Medien-Technik Digitales Video

Prinzip: Sequenz Digitaler Einzelbildermit eingestreuten Ton-Samples

.AVI.AVI

.MOV.MOV

.MPG.MPG

Medien-Technik

Medien-Technik

Überblick (digitale) Fernsehstandards

USAGrand Alliance HDTV

MPEG-2Dolby AC-3

EuropaEuropean DVB Project

DTVB (terrestrisch)ETS 300421 (Sat.)

ETS 300429 (Kabel)

DTVB: HDTV, mehr Programme, mobil & handheld, Telefonie/Computer

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MPEG

MPEG-1Zielsetzung: Video auf

CD

1,15 - 1,5 Mbit/sec SIF 352 * 288 Pixel max. 30 f/s non-interlaced

MPEG-2Viele Formate, hohe

Kompression

p64 / H.261 PAL / NTSC MP@ML Main profile at

Main Level bis 15MBit/sec

Multiplexing

MPEG-3

HDTV

MPEG-4

Very low bitrate

MPEG-7

Multimedia & Video

MPEG-1 PAL1,7 MB

MPEG-1 VideoCD1,9MB

MPEG-1 384535kB

AVI27MB

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Parameter MPEG-1 MPEG-2 Grösse/Pixel std. 50 % 360*288 (352*240) 360*288 (352*240) low level Grösse/Pixel std. 100% n. mlg. 720*596 (704*480) main level Grösse/Pixel HDTV 4:3 n. mgl. 1440*1152 high1440 level Grösse/Pixel HDTV 16:9 n. mgl. 1920*1080 high level Grösse Scanvorlage <720*576 (704*480) <16384*16384 Farbformat YCC 4:2:0 (Scan 4:2:2) 4:2:2 (Scan bis 4:4:4) Makroblöcke/Bild 396 levelabhängig Makroblöcke/sec. <396*25 (330*30) levelabhängig Bildwiederholrate <30 pps <30 pps Bitrate <1,862 Mbit/s 2..15 MBit/s Interlace nein ja Ton 2-Kanal Surround-Sound mgl.

Unterschiede MPEG 1 und MPEG 2

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MPEG-Prinzip

Intraframe-Komprimieru

nginnerhalb

eines Bildes

Interframe-Komprimieru

ngüber mehrere

Bilder

DCT mit vorgegebener

Quantisierungs-matrix

VLC mit festerTabelle

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I-Frames, Intra-FramesP-Frames, Predicted Frame

I-Frame wieJPEG komprimieren

+ =

Vorhersagefehler(Differenz)JPEG komprimieren

P-Frame:= I-Frame+Prediction Error

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Bewegungsabschätzung

Woher kommt dieser Block ?

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Bewegungsvektoren ermitteln

BlockmatchingProbieren innerhalb eines NahbereichsMean Absolute Error

Full Search (Hoher Aufwand, 30 GOPS bei 720*480, Nahbereich 15)bis auf Halbpixel-EbeneHierarchische Verfahrenauf verkleinerten Bildern suchenParallele Verfahren0,8 - 1 GOPS

1

0

1

0

,,,M

k

N

l

ljykixPlykxCjiMAE

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Die zweidimensionale logarithmische Suche (TDL)

1. 5 rote Blöcke (im Abstand d/2)untersuchen, falls besteÜbereinstimmung in der Mitte,halbiere d und wiederhole 1.

2. Ansonsten um den besten Punktkruzförmig weiter.

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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

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Die orthogonale Suche (OSA)

Beginne mit 3 Blöcken horizontal

Um den besten vertikal

Verringere Schrittweite,beim besten horizontal weiter

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One-at-a-Time Suchalgorithmus (OTS)

Suche solange in x-Richtung,bis davor und dahinter schlechtereÜbereinstimmung

Jetzt vertikal weiter.

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Die kreuzweise Suche (CSA)

Wie logarithmische Suche, nächsterSchritt jedoch X-förmig um besteÜbereinstimmung mit halber Schritt-weite.

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Bidirektionale Prädiktion

I = Intra-FrameP = Predictive FrameB = Bidirektionaler Frame

Buchempfehlung:Haskell/Puri/NetravaliDigital VideoAn Introduction to MPEG-2

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Flußbild Motion Estimation

Makroblöcke 16*16 Pixel

Falls Block mit Vorgänger ähnlich:Standbild

Sonst verschobenen Block suchen

Bezugsblock-gefundenem Block

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MPEG Bit-StreamSequenz-Schicht

Header (Magic number, Bildgröße, Seitenverh., f/s, Bitrate n*400, Buffer size,

Intra-,nonintra-Quantisierungsmatrizen

GOP-SchichtHeader (Magic number,

Timecode 1. Bild),beginnt mit I- oder B-

Frame,endet mit I- oder P-Frame

Einzelbild-SchichtHeader (Magic number,

Bildnummer i. Gruppe, Bildtyp I, B, P, D, Max.

Vektorgröße

Slice-SchichtHeader (Magic number,

vertikale Position)

Makroblock-SchichtHeader (Magic number, Füllbits, MB-Typ (I,B,P), Quantisierungsfaktor)

Block-Schichtvariable Länge, markiert

durch EOB, kann Nullblock sein

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Differenzbilder zumAusgangsbild

Differenzen Bild:Bild

intracodiert

vorwärtsgeschätzt

bidirektional

interpoliert

übersprungen

I B B P

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Quelle:www.panasonic-broadcast.de

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MPEG 4

ToolsKompressionsverfahrenVideo/AudiosynchronisationBewegungsabschätzungusw.

AlgorithmsDCT-VerfahrenCode Excited Linear Predictionusw.

MSDL: MPEG-4 Syntax description LanguageNSHC: Synthetic and Natural Hybrid Coding

Flexibility 0: fixed set of tools & algorithms 1: configurable fixed set 2: downloadable set & configuration

ProfileKonfiguration von Tools, Algorithmen

Conformance PointsStandardkonfigurationen (z.B. MPEG-1)

Levelconstraints & performance criteria

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MPEG 4 Grundlegende Funktionalitäten

Synchronisation versch. Datenströne (Audio, Video, etc.)Zusätzliche DatenkanäleVirtuelle KanaldefinitionGeringe VerzögerungInteraktive BenutzereingriffeÜbertragbar über verschiedene MedienVerschlüsselung, Authentifizierung etc.Multipoint-FähigkeitAnpassbarkeit von Audio-, Bitrate, QualitätLow-Level Modus

Medien-Technik

MPEG 4Medienobjekte(natürlich, synthetisch)Video-ObjektAudio-ObjektKoordinatensystem

Backchannel

Streaming Media

Medien-Technik MPEG 4

Delivery Multimedia Integration Framework

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H.261 Bildtelefonie

Common Intermediate Format CIF

Y/CC-Anordnung

4 Schichten

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H.261-Encoder

IntraframesInterframeMCnach BedarfMC +/- 15 PixelLoop Filtergegen Fliegenschiß

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Vorlesung „Medientechnik WS 1999/2000“

Dr. Manfred JackelStudiengang ComputervisualistikInstitut für InformatikUniversität Koblenz-LandauRheinau 156075 Koblenz

© Manfred JackelE-Mail: jkl@uni-koblenz.de

WWW: www.uni-koblenz.de/~jkl

mtech.uni-koblenz.de

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