Τεχνολογία Πολυμέσων. Ενότητα 10: Ψηφιακό Βίντεο. Νικολάου Σπύρος Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής ΤΕ

Transcript

1 Τεχνολογία Πολυμέσων Ενότητα 10: Ψηφιακό Βίντεο Νικολάου Σπύρος Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής ΤΕ

2 Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς. 2

3 Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο TEI Δυτικής Μακεδονίας και στην Ανώτατη Εκκλησιαστική Ακαδημία Θεσσαλονίκης» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. 3

4 Σκοποί ενότητας Η ενότητα αυτή πραγματεύεται ζητήματα σχετικά με το ψηφιακό βίντεο. 4

5 Περιεχόμενα ενότητας Ψηφιοποίηση αναλογικού βίντεο. Σύλληψη ψηφιακού βίντεο. Υποδειγματοληψία χρώματος. Συμπίεση κατά MPEG. Τεχνολογία ψηφιακού βίντεο. Επεξεργασία ψηφιακού βίντεο. Μορφοποιήσεις αρχείων βίντεο. 5

6 Ψηφιακό Βίντεο

7 Τεχνολογίες ψηφιακού βίντεο (1/2) Τεχνολογίες Ψηφιακού Βίντεο (Digital Video) είναι το σύνολο ψηφιακών τεχνολογιών με τις οποίες είναι δυνατή η εξ αρχής παραγωγή, επεξεργασία, αποθήκευση και διαμοίραση ψηφιακών αρχείων οπτικοακουστικής πληροφορίας. Υπάρχουν ΔΥΟ τρόποι για να δημιουργήσει κανείς ψηφιακά αρχεία βίντεο: Με ψηφιοποίηση Αναλογικού Βίντεο. Η τεχνική αυτή είναι γνωστή ως «σύλληψη αναλογικού βίντεο» (analog video capturing). Με χρήση τεχνολογίας Ψηφιακού Βίντεο. Δημιουργία απ ευθείας ψηφιακού σήματος βίντεο (π.χ. με ψηφιακή βιντεοκάμερα). 7

8 Τεχνολογίες ψηφιακού βίντεο (2/2) Η προετοιμασία του ψηφιακού βίντεο για την εισαγωγή του σε μια εφαρμογή πολυμέσων περιλαμβάνει τρία στάδια: Σύλληψη και ψηφιοποίηση βίντεο από αναλογικές πηγές, ή δημιουργία απ ευθείας ψηφιακού σήματος βίντεο. Επεξεργασία ψηφιακού βίντεο. Συμπίεση ψηφιακού βίντεο. 8

9 Ψηφιοποίηση αναλογικού βίντεο (1/6) Η ψηφιοποίηση του σήματος βίντεο χαρακτηρίζεται από τις εξής παραμέτρους: Συχνότητα δειγματοληψίας (sampling rate). Ρυθμός (ή συχνότητα) ανανέωσης πλαισίου (frame rate or refresh rate). Μέγεθος εικόνας (image size). Βάθος Χρώματος ή Χρωματικό βάθος (color depth). 9

10 Ψηφιοποίηση αναλογικού βίντεο (2/6) Συχνότητα δειγματοληψίας (sampling rate): Θα πρέπει η συχνότητα δειγματοληψίας να είναι διπλάσια από τη μέγιστη συχνότητα του σήματος, ώστε να έχουμε ικανοποιητική ποιότητα σήματος. Η μέγιστη συχνότητα του σήματος αναλογικού βίντεο είναι περίπου 5 MHz και κατά συνέπεια απαιτείται συχνότητα δειγματοληψίας της τάξης των 10 MHz. Ρυθμός (ή συχνότητα) ανανέωσης πλαισίου (Frame rate or refresh rate): Το τηλεοπτικό πρότυπο για την ταχύτητα ανανέωσης πλαισίων είναι 25 fps για το ευρωπαϊκό σύστημα PAL/SECAM και 30 fps για το αμερικάνικο σύστημα NTSC. Όμως μπορούμε να έχουμε ένα ανεκτό αποτέλεσμα ακόμα και με 15 fps. 10

11 Ψηφιοποίηση αναλογικού βίντεο (3/6) Μέγεθος εικόνας (image size): Το ψηφιακό βίντεο δημιουργείται από μια σειρά χαρτογραφικών (bitmap) εικόνων. Το πρότυπο ανάλυσης για βίντεο πλήρους οθόνης μπορεί να είναι 640x480 pixel, αλλά για λόγους χωρητικότητας συχνά χρησιμοποιείται 320x240 pixel. Βάθος Χρώματος ή Χρωματικό βάθος (color depth) : Το χρωματικό βάθος καθορίζεται από τα bit που χρησιμοποιούνται για τη χρωματική περιγραφή κάθε pixel. Οι πιο συνηθισμένες τιμές χρωματικού βάθους είναι οι εξής: 8 bit 256 χρώματα, 16 bit χρώματα και 24 bit 16,7 εκατομ. χρώματα. 11

12 Ψηφιοποίηση αναλογικού βίντεο (4/6) Ψηφιακό και Αναλογικό βίντεο. Περιορισμένη συμβατότητα για ανταλλαγή δεδομένων. Παρόμοια ανάλυση ή / και ρυθμός καρέ. Ψηφιοποίηση σύνθετου σήματος. Μετατροπή όλων των συνιστωσών μαζί. Δεν επιτρέπει το διαφορετικό χειρισμό τους. Διατήρηση παρεμβολών μεταξύ συνιστωσών. Κατάλληλη μόνο για ψηφιακή μετάδοση. 12

13 Ψηφιοποίηση αναλογικού βίντεο (5/6) Ψηφιοποίηση συνιστωσών σήματος. Επιτρέπει άνισους ρυθμούς δειγματοληψίας. Κατάλληλη για ψηφιακή επεξεργασία. Θεωρητικά γίνεται και με RGB, αλλά στην πράξη γίνεται με YUV/YIQ. 13

14 Ψηφιοποίηση αναλογικού βίντεο (6/6) «Σύλληψη» (capturing) του αναλογικού βίντεο. Δημιουργία αρχείου ψηφιακού βίντεο από αναλογικό σήμα βίντεο. «Κάρτα σύλληψης βίντεο» (video capture card). Εικόνα 1: Ψηφιοποίηση αναλογικού βίντεο. Πηγή: Διδάσκων (2015). 14

15 Κάρτα σύλληψης βίντεο Βασικά χαρακτηριστικά: Δίαυλος Σύνδεσης: PCI (ή και USB). Παραγόμενα αρχεία: AVI ή MPEG-1, MPEG-2. Είσοδος: Y/C, Composite. Έξοδος: Αν υπάρχει θα είναι συνήθως Y/C ή Composite. Δυνατότητα TV-tuner: Μπορεί να υπάρχει ή όχι. Μέγιστη Ανάλυση: 720x576 (PAL). Λογισμικό: Συνήθως η κάρτα συνοδεύεται από κάποιο λογισμικό επεξεργασίας αρχείων video. 15

16 Χρήση τεχνολογίας ψηφιακού βίντεο (1/2) Ψηφιακή βιντεοκάμερα CCD Ροή ψηφιακών δεδομένων. Δημιουργία απ ευθείας ψηφιακού σήματος βίντεο (π.χ. με ψηφιακή βιντεοκάμερα). Χρησιμοποιούν θύρες επικοινωνίας τύπου USB 2.0 ή USB 3.0, αλλά και IEEE-1394 (γνωστότερο ως FireWire ή ilink) για τη σύνδεση με την αντίστοιχη θύρα στον υπολογιστή, επιτυγχάνοντας υψηλούς ρυθμούς μεταγωγής ψηφιακών δεδομένων (από 400 Mbps και άνω). 16

17 Χρήση τεχνολογίας ψηφιακού βίντεο (2/2) Εικόνα 2: Χρήση τεχνολογίας ψηφιακού βίντεο. Πηγή: Διδάσκων (2015). 17

18 Δειγματοληψία σήματος βίντεο Οργάνωση σήματος αναλογικού βίντεο. Οριζόντια. Κάθετα. Χρονικά. Εικόνα 3: Δειγματοληψία σήματος βίντεο. Πηγή: Διδάσκων (2015). 18

19 Συχνότητα δειγματοληψίας Η συχνότητα δειγματοληψίας πρέπει να είναι τέτοια ώστε: Τα δείγματα να βρίσκονται σε απόλυτη στοίχιση στη κάθετη διάσταση. Η απόσταση μεταξύ των δειγμάτων να είναι η ίδια και στην οριζόντια και στη κάθετη διάσταση. Η συχνότητα να παραμένει ίδια στα διάφορα συστήματα αναλογικού video. 19

20 Μεγάλος όγκος ψηφιακών δεδομένων Δειγματοληψία ασυμπίεστου αναλογικού video: Μέγιστη ανάλυση (PAL): 720 x 576. Βάθος χρώματος: 24 bit = 3 Byte. Aριθμός πλαισίων: 25 fps. 720 x 576 x 25 x 3 = Bytes = kb ~ 30 MB για κάθε δευτερόλεπτο. Για video διάρκειας μιας ώρας χρειάζεται αποθηκευτικός χώρος: 30 x 3600 = MB = 108 GB. 20

21 Ανάγκη για συμπίεση (1/2) Δύο σημαντικές τεχνικές για συμπίεση video: a. Υποδειγματοληψία χρώματος (chroma subsampling). b. Συμπίεση κατά MPEG. Ένα σήμα κωδικoποιημένο με MPEG αποτελείται από 3 επίπεδα: System, video και audio. 21

22 Ανάγκη για συμπίεση (2/2) Το επίπεδο system περιλαμβάνει πληροφορίες σχετικά με το συγχρονισμό, ελέγχει τη ροή του σήματος για να μην παρατηρείται έλλειψη ή πλεονασμός δεδομένων, παρέχει πληροφορίες για σημεία αναφοράς που διευκολύνουν την τυχαία προσπέλαση και τέλος περιέχει πληροφορίες για το διαχωρισμό του video από το audio και για τη συγχρονισμένη απεικόνισή τους. Τα επίπεδα video και audio περιέχουν κωδικοποιημένη την εικόνα και τον ήχο αντίστοιχα. Τα δεδομένα των τριών επιπέδων συνενώνονται σε ένα ενιαίο σήμα (bit-stream) μέσω μιας διαδικασίας που ονομάζεται πολυπλεξία (multiplexing). H αντίστροφη διαδικασία ονομάζεται αποπολυπλεξία demultiplexing. 22

23 Υποδειγματοληψία χρώματος H ανθρώπινη όραση είναι πολύ λιγότερο ευαίσθητη στις χρωματικές μεταβολές παρά σε εκείνες της φωτεινότητας. Κατά τη δειγματοληψία μπορούν να ψηφιοποιηθούν λιγότερα δείγματα από το σήμα χρώματος (chroma, σήματα Cb, Cr) σε σχέση με το σήμα φωτεινότητας (luma, σήμα Y). Η πρακτική αυτή ονομάζεται «υποδειγματοληψία χρώματος» (chroma subsampling) και είναι σημαντική για τη μείωση του όγκου των ψηφιακών δεδομένων. Η αναλογία δειγμάτων που παράγονται μεταξύ των σημάτων Υ και Cb, Cr εκφράζεται ως ένας διπλός λόγος ακεραίων αριθμών. Οι συνηθέστερες αναλογίες όμως είναι 4:2:2 και 4:2:0. 23

24 Σχήματα υποδειγματοληψίας 4:4:4 Αρχικό σήμα χωρίς συμπίεση. 4:2:2 2 pixel για κάθε συνιστώσα chroma έναντι 4 του luma. 4:1:1 1 pixel για κάθε συνιστώσα chroma έναντι 4 του luma. 4:2:0 1 pixel για κάθε συνιστώσα chroma έναντι 4 του luma (και Οριζόντια και Κάθετα) (εφαρμογή σε MPEG). 24

25 Πρότυπα MPEG (1/2) Η ομάδα MPEG (Motion Picture Expert Group) από το 1987 αναπτύσσει διεθνή πρότυπα για συμπίεση και αποσυμπίεση, την επεξεργασία και την κωδικοποίηση των εικόνων, του ήχου, του βίντεο και τους συνδυασμούς τους. Συνεργασία πανεπιστημίων, ερευνητικών ινστιτούτων και εταιρειών υπό την αιγίδα του Διεθνούς Οργανισμού Προτύπων (International Standards Organization (ISO). Οικογένεια συμπιεστών (Codecs) που δημιουργήθηκαν από την ομάδα MPEG και χρησιμοποιούνται για την μετάδοση οπτικών και ηχητικών δεδομένων σε ψηφιακή συμπιεσμένη μορφή. 25

26 Πρότυπα MPEG (2/2) Στην οικογένεια MPEG, εντάσσονται τα πρότυπα: MPEG-1 Coding of moving pictures and associated audio for digital storage media. MPEG-2 Generic coding of moving pictures and associated audio information. MPEG-4 Coding of audio-visual objects. MPEG-7 Multimedia content description interface. MPEG-21 Multimedia framework.. 26

27 MPEG-1 Εκδόθηκε το Συμπίεση (και αποσυμπίεση) πληροφορίας video σε CD-ROM (Video CD). Μέγιστος ρυθμός μετάδοσης ψηφιακών δεδομένων (bit rate) 1.5 Mbps. Ανάλυση εικόνας 352x288 pixels (PAL) ή 352x240 pixels (NTSC) έως 640x480 pixels (Video CD) και η ποιότητά της είναι σε επίπεδα VHS video. Λόγος συμπίεσης μεταξύ 50:1 και 100:1. Εφαρμόζεται σε σήμα με κωδικοποίηση χρώματος YUV με υποδειγματοληψία 4:1:1. Εφαρμόζεται σε σήμα με κωδικοποίηση χρώματος YCbCr με υποδειγματοληψία 4:2:0. 27

28 MPEG-2 Εμφανίστηκε το Εφαρμογή: Τηλεόραση (κανονικής ευκρίνειας SDTV και υψηλής ευκρίνειας HDTV). Τεχνολογία DVD (Digital Video Disk). Ανάλυση εικόνας 720x576 pixels (PAL) ή 720x480 pixels (NTSC) και 1920x1080 (HDTV). Bit rate από 4 έως 100 Mbps. Ανάλυση 720x480 & 1280x720 στα 60 fps. Προσθήκες σε σχέση με το MPEG-1: Υποστήριξη και διαπλεκόμενης ή πεπλεγμένης σάρωσης. Υποδειγματοληψία 4:2:2. Ρυθμοί ανανέωσης πλαισίων έως 60 Hz. 28

29 MPEG-4 (1/2) Το MPEG-4 παρουσιάστηκε το Συμπίεση για εφαρμογές Διαδικτύου αλλά και Τηλεόραση (κανονικής ευκρίνειας SDTV και υψηλής ευκρίνειας HDTV). Χαμηλό bit rate (ανάλυση 176x144 στα 10fps και εύρος ζώνης μεταξύ 4.8 και 64kbps). Εγκαταλείπει την έννοια του πλαισίου (frame). 29

30 MPEG-4 (2/2) Εντοπίζει τις οντότητες που συνθέτουν την εικόνα (σχέδια, αντικείμενα, άνθρωποι, ήχος) = Audio Visual Objects (AVOs). Τα AVOs συσχετίζονται μεταξύ τους και αυτές οι σχέσεις κωδικοποιούνται. Τεχνικές συμπίεσης. Κωδικοποίηση σχημάτων. Εκτίμηση κίνησης (motion estimation). DCT. Εικόνα 4: Τα AVOs συσχετίζονται μεταξύ τους και αυτές οι σχέσεις κωδικοποιούνται. Πηγή: Διδάσκων (2015). 30

31 Βασικές τεχνικές στη συμπίεση κατά MPEG (1/2) Ενδοπλαισιακά (intra-frame): Τεχνικές συμπίεσης που εφαρμόζονται στην πληροφορία μόνον μέσα στο ίδιο το πλαίσιο. Χωρικοί πλεονασμοί Ομοιότητα γειτονικών εικονοστοιχείων. Συμπίεση χωρικών πλεονασμών μόνο Μικρή καθυστέρηση αλλά και μικρή συμπίεση. 31

32 Βασικές τεχνικές στη συμπίεση κατά MPEG (2/2) Διαπλαισιακά (inter-frame): Τεχνικές συμπίεσης που εκμεταλλεύονται τον τρόπο που μεταβάλλεται η πληροφορία μεταξύ διαδοχικών πλαισίων. Χρονικοί πλεονασμοί Ομοιότητα διαδοχικών πλαισίων. Συμπίεση χωρικών και χρονικών πλεονασμών Καθυστέρηση λόγω αναζήτησης ομοιοτήτων. Τα σφάλματα επηρεάζουν πολλαπλά πλαίσια. 32

33 Ενδοπλαισιακή - intraframe Συμπίεση JPEG στο πλαίσιο. Μετασχηματισμός DCT στην πληροφορία ενός πλαισίου σε μπλοκ 8x8 pixels. Κβαντισμός συντελεστών DCT (DPCM για συντελεστές DC, διάταξη για συντελεστές AC). Κωδικοποίηση RLE και κωδικοποίηση εντροπίας Huffman όπως στο JPEG. Πλαίσια-I (I-frames). Τα πλαίσια στα οποία εφαρμόζεται μόνο ενδοπλαισιακή συμπίεση. Αποτελούν πλαίσια-κλειδιά (key frames) στην αλληλουχία των συμπιεσμένων πλαισίων που δημιουργεί το MPEG. 33

34 Διαπλαισιακή - interframe H κωδικοποίηση κάθε επόμενου πλαισίου μπορεί να βασιστεί στην πληροφορία του προηγούμενου. Δεν χρειάζεται να αποθηκευθεί ολόκληρη η πληροφορία του επόμενου πλαισίου αλλά μόνο το τμήμα που διαφέρει από το προηγούμενο πλαίσιο. Π.χ. εμφανίζεται διαφοροποιημένο λόγω κάποιας κίνησης. Το MPEG στη διαπλαισιακή συμπίεση δημιουργεί δύο νέα είδη πλαισίων: Πλαίσιο-Ρ (P-Frame, predicative frame). Πλαίσιο-Β (B-Frame, bi-directional frame). 34

35 Πλαίσιο-Ρ (1/2) Αποθηκεύεται μόνον η πληροφορία που δείχνει το πόσο έχει μεταβληθεί αυτό το πλαίσιο σε σχέση με ένα προηγούμενο πλαίσιο αναφοράς (συνήθως ένα προηγούμενο Ι ή Ρ πλαίσιο). Έτσι το πλαίσιο-ρ αναδημιουργείται προσθέτοντας στο πλαίσιο αναφοράς την πληροφορία μεταβολής. Με τη βοήθεια της εκτίμησης κίνησης προβλέπουν τη νέα θέση όποιων macroblocks έχουν απλά μετακινηθεί και κωδικοποιούν τον αριθμό του macroblock και ένα διάνυσμα κίνησης. 35

36 Πλαίσιο-Ρ (2/2) Εντοπισμός παρόμοιων μακρομπλόκ. Διάνυσμα κίνησης: μετακίνηση από καρέ αναφοράς. Διαφορές ανάμεσα στα επιμέρους μπλοκ. Κωδικοποίηση της διαφοράς όπως στα πλαίσια-i. 36

37 Πλαίσιο-Β Τα Πλαίσια-Β δημιουργούνται λαμβάνοντας το μέσο όρο σε επίπεδο macroblock ενός προηγούμενου και ενός επόμενου Πλαισίου -Ι και -P (ανάμεσα σε δύο Πλαίσια-Ρ ή ανάμεσα σε ένα Πλαίσια Ι και ένα Πλαίσια Ρ). Αποθηκεύουν μόνον την πληροφορία μεταβολής τους σε σχέση με ένα προηγούμενο και με ένα επόμενο πλαίσιο αναφοράς. Ο κύριος λόγος ύπαρξης των Β-πλαισίων είναι η κάλυψη της περίπτωσης κάποιες πληροφορίες της εικόνας να υπάρχουν σε επόμενα πλαίσια και να μην υπάρχουν στα προηγούμενα. Το πλαίσιο-β αναδημιουργείται λαμβάνοντας υπόψη και τα δύο αυτά πλαίσια (πριν & μετά). 37

38 Αλληλουχία Ι, Β, Ρ πλαισίων (1/2) Αφού τα πλαίσια -P κατασκευάζονται με βάση τα Ι, και τα -Β με βάση τα -Ι και -P είναι προφανές ότι τα -Ι πρέπει να έχουν σταλεί πριν τα αντίστοιχα -P. Τα πλαίσια -P και -I πρέπει να έχουν σταλεί πριν από τα αντίστοιχα -Β, παρόλο που στη μετάδοση αυτά παρεμβάλλονται ανάμεσά τους. 38

39 Αλληλουχία Ι, Β, Ρ πλαισίων (2/2) Ι: Πλαίσιο αναφοράς (ενδοπλαισιακά). Ρ: Προβλεπόμενο πλαίσιο (διαφορά με Ι) (forward prediction). Β: Διπλής κατεύθυνσης (διαφορά με πλαίσια -Ρ και -Ι, ή μεταξύ πλαίσίων -Ρ (forward & backward prediction, bidirectional)). Εικόνα 5: Αλληλουχία Ι, Β, Ρ πλαισίων. Πηγή: Διδάσκων (2015). 39

40 Εκτίμηση κίνησης (1/3) Με την τμηματική εκτίμηση κίνησης (motion estimation) μπορούμε να εκτελέσουμε τη διαπλαισιακή (inter-frame) κωδικοποίηση και να περιγράψουμε την αλληλουχία εικόνων ως σειρά ομοιοτήτων και διαφορών. Συχνά στα διαδοχικά πλαίσια η διαφορά δημιουργείται από ένα αντικείμενο που κινείται. 40

41 Εκτίμηση κίνησης (2/3) Aλγόριθμος: Διαίρεση πλαισίου σε macroblocks (16x16 pixels). Αναζήτηση των macroblocks που: Είτε δεν μεταβάλλονται από το ένα πλαίσιο στο άλλο. Είτε μεταβάλλονται μόνον κινούμενα (δηλ. αλλάζει η σχετική τους θέση μέσα στο πλαίσιο). Αν εντοπιστούν τέτοια macroblocks υπολογίζεται τότε το διάνυσμα κίνησής τους (motion vector) δηλ. ένα ζευγάρι αριθμών (πχ. 0,0, ή 12, 4 ή 25, -4 κλπ.) που δηλώνει τη κίνηση του macroblock. 41

42 Εκτίμηση κίνησης (3/3) Συμπιέζει τα Ρ & Β πλαίσια μειώνοντας τον χρονικό πλεονασμό. Βελτιώνει τη συμπίεση κατά ένα παράγοντα ~ 3 σε σύγκριση με την απλή ενδοπλαισιακή συμπίεση. Κατά τη συμπίεση με εκτίμηση κίνησης στο συμπιεσμένο αρχείο αποθηκεύονται: Το διάνυσμα κίνησης (motion vector) (2 συντεταγμένες, x, y) της μετατόπισης του macroblock από την αρχική θέση (στο πλαίσιο αναφοράς) στη τελική θέση (στο πλαίσιο που κωδικοποιείται). Τη διαφορά περιεχόμενης πληροφορίας (error terms) μεταξύ του macroblock αναφοράς και του macroblock που κωδικοποιείται. 42

43 Βήματα συμπίεσης ψηφιακού video κατά MPEG Αναλύεται το αρχείο video για να καθοριστεί το ποια πλαίσια θα κωδικοποιηθούν ως πλαίσια-ι, ποια ως πλαίσια Ρ και ποια ως πλαίσια Β. Τα πλαίσια διαιρούνται σε macroblocks (16x16 pixels). Το σήμα μετατρέπεται από RGB σε YUV ενώ ταυτόχρονα γίνεται και υποδειγματοληψία χρώματος. Εφαρμόζεται η τεχνική εκτίμησης κίνησης σε κάθε πλαίσιο-ρ και Β. Σε κάθε πλαίσιο Ι,-Ρ και Β τα macroblocks συμπιέζονται κατά JPEG. Εφαρμογή συμπίεσης κατά Huffman στις τελικές τιμές. 43

44 Τεχνολογία ψηφιακού βίντεο Digital Video (DV). Σύνολο ψηφιακών τεχνολογιών και τεχνικών (π.χ. ψηφιακές βιντεοκάμερες, μορφοποιήσεις & σχήματα συμπίεσης ψηφιακού video, λογισμικό επεξεργασίας αρχείων ψηφιακού video) για την παραγωγή και επεξεργασία οπτικοακουστικής πληροφορίας αποκλειστικά σε ψηφιακή μορφή. Η «οικογένεια DV» περιλαμβάνει: Κλασσική μορφοποίηση digital video (DV). Πλατφόρμα DVCAM (από τη Sony). DVCPRO (από τις Panasonic, Philips και ορισμένες άλλες εταιρίες). 44

45 Σύγκριση ψηφιακού και αναλογικού βίντεο Πίνακας 1: Σύγκριση ψηφιακού και αναλογικού βίντεο. Πηγή: Διδάσκων (2015). DV S-VHS / Hi8 VHS / 8mm Οριζόντια Ανάλυση (γραμμές) Κωδικοποίηση χρώματος Component Y/C Composite Λόγος σήματος προς θόρυβο (Signal/Noise σε db)

46 Χαρακτηριστικά ψηφιακού βίντεο Επεξεργασία τυχαίας προσπέλασης. Δεν εμφανίζει το πρόβλημα των «επόμενων γενεών». Δεν εμφανίζει τα προβλήματα ποιότητας που προκύπτουν κατά την ψηφιοποίηση αναλογικής πληροφορίας. Πολύ μικρότερο μέγεθος βιντεοκάμερας. Ευκολίες λόγω σύγκλισης των τεχνολογιών. Ήχος με ποιότητα CD. Σχήμα κωδικοποίησης χρώματος component. 46

47 «Οικογένειες» τεχνολογίας ψηφιακού βίντεο (1/2) Τρείς «οικογένειες» τεχνολογίας ψηφιακού video. DV25, DV50 & DV100. DV 25. DV, DVCAM, και DVCPRO. Συμπιέzει το σήμα video σε bit rate 25 Mbps. Υποδειγματοληψία χρώματος 4:1:1 ή 4:2:0 και λόγος συμπίεσης 5:1. 47

48 «Οικογένειες» τεχνολογίας DV 50. ψηφιακού βίντεο (2/2) DVCPRO50 (Panasonic) και D-9 (JVC). υποδειγματοληψία 4:2:2. συμπιέzουν το σήμα video σε bit rate 50 Mbps. DV 100. Bit rate 100 Mbps. προορίζεται αποκλειστικά για τηλεοπτικό σήμα υψηλής ευκρίνειας (HDTV). 48

49 Ήχος στο ψηφιακό βίντεο Η τεχνολογία DV επιτρέπει τις εξής μορφοποιήσεις για την εγγραφή του ήχου: 48 KHz, 16 bits, 2 κανάλια (stereo), κλειδωμένο ή όχι. 32 KHz, 16 bits, 2 κανάλια (stereo), κλειδωμένο ή όχι. 32 KHz, 12 bits, 4 κανάλια (2 κανάλια stereo), κλειδωμένο ή όχι KHz, 16 bits, 2 κανάλια (stereo), ξεκλείδωτο. Οι μορφοποιήσεις (α) και (γ) είναι οι συνηθέστερες που απαντώνται στις βιντεοκάμερες. Ο κλειδωμένος ήχος «κλειδώνει» τη δειγματοληψία του ήχου και την αντίστοιχη των πλαισίων σε μια καθορισμένη σχέση αναλογίας. 49

50 Επεξεργασία ψηφιακού βίντεο (1/2) Τα προγράμματα επεξεργασίας ψηφιακού βίντεο υλοποιούν πολύ εύκολα διαδικασίες όπως: Αφαίρεση των πλαισίων που δεν είναι απαραίτητα. Εισαγωγή νέων πλαισίων. Μετακίνηση πλαισίων στο αρχείο. Υπέρθεση τίτλων και animatio. Συγχώνευση και μοντάζ διαφορετικών αρχείων βίντεο. Προσθήκη αλλαγής πλάνων (dissolves, wipes, spins). Προσθήκη ειδικών εφέ σε εικόνες (twisting, rotating, zooming). 50

51 Επεξεργασία ψηφιακού βίντεο (2/2) Τα προγράμματα επεξεργασίας ψηφιακού βίντεο υλοποιούν πολύ εύκολα διαδικασίες όπως (Συνέχεια): Προσθήκη μουσικής και ηχητικών εφέ. Ρύθμιση και συγχρονισμός ήχου και βίντεο. Φίλτρα ελέγχου χρωματικής ισορροπίας, φωτεινότητας και αντίθεσης. Ειδικά εφέ μορφοποιήσεων (morphing, blurring, distortions). 51

52 Λογισμικά επεξεργασίας βίντεο (1/4) Μερικά από τα πιο δημοφιλή εμπορικά λογισμικά επεξεργασίας βίντεο είναι τα εξής: Adobe Premiere ( Apple Final Cut ( AVS Video Editor ( Corel VideoStudio ( CyberLink PowerDirector ( Magix Movie Edit ( 52

53 Λογισμικά επεξεργασίας βίντεο (2/4) Μερικά από τα πιο δημοφιλή εμπορικά λογισμικά επεξεργασίας βίντεο είναι τα εξής (Συνέχεια): MoviePlus ( Nero Video ( Pinnacle Studio ( Sony Vegas Movie Studio ( 53

54 Λογισμικά επεξεργασίας βίντεο (3/4) Μερικά από τα πιο δημοφιλή δωρεάν λογισμικά επεξεργασίας βίντεο είναι τα εξής: Avidemux ( Cinelerra ( Free Studio ( EZvid ( LightWorks ( VideoPad Video Editor ( 54

55 Λογισμικά επεξεργασίας βίντεο (4/4) Μερικά από τα πιο δημοφιλή δωρεάν λογισμικά επεξεργασίας βίντεο είναι τα εξής (Συνέχεια): VideoSoft Video Editor ( Virtualdub ( Windows Movie Maker ( Wondershare Video Editor ( ZS4 Video Editor ( 55

56 Μορφοποιήσεις αρχείων ψηφιακού βίντεο (1/2).avi. Audio Video Interface movie file..avc ή.avchd. Advanced Video Coding, High Definition..divx. DivX Media Format..flv ή.swf. Flash video file ή ShockWave Flash file..mkv. Matroska video-audio multimedia file..mov ή.qt. Apple QuickTime movie file..mpg ή.mpeg. MPEG-1 ή MPEG-2 video file format..mp4 ή.m4v. MPEG-4 video file format. 56

57 Μορφοποιήσεις αρχείων ψηφιακού βίντεο (2/2).m2ts..ogv. MPEG-2 stream (Blu-Ray). Ogg Vorbis video file..rm ή.rmvb. RealMedia Video..vob. DVD video object file..wmv. Windows Media video file..3gp ή.3g2. Cell phones video format. 57

58 Σύνοψη Ψηφιοποίηση αναλογικού βίντεο. Σύλληψη ψηφιακού βίντεο. Υποδειγματοληψία χρώματος. Συμπίεση κατά MPEG. Τεχνολογία ψηφιακού βίντεο. Επεξεργασία ψηφιακού βίντεο. Μορφοποιήσεις αρχείων βίντεο. 58

59 Σημείωμα Αναφοράς Copyright ΤΕΙ Δυτικής Μακεδονίας, Νικολάου Σπύρος. «Τεχνολογία Πολυμέσων». Έκδοση: 1.0. Κοζάνη Διαθέσιμο από τη δικτυακή διεύθυνση: 59

60 Σημείωμα Αδειοδότησης Το παρόν υλικό διατίθεται με τους όρους της άδειας χρήσης Creative Commons Αναφορά, Μη Εμπορική Χρήση Παρόμοια Διανομή 4.0 [1] ή μεταγενέστερη, Διεθνής Έκδοση. Εξαιρούνται τα αυτοτελή έργα τρίτων π.χ. φωτογραφίες, διαγράμματα κ.λ.π., τα οποία εμπεριέχονται σε αυτό και τα οποία αναφέρονται μαζί με τους όρους χρήσης τους στο «Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων». [1] Ως Μη Εμπορική ορίζεται η χρήση: που δεν περιλαμβάνει άμεσο ή έμμεσο οικονομικό όφελος από την χρήση του έργου, για το διανομέα του έργου και αδειοδόχο. που δεν περιλαμβάνει οικονομική συναλλαγή ως προϋπόθεση για τη χρήση ή πρόσβαση στο έργο. που δεν προσπορίζει στο διανομέα του έργου και αδειοδόχο έμμεσο οικονομικό όφελος (π.χ. διαφημίσεις) από την προβολή του έργου σε διαδικτυακό τόπο. Ο δικαιούχος μπορεί να παρέχει στον αδειοδόχο ξεχωριστή άδεια να χρησιμοποιεί το έργο για εμπορική χρήση, εφόσον αυτό του ζητηθεί. 60

61 Διατήρηση Σημειωμάτων Οποιαδήποτε αναπαραγωγή ή διασκευή του υλικού θα πρέπει να συμπεριλαμβάνει: το Σημείωμα Αναφοράς. το Σημείωμα Αδειοδότησης. τη δήλωση Διατήρησης Σημειωμάτων. το Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων (εφόσον υπάρχει). μαζί με τους συνοδευόμενους υπερσυνδέσμους. 61

62 Βιβλιογραφία 1. Τεχνολογία πολυμέσων, Δημητριάδης Σταύρος Ν., Πομπόρτσης Ανδρέας Σ., Τριανταφύλλου Ευάγγελος Γ. 2. Συστήματα Πολυμέσων: Αλγόριθμοι, Πρότυπα και Εφαρμογές, Havaldar P., Medioni G. 3. Πολυμέσα Αναλυτικός Οδηγός, 8η Έκδοση, Tay Vaughan. 4. Τεχνολογία Πολυμέσων και Πολυμεσικές Επικοινωνίες, Γεώργιος Β. Ξηλωμένος, Γεώργιος Κ. Πολύζος. 62

63 Τέλος Ενότητας