Formáty videa z hľadiska rozlišovacej schopnosti

Transcript

1 Formáty videa z hľadiska rozlišovacej schopnosti Analógové video PAL, 625 riadkov, pomer 4:3 približne 820 bodov/riadok Aktívne rozlíšenie obrazu: 768 bodov x 576 riadkov obrazových bodov (Px). Prekladané (interlaced) riadkovanie 50 polsnímkov (25 snímkov)/s Pixel štvorcový tvar, pomer strán 1:1. Digitálny formát D1/DV Aktívne rozlíšenie obrazu: 720h x 576v, pomer strán 4:3, hĺbka farebnej vzorky 3x8 bitov, prekladané riadkovanie (25i). Veľkosť snímku 0, 4 MPx, 1215 kb, dátový tok 30 MB/s. Pixel tvaru 1:1,067 Pomer strán 16:9 všetky parametre rovnaké, s výnimkou rozmeru pixelu pomer 1: 1,422 (Wide DV) Formát Sony HDV 1080i, 25 snímok/s: 1440h x 1080v, pomer strán 16:9, pixel 1:1,333 (HD anamorphic 1080). Snímok 1,5 Mpx, 30 bitová hĺbka farby, dátový tok 140 MB/s Formát HDTV: Aktívne rozlíšenie obrazu 1920h x 1080v, prekladané (25i) alebo neprekladané (progresívne) riadkovanie (50p). Pomer strán 16:9, pixel 1:1. Snímok 2 MPx, 30 bitová hĺbka farby, dátový tok 185/370 MB/s Cinema 2K: Aktívne rozlíšenie obrazu 2048h x 1536v, neprekladané (progresívne) riadkovanie (50p). Pomer strán 16:9, Snímok 3,14 Mpx. Dátový tok 560 MB/s Cinema 4K (UDTV): Aktívne rozlíšenie obrazu 4096h x 3072v, neprekladané (progresívne) riadkovanie (50p). Pomer strán 16:9, Snímok 6,16 Mpx. Dátový tok viac ako 2 GB/s (16 Gb/s!!) Cinema 8K (pripravuje sa) Iné formáty: Portable 352x288 Handheld 176x144/1.5 kb/s,

2 Porovnanie formátu obrazu pre štandardné rozlíšenie: Formát HDV/HDTV a vplyv tvaru obrazového pixela

3 Rozhrania na prenos analógového videosignálu Úroveň bielej: 700 mv (1000 mv) Úroveň čiernej: 0, 0 V (300 mv) Synchronizačný signál: 300 mv (0,0 V) Výstupná a zakončovacia impedancia 75 Ohm Black burst (synchronizačná zmes, video na úrovni čiernej)

4 Rôzne alternatívy prenosu analógového videa R G B HSync VSync R G B Lineárna matica HSync VSync P B P R Y + Sync f = 4,434 MHz f = 4,434 MHz P B P R Y HSync VSync QAM C Y + Sync P B P R Y HSync QAM CVBS VSync

5 Spracovanie farbonosných signálov Farebný priestor Zložkové zobrazenie farbotvorných zložiek vo vektorovom priestore napr. RGB: R SATURÁCIA B G JAS HSV FAREBNÝ ODTIEŇ Jas (posun v oblasti amplitúdy), Odtieň tón farby (posun v spektrálnej oblasti), Saturácia pomer medzi bielym svetlom a farebnou zložkou) Rôzne farebné priestory rôzne vyjadrenie rozsahu vnímania farby Závislosť na technických prostriedkoch ako dokážeme reprodukovať farby printovou technikou, Ako dokážeme vysvietiť luminofóry na obrazovke V súčasnosti zobrazujeme len časť farebného vizuálneho priestoru

6 Pri prenose a spracovaní digitálneho videa často používame oddelený prenos jasovej (Y) a farbonosnej informácie vyjadrenej ako diferenciálne zložky (P B, P R) v analógovom vyjadrení alebo C B, C R v digitálnom vyjadrení- dôvody: Kompatibilita s ČB zobrazením, správny prevod jasu Oko je rôzne citlivé na jednotlivé farby, zmena relatívneho energetického výkonu v spektre rôzne váhy jednotlivých zložiek (a x,y ) Nulová veľkosť diferenčných farbonosných pri prenose čierna/biela (rušenie) Možnosť prenášať jasové a farbonosné informácie s rôznou šírkou pásma (citlivosť oko/mozog na jasovú a farbonosnú informáciu rôzna) Prevod medzi R, G, B a Y,P B, P R prípadne Y,C B, C R sa realizuje lineárnou transformáciou vyjadrenou maticou: Y = a11*r + a12*g + a13*b P B = a21*r + a22*g + a23*b P R = a31*r + a32*g + a33*b Pre digitálny videosignál v sústave PAL podľa odporúčania CCIR 601: a*1 a*2 a*3 a1* 0,30 0,59 0,11 a2* - 0,30-0,59 +0,89 a3* 0,7-0,59-0,11 FARBA R G B Y P B P R 0,713* P R 0,564*P B Pre digitalizované sig. biela / White žltá / Yellow ,89-0,89 0,11 0, ,50196 modrozelená / Cyan ,7 0,3-0,7-0,4991 0,1692 zelená / Green ,59-0,59-0,59-0, ,33276 purpurová / Magenta ,41 0,59 0,59 0, ,33276 červená /Red ,3-0,3 0,7 0,4991-0,1692 modrá / Blue ,11 0,89-0,11-0, ,50196 čierna / Black

7 Kontrola vlastností televízneho signálu Jasová zložka a úrovne farbonosných signálov: TV osciloskop (signálový monitor, Waveform monitor): Filter LP len Y, bez filtra Filter HP len nosná farbonosných zložiek Vektorskop zobrazenie farbonosných signálov vo vektorom priestore Zobrazenie štandardných testovacích pruhov a reálneho obrazu:

8 Vzorkovanie analógového signálu (sampling) D1/DV 720 x 576, 25i: na spracovanie jedného obrazového prvku je čas najviac 96, 4 ns. Vzorkovacia perióda kratšia 74 ns, vzorkovacia frekvencia 13,5 MHz. Hĺbka vzoriek je 256 hladín (8 bitov) vrátane synchronizačných impulzov (Hladina 0 a hladina 255). Na okrajoch rozsahu je 15 (19) hladín ako rezerva pri prebudení. Plný formát PAL 625 obsahuje v riadku 864 bodov a v snímku 625 riadkov, z toho viditeľných 720 bodov a 576 riadkov (riadky delené na polsnímky).

9 Vzorkovacia schéma ako vzorkujeme jasový a farbonosné signály Profesionálne systémy v štúdiovej kvalite všetky zložky vzorkujú rovnako každý pixel všetky zložky s frekvenciou 13,5 MHz, t.j. prenos šírky pásma asi 6 MHz (Y:C B : C R = 4:4:4). Dátový tok = 100 %, maximálna kvalita. Potreba redukcie šírky pásma (prenosovej rýchlosti) redukciou šírky pásma farbonosných signálov na 50 % alebo 25% a následné zníženie vzorkovacej frekvencie - podvzorkovanie subsampling:

10 4:2:2 Jasová zložka vzorkovaná každý Px, farbonosné diferencie dva Px spolu (Šírka pásma pre C B, C R = 3 MHz) Nepatrná degradácia farbonosnej informácie. (D-1, D-5, DigiBeta, BetaSX, Digital-S, DVCPRO50). Objem dát 75%. 4:1:1 Jasová zložka vzorkovaná každý Px, farbonosné diferencie štyri pixely spolu (Šírka pásma pre C B, C R = 1,5 MHz). Čiastočná degradácia farbonosnej informácie. (NTSC DV & DVCAM, DVCPRO, WM Video kodek 9i). Objem dát 50%. 4:2:0 Podobné ako 4:1:1, ale priestorové vzorkovanie, farbonosné vzorky posunuté ob riadok. (PAL DV, DVD, main-profile MPEG- 2, HDV, WMV9p). Objem dát 50%. Používajú sa aj iné vzorkovacie schémy (napr. 8:4:4, digitalizácia 35 mm filmu pre kiná a pod.) Ďalšie zníženie objemu dát kompresiou obrazového signálu = kompresia obrazového signálu Kompresia bezstratová/stratová Stratové kompresie relatívne veľká úspora objemu dát za cenu nevratnej degradácie kvality obrazu HDV 1920x1080, 50i hĺbka vzorky 10 bitov, 1024 hladín. Čierna (0 mv) = 64, biela(700 mv) = 940. Farbonosné signály C B, C R, rozsah 350 mv (hladina 64)... 0 mv (512) mv (960).

11 Kontajnerizácia audiovizuálnych tokov Digitálne toky vzoriek musia mať informáciu o charaktere a parametroch toku Prenos medzi technickými zariadeniami rôznych výrobcom musí byť štandardizovaný na všetkých vrstvách prenosu a spracovania Nezávislosť (čiastočná) na použitom kodeku Potreba prenášať prídavné informácie (povinné, nepovinné) Video zložka kódovaná rôznymi video-kodekmi Audio zložka kódovaná rôznymi audiokodekmi Rôzne typy kontajnerov v závislosti na účele použitia audiovizuálneho toku (prenos cez rôzne prostredia, ukladanie na médium, prenos medzi editačnými systémami Medzi kontajnerom a kodekmi sú definované kompatibility

12 Prehľad základných kontajnerov na prenos AV signálov Audio Video Interleaved, AVI Rozšírený štandard pre kontajnerovanie audio a video signálov Založený na formáte RIFF (Resource Interchange File format viď WAV) Dáta delené na bloky, identifikované cez FourCC kód. Málo závisí na type kodeku. Rozdelenie AVI súborov podľa adresovatelnej dĺžky: Video for Windows: Obmedzená veľkosť súborov na 2 GB, 16 bit. adresa Direct show: 32 bitová adresa, 4 GB, Active movie Open-DML, AVI 2: 64-bitová adresa FAT32, bez obmedzenia veľkosti a redukcia záhlavia. (XP, VISTA / NTFS) Najčastejšie sa používa s video kodekmi typu DV25/DV50, MJPG, divx, Xvid a pod., s audiom kódovaným LPCM, mp3,... AVI neprenáša informáciu o tvare pixelu (problém pri 16:9) Nepodporuje B-snímky ( upravené verzie áno...) RealMedia Typicky prenáša RealVideo / RealAudio ako toky kódované s CBR alebo VBR. Založený na formáte QuickTime MOV Advanced System Formats (Streaming) Format ASF Microsoft Media framework firemný formát. Najčastejšie používaný na transport Windows Media Video /Audio WMV/WMA. Nešpecifikuje aké kodeky sa použijú, len štruktúru toku (teoreticky, prakticky len *.wma/*.wmv), Tok tvorí postupnosť objektov oktetovo orientovaných a doplnených záhlavím (GUID Marker) Metadáta obsahujú autora, názov, album, žáner,... ASF podporuje Digital Right Management ochranu autorských práv

13 Tok prednostne určený na streamovanie po IP sietí s použitím RTSP Nezávislý na technických prostriedkoch a komunikačných protokoloch QuickTime File format Kontajner vytvorený spoločnosťou Apple, kompatibilita s platformou MAC. Editačná platforma Final Cut, niektoré typy kamier AVCHD. Obsahuje min. 1 stopu videa, audio, efekty, text (napr. subtitulky). Môže používať relatívne adresovanie, virtuálne dátové odkazy na iné média. VOB (Video Object) Hlavný kontajner pre DVD-video. Obsahuje Multiplex video a audio stopy, titulky a menu. Plne kompatibilný s MPEG-2 s výnimkou podpory titulkov a pod. DivX Media Format (DMF) Hacknutý Kodek MPEG-4 part 2, podpora prehrávačov závisí od ich výrobcu. DivX 6 zaviedol nový kontajner DMF zahŕňajúci: Interaktívne menu Viacjazyčné tytuly (XSUB) Viacnásobné zvukové stopy Viac video streamov (bonusy,...) Kapitoly Ostatné metadáta (XTAG). Čiastočná kompatibilita s AVI

14 Kontajner MPEG-4 part 14, MP4 Určený na streamovanie audio a video tokov, prednostne kódovaných v MPEG-4. Podpora aj H.264/AVC, MPEG1/2. Audio AAC, MP3, MPEG1 Layer2 a iné. Súčasťou toku môžu byť titulky (hack) FourCC (referencie na formáty grafiky, videa, kompresorov,...) definovanie tokov, kodeku (dvsd štandardné DV, DX50 DiviX Protokolovo nezávislý, nezávislý na prenosovom prostredí (transport/program) Je možné ho prenášať pomocou dátového toku (streamable format) Kontajnery používané na post processing editáciu A/V súborov AAF Advanced Authoring Format Formát určený na výmenu počas editácie, prednostne všetky údaje potrebné na výrobu, externé odkazy (offline súbory a pod. OMF Open Media framework (Interchange) Formát nezávislý na platforme, ukladanie všetky digitálne média (A, V, grafiku, animácie) spolu s popisom editácie do výslednej sekvencie. Je možné ho generovať ako: komplexný obsahuje aj média, alebo kompozičný, metadátový len odkazy na média čiastočne podobný EDL Electronic Decision List AIFF Audio Interchange File Format podobná forma pre zvuk MXF Material exchange Format Kontajnerový formát určený na výmenu hotových médií medzi dátovými nosičmi (HDD, Mg. Streamer,...) Formát MXF používajú napr. kamery so záznamovým médiom Flash karta P2.

15 Ogg Otvorený kontajnerový formát, multiplex rôznych open source video a audio tokov. Formát sa skladá z blokov, Chunks, nazývané Ogg stránky. Číslované záhlavia stránok. Stránky skladané do setov, ktoré vytvárajú dátový tok. Toky ďalej multiplexované. OGM (Ogg Media) Podpora titulkov, kapitol, rôznych zvukových formátov (MP3, AC3, AAC, LPCM,...) Matroska Otvorený štandard, zapúzdrenie dát podobné ako AVI alebo ASF. V súčasnosti používaný ako jeden z kontajnerov Blue Ray médii. Užitočná linka: Comparison of container formats - Wikipedia, the free encyclopedia Načo toľko o metadátach a ich formátoch??? Životný cyklus televízneho (multimediálneho) príspevku

16 PRENOS DIGITÁLNEHO VIDEOSIGNÁLU V NEKOMPRIMOVANOM TVARE ROZHRANIE SDI Štandardizované rozhranie podľa Society of Motion Picture and Television Engineers (SMPTE) pre profesionálne účely jednosmerný prenos nekomprimovaného videa, zvuku (max. 16 kanálov) a metadát Signál PAL, 625 riadkov,4:2:2 podľa ITU R.601: Vzorkovanie 13,5 MHz Y; 6,75 MHz C B a C R. Kvantizácia s hĺbkou 8 bitov, 220 hladín Y, 225 hladín C B a C R. Kvantizácia s hĺbkou 10 bitov, 877 hladín Y, 897 hladín C B a C R. Kompatibilita smerom dolu, posledné 2 LSB bity je možné potlačiť. Prenosová rýchlosť samotného videosignálu: 8 bitov: 13,5 E6 * 8 bitov + 2 * 6,75 E6 * 8 bitov = 216 Mb/s 10 bitov: 270 Mb/s, taktovací signál 27 MHz HDTV: Vzorkovacia frekvencia 74, 25 MHz, takt 148,5 MHz SDTV (720x576x24 bitov x25i)= 237,3 Mb/s SMPTE 259M, 270 Mb/s HDV (1440x1080x30x25i) = 1112,4 Mb/s Full HD (1920x1080x30x25i) = 1483,4 Mb/s, SMPTE 292M; 4:2: 2, 25i Full HD (1920x1080x30x50p) = 2967 Mb/s SMPTE 372M (Dual Link), 4:4:4, 50p SMPTE 424M (Single Link)

17 Timing reference signal TRS: 3 synch. slová (3FF, 0, 0) video (0, 0, 3FF) audio, neviditeľné signály a metadáta 4. slovo: H Horizontal blanking, H=0 SAV (Start of Active video) F 1=1. polsnímok, 0 = progresívne V Vertical Blanking = 1, video =0 7 bitov CRC Fyzická vrstva: koaxiálny kábel 75 Ω vyžaduje: Vytvorenie pseudonáhodnej postupnosti použitím skrembleru odstránenie súvislých skupín núl a jedničiek, odstránenie periodických stavov Zabezpečenie dostatočného obsahu taktovacích informácií premena kódu NRZ na NRZI Úroveň signálu 800 mv, dosah do 300 m. Väčšie vzdialenosti s korekciou tlmenia koaxiálneho kábla. Optické vlákno, prenos rádovo km.