was sind digitale Videoformate

Arten von Videos

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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.

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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

Beschäftige dich mit digitalen Videoformaten

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Digital Video Formats

Mit dem Aufkommen der ersten Computer und damit digitaler Speichergeräte begann ein schrittweiser Übergang von analoger zu volldigitaler Technologie. Damit haben wir eine Reihe unbestreitbarer Vorteile (einfaches Kopieren und Verarbeiten) und ein großes Problem bei der digitalen Datenspeicherung. Wie Sie Qualitätsverluste bei der Verarbeitung von Videos vermeiden können, erfahren Sie in unserem Artikel.
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Wie viel wiegt das Video?

PAL- oder SECAM-Video ist eine Folge von Bildern, die mit 25 Bildern pro Sekunde angezeigt werden. Ein digitaler Rahmen enthält 720 x 576 Pixel, dh 414 Tausend 720 Elemente (Pixel). Jeder Punkt kann eine von 16,7 Millionen Farben sein und 3 Bytes auf dem Computer belegen. Folglich ist ein Frame ungefähr 1,2 MB groß. Bei der Standardfrequenz erhalten wir eine Zahl von etwa 30 MB pro Sekunde, dh das Speichern von nur einer Stunde Video (zusammen mit Ton) ohne Komprimierung kostet 107 GB. Es scheint einschüchternd, aber es ist jetzt schon akzeptabel.

Aber der Fortschritt des Videos hört nicht auf. Die höchstmögliche Qualität wird jetzt bei HDTV (High Definition TV) erreicht. Dieses Format impliziert eine Auflösung von 1920 x 1080 Pixel, dh bei gleichen Bedingungen benötigt eine für eine Sekunde berechnete Bildserie bereits 148 MB (521 GB) pro Stunde).

Um solche Mengen an gespeichertem Video und die Verschwendung von Rechenressourcen zu vermeiden sowie Videoclips verteilen zu können, wurden verschiedene Videokomprimierungsverfahren entwickelt. Die über 15 Jahre erzielten Erfolge bei der Entwicklung der digitalen Technologie werden im Alltag, in Videosendungen, Heimgeräten (Videokameras, DVD-Player) und im Internet aktiv genutzt. Abhängig von der Art des Codecs können Sie unterschiedliche Komprimierungsraten und ein unterschiedliches “Gewicht” des fertigen Films erzielen.

Wie die Komprimierung erfolgt

Im Gegensatz zu universellen Archivierern (wie WinRar oder WinZip) erfolgt die Videokomprimierung mit einem gewissen Verlust, dessen Höhe vom ausgewählten Codec abhängt. Dies liegt an der Tatsache, dass die Algorithmen herkömmlicher Aktenschränke die Videoinformationen (sowie den Ton) praktisch nicht komprimieren. Moderne Komprimierungsalgorithmen verwenden eine umfassende logische Analyse des Videos, um doppelte Fragmente zwischen Frames zu extrahieren und die Größe der endgültigen Datei zu reduzieren. Bei der Wiedergabe werden die komprimierten Informationen “erweitert” und dem Benutzer angezeigt. Auf einem Computer mit geringem Stromverbrauch kann es lange dauern, bis mit einigen Codecs komprimierte Bilder zerstört werden.

Zum Komprimieren von Videos werden verschiedene Codecs verwendet

Die beliebtesten Codecs

Die heute am häufigsten verwendeten Codecs sind die MPEG-Familien. Es basierte auf der Komprimierung von Fotografien. Wir alle kennen kompakte Bilder mit der JPG-Erweiterung, und viele können sogar ein stark komprimiertes Bild (mit kubischer Struktur) von einem qualitativ hochwertigen Bild (mit bloßem Auge, vergleichbar mit dem Original) unterscheiden. Die anatomischen Merkmale des menschlichen Auges ermöglichen es, das Bild mit dem JPEG-Encoder zehnmal unmerklich zu komprimieren.

Starke Kompression

Maximale Qualität

In den angegebenen Beispielen können Sie sehen, welche Artefakte, sogenannte Würfel, auf dem Foto falsch komprimiert sind (mit einem hohen Komprimierungsverhältnis) und wie sie auf dem Foto mit der richtigen Komprimierung fehlen. Ein solcher Qualitätsverlust bei hoher Komprimierung durch die meisten Codecs, einschließlich JPEG, ist irreversibel.