Medien

MedienTechnik
Digitales Video
Prinzip: Sequenz Digitaler Einzelbilder
mit eingestreuten Ton-Samples
.MOV
.AVI
.MPG
MedienTechnik
MedienTechnik
Überblick (digitale)
Fernsehstandards
USA
Grand Alliance HDTV
MPEG-2
Dolby AC-3
Europa
European DVB Project
DTVB (terrestrisch)
ETS 300421 (Sat.)
ETS 300429 (Kabel)
DTVB: HDTV, mehr Programme, mobil & handheld, Telefonie/Computer
MPEG-2
MedienTechnik
MPEG
Viele Formate, hohe
Kompression

MPEG-1 PAL
1,7 MB
MPEG-1
Zielsetzung: Video auf CD
MPEG-1 VideoCD

535kB


AVI
27MB

Level bis 15MBit/sec

1,9MB
MPEG-1 384


1,15 - 1,5 Mbit/sec
SIF 352 * 288 Pixel
max. 30 f/s
non-interlaced
MPEG-4

Very low bitrate
p64 / H.261
PAL / NTSC
MP@ML Main profile at Main
Multiplexing
MPEG-7

Multimedia & Video
MPEG-3

HDTV
MedienTechnik
Unterschiede MPEG 1 und MPEG 2
Parameter
Grösse/Pixel std. 50 %
Grösse/Pixel std. 100%
Grösse/Pixel HDTV 4:3
Grösse/Pixel HDTV 16:9
Grösse Scanvorlage
Farbformat YCC
Makroblöcke/Bild
Makroblöcke/sec.
Bildwiederholrate
Bitrate
Interlace
Ton
MPEG-1
360*288 (352*240)
n. mlg.
n. mgl.
n. mgl.
<720*576 (704*480)
4:2:0 (Scan 4:2:2)
396
<396*25 (330*30)
<30 pps
<1,862 Mbit/s
nein
2-Kanal
MPEG-2
360*288 (352*240) low level
720*596 (704*480) main level
1440*1152 high1440 level
1920*1080 high level
<16384*16384
4:2:2 (Scan bis 4:4:4)
levelabhängig
levelabhängig
<30 pps
2..15 MBit/s
ja
Surround-Sound mgl.
MedienTechnik
IntraframeKomprimierung
innerhalb eines
Bildes
InterframeKomprimierung
über mehrere
Bilder
MPEG-Prinzip
DCT mit
vorgegebener
Quantisierungsmatrix
VLC mit fester
Tabelle
MedienTechnik
I-Frames, Intra-Frames
P-Frames, Predicted Frame
+
I-Frame wie
JPEG komprimieren
=
Vorhersagefehler
(Differenz)
JPEG komprimieren
P-Frame
:= I-Frame+
Prediction Error
MedienTechnik
Bewegungsabschätzung
Woher kommt dieser Block ?
Bewegungsvektoren
ermitteln
MedienTechnik
Blockmatching
Probieren innerhalb eines Nahbereichs
Mean Absolute Error
M 1 N 1
MAEi, j    C x  k , y  l   Px  i  k , y  j  l 
k 0 l 0
Full Search (Hoher Aufwand, 30 GOPS bei 720*480, Nahbereich 15)
bis auf Halbpixel-Ebene
Hierarchische Verfahren
auf verkleinerten Bildern suchen
Parallele Verfahren
0,8 - 1 GOPS
MedienTechnik
Die zweidimensionale
logarithmische Suche (TDL)
1. 5 rote Blöcke (im Abstand d/2)
untersuchen, falls beste
Übereinstimmung in der Mitte,
halbiere d und wiederhole 1.
2. Ansonsten um den besten Punkt
kruzförmig weiter.
MedienTechnik
Die dreistufige Suche (TSS)
1. Untersuche 9 Blöcke im Abstand 3
2. Um den besten alle im Abstand 2
3. Um den besten im Abstand 1
MedienTechnik
Die orthogonale Suche (OSA)
Beginne mit 3 Blöcken horizontal
Um den besten vertikal
Verringere Schrittweite,
beim besten horizontal weiter
MedienTechnik
One-at-a-Time
Suchalgorithmus (OTS)
Suche solange in x-Richtung,
bis davor und dahinter schlechtere
Übereinstimmung
Jetzt vertikal weiter.
MedienTechnik
Die kreuzweise Suche (CSA)
Wie logarithmische Suche, nächster
Schritt jedoch X-förmig um beste
Übereinstimmung mit halber Schrittweite.
MedienTechnik
Bidirektionale Prädiktion
I = Intra-Frame
P = Predictive Frame
B = Bidirektionaler
Frame
Buchempfehlung:
Haskell/Puri/Netravali
Digital Video
An Introduction to MPEG-2
MedienTechnik
Flußbild Motion Estimation
Makroblöcke 16*16 Pixel
Falls Block mit Vorgänger ähnlich:
Standbild
Sonst verschobenen Block suchen
Bezugsblock-gefundenem Block
MedienTechnik
MPEG Bit-Stream
Sequenz-Schicht
Header (Magic number,
Bildgröße, Seitenverh., f/s,
Bitrate n*400, Buffer size, Intra,nonintraQuantisierungsmatrizen
GOP-Schicht
Header (Magic number,
Timecode 1. Bild),
beginnt mit I- oder BFrame,endet mit I- oder PFrame
Einzelbild-Schicht
Header (Magic number,
Bildnummer i. Gruppe, Bildtyp I,
B, P, D, Max. Vektorgröße
Block-Schicht
variable Länge, markiert durch
EOB, kann Nullblock sein
Makroblock-Schicht
Header (Magic number,
Füllbits, MB-Typ (I,B,P),
Quantisierungsfaktor)
Slice-Schicht
Header (Magic number,
vertikale Position)
I
MedienTechnik
Differenzbilder zum
Ausgangsbild
Differenzen Bild:Bild
vorwärtsgeschätzt
intracodiert
bidirektional
interpoliert
übersprungen
B
B
P
MedienTechnik
Quelle:
www.panasonic-broadcast.de
MedienTechnik
MPEG 4
MSDL: MPEG-4 Syntax description Language
NSHC: Synthetic and Natural Hybrid Coding
Tools
Kompressionsverfahren
Video/Audiosynchronisation
Bewegungsabschätzung
usw.
Algorithms
DCT-Verfahren
Code Excited Linear Prediction
usw.
Flexibility
 0: fixed set of tools & algorithms
 1: configurable fixed set
 2: downloadable set & configuration
Profile
Konfiguration von Tools, Algorithmen
Level
constraints & performance criteria
Conformance Points
Standardkonfigurationen (z.B. MPEG-1)
MedienTechnik
MPEG 4 Grundlegende Funktionalitäten
Synchronisation versch. Datenströne (Audio, Video, etc.)
Zusätzliche Datenkanäle
Virtuelle Kanaldefinition
Geringe Verzögerung
Interaktive Benutzereingriffe
Übertragbar über verschiedene Medien
Verschlüsselung, Authentifizierung etc.
Multipoint-Fähigkeit
Anpassbarkeit von Audio-, Bitrate, Qualität
Low-Level Modus

MedienTechnik
Medienobjekte
(natürlich, synthetisch)
Video-Objekt
Audio-Objekt
Koordinatensystem
Backchannel
Streaming Media
MPEG 4
MedienTechnik
MPEG 4
Delivery Multimedia Integration Framework
H.261 Bildtelefonie
MedienTechnik
Y/CC-Anordnung
4 Schichten
Common Intermediate Format CIF
MedienTechnik
Intraframes
Interframe
MC
nach Bedarf
MC +/- 15 Pixel
Loop Filter
gegen Fliegenschiß
H.261-Encoder
MedienTechnik
Vorlesung „Medientechnik WS 1999/2000“
Dr. Manfred Jackel
Studiengang Computervisualistik
Institut für Informatik
Universität Koblenz-Landau
Rheinau 1
56075 Koblenz
Literatur zu diesem Kapitel
Hyperlinks zu diesem Kapitel
© Manfred Jackel
E-Mail: [email protected]
WWW: www.uni-koblenz.de/~jkl
mtech.uni-koblenz.de
Grafik-Quellen