahmed vorgeschlagen und später von Ahmed mit T. Natarajan und K.R. Rao an der University of Texas im Jahr 1973. DCT wurde später seit den späten 1980er Jahren zum Standard für die digitale Videokomprimierung. Der erste digitale Videokodierungsstandard war H.120, der von CCITT (jetzt) erstellt wurde ITU-T) im Jahr 1984.

H.120 war aufgrund schlechter Leistung unpraktisch. H.120 stützte sich auf die differentielle Pulscodemodulation (DPCM), einen verlustfreien Komprimierungsalgorithmus, der für die Videokodierung unwirksam war. In den späten 1980er Jahren begannen mehrere Unternehmen mit DCT zu experimentieren, einer viel effizienteren Form der Komprimierung für die Videokodierung. Das CCITT erhielt 14 Vorschläge für DCT-basierte Videokomprimierungsformate im Gegensatz zu einem Vorschlag, der auf Vektorquantisierungskomprimierung (VQ) basiert. Der H.261-Standard wurde basierend auf der DCT-Komprimierung entwickelt. H.261 war der erste praktische Videokodierungsstandard. Seit H.261 wurde die DCT-Komprimierung von allen nachfolgenden wichtigen Videokodierungsstandards übernommen. MPEG-1, entwickelt von einer Expertengruppe für Kinematographie (MPEG), gefolgt von 1991, wurde entwickelt, um die Videoqualität von VHS zu komprimieren. Es wurde 1994 durch MPEG-2 / H.262 ersetzt, das zum Standardvideoformat für digitales DVD- und SD-Fernsehen wurde. 1999 folgte MPEG-4 / H.263, 2003 H.264 / MPEG-4 AVC, der zum am weitesten verbreiteten Videokodierungsstandard geworden ist.

Digitale Videoproduktion

Von den späten 1970er bis zu den frühen 1980er Jahren wurden verschiedene Arten von Videoproduktionsgeräten eingeführt, deren Innenleben digital war. Dazu gehören Zeitbasiskorrekturen (TBC) und digitale Videoeffekteinheiten (DVE). Sie arbeiteten, indem sie einen analogen Standard-Composite-Videoeingang verwendeten und ihn intern digitalisierten. Dies machte es einfacher, das Videosignal zu reparieren oder zu verbessern, wie im Fall von TBC, oder das Video im Fall eines DVE-Geräts zu manipulieren und Effekte hinzuzufügen. Die digitalisierten und verarbeiteten Videoinformationen wurden zur Ausgabe wieder in analoges Standardvideo umgewandelt. Später, in den 1970er Jahren, entwickelten professionelle Hersteller von Videoübertragungsgeräten wie Bosch (über die Fernseh-Abteilung) und Ampex in ihren Forschungslabors Prototypen von digitalen Videorecordern (VTRs).

Die Bosch-Maschine verwendete einen modifizierten 1-Zoll-Videobandförderer vom Typ B und zeichnete eine ältere Version des digitalen CCIR 601-Videos auf. Der Prototyp des digitalen Videorecorders Ampex verwendete einen modifizierten 2-Zoll-Quadruplex-Videorecorder (Ampex AVR-3), war jedoch mit einer speziellen digitalen Videoelektronik und einem speziellen Octaplex-Rad vom Octaplex-Typ (herkömmliche analoge Quad-Core-2-Core-Maschinen) ausgestattet. Zoll verwenden nur 4 Wie bei einem Standard-2-Zoll-ATV wurde der Sound des Ampex-Prototyps für digitale Maschinen, der von den Entwicklern synchronisiert wurde, als Annie immer noch analoges Audio als lineare Spuren auf Band aufzeichnete, keine dieser Maschinen auf dem Markt verkauft.

Digitales Video wurde erstmals 1986 im Sony D1-Format kommerziell eingeführt, das unkomprimiertes Standardauflösungs-Komponentenvideo in digitaler Form aufzeichnete. Für Komponentenvideos waren 3 Kabel erforderlich, und die meisten Fernsehgeräte wurden mit einem einzigen Kabel an NTSC- oder PAL-Verbundvideos angeschlossen. Aufgrund dieser Inkompatibilität und auch der Kosten des Rekorders wurde der D1 hauptsächlich von großen Fernsehsendern und anderen Videostudios verwendet, die Komponentenvideo unterstützen.

1988 entwickelten und veröffentlichten Sony und Ampex gemeinsam das digitale Videokassettenformat D2, das genau wie das D1 unkomprimiertes Video im ITU-601-Format digital aufzeichnete. Der D2 hatte jedoch einen großen Unterschied in der Composite-Videokodierung gegenüber dem NTSC-Standard, da nur eine einzige Kabel-Composite-Videoverbindung zum und vom D2-Videorecorder erforderlich war, was ihn für die meisten Fernsehstationen ideal machte. in diesem Moment. Das D2-Format war in den späten 1980er und 1990er Jahren in der Rundfunkbranche erfolgreich.