MPEG i jego zastosowania. sztuka wideo

KSIĄŻKI I ARTYKUŁY
Darmowa biblioteka / Katalog / sztuka wideo

MPEG i jego zastosowanie

sztuka wideo

Koncepcja

Dane wideo ze swej natury są niezwykle duże. Specjaliści w tej dziedzinie od wielu lat zmagają się z zadaniem uczynienia kompresji wideo tak wydajną, jak to tylko możliwe. Na początku trzeciego tysiąclecia, w związku z pilną potrzebą przesyłania dużych ilości wideo przez różne sieci, zadanie optymalnej metody kodowania wideo pod względem stosunku jakości do głośności stało się jeszcze bardziej palące.

Koncepcja kompresji wideo w formacie MPEG jest bardzo prosta - określić, jakie informacje w strumieniu są powtarzane przynajmniej przez pewien okres czasu i podjąć działania zapobiegające powielaniu tych informacji. Najcenniejszą zaletą kodowania MPEG, szczególnie wygodnego przy transmisji w różnych sieciach, jest możliwość elastycznego dostosowywania jakości obrazu w zależności od przepustowości sieci. To sprawiło, że MPEG-2 stał się de facto standardem odbioru/transmisji telewizji cyfrowej w różnych sieciach.

Niestety nie ma możliwości jednoznacznej oceny jakości kodowania za pomocą określonych przyrządów i pomiarów. Jedynym kryterium jest tutaj osoba i sposób, w jaki odbiera skompresowane informacje. Dlatego zasady kompresji danych wideo dla kodowania MPEG zostały opracowane w oparciu o model percepcji wzrokowej człowieka (HVS - Human Visual Sense).

Redundancja obrazu według HVS jest definiowana przez trzy główne kryteria:

Szczegóły obrazu niewidoczne dla ludzkiego oka to pionowe i poziome punkty wygaszania. Usunięcie tych informacji w ogóle nie wpływa na obraz.
Redundancja statystyczna. Dzieli się na przestrzenne i czasowe. Redundancja przestrzenna odnosi się do obszarów obrazu, w których sąsiednie piksele są prawie takie same. Pod tymczasowymi - niezmiennymi w czasie fragmentami obrazu.
Redundancja barwy i jasności - obliczona na podstawie ograniczonej wrażliwości człowieka na niewielkie zmiany barwy i jasności szczegółów obrazu.

Jak to jest realizowane?

Dla wygody kodowania danych wideo cały strumień wideo jest podzielony na grupy zwane GOP (Group of Pictures). Taka grupa jest budowana w następujący sposób:

MPEG i jego zastosowanie

Tutaj:

I - Intra ramki, które zwykle nazywane są kotwicami i zawierają wszystkie informacje o obrazie. Sekwencje MPEG bez tych ramek w zasadzie nie mogą istnieć. Kiedy klatki I są kompresowane, usuwana jest tylko nadmiarowość przestrzenna. To właśnie od tej klatki rozpoczyna się dekodowanie obrazu w sekwencji.

P - Ramki predykcyjne. Klatki „przewidywane”, przy tworzeniu których wykorzystywana jest metoda przewidywania obrazu na klatce następnej z uwzględnieniem kompensacji ruchu z ostatniej klatki I lub P przed formowaną. Ramka P służy również do dalszego przewidywania obrazu. Ramka P jest tworzona przy użyciu kompresji międzyramkowej, co zmniejsza nadmiarowość zarówno przestrzenną, jak i czasową. Obraz P klatki jest odejmowany od następnego obrazu, a ta różnica jest kodowana i dodawana do skompresowanych danych wraz z wektorem ruchu.

B - Ramki dwukierunkowe, „dwukierunkowe”. Są tak nazwane, ponieważ przechowują najważniejsze informacje z otaczających ramek I i P. Klatki B mają najwyższy stopień kompresji, ale wymagają poprzedniego i kolejnego obrazu, aby skompensować ruch obiektów na obrazie.

Taka struktura strumienia MPEG jest zwykle opisywana jako ułamek M/N, dla którego M oznacza całkowitą liczbę ramek w GOP, a N wskazuje, jaka będzie następna ramka P po poprzedniej. Tak więc sekwencję GOP pokazaną na powyższym rysunku można zapisać jako 12/3.

Rzeczywisty strumień danych MPEG składa się z 6 poziomów hierarchicznych:

Blok — dane dotyczące jasności i koloru dla bloków obrazu 8x8. Bloki są analizowane pod kątem wartości Y (jasności), CB i CR (różnicy kolorów).
Macroblock - jak sama nazwa wskazuje, składa się z 4 prostych bloków odpowiednio w oknie 16x16 pikseli. W formacie 4:2:0 makroblok zawiera 4 bloki danych luminancji Y i po jednym CB i CR.
Warstwa - zawiera kilka sąsiednich makrobloków.
Ramka - składa się z grupy warstw zawierających obraz, który z kolei może być I, P lub B.
Grupa obrazów (inaczej GOP) - zawiera sekwencję klatek. Może zawierać do 15 klatek i musi koniecznie zaczynać się od klatki I.
Sekwencja wideo - musi zawierać co najmniej jeden GOP, a także tytuł na początku sekwencji i kod końcowy sekwencji.

Poziomy i profile MPEG

Profil MPEG jest podzbiorem struktury strumienia bitów skompresowanego wideo. W ramach takiego podzbioru możliwe jest szerokie rozpiętość parametrów strumienia i odpowiednio dla nich koderów i dekoderów.

Poziom odnosi się do szeregu ograniczeń nałożonych na parametry strumienia MPEG, na przykład rozdzielczość obrazu wyjściowego, liczba klatek na sekundę itp.

Poniższa tabela ilustruje maksymalne limity poziomów i profili MPEG:

Ta tabela jest potrzebna przede wszystkim do zrozumienia często spotykanych oznaczeń formatu konkretnego rekordu czy opisów możliwości dowolnego kodera. Na przykład tak można scharakteryzować nagranie MPEG:

**Właściwiej byłoby napisać tutaj: PAL - nazwa standardu telewizji analogowej, w którym powstało oryginalne wideo. W rzeczywistości filmu MPEG nie można przypisać żadnemu systemowi telewizji kolorowej, ponieważ klatki w MPEG są po prostu cyfrową reprezentacją wcześniej analogowego obrazu i nie mają nic wspólnego nawet z oryginalnym systemem telewizyjnym dla oryginalnego filmu.

Praktyczne zastosowanie

Wybredny czytelnik zapyta - w jaki sposób te informacje pomogą mi w mojej pracy? Dla tych, którzy nie pracują z wideo, oczywiście te informacje mogą niewiele dać, ale reszta może pomóc w ich praktycznej pracy. Wielu użytkowników, którzy rozpoczęli pracę z kamerami DV i programami do nieliniowej edycji wideo, zaczęło zastanawiać się nad sposobami zachowania swoich dzieł, jeśli nie na wieki, to przynajmniej na kilka następnych dziesięcioleci. Choć może się to wydawać dziwne, większość początkujących edytorów wideo DV, wciąż nie znając do końca MPEG, planuje przechowywać swoje projekty na płytach CD w formacie MPEG, nawet nie zdając sobie sprawy, jak trudne jest to zadanie do rozwiązania, jeśli użytkownik chce zachować jakość oryginału. Film DV w wersji MPEG. Tak więc najczęściej zadawane pytania na ten temat to:

Dlaczego po zapisaniu filmu w formacie MPEG-2 widzę, że jego jakość wyraźnie się pogorszyła?

Istnieje kilka powodów:

Już skompresowany, skompresowany obraz jest przesyłany z cyfrowej kamery wideo do komputera. DV jest zasadniczo szczególnym przypadkiem kompresji JPEG - jest to strumień składający się z klatek skompresowanych według nieco zmodyfikowanego algorytmu JPEG. Z idei (ale nie z zasad kompresji) MPEG w DV wynika, że przy kompresji w DV brana jest pod uwagę informacja z dwóch pól jednej klatki - tzw. kompresja intrafield. Dlatego, aby skompresować w MPEG DV, obraz jest najpierw dekompresowany, a następnie ponownie kompresowany, co nigdy nie poprawi jakości.
Ustawienia kompresji zostały ustawione nieprawidłowo pod względem jakości obrazu.
Używany jest szybki, ale niezbyt wysokiej jakości koder MPEG.

Dlaczego jakość obrazu na płytach DVD jest bardzo wysoka, mimo że to także MPEG-2 - czy w domu można uzyskać podobną jakość?

Jakość wideo na płytach DVD jest naprawdę bardzo wysoka. Wyjaśniają to dwa główne czynniki - nieskompresowane wideo profesjonalnej jakości jest wykorzystywane jako źródłowy materiał wideo do tworzenia wersji filmu MPEG-2, a ponadto do kodowania w formacie MPEG używane są kodery sprzętowe o bardzo wysokiej jakości kodowania obrazu -2. Koszt takich enkoderów sięga kilkudziesięciu tysięcy dolarów amerykańskich. Dlatego nie da się uzyskać takiej jakości z filmu DV w domu.

Co oznaczają parametry, o podanie których jesteś proszony przed kodowaniem filmu do formatu MPEG?

Takich parametrów może być wiele, ale powinniśmy skupić się na najważniejszym z nich:

Identyfikator profilu i identyfikator poziomu — patrz tabela powyżej.
Interwały ramek - aby zrozumieć o co chodzi, należy zauważyć, że zwykle ustawiany jest odstęp między ramkami I, co w rzeczywistości oznacza rozmiar GOP, a także jaka będzie następna klatka P po poprzedniej. Im dłuższy odstęp między klatkami I, tym gorsza będzie jakość obrazu, ale rozmiar wynikowego pliku będzie mniejszy. Ponadto nie zaleca się, aby odstęp między ramkami I był większy niż 15.
Oszacowanie ruchu — kompensacja ruchu. Parametr ten określa, jak poprawnie przewidywany będzie ruch obiektu i jest bardzo ważny zarówno dla jakości obrazu wyjściowego, jak i dla oszacowania czasu kodowania. Większa wartość zapewni lepszą jakość, ale znacznie wydłuży czas pracy enkodera. Ustawiając ten parametr, musisz zrozumieć, że maksymalna wartość może być „nie do zniesienia” dla procesora komputera, a żądany film można tworzyć przez kilka dni.
Sekwencja ramek jest parametrem podobnym do Interwałów ramek pod wieloma względami. Zwykle oferuje wybór rodzaju kodowania - tylko klatki I, ramki I + P oraz ramki I, P, B, a także interwały dla ramek P i B. Jeśli chodzi o sposób kodowania - najlepsza jakość, ale maksymalna ilość jest zakodowana tylko w ramkach I, to odpowiednio I + P i I, P, B. Klasyczne sprawdzone wartości dla wartości interwałowych to P=3 i B=2. Ściśle mówiąc, płyty DVD zwykle używają struktury 15/3, czyli IBBBPBBPBBPBBPBB.
Video Data Rate - prędkość strumienia wideo. W wielu enkoderach przeznaczonych dla masowego użytkownika jest to główny parametr, względem którego sam enkoder ustawia wszystkie pozostałe. Zwykle jest mierzony w megabitach na sekundę. Ustawiając tę wartość i mnożąc ją przez czas trwania filmu w sekundach, łatwo uzyskać rozmiar całego pliku.

Mam kamerę DV z funkcją skanowania progresywnego. Następnie chcę zapisać gotowy film w formacie MPEG. Jak fotografować lepiej, normalnie z przeplotem czy progresywnie?

W przypadku MPEG-1 odpowiedź jest jednoznaczna - lepsze jest nagrywanie ze skanowaniem progresywnym, więc podczas kompresji w MPEG-1 jedno pole obrazu telewizyjnego jest po prostu odrzucane. W przypadku MPEG-2 odpowiedź na to pytanie zależy od tego, w jaki sposób planujesz wykorzystać wygenerowany klip MPEG-2. Jeśli planujesz oglądać go tylko na komputerze i / lub nie ma dekodera sprzętowego, lepiej jest użyć nagrywania ze skanowaniem progresywnym - obraz będzie wyraźniejszy, bez artefaktów ruchu. Jeśli istnieje sprzętowy dekoder MPEG-2 i planujesz oglądać film na telewizorze, płynniejsze i bardziej naturalne ruchy obiektów w filmie będą podczas nagrywania w trybie normalnym. Wiele nowoczesnych koderów MPEG-2 pozwala wybrać typ oryginalnego filmu (progresywny lub z przeplotem), po wybraniu skanowania z przeplotem używane są pola, a po wyjściu z dekodera sprzętowego na wyjście wideo oryginalny obraz zostanie przywrócony z tymi samymi polami, co przed kompresją.

Chcę od razu zapisywać filmy w formacie MPEG i edytować w nim. Czy jest to możliwe i słuszne?

Oczywiście możesz zapisać, ale edycja wideo MPEG jest bardzo trudna i niewygodna. Faktem jest, że podczas edycji MPEG naprawdę dokładne przycięcie fragmentów do klatki jest niemożliwe, ponieważ fragmenty mogą być oddzielone od siebie tylko klatkami I, w przeciwnym razie, gdy klatka odniesienia zostanie usunięta, a klatki następujące po niej zostaną zapisane, obraz straci czytelność. Edytory wideo z obsługą MPEG umożliwiają edycję z dokładnością do klatki, ale musisz zrozumieć, że przy jakichkolwiek zmianach nie w pierwszej klatce, cały GOP zostanie ponownie skompresowany, co w żaden sposób nie wpłynie na jakość filmu na lepsze. Nakładanie efektów, przejść, filtrów będzie również niemożliwe z dokładnością rzeczywistego kadru, co może prowadzić do niemożności wykonania wysokiej jakości pomysłów artystycznych. Ponadto rekompresja obrazu w przypadku MPEG-2 zajmie znacznie więcej czasu w porównaniu do DV i wymaga do tego mocniejszych procesorów.

Teraz format MPEG-4 jest bardzo popularny w Rosji. Czy zapisywanie filmów w tym formacie ma sens?

Format MPEG-4 został pierwotnie stworzony do transmisji wideo przez kanały o niskiej szybkości i nie był przeznaczony do przechowywania wideo. Jakość obrazu w MPEG-4 jest zdecydowanie gorsza niż w MPEG-2, ale nieco lepsza niż w MPEG-1. Kompresja/dekompresja w MPEG-4 wymaga dużo czasu procesora i oglądania, a tym bardziej tworzenie wideo w formacie MPEG-4 na komputerze z procesorem poniżej Celeron II 700 jest bardzo trudne. Zasadniczo MPEG-4 służy do ponownej kompresji oryginalnych filmów MPEG-2 nagranych na płytach DVD. MPEG-4 pozwala nagrać godzinny film na zwykłej płycie CD. Nie ma sensu zapisywać własnych filmów w tym formacie z dwóch głównych powodów:

Jakość jest znacznie gorsza niż oryginał.
Nie ma standardu nagrywania MPEG-4 na płytę, podobnego do standardu DVD.

Które kodery MPEG obsługują format DV i jednocześnie zapewniają dobrą jakość?

Istnieje kilka popularnych koderów MPEG obsługujących format DV:

TMPEnc Encoder to program, który jest popularny nie tyle ze względu na sam koder MPEG, ale ze względu na narzędzia do multipleksowania, demultipleksowania i łączenia/cięcia plików MPEG.
Główna koncepcja MPEG Encoder to dobry koder wbudowany w popularne edytory wideo Adobe Premiere, Ulead MSP i Vegas Video.
Canopus ProCoder to prawdopodobnie najlepszy koder DV na rynku.

Autor: Firma Spline; Publikacja: pctuner.ru

Polecamy ciekawe artykuły Sekcja sztuka wideo:

▪ Tworzenie płyty DVD

▪ Cyfrowe przechwytywanie wideo

▪ Osiem ościeżnic kamer

Zobacz inne artykuły Sekcja sztuka wideo.

Czytaj i pisz przydatne komentarze do tego artykułu.

<< Wstecz

Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:

Pułapka powietrzna na owady 01.05.2024

Rolnictwo jest jednym z kluczowych sektorów gospodarki, a zwalczanie szkodników stanowi integralną część tego procesu. Zespół naukowców z Indyjskiej Rady Badań Rolniczych i Centralnego Instytutu Badań nad Ziemniakami (ICAR-CPRI) w Shimla wymyślił innowacyjne rozwiązanie tego problemu – napędzaną wiatrem pułapkę powietrzną na owady. Urządzenie to eliminuje niedociągnięcia tradycyjnych metod zwalczania szkodników, dostarczając dane dotyczące populacji owadów w czasie rzeczywistym. Pułapka zasilana jest w całości energią wiatru, co czyni ją rozwiązaniem przyjaznym dla środowiska i niewymagającym zasilania. Jego unikalna konstrukcja umożliwia monitorowanie zarówno szkodliwych, jak i pożytecznych owadów, zapewniając pełny przegląd populacji na każdym obszarze rolniczym. „Oceniając docelowe szkodniki we właściwym czasie, możemy podjąć niezbędne środki w celu zwalczania zarówno szkodników, jak i chorób” – mówi Kapil ... >>

Zagrożenie śmieciami kosmicznymi dla ziemskiego pola magnetycznego 01.05.2024

Coraz częściej słyszymy o wzroście ilości śmieci kosmicznych otaczających naszą planetę. Jednak do tego problemu przyczyniają się nie tylko aktywne satelity i statki kosmiczne, ale także pozostałości po starych misjach. Rosnąca liczba satelitów wystrzeliwanych przez firmy takie jak SpaceX stwarza nie tylko szanse dla rozwoju Internetu, ale także poważne zagrożenia dla bezpieczeństwa kosmicznego. Eksperci zwracają obecnie uwagę na potencjalne konsekwencje dla ziemskiego pola magnetycznego. Dr Jonathan McDowell z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics podkreśla, że firmy szybko wdrażają konstelacje satelitów, a liczba satelitów może wzrosnąć do 100 000 w następnej dekadzie. Szybki rozwój tych kosmicznych armad satelitów może prowadzić do skażenia środowiska plazmowego Ziemi niebezpiecznymi śmieciami i zagrożenia dla stabilności magnetosfery. Metalowe odłamki ze zużytych rakiet mogą zakłócać jonosferę i magnetosferę. Oba te systemy odgrywają kluczową rolę w ochronie i utrzymaniu atmosfery ... >>

Zestalanie substancji sypkich 30.04.2024

W świecie nauki istnieje wiele tajemnic, a jedną z nich jest dziwne zachowanie materiałów sypkich. Mogą zachowywać się jak ciało stałe, ale nagle zamieniają się w płynącą ciecz. Zjawisko to przyciągnęło uwagę wielu badaczy i być może w końcu jesteśmy coraz bliżej rozwiązania tej zagadki. Wyobraź sobie piasek w klepsydrze. Zwykle przepływa swobodnie, ale w niektórych przypadkach jego cząsteczki zaczynają się zatykać, zamieniając się z cieczy w ciało stałe. To przejście ma ważne implikacje dla wielu dziedzin, od produkcji leków po budownictwo. Naukowcy z USA podjęli próbę opisania tego zjawiska i zbliżenia się do jego zrozumienia. W badaniu naukowcy przeprowadzili symulacje w laboratorium, wykorzystując dane z worków z kulkami polistyrenowymi. Odkryli, że wibracje w tych zbiorach mają określone częstotliwości, co oznacza, że tylko określone rodzaje wibracji mogą przemieszczać się przez materiał. Otrzymane ... >>

Przypadkowe wiadomości z Archiwum

Słuch nie pogarsza się z wiekiem 01.07.2012

To prawda, dotyczy to tylko muzyków. Lekarze z Toronto (Kanada) przebadali 74 muzyków i 89 osób z innych zawodów w wieku od 18 do 91 lat pod kątem ostrości słuchu i umiejętności usłyszenia ciekawej rozmowy na tle innych rozmów, hałasu i muzyki (z wiekiem ta umiejętność maleje).

Okazało się, że oba wskaźniki dla muzyków prawie nie spadają z wiekiem. Chodzi oczywiście o to, że ich części mózgu odpowiedzialne za przetwarzanie informacji dźwiękowych są nieustannie trenowane.

Inne ciekawe wiadomości:

▪ Intel rozwija swojego laptopa Centrino

▪ Matematyczny rozkład regularny neuronów w mózgu człowieka

▪ Atmosferyczny akumulator azotowy

▪ Najwyższy posąg na świecie

▪ Ciche zasilacze Mean Well LSP-160

Wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika

Ciekawe materiały z bezpłatnej biblioteki technicznej:

▪ część witryny Materiały referencyjne. Wybór artykułu

▪ artykuł Mądra osoba nie pójdzie pod górę, mądra osoba ominie górę. Popularne wyrażenie

▪ artykuł Który superbohater jest odpowiedzialny za powstrzymanie uniwersów DC i Marvel przed miksowaniem? Szczegółowa odpowiedź

▪ Artykuł galwaniczny. Opis pracy

▪ artykuł Regulator temperatury na tyrystorze. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki

▪ artykuł Źródło promieniowania UV. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki

Zostaw swój komentarz do tego artykułu:

Wszystkie języki tej strony

Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn