Analyse und Vergleich aktueller Videokompressionsverfahren

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1 Analyse und Vergleich aktueller Videokompressionsverfahren

2 Inhalt 1 Grundlagen der Videocodierung Frame-Typen & Farbraum Diskrete Konsinustransformation & Quantisierung MPEG Encoder 2 MPEG4 ASP (Advanced Simple Profile) MPEG4 AVC (Advanced Video Coding) / ITU H.264 SMPTE VC-1 (Microsoft Standard) 3 MPEG4 ASP Codecs - DivX / xvid / Nero Digital MPEG4 AVC Codecs - Mainconcept / x264 / Nero Digital Proprietäre Codecs - Windows Media / RealVideo / On2 VP7 Abschließender Codecvergleich

3 Einleitung Codec Kunstwort aus encode und decode Reduktion der Datenmenge bei vergleichbarer Qualität Vergleich von Codecs Aspekte: Qualität & Geschwindigkeit sehr subjektive Beurteilung abhängig von Videosequenz und verwendetem Profil Standards Erhöhung der Kompatiblität (Hardware-Profile etc.)

4 Frame-Typen & Farbraum Diskrete Konsinustransformation & Quantisierung MPEG Encoder Frame-Typen I-Frame (Intra-coded) komplette Bildinformation P-Frame (Predicitve-coded) Differenzinformation aus vorhergehendem Frame B-Frame (Bidirectionally predictive-coded) Differenzinformation aus vorhergehendem und/oder folgendem Frame Ausnutzung der Ähnlichkeit von Folgebildern (Bewegungsvektoren) Bildung von Group of pictures (GOPs) Änderung der Reihenfolge bei der Übertragung (Buffer + Timestamps)

5 Frame-Typen & Farbraum Diskrete Konsinustransformation & Quantisierung MPEG Encoder Farbraum YUV-Farbmodell Aufteilung in Luminanz Y (Helligkeit) und Chrominanz UV (Farbe) Auge nimmt Helligkeit genauer wahr als Farbe, daher unterschiedliche Komprimierung für Y und UV sinnvoll Abtastung Aufteilung in 8x8 Pixel große Flächen Unterschiedliche Abtastraten für Y und UV

6 Frame-Typen & Farbraum Diskrete Konsinustransformation & Quantisierung MPEG Encoder Diskrete Konsinustransformation (verlustfrei) Aufteilung in 8x8 Pixel große Blöcke Überführung in den Frequenzbereich jeder Block als Linearkombination der 64 Basisfunktionen darstellbar nur wenige signifikante Koeffizienten (Kompression)

7 Frame-Typen & Farbraum Diskrete Konsinustransformation & Quantisierung MPEG Encoder Quantisierung & Entropiecodierung (verlustbehaftet) gröbere Quantisierung für hohe Frequenzen Rundung auf ganze Zahlen (mittels Skalierungsfaktoren) nach Frequenzen geordnetes Auslesen (Zig-Zag-Scanning) daher Lauflängencodierung VLC möglich (Datenkompression)

8 Frame-Typen & Farbraum Diskrete Konsinustransformation & Quantisierung MPEG Encoder MPEG Encoder

9 MPEG4 ASP (Advanced Simple Profile) MPEG4 AVC (Advanced Video Coding) / ITU H.264 SMPTE VC-1 (Microsoft Standard) MPEG4 ASP MPEG4 Part 2 - Advanced Simple Profile (ASP) Verwendung von DCT + VLC bidirektionale Bewegungsschätzung mit Viertelpixel-Niveau (QPel) globale Bewegungsschätzung (GMC) adaptive Quantisierung frei definierbare Quantisierungsmatrizen interlaced video möglich Makroblockgröße 8x8, Motionblockgröße 8x8

10 MPEG4 ASP (Advanced Simple Profile) MPEG4 AVC (Advanced Video Coding) / ITU H.264 SMPTE VC-1 (Microsoft Standard) MPEG4 AVC MPEG4 Part 10 - Advanced Video Coding (AVC) (auch bekannt als ITU H.264) modifizierte, verlustfrei reversible Transformation (Integertransform) Zugriff auf mehrer Referenzbilder (Langzeitprädiktion) örtliche Prädiktion verbesserte Lauflängencodierung (CAVLC, CABAC) Inloop-Deblocking ( Schleifenfilter ) feinere Quantisierung Makroblockgröße 2x2 bis 16x16, Motionblockgröße 4x4 Weighted Prediction (Prädiktion über Helligkeitswerte / Blenden) Anwendung: HD-DVD / Blu-ray / DVB-S2 / DVB-H / ipod / PSP

11 MPEG4 ASP (Advanced Simple Profile) MPEG4 AVC (Advanced Video Coding) / ITU H.264 SMPTE VC-1 (Microsoft Standard) VC-1 SMPTE Standardisierung von Microsoft Mischung aus MPEG4 ASP und AVC bidirektionale Prädiktion (Motion Compensation) auf Viertelpixel-Niveau approximiertes Verfahren an Stelle der DCT (16 Bit Transform) Inloop-Deblocking ( Schleifenfilter ) variable Lauflängencodierung interlaced video möglich adaptive Blockgrößen Fading Compensation (Prädiktion über Helligkeitswerte / Blenden) Anwendung: HD-DVD / Blu-ray / xbox360

12 DivX & xvid (MPEG4 ASP Codecs) MPEG4 ASP Codecs MPEG4 AVC (H.264) Codecs Proprietäre Codecs Abschließender Codecvergleich DIVX 6 Hersteller: DivX Inc. 1. Veröffentlichung: 1999 Betriebssystem: alle Lizenz: proprietär Preis-Encoder: 15e Vorteile/Nachteile + stand-alone Player + userfreundlich + Zusatzfeatures (Untertitel usw.) = nicht quellenoffen = DRM möglich (ggf. Vorteil) xvid 1.1 Hersteller: xvid Team 1. Veröffentlichung: 2001 Betriebssystem: alle Lizenz: GNU GPL Preis-Encoder: kostenlos Vorteile/Nachteile + OpenSource + stand-alone P. (DivX Profile) + sehr flexibel = bedingt userunfreundlich

13 MPEG4 ASP Codecs MPEG4 AVC (H.264) Codecs Proprietäre Codecs Abschließender Codecvergleich Nero Digital (MPEG4 ASP & AVC Codec) Nero Digital ASP / AVC Hersteller: Nero AG 1. Veröffentlichung: 2004 Betriebssystem: Windows Lizenz: proprietär Preis-Encoder: 80e Vorteile/Nachteile + Zusatzfeatures (Untertitel usw.) = wenige stand-alone Player = in Nero integriert = nur für Windows

14 MPEG4 ASP Codecs MPEG4 AVC (H.264) Codecs Proprietäre Codecs Abschließender Codecvergleich Mainconcept H.264 & x264 (MPEG4 AVC Codecs) Mainconcept H.264 Hersteller: Mainconcept 1. Veröffentlichung: 2004 Betriebssystem: Windows Lizenz: proprietär Preis-Encoder: 490 e/1790e Vorteile/Nachteile + Multi-Threading + viele Einstellmöglichkeiten = hoher Preis = wenige Decoder = keine stand-alone Player x264 Hersteller: VideoLan 1. Veröffentlichung: 2005 Betriebssystem: alle Lizenz: GNU GPL Preis-Encoder: kostenlos Vorteile/Nachteile + OpenSource + starke Weiterentwicklung = noch nicht voll ausgereift = wenige stand-alone Player

15 Windows Media & RealVideo MPEG4 ASP Codecs MPEG4 AVC (H.264) Codecs Proprietäre Codecs Abschließender Codecvergleich Windows Media 9 Hersteller: Microsoft 1. Veröffentlichung: 2006 (V9) Betriebssystem: Windows Lizenz: proprietär Preis-Encoder: kostenlos Vorteile/Nachteile + starke Verbreitung angestrebt + stand-alone Player = DRM = noch nicht weit verbreitet = an Windows gebunden RealVideo 10 Hersteller: RealNetworks 1. Veröffentlichung: 1997 Betriebssystem: Win, Linux Lizenz: proprietär Preis-Encoder: kostenlos Vorteile/Nachteile + gutes Streamingverhalten + niedrige Bitraten = Real Player nötig = wenig verbreitet = kein Einzug ins Wohnzimmer

16 Truemotion VP7 Grundlagen der Videocodierung MPEG4 ASP Codecs MPEG4 AVC (H.264) Codecs Proprietäre Codecs Abschließender Codecvergleich Truemotion VP7 Hersteller: On2 Tech. 1. Veröffentlichung: 2003 (V7) Betriebssystem: Windows Lizenz: proprietär Preis-Encoder: kostenlos Vorteile/Nachteile + geringer Ressourcenbedarf + keine Patente/Lizenzen + Realtime Encoding möglich = wenig verbreitet = kein Einzug ins Wohnzimmer

17 Abschließender Codecvergleich MPEG4 ASP Codecs MPEG4 AVC (H.264) Codecs Proprietäre Codecs Abschließender Codecvergleich Achtung: sehr subjektive Bewertung!!! (stark abhängig vom verwendetem Sample, dem Profil [Auflösung, Bitrate, usw.] und den gewählten Codierparametern)

18 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

19 RealVideo 10 On2 TrueMotion VP7 RealVideo 10 Real gibt keine deatilierten Angaben über die Funktionsweise des Codecs keine blockbasierten Algorithmen Analyse- & Synthese-Algorithmen zur Transformation Nutzung von Bewegungsmodulation örtliche Prädiktion adaptive Lauflängencodierung Bitratenkontrolle mit 3 Modi: CBR (Streaming), VBR(Archivierung) & konst. Qualität) 2-Pass Encoding möglich interlaced video möglich Encoder-Aufwand: hoch, Decoder-Aufwand: gering (gut für Stream)

20 RealVideo 10 On2 TrueMotion VP7 On2 TrueMotion VP7 On2 gibt ebenfalls keine deatilierten Angaben über die Funktionsweise des Codecs 4x4 DCT Transformation Motion Compensation örtliche Prädiktion Alpha Channel Encoding (Transparenz in Videos) blockweise adaptive Quantisierung adaptive loop und post-processing Filter 2-Pass Encoding möglich Light-Level-Change Adaption (Blenden) Anwendung: Skype, AOL AIM, Adobe FlashPlayer (VP6)