Thema: Sorenson 3. Fachbereich Medieninformatik. Hochschule Harz. Sorenson 3. Referat. Autor: Holger Werth. Matrikelnummer: 9968

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1 Fachbereich Medieninformatik Hochschule Harz Sorenson 3 Referat Matrikelnummer: 9968 Abgabe:

2 Inhaltsverzeichnis Einleitung / Vorwort...I 1 Arbeitsweise des SV3-Codecs Interframe Kompression UV 4:2:0 Abtastung Datenrate Vergleich zu dem Vorgänger Sorenson SV3 und Flash (FLV) Eigenschaften Fazit Glossar Quellen 6.1 Literaturquellen Internetquellen Bildquellen...8

3 Einleitung Der Sorenson Video 3 ist ein digitaler Video Codec der Firma Sorenson Media. Zur Anwendung kommt dieser in der von Apple entwickelten Multimedia Architektur QuickTime und in Macromedia Flash. Dieser Codec wird in Multimediaanwendungen, dem World-Wide-Web, und anderen Anwendungen eingesetzt, wo ein Video mit hoher Qualität bei geringer Datenrate erforderlich ist. Sorenson Video 3 baut auf dem H.264 Codec auf und wurde in einigen Punkten optimiert. H.264 (MPEG-4) ist ein blockbasiertes Videokompressionsverfahren, welches für hoch aufgelöste Bilddaten, z.b. HDTV ausgelegt ist. Auch bei mobilen Endgeräten, wie Mobiltelefonen oder PDAs und den neuesten IPod-Modellen, lassen sich H.264 Videos abspielen. 1. Arbeitsweise des SV3-Codecs 1.1 Interframe-Kompression Komprimierte Videoframes werden in Inter- bzw. Intraframes unterschieden. Bei der Interframe-Kompression werden gleich bleibende Bildelemente in Bildfolgen zusammengefasst. Diese Form der bildübergreifenden Kompression verwendet der SV3-Codec. Dabei beginnt die Kodierungsfolge immer mit einem Intraframe (Keyframe). Informationen, die sich seit dem letzten Intraframe geändert haben, werden in so genannten B- oder P-Frames (Interframes) gespeichert. 1 Forward prediction I = Intraframe Bidirectionally prediction B = Bidirectionally prediction P = Predicted frame Abb.1: eigene Darstellung, ohne Titel Wenn diese Informationen zu sehr vom Intraframe abweichen setzt der SV3 Codec automatisch einen neuen Intraframe. Die Qualität der Intraframes und der Interframes des SV3-Codec ist ein wichtiger Faktoren, die zu einer hohen Bildqualität bei geringen Datenraten beiträgt. Interframe Codecs eignen sich nicht für den Videoschnitt, da die einzelnen Frames, mit Ausnahme der Intraframes, immer in Abhängigkeit zu den vorangehenden oder nachfolgenden Frames stehen. Aus diesem Grund ist der SV3-Codec für Videostreaming und diverse Webanwendungen geeignet. Kleine Datenmengen sind bei diesen Anwendungen oft wichtiger als die Bildqualität. 1 version/index.php?t7225.html, Seite: 1

4 1.2 UV 4:2:0 Abtastung Das menschliche Auge nimmt Helligkeitsunterschiede deutlicher wahr als Farbunterschiede. Das RGB-Bild wird zunächst verlustfrei in UV gewandelt. Um die Datenmengen weiter zu reduzieren, fi ndet bei dem SV3-Codec eine Abtastung des Videomaterials statt, bei der das Chrominanzsignal (= Farbsignal, U+V) in 2x2 Blöcke gespeichert wird. Das Luminanzsignal (=Helligkeitssignal, ) bleibt unverändert und erhält vier Werte, einen Wert für jeden Pixel. 2 U V U V U V U V Abb. 2: eigene Darstellung, UV 4:2:0 Bei der Abtastrate von 4:2:0 wird die Luminanz mit voller Aufl ösung gespeichert während zwei Chrominanzwerte nur alle zwei Pixel jede zweite Zeile gespeichert werden. So komprimiert der SV3-Codec stärker ohne sichtbare Qualitätsverluste im Bild. 1.3 Datenrate Die Datenrate beeinfl usst die Videoqualität für das Zielmedium. Wenn das Video von einer CD-ROM angeschaut wird, kann die Datenrate 200 KB/s oder niedriger sein. Soll ein Videofi lm für das Internet bereitgestellt werden, liegt die Datenrate zwischen 1,5 KB/s und 50 KB/s. Weist der Videofi lm viele bewegte Objekte auf (z.b. Auto, Zug), wird eine höhere Datenrate benötigt, um die Bildqualität aufrecht zu erhalten. Der SV3-Codec arbeitet im Vergleich zu dem Cinepak-Codec mit einer variablen Datenrate (VBR), welche Ihren Speicher dynamisch verteilen kann. Bei schnellen Bewegungen kann somit mehr Speicherplatz zur Verfügung gestellt werden, der später bei ruhigeren Szenen wieder eingespart werden kann. Das Video wird demnach zweimal durchlaufen, wobei im ersten Durchgang geprüft wird, wie viel Speicherplatz für welche 3 Szene benötigt wird. Im zweiten Durchlauf wird die Datenrate optimal auf die einzelnen Szenen verteilt (2-Pass VBR). Abb. 3: eigene Darstellung, SV3 2-Pass VBR 96 KB/s Abb. 4: eigene Darstellung, Cinepak CBR 96 KB/s Seite: 2

5 In Abbildung 3 wird deutlich, dass der SV3-Codec bei einer Datenrate von 96 KB/s eine gute Qualität liefert. Der Cinepak-Codec in Abbildung 4 benötigt hingegen eine höhere Datenrate um die die SV3 Qualität zu erreichen. Die Qualität bei SV3 wird mit einer geringeren Datenrate als bei Cinepak erreicht. Selbst bei einer Datenrate von 100 KB/s liefert der Codec eine gute Qualität für Video und Audio. Die folgende Formel soll ein Anhaltspunkt bei der Kompression mit dem SV3 Codec sein. Datarate = Width x Height x f/s Ein optimales Ergebnis erreicht man bei SV3, wenn die Datenrate größer als die Hälfte und weniger als das Doppelte vom Ergebnis dieser Formel ist. Bei einem Clip der Größe 320x240 und 25 f/s erhält man folgendes Ergebnis: Datarate = 320 x 240 x 25 = 40 KB/s Die eigentliche Datenrate beträgt 40 KB/s für einen 320x240, 25 f/s Clip. Ausgehend von einer Person (z.b. ein Nachrichtensprecher), die im Videofi lm nur leichte Kopfbewegungen hat, könnte die Datenrate auf die Hälfte, also 20 KB/s, gesenkt werden und bei Sportaufnahmen mit viel Bewegung wäre das Doppelte an Datenrate, also 80 KB/s, nötig. Bei höheren Datenraten und leistungsschwachen Computern auf Nutzerseite kann es beim Decodieren des Videofi lmes zum Stoppen des Bildes bei fortlaufendem Ton kommen. Vermieden wird dieses Problem mit Hilfe der Playback Scalability von SV3. Dies sollte getestet werden und je nachdem für welche Bandbreiten produziert wird, sollte entweder die Frame Rate (Bildwechselfrequenz) reduziert oder eine kleinere Bildgröße verwendet werden. 4 Datarate = 320 x 240 x 12,5 = 20 KB/s Datarate = 240 x 180 x 25 = 22,5 KB/s Der SV3-Codec ist asymmetrisch und benötigt deshalb für die Kompression mehr Zeit als für die Dekompression. Dadurch wird ein besseres Verhältnis von Qualität zu Übertragungsbandbreite erreicht. Der SV3 Codec unterteilt ein Bild in 16x16 Pixel Blöcke und ist am effi zientesten, wenn die Framegröße ein Vielfaches von 16 ist. Ansonsten füllt der Codec die freien Stellen mit leeren Pixeln, um wieder auf ein 16x16 Raster zu kommen. Beim Abspielen werden die leeren Pixel wieder entfernt. 1.4 Vergleich zu dem Vorgänger Sorenson 2 5 In Bezug auf die Qualität und Encodingzeiten ist der Nachfolger SV3 deutlich verbessert wurden. In dem folgenden Beispiel wurde mit einer variablen Bitrate encodiert. Gezeigt werden einige Unterschiede in Detailgenauigkeit, Farbe und Größe. 4 Sorenson Video 3 User Guide Seite: 3

6 Abb. 5: Sorenson 2, Abb. 6: Sorenson 3, Farbe und Detail In Abbildung 5 ist ein Ausbleichen des Lichtes in den Fenstern (links) zu erkennen. Der Sorenson 2 Codec arbeitet nicht so detailreich und kann auf Grund von Aufl ösungsproblemen die Blau-Weiß-Anteile nicht so sauber zeichnen wie der SV3-Codec. Abb. 7: Sorenson 2, Abb. 8: Sorenson 3, Seite: 4

7 Der SV3 schafft es bei geringerer Dateigröße (2,6 MB versus 3,1 MB) und kleinerer Datenrate (33,7 KB/s gegenüber 40,5 KB/s) mehr Details abzubilden. Deutlich in der Lichterreihe Abbildung 8 zu erkennen, die nach hinten klar erkennbar bleibt. 2. SV3 und Flash (FLV) Durch die Multimediafähigkeit von Flash (Adobe Flash) werden oft Video und Sounddatein eingesetzt. Diese Dateien werden überwiegend über das Internet empfangen und gleichzeitig abgespielt. Das setzt Streamingeigenschaften voraus, die von SV3 unterstützt werden. Selbst in einem niedrigen Bitratenbereich bleibt das Bild beim SV3-Codec stabil. Das hat den Vorteil, dass man kleine Dateien hat, die sich auch bei geringen Bandbreiten schnell abspielen lassen. Auch Flash spielt seine Clips mit dem QuickTime Player ab. Da MPEG Videostreams mit Flash nicht über QuickTime importiert werden können, kommt der SV3-Codec zum Einsatz. Er bringt alle erforderlichen Eigenschaften mit, um die Leistung von Flash im Netz zu steigern, d.h. hohe Qualität bei geringen Datenraten und Ladezeiten zu erreichen Eigenschaften 7 Abb. 9: Sorenson Squeeze index.help Eine Eigenschaft des SV3 Codecs ist, dass ein Clip in doppelter Größe abgespielt werden kann, ohne dabei an Qualität zu verlieren. Dazu wird der Vorteil des Umrechnungsmodus von QuickTime genutzt, welcher einen gleichmäßigen Skalierungsalgorithmus verwendet. Es können somit Filme in dem Format 640x480 mit derselben Datenrate angesehen werden wie bei einem Format von 320x Sorenson Video 3 User Guide 7 Sorenson Squeeze 4.3 index help Seite: 5

8 Der Codec erkennt Änderungen in der Bildfolge, z.b. bei einem Szenenwechsel, und setzt dort automatisch neue Keyframes. Der SV3-Codec glättet unerwünschte Artefakte mit der Funktion Image Smoothing, wenn Videofi lme mit geringen Datenraten im Internet abgespielt werden. Bei hohen Datenraten bringt diese Funktion keinen Vorteil. SV3 unterstützt Alpha-Kanäle, verschlüsselt das Video mit einem Passwort und kann den Videofi lm mit einem Wasserzeichen versehen. Beim kodieren unterteilt der SV3-Codec jedes Frame in 16x16 Blöcke. Für das Dekodieren kann die maximale Aktualisierungsperiode in Sekunden für alle Blöcke eines Frames eingestellt werden. Sollte nach Ablauf einer Periode keine Aktualisierung eines Blockes stattgefunden haben, wird automatisch eine Aktualisierung erzwungen. Diese Eigenschaft ist bei Videofi lmen erforderlich, die über das Internet verbreitet werden sollen. 4 Fazit Sorenson 3 ist ein sehr gutes Komprimierungsverfahren, da selbst in niedrigen Bitratenbereichen das Bild noch relativ stabil bleibt. Zusammen mit der Streamingeigenschaft ist Sorenson 3 ideal für die Internetnutzung. Für Flash eignet er sich besser als MPEG 4, da dieser nicht in QuickTime bei Flash importiert werden kann. Der Codec kann das ganze Leistungsspektrum nur mit der Pro-Version ausspielen. Bis heute gibt es allerdings noch keinen DVD-Player, der diesen Codec unterstützt und somit ist er ein reines QuickTime Container Format. Seite: 6

9 5 Glossar B-Frame Cinepak Codec Flash Frame FLV Bidirectional Frame Zur Berechnung des Bildinhaltes werden vorhergehende und nachfolgende Frame einbezogen. älterer Videocodec Verfahren bzw. Programm, welches Daten digital codiert oder decodiert Entwicklungsumgebung zur Erstellung multimedialer Inhalte Einzelbild (Frame) Flash Video, Dateiformat H.264 Standard zur Videokompression HDTV KB MB MPEG P-Frame QuickTime RGB-Bild High Defi nition Television; Hochaufl ösende Fernsehen Kilobyte Megabyte Moving Picture Experts Group Predicted Frame Multimedia-Architektur der Firma Apple Farbraum mit den Primärfarben Rot, Grün und Blau SV3 Sorenson Video 3 UV additives Farbmodell, welches zur Darstellung = Luminanz = Lichtstärke pro Fläche Chrominanz = besteht aus 2 Farbkomponenten: U und V Seite: 7

10 6 Quellen 6.1 Literaturquellen Sorenson Video 3 User Guide Sorenson Squeeze 4.3 index help (Sorenson Media) 6.2 Internetquellen version/index.php?t7225.html, Bildquellen Abb. 1: eigene Darstellung, ohne Titel Abb. 2: eigene Darstellung, UV 4:2:0 Abb. 3: eigene Darstellung, SV3 2-Pass VBR 96 KB/s Abb. 4: eigene Darstellung, Cinepak CBR 96 KB/s Abb. 5: Sorenson 2, Abb. 6: Sorenson 3, Abb. 7: Sorenson 2, Abb. 8: Sorenson 3, Abb. 9: Sorenson Squeeze index.help Seite: 8