Digitale video, zijn voordelen

Digitale technologieën bieden onmiskenbare voordelen ten opzichte van analoge technologieën.

Het gedigitaliseerde signaal kan alle opgeslagen informatie in analoge vorm opslaan. Moderne digitale datatransmissie-, opname- en opslagtechnologieën verstoren het signaal praktisch niet.

Een van de onbetwistbare voordelen van digitale technologieën is de mogelijkheid om een ​​krachtig wiskundig apparaat toe te passen om video- en audio-informatie te comprimeren tot een gedigitaliseerd signaal. In tegenstelling tot “analoog” kan “digitaal” op elk moment worden gereproduceerd met 100% herhaalbaarheid. Bijgevolg biedt het gedigitaliseerde signaal gemakkelijke opties voor nabewerking, analyse en simulatie.

De belangrijkste methoden voor videocompressie komen neer op het comprimeren van gegevens binnen een enkel frame en het optimaliseren van de overdracht van wijzigingen tussen frames. Zelfs als u naar een stilstaand beeld kijkt, kunt u zien dat het veel informatie van hetzelfde type en dubbele informatie bevat. De achtergrondintensiteit is bijvoorbeeld meestal een constante waarde; veel afzonderlijke delen van het beeld, die aanzienlijke framegroottes beslaan, hebben ook hetzelfde digitale signaalniveau. Het heeft natuurlijk geen zin om al deze informatie zonder compressie te verzenden. Door gebruik te maken van gespecialiseerde videocompressietechnieken, waarbij frame voor frame soepel wordt gewijzigd, is het mogelijk om de resulterende dichtheid van informatieoverdracht via het netwerk verder te verminderen.

In tegenstelling tot universele archiveringsprogramma’s (zoals WinRar of WinZip), kan videocompressie plaatsvinden met enig verlies, waarvan de hoeveelheid afhankelijk is van de geselecteerde codec. Moderne compressie-algoritmen gebruiken uitgebreide logische analyse van de video om dubbele fragmenten tussen frames te extraheren en de grootte van het uiteindelijke bestand te verkleinen. Tijdens het afspelen wordt de gecomprimeerde informatie “uitgerekt” en vervolgens aan de gebruiker getoond. Op een computer met een laag stroomverbruik kan het lang duren om afbeeldingen te decomprimeren die met bepaalde codecs zijn gecomprimeerd.

Technologieën voor digitale videocompressie
Er zijn veel digitale videocompressietechnologieën. Sommige van de overwogen compressoren gebruiken meer dan één compressietechnologie, maar een combinatie daarvan. Zowel Indeo 3.2 als Cinepak gebruiken bijvoorbeeld vectorkwantisering. De internationale standaarden MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4, H.261 en H.263 gebruiken een gecombineerde BDKP-technologie en bewegingscompensatie. Sommige moderne algoritmen gebruiken Discrete Wavelet Transform (DWT) -technologie. Andere technologieën zijn onder meer fractale beeldcompressie.

Lossless compressie

Beeldcompressie kan alleen worden uitgevoerd zonder kwaliteitsverlies als er geen gegevens verloren zijn gegaan tijdens het compressieproces. Het resultaat is dat het beeld dat wordt verkregen na decompressie exact (bit voor bit) overeenkomt met het origineel. Voorbeelden van dergelijke compressie zijn GIF voor statische afbeeldingen en GIF89a voor video.

Lossy compressie

Compressie kan verlies lijden als er informatie verloren gaat tijdens het compressieproces. Vanuit het oogpunt van de menselijke waarneming moet compressie met verlies echter alleen worden beschouwd als die compressie waarbij met het blote oog het resultaat van compressie kan worden onderscheiden van het origineel. Dus ondanks het feit dat twee afbeeldingen, het origineel en het resultaat van compressie met de ene of de andere compressor, misschien niet beetje bij beetje overeenkomen, kan het verschil tussen beide volledig onmerkbaar zijn. Voorbeelden zijn het JPEG-algoritme voor het comprimeren van statische afbeeldingen en het M-JPEG-algoritme voor het comprimeren van video.

Lossless compressie vanuit een perceptueel perspectief

Omdat het formeel compressie met verlies is, kan een compressieschema tegelijkertijd verliesloos lijken in termen van menselijke perceptie. De meeste compressietechnologieën met verlies hebben de zogenaamde Compression Quality Factor (QF), die de waargenomen kwaliteitszijde kenmerkt en varieert van 0 tot 100.

Over videocompressie

Met het verstrijken van de dagen worden de eisen aan videokwaliteit steeds groter.

Tegelijkertijd konden de kanaalbreedte en de mediacapaciteit deze groei niet bijhouden als de algoritmen voor videocompressie niet werden verbeterd.
Vervolgens zullen we enkele basisprincipes van videocompressie bespreken. Sommige zijn ietwat verouderd of te simpel beschreven, maar geven tegelijkertijd een minimaal beeld van hoe alles werkt.

Functies voor videostreaming

Bijna iedereen weet dat elke video een verzameling stilstaande beelden is die elkaar na verloop van tijd zullen vervangen. In wat volgt zullen we deze geordende set videostream noemen. Ze zijn verschillend, dus het is buitengewoon handig om hier een kleine classificatie uit te voeren:
Pixel-formaat. De pixel geeft ons niet meer informatie dan zijn kleur. Kleurwaarneming is echter zeer subjectief en er zijn grote inspanningen geleverd om kleurweergave- en weergavesystemen te creëren die voor de meeste mensen acceptabel zijn. Dus de kleur die we in de echte wereld zien, is vrij complex in termen van het frequentiespectrum van licht, wat het buitengewoon moeilijk maakt om het in digitale vorm over te brengen en nog meer weer te geven. Er werd echter opgemerkt dat de drie punten van het spectrum de weergegeven kleur vrij nauwkeurig dichter bij het heden kunnen brengen in de metriek van kleurwaarneming door een gewoon persoon. Deze drie punten zijn rood, groen en blauw. Dat wil zeggen, dankzij de lineaire combinatie kunnen we het grootste deel van het spectrum van zichtbare kleuren bestrijken. Daarom is de eenvoudigste manier om een ​​pixel weer te geven: RGB24, waar precies 8 bits aan informatie worden toegewezen voor de rode, groene en blauwe componenten. En zo kunnen we 256 gradaties van elke kleur en in totaal 16.777.216 van alle soorten tinten overbrengen. Maar in de praktijk wordt deze kleurweergave tijdens opslag praktisch niet gebruikt, niet alleen omdat we tot 3 bytes per pixel uitgeven, maar ook om andere redenen, maar daarover later meer (op YV12).
Kadergrootte. We pakken en coderen al alle pixels in de videostream en ontvangen veel gegevens, maar het is onhandig om ermee te werken. In het begin is alles heel eenvoudig, de lijst kenmerkt zich door: breedte, hoogte, afmeting van het zichtbare deel en formaat (daarover later meer). Hier zullen de nummers waarschijnlijk voor velen bekend voorkomen: 640×480, 720×480, 720×576, 1280×720, 1920×1080. Waarom? Ja, want ze verschijnen in verschillende standaarden, zo hebben de meeste Europese dvd’s een resolutie van 720×576. Nee, je kunt natuurlijk een video van 417×503 maken, maar ik denk niet dat daar iets goeds in zit.

Frame formaat. Zelfs als we de grootte van het frame kennen, kunnen we de pixelarray niet op een gemakkelijkere manier weergeven zonder te weten hoe we het frame moeten “inpakken”. In het eenvoudigste geval is er niets ingewikkelds: we nemen een rij pixels en schrijven de bits van elke gecodeerde pixel in een rij, en zo online, regel voor regel. Dat wil zeggen, we schrijven evenveel regels als we lang zijn met evenveel pixels als we breed zijn en allemaal op een rij, in volgorde. Dit heet progressief. Maar misschien heb je geprobeerd om tv-programma’s op een computer te bekijken zonder de juiste instellingen en zag je het “kameffect”, dit is wanneer hetzelfde object zich in verschillende posities bevindt ten opzichte van de oneven en even lijnen. Je kunt lang discussiëren over de wenselijkheid van geïnterlinieerd (geïnterlinieerd) scannen, maar de waarheid is dat het een overblijfsel is gebleven uit het verleden van de traditionele televisie (degenen die geïnteresseerd zijn in het lezen over het kinescoopapparaat). Ik zal het nu niet hebben over methoden om dit onaangename effect te verwijderen (de-interlace). Hier komen de magische aanduidingen vandaan: 576i, 720p, 1080i, 1080p, waar het aantal lijnen (framehoogte) en het type scan worden aangegeven.
Frame rate. Enkele van de standaardwaarden: 23,976, 24, 25 en 29,97 frames per seconde. Zo wordt 25 fps gebruikt op de Europese televisie, 29,97 op de Amerikaanse televisie en wordt 24 fps gebruikt in films. Maar waar kwamen de “vreemden” 23.976 en 29.97 vandaan? Laat me je een geheim vertellen: 23.976 = 24 / 1.001 en 29.97 = 30 / 1.001, dat wil zeggen, de 1.001 deler is opgenomen in de Amerikaanse NTSC-uitzendstandaard. Als de film wordt vertoond, zal er dus een zeer lichte vertraging zijn, wat niet merkbaar zal zijn voor de kijker, maar als het een muzikaal concert is, is de snelheid van de show zo belangrijk dat het beter is om af en toe frames over te slaan en opnieuw de kijker zal er niets van merken.