Digitális videó

A digitális videó a képek és hangok  rögzítésére, feldolgozására, továbbítására és tárolására szolgáló technológiák összessége . A fő különbség az analóg videóhoz képest az, hogy a videojelet és a hangot nem az eredeti formájukban kódolják és továbbítják, hanem analógról digitálisra konvertálva video- és audioadatfolyamokká. A legtöbb esetben a digitális videót tömörítik , hogy csökkentsék a továbbítandó és tárolandó adatok mennyiségét. A digitális videó terjeszthető különféle videohordozókon, digitális interfészeken keresztül adatfolyamként vagy fájlként .

A videó adatfolyam kialakítása

Komponens videó

Az optikai kép lencsék segítségével jön létre video- és televíziókamerák , távfilmvetítők , digitális fényképezőgépek , kamerás telefonok vagy táblagépek , webkamerák , videó megfigyelő kamerák és más hasonló eszközök fényérzékeny mátrixán . Különböző rendszerek segítségével a kép színleválasztása a három alapszín monokróm féltónus -komponenseinek előállításához történik .

Az R, G, B jelek gamma-korrekciójának alkalmazása után azokat átalakítják, hogy megkapják az Y' fénysűrűség jelet és két színkülönbség jelet: R'-Y' és B'-Y'. Az ITU-R 601 a következő kódolási képleteket használja a komponens videó digitalizálásához:

Az ilyen jelek továbbításakor lehetőség van az eredeti színösszetevők visszaállítására: piros (R), kék (B) és zöld (G), amelyeket a legtöbb videoinformációs megjelenítő rendszerben használnak, például a monitorokon .

Videó szintek

A kapott Y', Cr , Cb komponenseket 8 vagy 10 bittel kvantáljuk . Azonban nem minden szintet használnak a fénysűrűség jelek továbbítására. Például 8 bites kódolás esetén a 256 elérhető szintből csak 220-at használnak a fénysűrűség jelének továbbítására (16-235 tartomány), a többit pedig szinkronizálási jelekre. 10 bites kódolással 877 szintet használnak. A színösszetevők esetében egy 8 bites rendszerben csak 225, a 10 bites rendszerben pedig csak 897 különálló videoszintet használnak.

Szín almintavétel

A videojel Y', Cr, Cb komponenseinek mintavételezésekor az úgynevezett színalmintavételezést alkalmazzuk a bitsebesség csökkentésére . Ha minden komponens mintavételezése ugyanazon a frekvencián történik, ezt 4:4:4-nek nevezzük. A gyakorlatban azonban a redundanciája miatt ritkán használják. A digitális videó szabványok esetében az alaparány 4:2:2, ami azt jelenti, hogy a Cr, Cb színkülönbség összetevői vízszintes tisztasággal kerülnek átvitelre , ami fele a fényerő jelének, mivel az emberi szem érzékenyebb a változásokra. fényességben, mint a színekben. Ebben az esetben az Y' fényerőjel mintavételezési frekvenciája 13,5 MHz -re van állítva , ami kétszer olyan magas, mint a Cr és Cb színkülönbség jeleké - 6,75 MHz.

A színredundancia további csökkentése érdekében 4:2:0 és 4:1:1 arányú sémákat használnak. Ez utóbbi esetben a színkülönbség jelek vízszintes tisztasága a fényerőjel teljes felbontásának negyedére csökken. Mind a 4:1:1, mind a 4:2:0 felére csökkenti a sávszélességet a nem lemintázott ábrázoláshoz képest.

A HDTV - jelek esetében az ITU-R 709-3 ajánlás II. része szerint a fénysűrűségi jelek mintavételi frekvenciája 74,25 MHz és a színskála 37,125 MHz.

Dekompozíciós szabványok

A digitális videó felbontási szabványok a következő paramétereket határozzák meg:

Egy másik fontos paraméter a képkocka képaránya. A tipikus videóformátumok a szabványos 4:3 (1,33:1) vagy a szélesvásznú 16:9 (1,77:1). A szélesvásznú videót néha vízszintes tömörítéssel rögzítik 4:3-ig, és lejátszás közben megnyúlik. Ezt a technológiát digitális anamorfizmusnak nevezik , és szélesvásznú filmek rögzítésekor lehetővé teszi a normál felbontású televízió képkockáinak hatékonyabb használatát. A kódolt formátum helyes megjelenítését annak automatikus felismerése biztosítja az AR ( Aspect Ratio ) és a WSS ( Wide Screen Signaling ) vagy AFD ( Active Format Description )  csomagok [1] segítségével . Mindezek a képformátumra és a képernyő gyorsítótárak helyére vonatkozó információk ( eng. Bar Data ) a videó folyam [2] [3] képkocka-kizáró impulzusának 23. sorában kerülnek továbbításra .    

Digitális kódolási és tömörítési formátumok

Videó stream

A videofolyam  egy bizonyos formátumú képkockák idősora, amely bitfolyamba van kódolva . A tömörítetlen, 10 bites váltottsoros videó folyam 4:2:2 szín-almintavételezési szabványos felbontással 270 Mbps lesz. Egy ilyen adatfolyamot úgy kapunk, hogy összeadjuk az egyes komponensek mintavételi sebességének és bitmélységének szorzatát: 10 × 13,5 + 10 × 6,75 × 2 = 270 Mbps. A tömörítetlen videofolyamot tartalmazó fájl méretének kiszámítása azonban némileg eltérően történik. Csak a videósor aktív része kerül mentésre. Az Y', Cr, Cb térben történő ábrázoláshoz a következő összetevőket számítjuk ki:

Adatsebesség számítás:

4:2:2 formátumhoz BR = BD × (Sz + 0,5 × Szé × 2) × H × FR = BD × 2 × Szé × H × FR 4:1:1 formátumhoz BR = BD × (Sz + 0,25 × Szé × 2) × H × FR = BD × 1,5 × Szé × H × FR 4:2:0 formátumhoz BR = BD × (Sz × H + 0,5 × Szé × 0,5 × M × 2) × FR = BD × 1,5 × Szé × H × FR 4:4:4 formátumhoz BR = BD × 3 × W × H × FR BR - adatátviteli sebesség, bit/s, W és H - keret szélessége és magassága pixelben, BD - bitmélység minden komponenshez, bit per pixel FR - képkockasebesség, fps

A táblázat a tömörítetlen videó bitsebességét és a legelterjedtebb szabványok egyórás rögzítéséhez szükséges helymennyiséget mutatja.

Tömörítetlen videó adatfolyam bitsebessége
Keretméret
(pixel)		 Színmélység
(bit)		 Mintavétel Képkockasebesség
(Hz)		 Bitráta
(Mbps)		 Szükséges
kapacitás ( GiB /óra)
720×576 tíz 4:2:2 25 207 86.9
720×576 nyolc 4:1:1, 4:2:0 25 124 52.1
1280×720 nyolc 4:2:2 25 369 154,5
1280×720 nyolc 4:2:2 ötven 737 309
1280×720 tíz 4:2:2 25 461 193.1
1920×1080 tíz 4:2:2 25 1037 434,5

Videó tömörítés

A tömörítetlen videofolyamok viszonylag magas bitsebessége miatt a videotömörítési algoritmusokat széles körben használják. A videotömörítés lehetővé teszi a videó adatok redundanciájának csökkentését és a továbbított adatfolyam csökkentését, ami lehetővé teszi a videó továbbítását alacsonyabb sávszélességű kommunikációs csatornákon, vagy a videofájlok mentését kisebb kapacitású adathordozóra.

Digitális videó formátumok

Az alábbi táblázat bemutatja a legtöbb videóformátum jellemzőit és a használt színárnyalat-almintavételezés típusait, valamint egyéb kapcsolódó paramétereket, például a bitsebességet és a tömörítési arányt.

Normál felbontású (SD) formátumok
Formátum Tulajdonos Mintavétel Színmélység
_ 		Bitráta
(Mbps) 		Tömörítés típusa Tömörítési
arány 		Keretméret
(pixel)
DV / MiniDV Számos 4:2:0 (PAL)
4:1:1 (NTSC) 		8 bites 25 PrEP 5:1 720×576 (PAL)
720×480 (NTSC)
DVCPRO 25 Panasonic 4:1:1 8 bites 25 PrEP 5:1 720×576 (PAL)
720×480 (NTSC)
DVCPRO 50 Panasonic 4:2:2 8 bites ötven PrEP 3,3:1 720×576 (PAL)
720×480 (NTSC)
DVCAM Sony 4:2:0 (PAL)
4:1:1 (NTSC) 		8 bites 25 PrEP 5:1 720×576 (PAL)
720×480 (NTSC)
digitális betacam Sony 4:2:2 10 bites 90 PrEP 2,3:1 720×576 (PAL)
720×480 (NTSC)
Betacam SX Sony 4:2:2 10 bites 18/170 MPEG-2 10:1 720×576 (PAL)
720×480 (NTSC)
MPEG IMX Sony 4:2:2 8 bites 30
40
50 		MPEG-2 422P@ML 6:1
4:1
3,3:1 		720×576 (PAL)
720×480 (NTSC)
XDCAM Sony 4:2:0/4:1:1
4:2:2 		8 bites 30
40
50 		MPEG-2 6:1
4:1
3,3:1 		720×576 (PAL)
720×480 (NTSC)

HD videó

Nagyfelbontású formátumok (nagyfelbontású)
Formátum Tulajdonos Kibocsátási év Mintavétel Színmélység
_ 		Bitráta
(Mbps) 		Tömörítés típusa Tömörítési
arány 		Keretméret
(pixel)
HDCAM Sony 1997 3:1:1 8 bites 144 PrEP 7:1 1440×1080
DVCPRO 100 Panasonic 2000 4:2:2 8 bites 100 PrEP 6,7:1 1440×1080
960×720
HDCAM SR Sony 2003 4:2:2
4:4:4 		10 bites 440
880 		MPEG-4 4,2:1
2,7:1 		1920×1080
HDV Sony JVC Canon 2003 4:2:0 8 bites 19/25 MPEG-2 18:1 1440x1080
1920x1080
1280x720
XDCAM HD Sony 2005 4:2:0 8 bites 18/35 MPEG-2 MP@H14/HL 1440×1080
1280×720
AVCHD Panasonic Sony 2006 4:2:0 8 bites 18/24 H.264 /MPEG-4 1440x1080
1920x1080
1280x720
ProRes 422 alma 2007 4:2:2 10 bites 147/220 PrEP 1920×1080
AVC-Intra 100 Panasonic 2007 4:2:2 10 bites 100 H.264 /MPEG-4 1920×1080
AVC-Intra 50 Panasonic 2007 4:2:0 10 bites ötven H.264 /MPEG-4 1440×1080
1280×720
Dirac Pro (VC-2) BBC Research 2008 4:2:2 10 bites 50/165 Hullámocska 1920×1080
DNxHD (VC-3) Mohó 2008 4:2:2 10 bites
8 bites 		220
36/145 		PrEP 1920x1080
1280x720
XDCAM HD422 Sony 2008 4:2:2 8 bites ötven MPEG-2 422P@HL 16,5:1 1920x1080
1280x720
CineForm (VC-5) Cinema Form Inc. 2001-2012 4:2:2
4:4:4 		10 bites
12 bites 		-/320 Hullámocska 10:1 - 3,5:1 1920×1080

Digitális videó interfészek

Jegyzetek

  1. ↑ Telesputnik, 2010 , p. 66.
  2. ↑ Keith Jack. Szélesvásznú jelzés (WSS  ) . Alkalmazási megjegyzés AN9716.1 . Intersil (1998. augusztus). Letöltve: 2015. január 3.
  3. ↑ Randy Conrod. Demystifying Active Format Description  (angol)  (downlink) . fehér papír . Harris Broadcast Communications. Hozzáférés dátuma: 2015. január 3. Az eredetiből archiválva : 2015. január 3.

Irodalom

Linkek

 Videó tömörítés
ITU-T ajánlások
ISO / IEC szabványok
SMPTE szabványok
MPEG-4 kodekek
Veszteségmentes
Digitális mozi
Egyéb kodekek
Lásd még