MPEG והיישומים שלו. וידאו ארט

ספרים ומאמרים
ספרייה חינם / מדריך / וידאו ארט

MPEG והיישום שלו

וידאו ארט

מושג

נתוני וידאו, מטבעם, הם גדולים ביותר בנפחם. מומחים בתחום זה עובדים על המשימה של דחיסת וידאו בצורה יעילה ככל האפשר כבר שנים רבות. בתחילת המילניום השלישי, עקב הצורך הדחוף בהעברת נפחים גדולים של וידאו ברשתות שונות, המשימה של שיטת קידוד וידאו אופטימלית מבחינת יחס איכות/נפח הפכה לדחופה עוד יותר.

הרעיון של דחיסת וידאו ב-MPEG הוא פשוט מאוד - קבע איזה מידע בזרם יחזור על עצמו לפחות לפרק זמן מסוים ונקוט באמצעים כדי למנוע כפילות של מידע זה. היתרון היקר ביותר של קידוד MPEG, שנוח במיוחד לשידור ברשתות שונות, הוא היכולת להתאים באופן גמיש את איכות התמונה בהתאם לרוחב הפס של הרשת. זה הפך את MPEG-2 לתקן דה פקטו לקליטת/שידור טלוויזיה דיגיטלית ברשתות שונות.

למרבה הצער, אין דרך להעריך באופן חד משמעי את איכות הקידוד באמצעות מכשירים ומדידות מסוימים. הקריטריון היחיד כאן הוא האדם וכיצד הוא יתפוס את המידע הדחוס. לכן, הכללים לדחיסת וידאו במהלך קידוד MPEG פותחו על בסיס המודל של תפיסה אנושית של תמונות וידאו (HVS - Human Visual Sense).

יתירות תמונה לפי HVS נקבעת לפי שלושה קריטריונים עיקריים:

פרטי תמונה בלתי נראים לעין האנושית - אזורי מחיקה אנכיים ואופקיים. הסרת המידע הזה לא משפיעה כלל על התמונה.
יתירות סטטיסטית. הוא מחולק למרחב וזמני. יתירות מרחבית מתייחסת לאזורים בתמונה שבהם פיקסלים סמוכים כמעט זהים. תחת זמני - שברי התמונה שאינם משתנים עם הזמן.
יתירות בצבע ובהירות - מחושב על סמך הרגישות המוגבלת של אדם לשינויים קטנים בצבע ובהירות של פרטי תמונה.

איך זה מיושם

לנוחות הקידוד של נתוני וידאו, זרם הווידאו כולו מחולק לקבוצות הנקראות GOP (קבוצת תמונות). קבוצה כזו בנויה כך:

MPEG והיישום שלו

Здесь:

I - Intra frames, הנקראות בדרך כלל מסגרות התייחסות ומכילות את כל המידע על התמונה. באופן עקרוני, לא יכול להיות רצף MPEG ללא מסגרות אלו. בעת דחיסה של מסגרות I, רק יתירות מרחבית מוסרת. מהמסגרת הזו מתחיל הפענוח של התמונה ברצף.

P - פריימים חיזויים. פריימים "חזויים", שהיווצרותם משתמשת בשיטה של חיזוי התמונה בפריים הבא, תוך התחשבות בפיצוי תנועה מהפריים I או P האחרון לפני זה שנוצר. מסגרת P משמשת גם לחיזוי תמונה נוסף. מסגרת P נוצרת באמצעות דחיסה בין מסגרת, אשר מפחיתה יתירות מרחבית וזמנית כאחד. תמונת המסגרת P מופחתת מהתמונה הבאה וההבדל הזה מקודד ומתווסף לנתונים הדחוסים יחד עם וקטור התנועה.

B - מסגרות דו-כיווניות, "דו-כיווניות". הם נקראים כך מכיוון שהם מאחסנים את המידע החיוני ביותר ממסגרות I ו-P שמסביב. למסגרות B יש את דרגת הדחיסה הגבוהה ביותר, אך דורשות תמונה קודמת ואחריה כדי לפצות על תנועת האובייקטים בתמונה.

מבנה זרם MPEG זה מתואר בדרך כלל כשבריר M/N, שעבורו M מציין את המספר הכולל של פריימים ב-GOP, ו-N מציין מה תהיה המסגרת P הבאה אחרי הקודמת. לפיכך, ניתן לכתוב את רצף ה-GOP המוצג באיור למעלה כ-12/3.

זרם הנתונים של MPEG בפועל מורכב מ-6 רמות היררכיות:

בלוק - נתוני בהירות וצבע עבור 8x8 בלוקים של התמונה. בלוקים מנותחים לפי ערכי Y (בהירות), CB ו-CR (הפרש צבע).
Macroblock - כפי שהשם מרמז, מורכב מ-4 בלוקים פשוטים בחלון של 16x16 פיקסלים, בהתאמה. בפורמט 4:2:0, בלוק מאקרו מכיל 4 בלוקים של נתוני בהירות Y ואחד כל אחד של CB ו-CR.
שכבה - מכילה מספר בלוקים של מאקרו צמודים.
מסגרת - מורכבת מקבוצת שכבות המכילות תמונה, אשר, בתורה, יכולה להיות I, P או B.
קבוצת תמונות (aka GOP) - מכילה רצף של פריימים. יכול לכלול עד 15 מסגרות וחייב להתחיל במסגרת I.
רצף וידאו - חייב להכיל לפחות GOP אחד, כמו גם כותרת בתחילת הרצף וקוד סוף הרצף.

רמות MPEG ופרופילים

פרופיל MPEG הוא קבוצת משנה של מבנה זרם הסיביות של הווידאו הדחוס. בתוך תת-קבוצה כזו, מתאפשרת פריסה רחבה של פרמטרי זרימה ובהתאם, מקודדים ומפענחים עבורם.

הרמה מתייחסת למספר הגבלות המוחלות על הפרמטרים של זרם MPEG, למשל, רזולוציית תמונת פלט, קצב פריימים וכו'.

הטבלה שלהלן ממחישה את המגבלות המקסימליות המוטלות על רמות ופרופילים של MPEG:

טבלה זו נחוצה, קודם כל, כדי להבין ייעודים שנתקלים לעתים קרובות בפורמט של רשומה מסוימת או תיאורים של היכולות של כל מקודד. לדוגמה, כך ניתן לאפיין הקלטה בפורמט MPEG:

** למעשה, יותר נכון יהיה לכתוב כאן: PAL הוא שמו של תקן הטלוויזיה האנלוגי בו נוצר סרט הווידאו המקורי. למעשה, לא ניתן לייחס סרט MPEG לאף מערכת טלוויזיה צבעונית, שכן פריימים ב-MPEG הם פשוט ייצוג דיגיטלי של תמונה אנלוגית בעבר ואין להם שום קשר אפילו למקור מערכת הטלוויזיה של הסרט המקורי.

שימוש מעשי

קורא בררן ישאל: כיצד המידע הזה יעזור לי בעבודתי? למי שלא עובד עם וידאו, כמובן, ייתכן שהמידע הזה לא יועיל במיוחד, אבל לאחרים הוא יכול לעזור בעבודתם המעשית. משתמשים רבים שהחלו לעבוד עם מצלמות וידאו DV ותוכניות עריכת וידאו לא ליניאריות החלו לחשוב על דרכים לשמר את היצירות שלהם, אם לא במשך מאות שנים, אז לפחות לעשורים הבאים. באופן מוזר, רוב עורכי הווידאו DV המתחילים, שעדיין לא מכירים היטב את MPEG, מתכננים לאחסן את הפרויקטים שלהם על גבי תקליטורי CD בפורמט MPEG, מבלי אפילו להבין עד כמה קשה לפתור את המשימה הזו אם המשתמש רוצה לשמר את האיכות של ה-DV המקורי סרט בגרסת MPEG. אז, השאלות הנפוצות ביותר בנושא זה:

מדוע אני, לאחר שמירת הסרט שלי בפורמט MPEG-2, רואה שהאיכות שלו התדרדרה באופן ניכר?

יש כאן כמה סיבות:

תמונה שכבר דחוסה, דחוסה, מורידה ממצלמת וידאו דיגיטלית למחשב. DV הוא בעצם מקרה מיוחד של דחיסת JPEG - זהו זרם המורכב מפריימים JPEG דחוסים באמצעות אלגוריתם JPEG שונה מעט. מהרעיון (אך לא עקרונות הדחיסה) MPEG ב-DV משתמש רק בעובדה שבעת דחיסה ב-DV, נלקח בחשבון מידע משני שדות של מסגרת אחת - מה שנקרא דחיסה תוך-שדה. לכן, כדי לדחוס ל-MPEG DV, התמונה מנותקת תחילה ולאחר מכן נדחסת מחדש, מה שלעולם לא ישפר את האיכות.
פרמטרי הדחיסה הוגדרו בצורה שגויה מבחינת איכות התמונה.
נעשה שימוש במקודד MPEG מהיר אך לא איכותי במיוחד.

מדוע איכות התמונה בתקליטורי DVD גבוהה מאוד, למרות שהיא גם MPEG-2 - האם ניתן לקבל איכות דומה בבית?

איכות הווידאו ב-DVD באמת גבוהה מאוד. זה מוסבר על ידי שני גורמים עיקריים - וידאו באיכות מקצועית לא דחוס משמש כחומר הווידאו המקור ליצירת גרסת MPEG-2 של הסרט, ובנוסף, מקודדי חומרה עם איכות קידוד תמונה גבוהה מאוד משמשים לקידוד ב-MPEG- 2. העלות של מקודדים כאלה מגיעה לכמה עשרות אלפי דולרים. לכן, אי אפשר להשיג איכות דומה מסרט DV בבית.

מה המשמעות של הפרמטרים שאתה מתבקש לציין לפני קידוד סרט לפורמט MPEG?

יכולים להיות פרמטרים רבים כאלה, אך עלינו להתמקד בחשובים שבהם:

מזהה פרופיל ומזהה רמה - ראה טבלה למעלה.
מרווחי פריימים – כדי להבין למה הכוונה, יש לקחת בחשבון שבדרך כלל נקבע המרווח בין פריימים I, כלומר למעשה גודל ה-GOP, וכן מה יהיה הפריים P הבא אחרי הקודם. ככל שהמרווח בין מסגרות I ארוך יותר, איכות התמונה תהיה גרועה יותר, אך הקובץ המתקבל קטן יותר. בנוסף, לא מומלץ להפוך את המרווח בין מסגרות I ליותר מ-15.
Motion Estimation - פיצוי תנועה. הפרמטר קובע באיזו מידה תחזה תנועת האובייקט בצורה נכונה והוא חשוב מאוד הן לאיכות תמונת הפלט והן להערכת זמן הקידוד. ערך גבוה יותר ייתן איכות טובה יותר, אך יגדיל משמעותית את זמן הריצה של המקודד. בעת הגדרת פרמטר זה, עליך להבין שהערך המקסימלי עשוי להיות "יותר מדי" עבור מעבד המחשב והסרט הרצוי עשוי להימשך מספר ימים ליצירתו.
רצף פריימים הוא פרמטר במובנים רבים הדומה ל- Frame Intervals. בדרך כלל היא מציעה לבחור את סוג הקידוד - רק מסגרות I, מסגרות I+P ופריימים I, P, B, וכן מרווחים עבור מסגרות P ו-B. לגבי אופן הקידוד - האיכות הטובה ביותר, אך הנפח המרבי מתקבל על ידי קידוד במסגרות I בלבד, ואז, בהתאמה, I + P ו-I, P, B. הערכים הקלאסיים המוכחים לערכי מרווח הם P =3 ו-B=2. למהדרין, עבור תקליטורי DVD מקובל להשתמש במבנה 15/3 או IBBPBBPBBPBBPBB.
קצב נתוני וידאו - מהירות הזרמת וידאו. בהרבה מקודדים המיועדים למשתמש ההמוני, זהו הפרמטר העיקרי שביחס אליו מגדיר המקודד עצמו את כל האחרים. נמדד בדרך כלל במגה-ביט לשנייה. על ידי הגדרת ערך זה והכפלתו באורך הסרט בשניות, תוכל לקבל בקלות את גודל הקובץ הכולל.

יש לי מצלמת וידאו DV עם יכולת לצלם במצב סריקה פרוגרסיבית. אז אני רוצה לשמור את הסרט המוגמר בפורמט MPEG. האם עלי לצלם טוב יותר, במצב שזירה רגיל או במצב פרוגרסיבי?

עבור MPEG-1, התשובה ברורה - צילום עם סריקה פרוגרסיבית עדיף, ולכן בעת דחיסה ב-MPEG-1, שדה אחד של תמונת הטלוויזיה פשוט מושלך. עבור MPEG-2, התשובה לשאלה זו תלויה באופן שבו אתה מתכנן להשתמש בקליפ MPEG-2 שנוצר. אם אתם מתכננים לצפות בו רק במחשב ו/או שאין מפענח חומרה, אז עדיף להשתמש בצילום סריקה פרוגרסיבית - התמונה תהיה ברורה יותר, ללא חפצי תנועה. אם יש לך מפענח MPEG-2 חומרה ואתה מתכוון לצפות בסרט בטלוויזיה, אז תנועות חלקות וטבעיות יותר של אובייקטים בסרט יהיו בעת צילום במצב רגיל. רבים ממקודדי MPEG-2 מודרניים מאפשרים לבחור את סוג סרט המקור (פרוגרסיבי או שזור), בעת בחירת שזירה, הם משתמשים בשדות, וכאשר פלט ממפענח חומרה לפלט הווידאו, התמונה המקורית תשוחזר עם אותו הדבר. שדות כמו לפני הדחיסה.

אני רוצה לשמור מיד סרטים בפורמט MPEG ולערוך אותם בו. האם ניתן ונכון לעשות זאת?

כמובן, אתה יכול לשמור את זה, אבל עריכת וידאו MPEG קשה מאוד ולא נוח. העובדה היא שבעת עריכת MPEG, חיתוך אמיתי של פרגמנטים מדויק-פריים בלתי אפשרי, מכיוון שניתן להפריד את הפרגמנטים זה מזה רק על ידי מסגרות I, אחרת, כאשר מסגרת ההתייחסות נמחקת והפריימים שאחריה נשמרים, התמונה תהיה לאבד קריאות. עורכי וידאו עם תמיכה ב-MPEG מאפשרים לערוך עם דיוק פריים, אך עליכם להבין שבכל שינוי שלא בפריים הראשון, כל ה-GOP יידחס מחדש, מה שלא ישפיע לטובה על איכות הסרט. יישום של אפקטים, מעברים ופילטרים גם לא יהיה אפשרי לעשות עם דיוק של מסגרת אמיתית, מה שעלול להוביל לחוסר אפשרות של יישום באיכות גבוהה של רעיונות אמנותיים. בנוסף, דחיסה מחדש של תמונה במקרה של MPEG-2 תיקח הרבה יותר זמן בהשוואה ל-DV ותדרוש מעבדים חזקים יותר בשביל זה.

פורמט MPEG-4 הוא כעת פופולרי מאוד ברוסיה. האם זה הגיוני לשמור את הסרטים שלך בפורמט הזה?

פורמט MPEG-4 נוצר במקור להעברת וידאו בערוצים במהירות נמוכה ולא נועד לאחסון וידאו. איכות התמונה של MPEG-4 היא ללא ספק גרועה יותר מ-MPEG-2, אך מעט טובה יותר מ-MPEG-1. דחיסה/פירוק ב-MPEG-4 דורשת כמות משמעותית של זמן מעבד וצפייה, שלא לדבר על יצירת וידאו בפורמט MPEG-4 במחשב עם מעבד נמוך מ- Celeron II 700 היא קשה מאוד. MPEG-4 משמש בעיקר לדחיסה מחדש של סרטי MPEG-2 מקוריים שהוקלטו בתקליטורי DVD. MPEG-4 מאפשר להקליט סרט בן שעה על גבי תקליטור רגיל. אין טעם לשמור את הסרטים שלך בפורמט הזה משתי סיבות עיקריות:

האיכות הרבה יותר גרועה מהמקור.
אין תקן להקלטת MPEG-4 לדיסק, בדומה לתקן DVD.

אילו מקודדי MPEG תומכים בפורמט DV ומספקים איכות טובה?

ישנם מספר מקודדי MPEG פופולריים התומכים בפורמט DV:

TMPEnc Encoder היא תוכנית פופולרית לא כל כך עבור מקודד MPEG עצמו, אלא עבור הכלים שלו לריבוי, דה-מולטיפלקס וחיתוך/חיתוך קבצי MPEG.
Main Concept MPEG Encoder הוא מקודד טוב המובנה בעורכי הווידאו הפופולריים Adobe Premiere, Ulead MSP ו- Vegas Video.
Canopus ProCoder הוא ללא ספק מקודד ה-DV הטוב ביותר שיש.

מחבר: חברת Spline; פרסום: pctuner.ru

אנו ממליצים על מאמרים מעניינים סעיף וידאו ארט:

▪ תאורה כמרכיב של צילום וידאו

▪ איך לצלם תמונה טובה של ילד

▪ צילום: טיפים לאנשי טלוויזיה מתחילים

ראה מאמרים אחרים סעיף וידאו ארט.

תקרא ותכתוב שימושי הערות על מאמר זה.

<< חזרה

חדשות אחרונות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה:

עור מלאכותי לחיקוי מגע 15.04.2024

בעולם טכנולוגי מודרני בו המרחק הופך להיות נפוץ יותר ויותר, חשוב לשמור על קשר ותחושת קרבה. ההתפתחויות האחרונות בעור מלאכותי על ידי מדענים גרמנים מאוניברסיטת Saarland מייצגים עידן חדש באינטראקציות וירטואליות. חוקרים גרמנים מאוניברסיטת Saarland פיתחו סרטים דקים במיוחד שיכולים להעביר את תחושת המגע למרחקים. טכנולוגיה חדשנית זו מספקת הזדמנויות חדשות לתקשורת וירטואלית, במיוחד עבור אלה שמוצאים את עצמם רחוקים מיקיריהם. הסרטים הדקים במיוחד שפיתחו החוקרים, בעובי של 50 מיקרומטר בלבד, ניתנים לשילוב בטקסטיל וללבוש כמו עור שני. סרטים אלה פועלים כחיישנים המזהים אותות מישוש מאמא או אבא, וכמפעילים המשדרים את התנועות הללו לתינוק. הורים הנוגעים בבד מפעילים חיישנים המגיבים ללחץ ומעוותים את הסרט הדק במיוחד. זֶה ... >>

פסולת חתולים של Petgugu Global 15.04.2024

טיפול בחיות מחמד יכול להיות לעתים קרובות אתגר, במיוחד כשמדובר בשמירה על ניקיון הבית שלך. הוצג פתרון מעניין חדש של הסטארטאפ Petgugu Global, שיקל על בעלי החתולים ויעזור להם לשמור על ביתם נקי ומסודר בצורה מושלמת. הסטארט-אפ Petgugu Global חשפה אסלת חתולים ייחודית שיכולה לשטוף צואה אוטומטית, ולשמור על הבית שלכם נקי ורענן. מכשיר חדשני זה מצויד בחיישנים חכמים שונים המנטרים את פעילות האסלה של חיית המחמד שלכם ופועלים לניקוי אוטומטי לאחר השימוש. המכשיר מתחבר למערכת הביוב ומבטיח פינוי פסולת יעיל ללא צורך בהתערבות של הבעלים. בנוסף, לאסלה קיבולת אחסון גדולה הניתנת לשטיפה, מה שהופך אותה לאידיאלית עבור משקי בית מרובי חתולים. קערת המלטה לחתולים של Petgugu מיועדת לשימוש עם המלטה מסיסת במים ומציעה מגוון זרמים נוספים ... >>

האטרקטיביות של גברים אכפתיים 14.04.2024

הסטריאוטיפ שנשים מעדיפות "בנים רעים" כבר מזמן נפוץ. עם זאת, מחקר עדכני שנערך על ידי מדענים בריטים מאוניברסיטת מונאש מציע נקודת מבט חדשה בנושא זה. הם בדקו כיצד נשים הגיבו לאחריות הרגשית של גברים ולנכונותם לעזור לאחרים. ממצאי המחקר עשויים לשנות את ההבנה שלנו לגבי מה הופך גברים לאטרקטיביים לנשים. מחקר שנערך על ידי מדענים מאוניברסיטת מונאש מוביל לממצאים חדשים לגבי האטרקטיביות של גברים לנשים. בניסוי הראו לנשים תצלומים של גברים עם סיפורים קצרים על התנהגותם במצבים שונים, כולל תגובתם למפגש עם חסר בית. חלק מהגברים התעלמו מההומלס, בעוד שאחרים עזרו לו, כמו לקנות לו אוכל. מחקר מצא שגברים שהפגינו אמפתיה וטוב לב היו מושכים יותר לנשים בהשוואה לגברים שהפגינו אמפתיה וטוב לב. ... >>

חדשות אקראיות מהארכיון

סדרה חדשה של מהודים קוורץ 25.02.2007

Geyer Electronic הכריזה על השקת סדרה חדשה של מהודים קוורץ בחבילות KX-8 CMD. מידות המוצרים 4,0x2,5 מ"מ, והגובה 0,8 מ"מ.

טווח תדרים מ-12 עד 60 מגה-הרץ עם סובלנות של +10 עמודים לדקה עד +50 עמודים לדקה בטמפרטורות שבין -20 ל- 70 מעלות צלזיוס. קיבול עומס מותר מ-10 עד 16 pF. המהודים זמינים גם עבור טווח טמפרטורות מורחב והם מוגדרים עבור היתוך הלחמה.

Resonators ימצאו יישום בתחום הטלקומוניקציה ותקשורת אלחוטית.

עוד חדשות מעניינות:

▪ כונני הבזק עולים על כונני HDD מבחינת צפיפות האחסון

▪ ספקטרומטר כף יד

▪ דיור ננו לחיידקים אוהבי שמש

▪ דשן מפסולת של חיידקי חומצת חלב

▪ נתב Wi-Fi נייד עם פונקציית גיבוי סוללה

עדכון חדשות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה

חומרים מעניינים של הספרייה הטכנית החופשית:

▪ קטע של אתר חידות למבוגרים וילדים. בחירת מאמרים

▪ מאמר הטוב ביותר הוא האויב של הטוב. ביטוי עממי

▪ מאמר מי יצר את הסירה הראשונה? תשובה מפורטת

▪ מאמר רופא לאבחון אולטרסאונד. תיאור משרה

▪ מאמר סקירת שוק של גלאי מתכות וגלאי מתכות. אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל

▪ מאמר פוקוס עם טבעת. סוד התמקדות

השאר את תגובתך למאמר זה:

כל השפות של דף זה

בית | הספרייה | מאמרים | <font><font>מפת אתר</font></font> | ביקורות על האתר