VIDEO / AUDIO Dezember 2005 Claudia Große, Britta Wartke. Ein Referat von Claudia Große und Britta Wartke

Transkript

1 VIDEO / AUDIO1 Ein Referat von Claudia Große und Britta Wartke

2 1. Codec? Verfahren zur digitalen De-/Codierung von Daten und Signalen (coder und decoder) Verlustfreie Codierung kaum möglich, Einbußen bei Bild- /Tonqualität und Kontinuität der Wiedergabe Codecs meist abhängig vom dazugehörigen Dateiformat 3

3 2. Datenkompression? Verfahren zur Reduktion des Speicherbedarfs Verlustlos (Kompression): nahezu alle Informationen bleiben erhalten Verlustbehaftet (Reduktion): entbehrliche Informationen gehen verloren, kommt bei Bild- und Tondaten zum Einsatz 4

4 3. Audio Analoge Audiosignale sind Schwingungen, Umwandlung in digitale Signale nötig, ggf. Kompression Qualität von Audiodateien ergibt sich aus Abtastrate (Frequenz) und Bits pro Sample (Amplitude, Klangtiefe ) Unkomprimierte Audio-Kodierung: Bytes pro Sekunde = Samplerate x Samplebreite x Kanäle Bsp. CD-Aufnahme: 44,1kHz x 16 Bit x 2Kanäle = Byte/sekunde (10,1 MB/Minute) 5

5 Digitalisierung Von Audiodaten 6

6 3.1 Audioformate WAV Containerformat, kann gleichzeitig komprimierte sowie unkomprimierte Daten enthalten Für Windows ausgelegt, proprietär Besteht aus sog. Chunks, die keiner Norm unterliegen: Probleme unsauberes Format durch überflüssige Infos, nicht mehr aktuell 7

7 MP3 Eigentlich MPEG-1 Audio Layer 3 für verlustbehaftete Kompression Ab 1987 von Dr. Brandenburg mitentwickelt, seit 95 als.mp3 Kompressionsverfahren: nutzt psychoakustische Effekte aus, nicht wahrgenommene Töne werden vernachlässigt Nur Signalanteile werden gespeichert, überflüssiges entfernt 8

8 Qualität abhängig von Audiotechnik und subjektivem Empfinden Kodierung mit konstanter Rate: gleiche Bitrate über ganzes Musikstück Kodierung mit konstanter Qualität: an schwierigen Stellen wird mit höherer Bitrate kodiert Patentbeschränkungen 9

9 WMA Windows Media Audio, Codec und Format von Windows für Windows-Media-Platform, proprietär Vergleichbar mit MP3, unterstützt Dateien bis 768 kbit/s Windows Media Audio Voice, Format für Stimmenaufnahmen 10

10 Arbeitet mit neben dem verlustbehafteten WMA-Codec auch mit dem sog. WMA lossless für höchste Qualität Kopierschutz wird unterstützt Kompression: nicht wahrnehmbare Töne werden gelöscht Abspielbar auf Windows Media Player und mittlerweile vielen mobilen MP3-Playern 11

11 3. Audio 3.2 Audiokompression Audioreduktion: verlustbehaftet, Infos gehen verloren Audiokompression: verlustfrei, Infos bleiben eingeschränkt erhalten Reduktion im Alltag verwendet, mit realer Kompression arbeiten vorrangig Tontechniker Originaldaten haben hohen Speicherplatzbedarf (80 min = 808 MB) 12

12 Reduktion: sehr hohe und sehr niedrige Frequenzen werden entfernt Überlagerte Frequenzen werden weniger genau wiedergegeben Leise Töne sind in direkter Folge von lauten Tönen nicht wahrnehmbar Mehrfaches Kodieren/Dekodieren bzw. De/-Komprimieren führt zu starken Qualitätsverlusten Übliche Download-Dateien haben eine Reduktionsrate von 1:11 13

13 3. Audio 3.3 Audiocodecs Viele Codecs tragen Namen des Audioformates, außer MPEG- Codecs, da sie unterschiedliche Dateitypen kodieren AAC (Advanced Audio Coding) MPEG-Codec Bessere Qualität, höhere Reduktion als bspw. MP3 Unterstützt Multichannel Diverse Profile für unterschiedliche Anwendungen: Low Komplexity: für mittlere bis hohe Bitraten 14

14 Main Profile: normale Ansprüche High Efficiency: für niedrige bis sehr niedrige Bitraten Als neuer Codecs mit Iso-Zertifizierung Verwendung in Online Music Stores oder zum Abspielen von Musik auf Handys Real Audio Von RealMedia entwickelt Verlustbehaftete Kodierung, arbeit ähnlich MP3 und AAC Verschiedene Codecs zusammengefasst: jeweils für Sprache oder Musik je nach Bitrate Wird vorwiegend für Audio-Datenströme (Streaming) eingesetzt 15

15 Ogg Vorbis Als Alternative zu MP3 entwickelt OpenSource-Codec (Freeware) Komprimiert effektiver als MP3, weniger verbreitet Wird in eigenes Format.ogg eingebettet Kann bislang noch nicht von vielen Abspielgeräten und Programmen verarbeitet werden FLAC (Free Lossless Audio Codec) Freeware, verlustfrei Verfahren aber ähnlich MP3 16

16 4. Video 4.1 Videoformate Aufzeichnungsverfahren für Videos (Videobandformate: analog/digital) Dateibasierte Videoformate: digital Analoge Signale werden in digitale umgewandelt und gespeichert Einfach nachbearbeitbar MPEG, WMV, Real Media, HuffYUV 17

17 4. Video 4.2 Videokompression Verkleinerung des Platzbedarfes einer Videodatei Ca. 25 Bilder pro Sekunde, zwischen Schnitt/Szenenwechsel werden ähnliche Bilder zusammengefasst Ähnlich wie JPEG-Kompression: gleichfarbige Pixel werden auf eine Information reduziert (Motion-JPEG) 18

18 4. Video 4.3 Videocodecs Windows Media Video WMV ist ein Video-Codec von Microsoft und Teil der Windows Media-Plattform Abspielbar vom Windows Media Player und vielen anderen Software-Playern meist in Microsofts Container-Format Advanced Streaming Format (ASF) eingebettet Einbindung von Digital Rights Management möglich (z.b. als Kopierschutz-maßnahme) 19

19 Real Video Videoformat von RealMedia mit RealVideo komprimierte Dateien sind verlustbehaftet die Qualität ist bei hohen Komprimierungen vergleichsweise gut Neuere Versionen sind von der Qualität vergleichbar mit MPEG- 4-Videocodecs wie XviD oder DivX vor allem in Streaming-Anwendungen benutzt 20

20 Cinapack alter Codec, der ursprünglich zum Abspielen kleiner Videos entwickelt wurde kann mit einfacher Geschwindigkeit dekomprimiert werden, die Komprimierung dagegen benötigt relativ viel Zeit für Videobearbeitung nicht empfehlenswert wird heute nur noch verwendet, wenn ein Codec mit weiter Verbreitung benötigt wird 21

21 MPEG (allgemein) Bedeutet: Moving Picture Experts Group Beschäftigt sich mit der Standardisierung von Videokompression und den dazugehörenden Bereichen (Audiokompression und Containerformaten) Es gibt eine Reihe von MPEG-Formaten, die wichtigsten sind: MPEG-1 (1993) Progressives Video-Format mit mehreren Layern. Wird unter anderem für Video-CDs verwendet (z.b. MP3) MPEG-2 (1994/95) Video- und Tonformate in Fernsehqualität (z.b. für DVD) MPEG-4 ( ) Die erste Version kam 1998/99 heraus. Es folgte Version /00 und die Version MPEG-4 beschreibt u.a. ein komplexes, an QuickTime angelehntes Container-Format. 22

22 MPEG-1: MPEG-Standard zur verlustbehafteten Video- und Audiokompression in den 80er Jahren entwickelt um Filme auf die beschränkte Datenrate zu komprimieren Das Ergebnis, mit eher bescheidener Qualität, wird Video-CD genannt Das Kodierverfahren ähnelt dem JPEG-Format, die Parameter werden allerdings genau festgelegt ( z.b. Bildgröße, Bildwechselfrequenz,.) Verschiedene Bildtypen vorhanden (I-Bild = geringe Kompression, P-Bild = größere Kompression, B-Bild = größte Kompression) 23

23 MPEG-2 generischer MPEG Standard zur Videodekodierung mit Videokompression und Audiokodierung mit Audiokompression ist keine echte Kompression sondern eine Datenreduktion wurde 1994 eingeführt und ist der Nachfolger von MPEG-1 es wird ein Datenformat und ein Dekodierungsverfahren festgelegt, ohne Parameter (z.b. Auflösung) festzulegen die die Qualität bestimmen höhere Qualitäten und damit verbundene Datenraten als MPEG-1 ist für digitale Fernsehübertragungen und Studioanwendungen definiert worden 24

24 MPEG-4 beschreibt unter anderem Verfahren zur Video- und Audiokompression erweiterte das MPEG-2-Format, um verschiedene Video-Objekte zu unterstützen, sowie 3D-Inhalte, künstliche Objekte und noch stärker verdichtete Kodierung Zusätzlich zur Videodekodierung wurden auch noch einige Audiostandards definiert Es gibt verschiedene MPEG-4 Codecs: XviD, 3ivx, DivX, HDX4 25

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27 MPEG-4-Codecs: Xvid ist ein Open-Source-MPEG-4-Video-Codec basierte auf dem OpenDivX-Quellcode Durch den unverschlüsselt veröffentlichten Quelltext von OpenDivX hatten Programmierer die Möglichkeit, den Codec in den grundlegenden Eigenschaften zu verändern und zu optimieren mit DivX und HDX4 ist dieser Codec der bekannteste MPEG-4-Encoder Wegen patentrechtlicher Schwierigkeiten werden keine kompilierten Versionen des Quelltextes bereitgestellt 28

28 MPEG-4-Codecs: 3ivx: ist ein MPEG-4-Video-Codec und erlaubt MPEG-4- kompatible Dateien zu erzeugen für den Gebrauch in eingebetteten Systemen mit geringer Rechenleistung entworfen worden unterstützt Streaming Media zum Aufbereiten von Videos für das Internet geeignet 29

29 MPEG-4-Codecs: DivX ist wie XviD oder HDX4 ein MPEG-4-kompatibler Video- Codec nicht mit DIVX zu verwechseln (umstrittenes DVD- Mietsystem) kann große Videodateien bei guter Qualität vergleichsweise stark komprimieren bei Szenen mit viel Bewegung können jedoch Kompressionsartefakte entstehen keine Freie oder Open-Source-Software (wurde jedoch Grundlage für den offenen XviD-Codec) 30

30 MPEG-4-Codecs: HDX4 MPEG-4-Codec der deutschen Firma Jomigo schnellster MPEG-4-Codec im Testfeld (aber mit verhältnismäßig niedriger Kodiereffizienz) findet bis jetzt eher im kommerziellen Umfeld Verbreitung (z.b. bei Lufthansa) zahlreiche Endanwender-Produkte können den Codec zur Umwandlung von Videos nutzen 31

31 5. Containerformate Dateiformat, dessen Inhalt mehrere Dateiformate erlaubt definiert die Art und Struktur, wie der Inhalt aufzubewahren ist ermöglichen so zum Beispiel das synchrone Wiedergeben von Audio- und Videospuren z.b. könnte eine MPEG-4 Videospur und eine MP3 Audiospur enthalten ein Muxer übernimmt das Zusammenführen der Audio- und Videospur beim Abspielen werden die Spuren durch einen Demuxer/Splitter getrennt Beispiele wären: Quicktime, MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4, AVI, WAV 32

32 5.1 Beispiel Quicktime ist ein umfangreiches Multimedia-Framework, welches reichhaltige Manipulationen an digitalen Medien aller Art ermöglicht. kann eine Vielzahl unterschiedlichster Medientypen (Video, Audio, Animation, Text, Grafik, 3DFlash, Links, uvm.) zu einer multimedialen Gesamtkomposition zugleich vereint sein. wächst sehr schnell, übernimmt manche Fortschritte und löst andere ab wird von vielen Programmen verwendet (z.b. itunes, iphoto, imovie, Adobe Premiere QuickTime Pro ist die kostenpflichtige erweiterte Variante; (kann z.b. Filme abspeichern) 33

33 6. Zusammenfassung Videocodecs 34