Video digital
Videoclipul digital este un set de tehnologii pentru înregistrarea, procesarea, transmiterea și stocarea imaginilor și sunetului . Principala diferență față de video analog este că semnalul video și audio sunt codificate și transmise nu în forma lor originală, ci după conversia analog-digitală în fluxuri de date video și audio. În majoritatea cazurilor, videoclipul digital este comprimat pentru a reduce cantitatea de date care trebuie transmisă și stocată. Videoclipul digital poate fi distribuit pe diverse medii video, prin interfețe digitale ca flux sau ca fișiere .
Formarea fluxului de date video
Video component
O imagine optică este formată folosind o lentilă pe o matrice fotosensibilă de camere video și de televiziune , proiectoare de telecine , camere digitale , telefoane cu cameră sau tablete , camere web , camere de supraveghere video și alte dispozitive similare. Cu ajutorul diferitelor sisteme, separarea culorilor imaginii este realizată pentru a obține componente de semitonuri monocrome ale celor trei culori primare .
După aplicarea corecției gamma a semnalelor R, G, B, acestea sunt convertite pentru a obține semnalul de luminanță Y' și două semnale de diferență de culoare: R'-Y' și B'-Y'. ITU-R 601 folosește următoarele formule de codificare pentru a digitiza videoclipurile componente:
La transmiterea unor astfel de semnale, este posibilă restabilirea componentelor de culoare originale: roșu (R), albastru (B) și verde (G), care sunt utilizate în majoritatea sistemelor de afișare a informațiilor video, de exemplu, în monitoare .
Niveluri video
Componentele recepționate Y', Cr , Cb sunt cuantificate cu 8 sau 10 biți . Cu toate acestea, nu toate nivelurile sunt folosite pentru a transmite semnale de luminanță. De exemplu, pentru codarea pe 8 biți, din 256 de niveluri disponibile, doar 220 sunt folosite pentru a transmite semnalul de luminanță (interval 16-235), iar restul sunt folosite pentru semnale de sincronizare. Cu codificarea pe 10 biți, sunt utilizate 877 de niveluri. Pentru componentele color, doar 225 de niveluri sunt utilizate într-un sistem pe 8 biți și doar 897 de niveluri video discrete într-un sistem pe 10 biți.
Subeșantionarea culorilor
La eșantionarea componentelor Y’, Cr, Cb ale semnalului video, așa-numita subeșantionare de culoare este utilizată pentru a reduce rata de biți . Dacă fiecare componentă este eșantionată la aceeași frecvență, aceasta s-ar numi 4:4:4. Cu toate acestea, este rar folosit în practică datorită redundanței sale. Pentru standardele video digitale, raportul de bază este 4:2:2, ceea ce înseamnă că componentele diferențelor de culoare Cr, Cb sunt transmise cu claritate orizontală , adică jumătate din claritatea semnalului de luminanță, deoarece ochiul uman este mai sensibil la schimbări. în luminozitate decât în culori. În acest caz, frecvența de eșantionare pentru semnalul de luminozitate Y' este setată la 13,5 MHz , care este de două ori mai mare decât pentru semnalele de diferență de culoare Cr și Cb - 6,75 MHz.
Pentru a reduce și mai mult redundanța culorilor, sunt utilizate schemele de raport 4:2:0 și 4:1:1. În acest din urmă caz, claritatea orizontală a semnalelor de diferență de culoare este redusă la un sfert din rezoluția completă a semnalului de luminanță. Atât 4:1:1, cât și 4:2:0 reduc lățimea de bandă la jumătate în comparație cu reprezentarea fără eșantionare.
Pentru semnalele HDTV , în conformitate cu Partea II a Recomandării ITU-R 709-3, ratele de eșantionare pentru semnalele de luminanță sunt 74,25 MHz și crominanța 37,125 MHz.
Standarde de descompunere
Standardele de descompunere video digitală definesc următorii parametri:
- numărul de linii vizibile. Pentru a înregistra și transmite video digital, precum și video analog, acesta este descompus în linii separate, adică scanarea și transmiterea secvențială a elementelor fiecărei linii orizontale. Pentru video și televiziune cu definiție standard, aceste valori sunt de 480 sau 576 de linii, cu definiție îmbunătățită - 720. Pentru video de înaltă definiție ( în engleză HD ) - 1080.
- modul de baleiaj ("p" sau "i"). Pentru a reduce fluxul transmis la jumătate, se utilizează intercalarea , în care fiecare cadru este transmis în două semi-cadre consecutive - câmpuri . Domeniul este format din linii TV. Un câmp conține linii pare, al doilea - impar. Acest mod de baleiere este indicat de pictograma „i” din engleză. împletire . Acest mod a fost dezvoltat în era televiziunii analogice, când nu era posibil să se transmită semnale cu o lățime de bandă largă. De asemenea, primele formate digitale și chiar HD au folosit acest mod pentru a reduce fluxul video. Dezavantajul acestui mod este prezența efectului de „pieptene” asupra obiectelor aflate în mișcare atunci când sunt redate pe dispozitive de afișare cu scanare progresivă (progresivă) , pentru a elimina dezintercalarea utilizată . La transmiterea progresivă a întregului cadru, această problemă nu apare, dar lățimea de bandă sau fluxul unui astfel de semnal video va fi de două ori mai mare. Cu scanarea progresivă, ratele de eșantionare pentru schema 4:2:2 vor fi egale pentru Y' - 27 MHz, pentru Cr / Cb - 13,5 MHz.
- frame rate - frame rate pe unitatea de timp, de obicei pe secundă. Datorită standardelor diferite adoptate în diferite țări, în emisiunile de televiziune, producția de filme și video au apărut un număr semnificativ de standarde diferite, care pot suporta parțial sau complet diferite dispozitive video. Principalele sunt:
Un alt parametru important este raportul de aspect al cadrului video. Formatele video tipice sunt standard 4:3 (1.33:1) sau ecran lat 16:9 (1.77:1). Ecranul lat este uneori înregistrat pe video cu compresie orizontală de până la 4:3 și este întins în timpul redării. Această tehnologie se numește anamorfism digital și, atunci când înregistrați filme cu ecran lat , face posibilă utilizarea mai eficientă a cadrului televiziunii cu definiție standard. Afișarea corectă a formatului codificat este asigurată de recunoașterea automată a acestuia folosind pachetele de serviciu AR ( Aspect Ratio ) și WSS ( Wide Screen Signaling ) sau AFD ( Active Format Description ) [1] . Toate aceste informații despre formatul imaginii și locația cache-urilor ecranului ( ing. Bar Data ) sunt transmise în a 23-a linie a pulsului de golire a cadrelor din fluxul video [2] [3] .
Formate digitale de codare și compresie
Flux video
Un flux video este o secvență temporală de cadre de un anumit format, codificate într-un flux de biți . Fluxul video intercalat de 10 biți necomprimat cu definiție standard de subeșantionare a culorilor 4:2:2 va fi de 270 Mbps. Un astfel de flux se obține prin adăugarea produselor ratei de eșantionare și a adâncimii de biți a fiecărei componente: 10 × 13,5 + 10 × 6,75 × 2 = 270 Mbps. Cu toate acestea, calculul dimensiunii fișierului rezultat care conține un flux video necomprimat se face oarecum diferit. Doar partea activă a liniei video este salvată. Pentru reprezentarea în spațiul Y’, Cr, Cb se calculează următoarele componente:
- numărul de pixeli pe cadru pentru componenta de luminanță = 720 × 576 = 414.720
- numărul de pixeli pe cadru pentru fiecare componentă de crominanță = 360 × 576 = 207.360
- numărul de biți pe cadru = 10 × 414.720 + 10 × 207.360 × 2 = 8294400 = 8,29 Mbps
- rata de biți (BR) = 8,29 × 25 = 207,36 Mbps
- dimensiunea videoclipului = 207,36 Mbps * 3600 sec = 746.496 Mbps = 93.312 Mb = 93,31 GB = 86,9 GiB
Calcularea ratei de date:
Pentru formatul 4:2:2 BR = BD × (L + 0,5 × L × 2) × H × FR = BD × 2 × L × H × FR Pentru formatul 4:1:1 BR = BD × (L + 0,25 × L × 2) × H × FR = BD × 1,5 × L × H × FR Pentru formatul 4:2:0 BR = BD × (L × H + 0,5 × L × 0,5 × H × 2) × FR = BD × 1,5 × L × H × FR Pentru formatul 4:4:4 BR = BD × 3 × L × H × FR BR - rata de transfer de date, biți/s, L și H - lățimea și înălțimea cadrului în pixeli, BD - adâncimea de biți pentru fiecare componentă, biți per pixel FR - rata de cadre, fpsTabelul arată rata de biți video necomprimată și cantitatea de spațiu necesară pentru o oră de înregistrare a celor mai comune standarde.
| Dimensiunea cadrului (pixeli) |
Adâncimea culorii (bit) |
Prelevarea de probe | Frecvența cadrelor (Hz) |
Rata de biți (Mbps) |
Capacitate necesară ( GiB /h) |
|---|---|---|---|---|---|
| 720×576 | zece | 4:2:2 | 25 | 207 | 86,9 |
| 720×576 | opt | 4:1:1, 4:2:0 | 25 | 124 | 52.1 |
| 1280×720 | opt | 4:2:2 | 25 | 369 | 154,5 |
| 1280×720 | opt | 4:2:2 | cincizeci | 737 | 309 |
| 1280×720 | zece | 4:2:2 | 25 | 461 | 193.1 |
| 1920×1080 | zece | 4:2:2 | 25 | 1037 | 434,5 |
Compresie video
Datorită ratei de biți relativ ridicate a unui flux video necomprimat, algoritmii de compresie video sunt utilizați pe scară largă. Compresia video vă permite să reduceți redundanța datelor video și să reduceți fluxul transmis, ceea ce vă va permite să transmiteți video prin canale de comunicație cu o lățime de bandă mai mică sau să salvați fișiere video pe medii cu o capacitate mai mică.
Formate video digitale
Următorul tabel prezintă caracteristicile majorității formatelor video și tipurile de subeșantionare cromatică utilizate, precum și alți parametri înrudiți, cum ar fi rata de biți și raportul de compresie.
| Format | Proprietar | Prelevarea de probe | Adâncimea culorii |
Rata de biți (Mbps) |
Tip de compresie | Raport de compresie |
Dimensiunea cadrului (pixeli) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| DV / MiniDV | Mai multe | 4:2:0 (PAL) 4:1:1 (NTSC) |
8 biți | 25 | PrEP | 5:1 | 720×576(PAL) 720×480(NTSC) |
| DVCPRO 25 | Panasonic | 4:1:1 | 8 biți | 25 | PrEP | 5:1 | 720×576(PAL) 720×480(NTSC) |
| DVCPRO 50 | Panasonic | 4:2:2 | 8 biți | cincizeci | PrEP | 3.3:1 | 720×576(PAL) 720×480(NTSC) |
| DVCAM | Sony | 4:2:0 (PAL) 4:1:1 (NTSC) |
8 biți | 25 | PrEP | 5:1 | 720×576(PAL) 720×480(NTSC) |
| betacam digital | Sony | 4:2:2 | 10 biți | 90 | PrEP | 2.3:1 | 720×576(PAL) 720×480(NTSC) |
| Betacam SX | Sony | 4:2:2 | 10 biți | 18/170 | MPEG-2 | 10:1 | 720×576(PAL) 720×480(NTSC) |
| MPEG IMX | Sony | 4:2:2 | 8 biți | 30 40 50 |
MPEG-2 422P@ML | 6:1 4:1 3.3:1 |
720×576(PAL) 720×480(NTSC) |
| XDCAM | Sony | 4:2:0/4:1:1 4:2:2 |
8 biți | 30 40 50 |
MPEG-2 | 6:1 4:1 3.3:1 |
720×576(PAL) 720×480(NTSC) |
Video HD
| Format | Proprietar | Anul emiterii | Prelevarea de probe | Adâncimea culorii |
Rata de biți (Mbps) |
Tip de compresie | Raport de compresie |
Dimensiunea cadrului (pixeli) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| HDCAM | Sony | 1997 | 3:1:1 | 8 biți | 144 | PrEP | 7:1 | 1440×1080 |
| DVCPRO 100 | Panasonic | 2000 | 4:2:2 | 8 biți | 100 | PrEP | 6,7:1 | 1440×1080 960×720 |
| HDCAM SR | Sony | 2003 | 4:2:2 4:4:4 |
10 biți | 440 880 |
MPEG-4 | 4,2:1 2,7:1 |
1920×1080 |
| HDV | Sony JVC Canon | 2003 | 4:2:0 | 8 biți | 19/25 | MPEG-2 | 18:1 | 1440x1080 1920x1080 1280x720 |
| XDCAM HD | Sony | 2005 | 4:2:0 | 8 biți | 18/35 | MPEG-2 MP@H14/HL | 1440×1080 1280×720 | |
| AVCHD | Panasonic Sony | 2006 | 4:2:0 | 8 biți | 18/24 | H.264 /MPEG-4 | 1440x1080 1920x1080 1280x720 | |
| ProRes 422 | Măr | 2007 | 4:2:2 | 10 biți | 147/220 | PrEP | 1920×1080 | |
| AVC-Intra 100 | Panasonic | 2007 | 4:2:2 | 10 biți | 100 | H.264 /MPEG-4 | 1920×1080 | |
| AVC-Intra 50 | Panasonic | 2007 | 4:2:0 | 10 biți | cincizeci | H.264 /MPEG-4 | 1440×1080 1280×720 | |
| Dirac Pro (VC-2) | BBC Research | 2008 | 4:2:2 | 10 biți | 50/165 | Wavelet | 1920×1080 | |
| DNxHD (VC-3) | Avid | 2008 | 4:2:2 | 10 biți 8 biți |
220 36/145 |
PrEP | 1920x1080 1280x720 | |
| XDCAM HD422 | Sony | 2008 | 4:2:2 | 8 biți | cincizeci | MPEG-2 422P@HL | 16.5:1 | 1920x1080 1280x720 |
| CineForm (VC-5) | Cinema Form Inc. | 2001-2012 | 4:2:2 4:4:4 |
10 biți 12 biți |
-/320 | Wavelet | 10:1 - 3,5:1 | 1920×1080 |
Interfețe video digitale
- SDI și HD-SDI
- HDMI (video și audio fără compresie). Cu siguranță HDCP .
- IEEE 1394
- DVI (numai video necomprimat). Posibil HDCP .
- DisplayPort (video și audio fără compresie). Suporta DPCP , planificat ca un înlocuitor complet îmbunătățit pentru HDMI.
- DVB - ASI - pentru transmiterea fluxului de transport MPEG-TS
Note
- ↑ Telesputnik, 2010 , p. 66.
- ↑ Keith Jack. Semnalizare pe ecran lat (WSS ) . Notă de aplicare AN9716.1 . Intersil (august 1998). Preluat: 3 ianuarie 2015.
- ↑ Randy Conrod. Demystifying Active Format Description (engleză) (downlink) . carte albă . Harris Broadcast Communications. Data accesului: 3 ianuarie 2015. Arhivat din original pe 3 ianuarie 2015.
Literatură
- Dmitri Kashin, Dmitri Malashonok. Dungi negre sau fețe strâmbe // Telesputnik: revistă. - 2010. - Nr. 9 . - S. 66-68 . Arhivat din original pe 24 septembrie 2015.
Link -uri
- Recomandarea ITU-R BT. 601-7 (03/2011) Parametrii de codare a studiourilor de televiziune digitală pentru formatele standard 4:3 și 16:9 cu ecran lat
- video digital
- Definiție standard versus formate video de înaltă definiție
- Calculator de bitrate video
| containere media | |
|---|---|
| Video/Audio | |
| Audio | |
| Muzică | |
| Raster | |
| Vector | |
| Complex | |
| Media video și standarde video | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Banda magnetica |
| ||||||
| Videodiscuri |
| ||||||
| Video digital |
| ||||||
| Compresie video | |
|---|---|
| Recomandări ITU-T | |
| Standarde ISO / IEC |
|
| Standardele SMPTE | |
| Codecuri MPEG-4 |
|
| Fara pierderi |
|
| Cinematograf digital | |
| Alte codecuri | |
| Vezi si | |