Multimediatechnik / Video

Transkript

1 Multimediatechnik / Video 2-Video-Formate Pixel, Farben, RGB/YUV Inhalt Farbformate Kino- und TV-Formate Interlaced / progressiv

2 2D+t (Ort+Zeit( Ort+Zeit): Videosequenz Bildelemente (Picture Elements, Pixels) Auflösung (Ort) z.b. 720x576 Pixel Film / Video Auflösung (Zeit): Bildrate (Frame Rate, FPS) z.b. 24, 25, 30 Bilder/Sekunde N s,n T M t,o R S r,m Helligkeits- und Farb-Pixel s/w-pixel: Helligkeit Beispiel 8 Bit/Pixel = 256 Stufen 0=schwarz, 255=weiß Farbe: Mischung z.b. RGB Beispiel 24 Bit/Pixel (0,255,0) = Grün Video: Y häufig h nur (Übersteuerungsschutz)(

3 Farbformate Nutzung verschiedene Farbdarstellungen, die an die jeweilige Anwendung angepasst sind (Beispiel: Rot-Gr Grün-Blau, RGB) Jeweils Spezifikation von 3 Zahlenwerten, z.b. (0, 0, 255) Farbformate sind äquivalent und können k ineinander umgerechnet werden YUV : z.b. für f r Farbfernsehen, JPEG / Video-Codierung RGB: Additive Mischung (Summe=Weiss( Summe=Weiss) -> > Videotechnik CMYK: Subtraktive Mischung (Summe=Schwarz( Summe=Schwarz) -> > Drucktechnik RGB Rot-Gr Grün-Blau, RGB additive Farbmischung, (1,1,1)=weiß rot grün blau

4 Video - Farbe Farbraum (RGB, YUV) In der Regel 3 Komponenten (Zahlen) Farbtiefe Wieviele Farbstufen (bits / Stufen) 1 Bit = 2 Farben 8 Bit = 256 Farben 15 Bit = Bit (32 Stufen) je Farbkanal 16 Bit = Bit 24 Bit = 3x8 = = 16 Mio. Farben ( RGB( True Color ) 32 Bit = True Color + 8 Bit ungenutzt (Computer( Computer-optimiert) YUV - Farbformat Grauwert (Helligkeit) und 2 Farbdifferenzen (U, V) Farbfernsehen kompatibel zu SW-Fernsehen Haupt-Information im Helligkeitssignal (Y) Y U V

5 YUV - Farbformat Y Grauwert (Helligkeit) und 2 Farbdifferenzen (U, V) Farbfernsehen kompatibel zu SWSW-Fernsehen U, V meist verkleinert, da Sehsinn fü für Farbauflö Farbauflösung weniger empfindlich als fü für Helligkeitsauflö Helligkeitsauflösung U V YUV-Formate 4:4:4 HQ 4:2:2 TV/Studio 4:2:0 DVD/Home Y U V 4:1:0 DV (NTSC)

6 YUV Subsampling YUV RGB Umwandlung R, G, B seien Werte zwischen 0 und 1 Y = R G B U = Cb = 0.564(B Y) V = Cr = 0.713(R Y) Beispiel: Weiss (1,1,1) (1,0,0): Y = 1 = U, V = 0

7 Fragen Wie groß ist die Datenmenge im Vergleich zu RGB? YUV 4:4:4 YUV 4:2:2 YUV 4:2:0 Parameter der Bildqualität Pixelauflösung (z.b. 2 MPixel = 1920x1080) Subjektive Qualität t abhängig vom Betrachtungsabstand, Präsentationsgr sentationsgröße, Beleuchtung, Art des Displays/Ausdrucks, Farbdynamik, Kontrast Farbauflösung (Bits) (z.b. 24 bit,, 8 pro Farbkomponente)

8 Pixel-Aufl Auflösung, Datenmenge von Video 720x576 = TV 1920x1080 = HDTV ( = 2 Mega-Pixel) Farbauflösung ( Bits( pro Pixel ) Zeitauflösung (Frames/Sekunde( Frames/Sekunde,, FPS) Beispiel: 720x576, YUV 4:2:0, 8 Bit/Pixel für f r Y Video-Bildgr Bildgrößen (Auflösungen)

9 Formate Aufgabe Datenmenge pro Sekunde / Stunde fürf HD 1920x1080, 25 FPS, YUV 4:2:2

10 ITU-R R 601 PAL NTSC Digitale Video-Standards Europäisches TV 720x576, 25 Hz (50i = interlaced) 4:2:2 YUV USA / Japan 720x480, 30 Hz ( 29.97( Hz Drop-Frame Frame ) Datenraten (MB/s)? ITU-R R 709 Digitales HDTV 1920x Hz (auch 24, 30, 50, 60 Hz) 8 Bit YUV 4:2:2 Farbauflösung Standard, auch 10 Bit

11 Datenmenge Digitales TV (ITU 601) 4:2:2! 720 (Y) + 2 * 360 (U,V) = 1440 Werte / Zeile Je 576 Zeilen 8 Bit pro Farbwert (YUV): ( ) * 576 = Bytes / Bild * 25/s = 20 MB / Sekunde Unkomprimiertes YUV: Speicherung/Übertragung UYVY-UYVY UYVY-UYVY- Datenspeicherung RGB / YUV im Speicher / auf Festplatte Planar RRRR GGGG BBBB RRRR GGGG BBBB RRRR GGGG BBBB RRRR GGGG BBBB Gepackt RGB RGB RGB RGB RGB RGB RGB RGB RGB RGB RGB RGB RGB RGB RGB RGB YYYY UU VV YYYY UU VV YYYY YYYY YUV YUV YUV YUV YUV YUV YUV YUV YUV YUV YUV YUV YUV YUV YUV YUV

12 YUV-Speicherung YUV Uncompressed 4 Zeichen ( FOURCC( FOURCC ) Z.B. YUYV = 4:2:2, YV12 = 4:2:0 Wikipedia / Dateiformate Unkomprimierte Formate ohne Zusatzinfo = Raw Zur Verarbeitung zusätzlicher Header sinnvoll Größ öße, Breite, Format (Packed( Packed, Planar,, YUV, ) Zahlreiche Packformate = Video-Dateiformate AVI, Quicktime (MOV), MP4, WMV, usw.

13 Video-Dateiformate Jedes Dateiformat kann prinzipiell unkomprimierte oder verschiedene komprimierte Formate enthalten Dateiformate (Codecs) AVI (Microsoft, DV, MPEG-4/DivX, UYVY, u.a.).) Quicktime (Apple, Avid,, DV, MPEG-4, u.a.).) MP4 (MPEG-4, AVC/H.264) MPG, DVD, VOB, TS (MPEG-2) Flash (Adobe, H.263, VP-6, H.264) WindowsMedia (Microsoft, WMV9) RealVideo (RealVideo10) Matroska (OpenSource für r verschiedene Codecs) AVI (Video for Windows) Audio/Video Interleaved (nur) Container für f r verschiedene Formate Header: Auflösung (Breite/Höhe), Komprimierung, usw. biwidth Breite (z.b. 720) biheight Höhe (z.b. 576) biplanes Farbkanäle (z.b. 3) bibitcount bicompression Farbauflösung (z.b. 24) z.b. RGB,, UYVY, DIVX (FOURCC = 4 Character Code)

14 AVI-File (Audio( Audio-Video-Interleaved) Aufbau aus Teilen ( Chunks( Chunks ), die durch 4 Buchstaben gekennzeichnet sind RIFF -AVI -hdrl -avih -strl -strh -strf -strd -strn -movi -[data subchunks] -idx1 -[index data] RIFF HEADER AVI CHUNK MAIN AVI HEADER AVI HEADER STREAM LIST [One per stream: : Audio, Video, etc.] STREAM HEADER STREAM FORAMT OPTIONAL -- STREAM DATA OPTIONAL -- STREAM NAME MOVIE DATA RAW DATA (hier die eigentlichen Bild-Daten) AVI INDEX INDEX DATA Quicktime (MOV) / MP4 Für r Mac und Windows verfügbar (Installer( Installer) Architektur MOV = Container für f r verschiedene Codecs Quicktime Player zum Abspielen Quicktime Player Pro zum Codieren/Speichern Codecs/Plugins installierbar MOV = MP4, nicht verwechseln mit MPEG-4 Dateiformate sind fast gleich

15 AVI-Export Wie bei AVI zahlreiche Codecs innerhalb des MOV-Formates Quicktime-Export Gleiche Codecs, Verschiedene Dateiformate!

16 Microsoft DirectShow Multimedia-Architektur für f r Windows Plugins für r Windows Media Player u.a. Prinzip: Filter werden über Pins zusammengeschaltet Filter: Eingabe (Pin) Verarbeitung Ausgabe (Pin) Video-Wiedergabe Beispiel mit MPEG-4 4 im AVI (XVid/Divx( XVid/Divx) ) + MP3