Aspekte bei der Speicherung von digitalen Filmen

Transkript

1 Film digital Aspekte langfristiger Informationssicherung Aspekte bei der Speicherung von digitalen Filmen Matthias Fachhochschule Wiesbaden University of Applied Sciences Fachbereich Ingenieurwissenschaften Studiengang Medientechnik

2 Agenda Einführung Motivation Arbeitsabläufe im Archiv Workflow Verfahren und Standards JPEG2000 Austauschformate MXF - Format Projektvorstellung FPPA-Projekt Projekt

3 Motivation Digitales Fernsehbild nach ITU-R R 601/656 - Bildauflösung 720 Pixel/Zeile x 625 Zeilen/Bild = Pixel/Bild - benötigte Pixel des aktiven Bildinhalts 720 Pixel/Zeile x 576 Zeilen/Bild = Pixel/Bild - bei einer Sekunde Video Pixel/Bild x 25 Bilder/s = Pixel/s - Videodatenrate (4:2:2 Format, 8 Bit für Y, 8 Bit für U,V) Pixel/s x 16 Bit/Pixel = Bit/s - Audiodatenrate 48 khz x 2Kanäle x 16 Bit = Bit/Sekunde - Gesamtdatenrate für 1 Sekunde (Video+Audio) Bit/s Bit/s = Bit/s ~ 167 Mbit/s

4 Motivation Datenrate und Speicherkapazitäten MOBILE TV High Definition (HD) Mobile DVD HDTV 4K Auflösung CIF 352x288 TV 720x x x3072 Abtastung 4:2:0 8 bit 4:2:0 8 bit 4:2:2 8 bit RGB 10bit Datenrate 64 kbit/s max. 9,6 Mbit/s 829 Mbit/s 9,06 Gbit/s Kap. 110 Min 51 MB 7,4 GB 640 GB 6960 GB CD/DVD 1/1 11/1 1065/ /1481

5 Motivation TV-Kamera 720 x 576 Y,C r,c b Filmabtaster 1920 x 1080/ 2K / 4K R G B (>8bit) HD-Kamera 1920 x 1080 (1280 x 720 p) Y,C r,c b / RGB (8/10bit) Nachbearbeitung Editing Intraframe-Codierung Archiv Produktion/ Archiv BEARBEITUNG Archiv IN DER BILDEBENE Produktion CF: ca. <4 <10 Bearbeitung DC DC Internet 38kbit/s 1000 Kbit/s (CF: ) BEARBEITUNG IN DER DATENEBENE Verteilung Interframe-Codierung TV (DVB) CF: ca. DVD HD-DVD ca. 3 Mbit/s 6 Mbit/s (/4,5) (CF: / 37) HD-TV Film ca. 4 Mbit/s ca. 8 Mbit/s ca. 15 Mbit/s ca. 400 Mbit/s 8 Mbit/s (VBR) 36 Mbit/s 45 Mbit/s 2 Gbit/s (CF: ) (CF:100 30) (CF: ) (CF 10..4) (Elektronisches Kino ( ))

6 Arbeitsabläufe im Archiv Das Turnschuh Interface ist die Realität Textuelle Suchmaschine Regal - Archiv Anfrage durch Redaktion Trefferliste Sichtung Schnittplatz

7 Paralleler Workflow Sendung Planung Redaktion Aufnahme Daten Essence + Metadaten Einspielung HD- Nachbearbeitung Internet- Nachbearbeitung Mobile- Nachbearbeitung SD- Bearbeitung Online Nearline Archiv

8 Paralleler Workflow Format? HD- Nachbearbeitung Internet- Nachbearbeitung Mobile- Nachbearbeitung SD- Bearbeitung Online Nearline Archiv

9 Bildformat Speicherformate Sendeformat 1080p50 720p i25 720p50 Down-scaling Down-scaling De-interlacing 1080i25 576i25(SDTV) Interlacing Down-scaling Interlacing Up-scaling Interlacing Down-scaling Interlacing Down-scaling CIF (Internet) Down-scaling Down-scaling Down-scaling De-interlacing QCIF (handheld) Down-scaling Down-scaling Down-scaling De-interlacing?

10 Bildformat oder Datenformat Speicherformate Sendeformat 1080p50 720p i25 720p50 Down-scaling Down-scaling De-interlacing 1080i25 576i25(SDTV) Interlacing Down-scaling Interlacing Up-scaling Interlacing Down-scaling Interlacing Down-scaling CIF (Internet) Down-scaling Down-scaling Down-scaling De-interlacing QCIF (handheld) Down-scaling Down-scaling Down-scaling De-interlacing? JPEG2000/AVCH264 HD

11 Workflow Gleichzeitiger Zugriff Zugriff auf die Daten mit unterschiedlichen Anforderungen Redaktion Aufnahme Planung Sendung Daten Skalierbare Codierverfahren Internet- Nachbearbeitung Mobile- Nachbearbeitung SD- Bearbeitung Online Nearline Archiv HD- Nachbearbeitung Einspielung

12 Anforderungen an Codierverfahren offener Standard für Codierung (SW) Standard für Datenaustausch hohe Qualität und Datenrate (da Nachbearbeitung!) Intra-Codierung geringe Komplexität (SW Lösung in Echtzeit) skalierbare Verfahren (Bildgröße / Datenrate)

13 Auswahl der Codierverfahren JPEG sehr gute Codiereffizienz - offene SW Lösungen verfügbar - flexible Codiermöglichkeiten (auch - Skalierbarkeit (Faktor 2) - Standard MPEG4-AVC/H264 - sehr gute Codiereffizienz (komplexer) - flexibel (Intra- und Inter-Codierung Codierung) - Standard - skalierbare Erweiterung SVC (noch (beliebige Faktoren) gbar (lizenzfrei) auch velustfrei) noch komplexer)

14 Prinzip der Intracodierung Input Bilddaten AVC Encoder für I-Frames Output Bilddaten Bild-Vorverarbeitung Integer- Transformations- Codierung Quantisierung Entropie Codierung CAVLC/CABAC Datenstrom- Pufferung JPEG2000 Encoder Output Bilddaten Vorverarbeitung Diskrete Wavelet Transformation Quantisierung EBCOT Arithmetische Codierung Bitstrom Organisation Color transform 5/3 Filter 9/7 Filter Tier-1-Coding Tier-2-Coding

15 Vergleich Bearbeitungs-/Archivformat AVC/H264: JPEG2000: + hohe Codiereffizienz + Standard, als AVC-Intra 100 auch als Aquisitons-format + Bei Verwendung von AVC-I 100 keine Transcodierung erforderlich + skalierbare Erweiterung als SVC (Overhead) - hohe Komplexität + hohe Codiereffizenz + standardisiertes Format (lizenzfrei in der Basisversion) + Skalierbarkeit bereits im Format (nur Faktor 2) + einfache SW Implementierung

16 Verfahren und Standards JPEG2000 Skalierungsmöglichkeiten in JPEG2000 L-R-C-P Qualitätslayer (L) Auflösung (R) Komponenten (C) Position (P) Daten Bitstrom: Q1 CIF R G B SD R G B Q2 CIF R G B SD R G B EBCOT: Embedded Block Coding with Optimized Truncation

17 Verfahren und Standards JPEG2000 Skalierungsmöglichkeiten in JPEG2000 L-R-C-P R-L-C-P Qualitätslayer (L) Auflösung (R) Auflösung (R) Komponenten (C) Position (P) Daten Qualitätslayer (L) Komponenten (C) Position (P) R-P-C-L P-C-R-L C-P-R-L Bitstrom: CIF Q1 R G B Q2 R G B SD Q1 R G B Q2 R G B EBCOT: Embedded Block Coding with Optimized Truncation

18 Verfahren und Standards JPEG2000 Bildqualitätsvergleich zwischen JPEG2000 und MPEG-2 JPEG2000 MPEG-2 Kompressionsfaktor CF=50

19 Verfahren und Standards JPEG2000 Differenzbild Grünkanal, JPEG2000/MPEG-2 2 (CF=50) JPEG2000 MPEG-2 Farbgebung: Schwarz Gelb Grün Cyan Blau Magenta Rot Differenz Dezimal: ab 32

20 Original Original JPEG2000; CF = 10 JPEG2000; CF = 100

21 Original Original 8132 KB 8132 KB JPEG2000; CF = 10 JPEG2000; CF = KB 82 KB

22 Workflow Gleichzeitiger Zugriff Integration von Austauschformaten SMPTE -MXF Redaktion Aufnahme Planung Sendung Daten Skalierbare Codierverfahren SMPTE -AXF Internet- Nachbearbeitung Mobile- Nachbearbeitung SD- Bearbeitung Online Nearline Archiv HD- Nachbearbeitung Einspielung Externe Archive

23 Austauschformat MXF-J2K Generic Container (SMPTE 379M) DCI: Frame-based wrapping : jedes Bild in einem Content Package Header Partition Header Metadata Body Index Partition Table Essence Container Body Partition Essence Container Footer Partition ` Sound Item File Body Sound Item Picture Element Sound Element Sound Element Data Element Picture Element Sound Element Sound Element Data Element K L 1 Frame j2k K L K L K L K L 1 Frame j2k K L K L K L V V V V V V V V OP- Atom H H V V A V F F

24 Fazit JPEG2000 JPEG2000 ist für den Einsatz im Archiv bestens geeignet: - hohe Codiereffizienz durch Wavelet-Filter - verlustlose und verlustbehaftete Codierung - einfache Proxi-Generierung durch Skalierbarkeit der Datenrate und Bildgröße - in der Basisversion lizenzfrei - offener weltweiter Standard mit breiter Unterstützung - standardisiertes Austauschformat - Zukunftssicher

25 Arbeitsabläufe im Archiv Was wird überhaupt archiviert? Metadaten -Papierform - Elektronisches Material Fotos Ton Video Film -Papierform - Elektronisches Material - Tonband - Kompaktkassetten - DAT / CD -U-matic - 1 B-, 1 C-Format -BetaSP - DigiBeta -DVD - 8, 16, 35 mm - Negativ, Positiv

26 Arbeitsabläufe im Archiv Modulare Einführung News, Magazine Sport Video Video Fotos Fotos Akten Archiv Ton Akten Archiv Management Management System 1 System 2 Ton Management System Spielfilme Video Fotos Archiv Akten Management System 3 Ton Werbung Video Fotos Akten Archiv Management System 4 Ton

27 FPPA Projekt FPPA Formatübergreifende Plattform für Produktion und Archiv Low Res Farbkorrektur Zusätzliche Metadaten Filmscanner Bearbeitung A (Laptop) HDTV-Beiträge J2K Encoder Metadaten MXF Formatierer High-End Bearbeitung (PC) J2K High- Res. SD-Beiträge Transcoder Tools Qualitätsbeurteilung Struktur der Bildbearbeitung mit dynamischen Metadaten Filmbelichter HDTV-Playout

28 FPPA Projekt FPPA Formatübergreifende Plattform für Produktion und Archiv

29 FPPA Projekt MXF-Fileanalyse Fileanalyse

30 FPPA Projekt Dynamische Metadaten

31 Zukünftige Speichersysteme Wechselspeicher 2 Aufnahme Bearbeitung Sendung Online Archiv Integriert (WLAN) JPEG 2000 Netzwerk MXF Content Management System

32 Fazit Trends Kosten Video- Datenrate Video- Datenrate Netzwerk- Datenrate Computer- Leistung Prozessor- Leistung Disk-/RAM /RAM- Speicher- kapazität u. Geschwindigkeit Netzwerke Jahr

33 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!