Digital video

Digital video  er et sæt teknologier til optagelse, behandling, transmission og lagring af billeder og lyd . Den største forskel fra analog video er, at videosignalet og lyden er kodet og transmitteret ikke i deres originale form, men efter analog-til-digital konvertering til video- og lyddatastrømme. I de fleste tilfælde er digital video komprimeret for at reducere mængden af ​​data, der skal transmitteres og lagres. Digital video kan distribueres på forskellige videomedier, via digitale grænseflader som en stream eller som filer .

Dannelse af videodatastrømmen

Komponentvideo

Et optisk billede dannes ved hjælp af en linse på en lysfølsom matrix af video- og tv-kameraer , telecine-projektorer , digitale kameraer , kameratelefoner eller tablets , webcams , videoovervågningskameraer og andre lignende enheder. Ved hjælp af forskellige systemer udføres farveseparationen af ​​billedet for at opnå monokrome halvtonekomponenter af de tre primære farver .

Efter anvendelse af gammakorrektionen af ​​R, G, B-signalerne konverteres de for at opnå luminanssignalet Y' og to farveforskelsignaler: R'-Y' og B'-Y'. ITU-R 601 bruger følgende kodningsformler til at digitalisere komponentvideo:

Ved transmission af sådanne signaler er det muligt at gendanne de originale farvekomponenter: rød (R), blå (B) og grøn (G), som bruges i de fleste videoinformationsdisplaysystemer, for eksempel i skærme .

Videoniveauer

De modtagne komponenter Y', Cr , Cb kvantiseres med 8 eller 10 bits . Det er dog ikke alle niveauer, der bruges til at transmittere luminanssignaler. For eksempel, til 8-bit-kodning, ud af 256 tilgængelige niveauer, bruges kun 220 til at transmittere luminanssignalet (område 16-235), og resten bruges til synkroniseringssignaler. Med 10-bit kodning bruges 877 niveauer. For farvekomponenter bruges kun 225 niveauer i et 8-bit system og kun 897 diskrete videoniveauer i et 10-bit system.

Farveundersampling

Ved sampling af Y', Cr, Cb komponenterne i videosignalet, bruges den såkaldte farvesubsampling til at reducere bithastigheden . Hvis hver komponent samples ved samme frekvens, vil dette blive kaldt 4:4:4. Det bruges dog sjældent i praksis på grund af dets redundans. For digitale videostandarder er grundforholdet 4:2:2, hvilket betyder, at farveforskelkomponenterne Cr, Cb transmitteres med horisontal klarhed , hvilket er halvdelen af ​​klarheden af ​​luminanssignalet, fordi det menneskelige øje er mere følsomt over for ændringer i lysstyrke end farver. I dette tilfælde sættes samplingsfrekvensen for lysstyrkesignalet Y' til 13,5 MHz , hvilket er dobbelt så højt som for farveforskelsignalerne Cr og Cb - 6,75 MHz.

For yderligere at reducere farveredundans anvendes 4:2:0 og 4:1:1 forholdsskemaer. I sidstnævnte tilfælde reduceres farveforskelsignalernes vandrette klarhed til en fjerdedel af luminanssignalets fulde opløsning. Både 4:1:1 og 4:2:0 halverer båndbredden sammenlignet med den ikke-nedsamplede repræsentation.

For HDTV - signaler , i henhold til del II af anbefaling ITU-R 709-3, er samplinghastighederne for luminanssignaler 74,25 MHz og krominans 37,125 MHz.

Dekomponeringsstandarder

Digitale videonedbrydningsstandarder definerer følgende parametre:

En anden vigtig parameter er videorammens billedformat . Typiske videoformater er standard 4:3 (1.33:1) eller widescreen 16:9 (1.77:1). Widescreen optages nogle gange på video med vandret komprimering op til 4:3 og strækkes under afspilning. Denne teknologi kaldes digital anamorfi , og ved optagelse af widescreen-film gør den det muligt mere effektivt at bruge rammen i standardopløsnings-tv. Korrekt visning af det kodede format sikres ved dets automatiske genkendelse ved hjælp af servicebit AR ( Aspect Ratio ) og WSS ( Wide Screen Signaling ) eller AFD ( Active Format Description )  -pakker [1] . Al denne information om billedformatet og placeringen af ​​skærmcachene ( eng. Bar Data ) transmitteres i den 23. linie i videostrømmens billedslukningsimpuls [2] [3] .    

Digitale kodnings- og komprimeringsformater

Videostream

En videostream  er en tidssekvens af frames af et bestemt format, kodet til en bitstream . Den ukomprimerede 10-bit interlaced videostream med 4:2:2 farve subsampling standard definition vil være 270 Mbps. En sådan strøm opnås ved at tilføje produkterne af samplingshastigheden og bitdybden af ​​hver komponent: 10 × 13,5 + 10 × 6,75 × 2 = 270 Mbps. Beregningen af ​​størrelsen af ​​den resulterende fil, der indeholder en ukomprimeret videostream, udføres dog noget anderledes. Kun den aktive del af videolinjen gemmes. Til repræsentation i Y', Cr, Cb rum beregnes følgende komponenter:

Datahastighedsberegning:

Til 4:2:2 format BR = BD × (B + 0,5 × B × 2) × H × FR = BD × 2 × B × H × FR Til 4:1:1 format BR = BD × (B + 0,25 × B × 2) × H × FR = BD × 1,5 × B × H × FR Til 4:2:0 format BR = BD × (B × H + 0,5 × B × 0,5 × H × 2) × FR = BD × 1,5 × B × H × FR Til 4:4:4 format BR = BD × 3 × B × H × FR BR - dataoverførselshastighed, bit/s, W og H - rammebredde og højde i pixels, BD - bitdybde for hver komponent, bits pr. pixel FR - billedhastighed, fps

Tabellen viser den ukomprimerede videobithastighed og mængden af ​​plads, der kræves til en times optagelse af de mest almindelige standarder.

Bithastighed af ukomprimeret videostream
Rammestørrelse
(pixels)		 Farvedybde
(bit)		 Prøveudtagning Billedhastighed
(Hz)		 Bitrate
(Mbps)		 Påkrævet
kapacitet ( GiB / time)
720×576 ti 4:2:2 25 207 86,9
720×576 otte 4:1:1, 4:2:0 25 124 52,1
1280×720 otte 4:2:2 25 369 154,5
1280×720 otte 4:2:2 halvtreds 737 309
1280×720 ti 4:2:2 25 461 193,1
1920×1080 ti 4:2:2 25 1037 434,5

Videokomprimering

På grund af den relativt høje bithastighed af en ukomprimeret videostrøm, er videokomprimeringsalgoritmer meget brugt. Videokomprimering giver dig mulighed for at reducere redundansen af ​​videodata og reducere den transmitterede stream, hvilket giver dig mulighed for at transmittere video over kommunikationskanaler med en lavere båndbredde eller gemme videofiler på medier med en lavere kapacitet.

Digitale videoformater

Følgende tabel viser karakteristikaene for de fleste videoformater og de anvendte typer chroma-subsampling samt andre relaterede parametre såsom bithastighed og kompressionsforhold.

Standard definition (SD) formater
Format Ejer Prøveudtagning Farvedybde
_ 		Bitrate
(Mbps) 		Kompressionstype Kompressionsforhold
_ 		Rammestørrelse
(pixels)
DV / MiniDV Flere 4:2:0 (PAL)
4:1:1 (NTSC) 		8 bit 25 Forbered 5:1 720×576(PAL)
720×480(NTSC)
DVCPRO 25 Panasonic 4:1:1 8 bit 25 Forbered 5:1 720×576(PAL)
720×480(NTSC)
DVCPRO 50 Panasonic 4:2:2 8 bit halvtreds Forbered 3,3:1 720×576(PAL)
720×480(NTSC)
DVCAM Sony 4:2:0 (PAL)
4:1:1 (NTSC) 		8 bit 25 Forbered 5:1 720×576(PAL)
720×480(NTSC)
digital betacam Sony 4:2:2 10 bit 90 Forbered 2,3:1 720×576(PAL)
720×480(NTSC)
Betacam SX Sony 4:2:2 10 bit 18/170 MPEG-2 10:1 720×576(PAL)
720×480(NTSC)
MPEG IMX Sony 4:2:2 8 bit 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 bit 30
40
50 		MPEG-2 6:1
4:1
3,3:1 		720×576(PAL)
720×480(NTSC)

HD-video

High definition - formater (High-Definition)
Format Ejer Udgivelsesår Prøveudtagning Farvedybde
_ 		Bitrate
(Mbps) 		Kompressionstype Kompressionsforhold
_ 		Rammestørrelse
(pixels)
HDCAM Sony 1997 3:1:1 8 bit 144 Forbered 7:1 1440×1080
DVCPRO 100 Panasonic 2000 4:2:2 8 bit 100 Forbered 6,7:1 1440×1080
960×720
HDCAM SR Sony 2003 4:2:2
4:4:4 		10 bit 440
880 		MPEG-4 4,2:1
2,7:1 		1920×1080
HDV Sony JVC Canon 2003 4:2:0 8 bit 19/25 MPEG-2 18:1 1440x1080
1920x1080
1280x720
XDCAM HD Sony 2005 4:2:0 8 bit 18/35 MPEG-2 MP@H14/HL 1440×1080
1280×720
AVCHD Panasonic Sony 2006 4:2:0 8 bit 18/24 H.264 /MPEG-4 1440x1080
1920x1080
1280x720
ProRes 422 Æble 2007 4:2:2 10 bit 147/220 Forbered 1920×1080
AVC-Intra 100 Panasonic 2007 4:2:2 10 bit 100 H.264 /MPEG-4 1920×1080
AVC-Intra 50 Panasonic 2007 4:2:0 10 bit halvtreds H.264 /MPEG-4 1440×1080
1280×720
Dirac Pro (VC-2) BBC Research 2008 4:2:2 10 bit 50/165 Wavelet 1920×1080
DNxHD (VC-3) Avid 2008 4:2:2 10 bit
8 bit 		220
36/145 		Forbered 1920x1080
1280x720
XDCAM HD422 Sony 2008 4:2:2 8 bit halvtreds MPEG-2 422P@HL 16,5:1 1920x1080
1280x720
CineForm (VC-5) Cinema Form Inc. 2001-2012 4:2:2
4:4:4 		10 bit
12 bit 		-/320 Wavelet 10:1 - 3,5:1 1920×1080

Digitale videogrænseflader

Noter

  1. ↑ Telesputnik, 2010 , s. 66.
  2. ↑ Keith Jack. Widescreen-signalering (WSS  ) . Anvendelsesnote AN9716.1 . Intersil (august 1998). Hentet: 3. januar 2015.
  3. ↑ Randy Conrod. Demystifying Active Format Description  (engelsk)  (downlink) . hvidbog . Harris Broadcast Communications. Dato for adgang: 3. januar 2015. Arkiveret fra originalen 3. januar 2015.

Litteratur

Links

 Videokomprimering
ITU-T anbefalinger
ISO / IEC standarder
SMPTE standarder
MPEG-4 codecs
Tabsfri
Digital biograf
Andre codecs
se også