Δθαξκνγέο Πνιπκέζσλ Θεσξία V

Transcript

1 Δθαξκνγέο Πνιπκέζσλ Θεσξία V VIDEO & Πξόηππα Τειενπηηθήο Μεηάδνζεο Φ. Αιεμαλδξάθε 1

2 Δθαξκνγέο VIDEO Αλαπαξαγσγή Απνζεθεπκέλνπ Υιηθνύ Τειεόξαζε Video On Demand (VOD) Δθπαηδεπηηθέο ή ελεκεξσηηθέο Δθαξκνγέο (π.ρ. ζε CD-ROM, ζε information kiosks, ζην Internet) Οπηηθναθνπζηηθή Δπηθνηλσλία Πξαγκαηηθνύ ρξόλνπ VIDEO conferencing (ηειεδηάζθεςε) 2

3 Τερληθά Φαξαθηεξηζηηθά VIDEO Ταρύηεηα Αλαλέσζεο Καξέ (Frame Rate) Τερληθή ζάξσζεο Πξννδεπηηθή Σάξσζε (Progressive Scanning) Πεπιεγκέλε Σάξσζε (Interlaced Scanning) Αλάιπζε Αλαινγηθό video: θάζεηε αλάιπζε αξηζκόο γξακκώλ ζάξσζεο αλά θαξέ Χεθηαθό video: width x height (pixles) Αλαινγία Γηαζηάζεσλ (Aspect Ratio) 4:3 (standard) 16:9 (wide screen) Κσδηθνπνίεζε Φξώκαηνο Σπκπίεζε (γηα ςεθηαθό video) Bit-rate (γηα ςεθηαθό video) Σηεξενζθνπηθόηεηα 3D video 3

4 Interlaced vs. Progressive Scanning Interlaced Scanning Τν θαξέ εκθαλίδεηαη ζε δύν πεδία Odd-field Even-field Μείσζε flickering Γηα ην ίδην bandwidth κπνξεί λα πξνζθέξεη Μεησκέλε θάζεηε αλάιπζε ή δηπιαζηαζκόο ηεο ηαρύηεηαο αλαλέσζεο θαξέ Φξεζηκνπνηείηαη ζε GIF θαη PNG image rendering (ν ρξήζηεο βιέπεη ηελ εηθόλα πξηλ νινθιεξσζεί ην θόξησκα) Progressive Scanning Τν θαξέ εκθαλίδεηαη ζε έλα πέξαζκα ηεο νζόλεο από πάλσ πξνο ηα θάησ Σηηο ζεκεξηλέο νζόλεο πνπ έρνπλ ηελ δπλαηόηεηα λα αλαπαξάγνπλ εηθόλα ζε πςειόηεξα frame rates, ην ηξεκόπαηγκα (flickering) δελ είλαη έηζη θη αιιηώο νξαηό, νπόηε πηνζεηείηαη ην progressive πνπ παξέρεη κεγαιύηεξε αλάιπζε αλά θαξέ 4

5 Οξαηό ηκήκα Ζ/Μ θάζκαηνο 5

6 Κσδηθνπνίεζε Φξώκαηνο (1/2) Κάζε ρξώκα αλαπαξίζηαηαη σο ζπλδπαζκόο ηξηάδαο βαζηθώλ ρξσκάησλ Ε = αα + ββ + γγ Ζ ηξηάδα απηή δελ είλαη κνλαδηθή Σε VIDEO πνπ πξννξίδεηαη γηα κεηάδνζε, επηιέγεηαη ώζηε ε κία ζπληζηώζα λα είλαη ε θσηεηλόηεηα (luminance). Οη άιιεο δύν απνηεινύλ ρξσκαηηθέο ζπληζηώζεο (chrominance) 6

7 Luminance θαη Chrominance Φωτεινότητα (luminance): Υπνθεηκεληθό κέγεζνο πνπ πεξηγξάθεη ην πόζν θσηεηλό θαίλεηαη έλα αληηθείκελν (σο πξνο ηελ εθπνκπή θαη αληαλάθιαζε θσηόο) Χρωματικές σσνιστώσες (chrominance): δύν ζπληζηώζεο γηα ηελ θαζκαηηθή πεξηγξαθή ρξώκαηνο Tα αλαινγηθά πξόηππα κεηάδνζεο ρξεζηκνπνηνύλ ρξσκαηηθά κνληέια ζηα νπνία ε κία παξάκεηξνο είλαη ε θσηεηλόηεηα θαη νη άιιεο δύν είλαη ρξσκαηηθέο ζπληζηώζεο, γηα δύν ιόγνπο: Ζ ρξσκαηηθέο ζπληζηώζεο κπνξνύλ λα κεηαδίδνληαη κε κηθξόηεξε αθξίβεηα (πεξηνξηζκό bandwidth) Γηα ηζηνξηθνύο ιόγνπο: Σηελ αζπξόκαπξε ηειεόξαζε κεηαδίδνληαλ κόλν ε θσηεηλόηεηα 7

8 Κσδηθνπνίεζε Φξώκαηνο (2/2) Υ: luminance, UV or IQ chrominance YUV ή YCbCr (PAL, SECAM, CCIR 601, MJPEG) Y = 0,30R + O,59G + 0,11B U = 0,493(B-Y) = -0,15R - 0,29G + 0,44B V = 0,877(R-Y) = 0,62R - 0,52G - 0,10B YIQ (NTSC) Y = 0,30R + O,59G + 0,14B I = 0,74(R-Y) - 0,27(B-Y) = 0,60R + 0,28G + 0,32B Q = 0,48(R-Y) + 0,41(B-Y) = 0,21R + 0,52G + 0,31B image Y component U component V component 8

9 Σπγρξνληζκόο - SMPTE Society of Motion Pictures and Television Engineers Φξεζηκνπνηείηαη γηα ζπγρξνληζκό VIDEO, AUDIO, ή AV Σπλδπαζκό Μνξθή metadata πνπ επέηξεςε ην ζύγρξνλν μη-γραμμικό μοντάζ Ξερσξηζηό ζήκα Timecode (80-bit codeword) Binary coded decimal hour:min:sec:frame (8bits γηα θάζε έλα= 32 bits) 32 user bits (π.ρ. Take number, Ζκεξνκελία, θ.ι.π.) Drop frame and coloring flags 3 extra bits binary group flag νξίδνπλ ηε ρξήζε ησλ user bits 16bits sync word (ππνδεηθλύνπλ ην ηέινο ηεο θσδηθήο ιέμεο) Φξήζε drop-frame timecode γηα ην πξόηππν NTCS Φξεζηκνπνηείηαη γηα ηελ δεκηνπξγία VIDEO κε δεδνκέλε ρξνληθή δηάξθεηα (ζε δεπηεξόιεπηα), ώζηε Να κελ ππάξρεη δηαθνξά ζηελ εκθαληδόκελε θαη ηελ πξαγκαηηθή δηάξθεηα ηνπ VIDEO Να ππάξρεη ζπκβαηόηεηα κε ηελ αζπξόκαπξε ηειεόξαζε ζηελ Ακεξηθή ήηαλ 30fps (ε έγρξσκε NTSC είλαη 29.97fps) Δπαλαξίζκεζε δύν πξώησλ θαξέ θάζε ιεπηνύ εθηόο από θάζε δέθαην ιεπηό (δελ ράλνληαη θαξέ αιιά κόλν αξηζκνί θαξέ) 9

10 SMPTE color bars luminance Μπλε (φίλτρα) chrominance Bars and Tone Μεηαδίδεηαη καδί κε 1000Hz εκηηνληθό ηόλν Φξεζηκνπνηείηαη γηα θαιηκπξάξηζκα δέθηε ή θαη ζηαζκνύ αλακεηάδνζεο 10

11 Αλαινγηθά πξόηππα ηειενπηηθήο κεηάδνζεο PAL (Phase Alternating Line) 576 γξακκέο, 25 frames/sec, 4:3, interlaced, YUV (YCbCr) ρξώκα Φξεζηκνπνηείηαη ζηηο πεξηζζόηεξεο ρώξεο εθηόο από: Τηο πεξηζζόηεξεο ρώξεο ηεο Ακεξηθήο, ηηο ρώξεο Αλ.Αζίαο, νξηζκέλεο ρώξεο ηεο Αλ. Δπξώπεο θαη ηε Γαιιία Αλαπηύρζεθε ζηε Γεξκαλία από ην Walter Bruch ην 1967 NTSC (National television Standards Committee) 486 γξακκέο, frames/sec, 4:3, interlaced, YIQ ρξώκα Φξεζηκνπνηείηαη ζην κεγαιύηεξν κέξνο ηεο Ακεξηθήο θαη ζηελ Ηαπσλία SECAM (Sequentiel Couleur avec Mémoire) Ίδηα ηερλ.ραξ. κε PAL αιιά κε ιίγν δηαθνξεηηθή θαη ζαθώο θαηώηεξε θσδηθνπνίεζε ρξώκαηνο Αλαπηύρζεθε ζηε Γαιιία ην

12 Χεθηαθή ηειενπηηθή κεηάδνζε Τξόπνη Μεηάδνζεο Δπίγεηα (Terrestrial) Γνξπθνξηθή (Satellite) Καισδηαθή (Cable) Κπξίαξρα Πξόηππα Μεηάδνζεο Δπξώπε (DVB) DVB-T, DVB-S, DVB-C, DVB-H (handheld devices) Ακεξηθή (ATSC ) ATSC (terrestrial/cable), ATSC-M/H (mobile/handheld) Codecs Video (H.264/MPEG-4 AVC επηθξαηέζηεξν, MPEG-2 παιαηόηεξν format) Audio (MP2, MP3, AC-3, AAC) Interactive TV (IDTV) Ζ δπλαηόηεηα αιιειεπίδξαζεο κε ηειενπηηθά πξνγξάκκαηα κέζσ ηεο ππνζηήξημεο ελόο Return Channel Π.ρ. επηινγή θάκεξαο ζε αγώλεο, δπλαηόηεηα ςεθνθνξίαο ζε δσληαλά ηειενπηηθά shows 12

13 HDTV θαη 3DTV High Definition TV Τππηθέο ηηκέο αλάιπζεο: or Σάξσζε: p ή i Frame rates: Ζz Σε νξηζκέλεο ρώξεο HDTV εθπέκπεηαη κε ρξήζε αλαινγηθά πξόηππα κεηάδνζεο (PAL, NTSC, SECAM) 3D TV Αλάιπζε κεηξηέηαη ζε voxels (volume picture element),.ρ. 512x512x512 13

14 VIDEO File Formats Σε αληίζεζε κε ηα αξρεία εηθόλαο θαη ήρνπ, έλα video format Μπνξεί λα ππνζηεξίδεηαη από πνιινύο codecs. Βνεζεηηθή πιεξνθνξία (πέξαλ ησλ δεδνκέλσλ video θαη audio), πεξηιακβάλεη: Γεδνκέλα ζπγρξνληζκνύ (π.ρ. SMPTE timecode) Υπόηηηινπο 14

15 VIDEO File Formats/Codecs AVI XviD, DivX, FFMPEG, Indeo, Cinepak, Windows Media Matroska XviD, DivX, FFMPEG Ogg (κόλν codecs ηνπ xiph.org) OGM XviD, DivX, FFMPEG ASF (Microsoft format γηα streaming) Windows Media WMV (ε MPEG-4 πινπνίεζε ηεο Microsoft) Windows Media MPEG-1 and MPEG-2 MP4 (MPEG-4) XviD, DivX, FFMPEG QuickTime (MOV) Sorenson, Cinepak RealMedia (RM) RealVideo 15

16 QuickTime Format: ρσξηζηά tracks γηα audio, video, effects θαη text Codecs: Sorenson, MJPEG, AC3, Cinepak, θιπ 2002: QuickTime6 πιήξεο ζπκβαηόηεηα κε MPEG-4 SW: QuickTime player QuickTime Pro QuickTime App. Framework 16

17 VIDEO Codecs Σπλδπαζκόο Coder/decoder Hardware ή Software ηθαλό λα κεηαζρεκαηίδεη έλα αλαινγηθό ή ςεθηαθό ζήκα ζε θάπνην(α) format AVS Theora Tarkin H.261 H.263 H.263v2 H.264 MPEG-1 Video MPEG-2 Video MPEG-4 Video Sorenson codec Cinepak Indeo 3/4/5 MJPEG DivX Xvid 3ivx Windows Media Video 9 Series 17

18 DivX Αλαπηύρζεθε από ηελ DivXNetworks, Inc. Υπάξρνπλ δύν codecs MPEG-4 Part 2 DivX codec ή H.264/MPEG-4 AVC DivX Plus HD codec Γλσζηό γηα ηελ ηθαλόηεηα ηνπ λα ζπκπηέδεη ηαηλίεο DVD (~6GB) ζε αξρεία πνπ ρσξνύλ ζε CD-ROM (~600MB) Πνιιά πξνγξάκκαηα DVD ripping θαη παξάλνκε κεηαθνξά ζε δίθηπα peer-topeer Ζ λέα έθδνζε είλαη πιήξσο ζπκβαηή κε ην πξόηππν MPEG-4 Υπάξρεη θαη ν OpenDivX -- από ηελ DivXNetworks 2001, πνπ είλαη open source codec απνηέιεζε ηε βάζε ηνπ XVID codec, πνπ παξέρεηαη από αλεμάξηεην νξγαληζκό 18

19 Video Connectors Τα αλαγλσξίδεηε? Πνηα κεηαθέξνπλ θαη ήρν εθηόο από video? Πνηα είλαη αλαινγηθά θαη πνηα ςεθηαθά? 19

20 Τειενπηηθά Χεθηαθά Πξόηππα Σπκπίεζεο VIDEO ISO ITU MPEG-1 H.261 MPEG-2 H.262 MPEG-4 H.263 MJPEG H

21 Σπκπίεζε VIDEO Πιενλαζκόο (Redundancy) Σηαηηθόο πιενλαζκόο (Spatial Redundancy) Intraframe Coding (: image compression, ζπλήζσο jpeg) Φξνληθόο πιενλαζκόο (Temporal Redundancy) Interframe Coding ή Motion Estimation 21

22 Δθηίκεζε Κίλεζεο (Motion Estimation) 22

23 H.261 Decoded Sequence 23

24 MPEG VIDEO MPEG-1 Coding of moving pictures and associated audio for digital storage media Bitrate έως 1,5 Mbit/s. Αλάιπζε 352x240 pixels (NTSC) ή 352x288 pixels (PAL) ε πνηόηεηά ηεο είλαη ζε επίπεδα VHS video. Φξεζηκνπνηείηαη γηα ηελ απνζήθεπζε video ζε CD-ROM, Video-CD θαη CD-i θαη όπνπ αιινύ ρξεηάδεηαη κηθξό (ζε ζρέζε κε ην MPEG-2) bandwidth. To MPEG-1 κπνξεί λα ρξεζηκνπνηεζεί ζε εθαξκνγέο κε ξπζκό κεηάδνζεο 4-5 Mbits/sec, αιιά ηα απνηειέζκαηα δελ είλαη ηόζν θαιά, όζν ζηελ θαλνληθή πεξηνρή ιεηηνπξγίαο ηνπ. MPEG-2 Generic coding of moving pictures and associated audio information. Bitrate 3-10 Mbits/sec. αθνινπζεί ην πξόηππν CCIR-601, δειαδή 704x480 pixels (NTSC) ή 704x576 pixels (PAL) Yπνζηεξίδεη interlacing Οη εθαξκνγέο ηνπ είλαη ζηελ θαισδηαθή ηειεόξαζε (CableTV), ζηε δνξπθνξηθή (Direct Broadcasting Satellite TV) αιιά αλακέλεηαη λα επεθηαζεί θαη ζηελ επίγεηα ηειεόξαζε. Δπίζεο ρξεζηκνπνηείηαη ζηελ απνζήθεπζε θηλεκαηνγξαθηθώλ ηαηληώλ ζηα DVD (Digital Video Disk). MPEG-4 Coding of audio-visual objects. Ο όξνο audio visual objects (AV-objects) Bitrate 4.8 θαη 64 Κbits/sec, θαηάιιεια δειαδή γηα κεηάδνζε ζε δίθηπα κε κηθξό δηαζέζηκν bandwidth Αλάιπζε εηθόλαο είλαη 176x144 pixels Πξόηππν γηα εθαξκνγέο επηθνηλσλίαο πνιπκέζσλ (multimedia comunications) 24