1 Standards zur Kompression von Videodaten

2 Rahmenbedingungen Eigenschaften des menschlichen Auges: Fließende Bewegung ab ca. 20 Bilder/s Flimmerverschmelzungsfrequenz ca. 48 Bilder/s Digitales PAL-Fernsehen ohne Kompression liefert:

3 Kompression der Einzelbilder Chrominanz-Unterabtastung im YCbCr-Farbraum 4:4:44:2:24:2:0 DCT, Quantisierung, Codierung ähnlich zu JPEG ➢ Motion-JPEG-Verfahren

4 Interlacing (Zeilensprungverfahren) Abwechselnde Übertragung von geraden und ungeraden Bildzeilen mit der doppelten Abtastfrequenz ➢ Erreichen der nötigen Flimmerverschmelzungsfrequenz mit halber Datenmenge Unproblematisch bei Röhrenmonitoren, aber sichtbare Artefakte bei LCD-Anzeigen

5 Prädiktion – Worum geht es? Räumliche Redundanz

6 Prädiktion – Worum geht es? Zeitliche Redundanz Bild k-1 Bild k

7 Prädiktion - Beispiel(1) Originale Sequenz Schätzwert: voriger Wert + 2 Prädiktionsfehler

8 Prädiktion - Beispiel(2) Histogram ohne PrädiktionOriginales Bild

9 Prädiktion - Beispiel(3) Bild aus Prädiktionsfehler

10 Lineare Prädiktion DPCM (Differential Pulse Code Modulation) - Quantisierer Prädiktor Signal

11 Lineare Prädiktion Schätzwert:

12 Lineare Prädiktion (Encoder) Verbessertes Blockschaltbild für die Signalprädiktion - Quantisierer Prädiktor + ∑

13 Lineare Prädiktion (Decoder) Dequantisierer + Prädiktor ≈

14 Prädiktion aus zwei oder mehr Bildern Bild k-1

15 Prädiktion aus zwei oder mehr Bildern Bild k

16 Nur die bewegte Zone muss kodiert werden! - = Bild k Bild k-1 Unterschied Codierer Bild k + = Unterschied Bild k-1 Decodierer

17

18 Bewegungsschätzung und -kompensation Frame k-1Frame k Bewegungsvektor: D(dx, dy)

19 Bewegungsschätzung und -kompensation Quantisierer Bewegungs- kompensation Speicher Bewegungs- schätzung + -

20 Bewegungsschätzung und -kompensation Kompensierter Frame mit Bewegungsvektoren

21 Blockbasierte Bewegungsschätzung Ein Bewegungsvektor für eine Gruppe von Pixeln Die Größe des Blockes basiert auf dem Bildinhalt

22 Block Matching: 1. Vollsuche Suchbereich Aktueller Block......

23 2. Drei-Schritt-Suche (TSS)

24 Ein paar Begriffe müssen Sie kennen! I Frame P Frame B Frame

25 MPEG-2: Codec-Struktur IQ IDCT Bewegungs- kompensation + -DCTQCodierungInputOutput

26 MPEG-2: Datenstrom

27 MPEG-2: Bild-Ordnung in GOP Einzige Vorgaben bezüglich Bildtypen: GOP beginnt mit I-Bild spätestens alle 132 Bilder ein I-Bild Umordnung zwecks leichterer Verarbeitung: Chronologische Reihenfolge: 1 (I)2 (B)3 (B)4 (P)5 (B)6 (B)7 (P) Kodierreihenfolge: 1 (I)2 (B)3 (B)4 (P)5 (B)6 (B)7 (P)

28 MPEG-2: Makroblock (hier 4:2:0) Einheit für Prädiktion und Bewegungskompensation

29 MPEG-2: Skalierbarkeit am Bsp. SNR-Profil DCTQCInputO Low IQ IDCT Bewegungs- kompensation QC O High IQ

30 Bitratensteuerung (Rate Control) Encoder produzieren Datenstrom mit schwankender Bitrate Übertragungskanal hat oft konstante Bitrate IBBPBBPBPBBIP t Puffer gleichen Schwankungen aus Algorithmen regulieren Bitrate durch Veränderung der Quantisierung

31 MPEG-4/ASP (Advanced Simple Profile) Einzelne Teilblöcke eines Makroblocks können eigene Bewegungsvektoren bekommen Globale Bewegungskompensation (GMC) Kamerabewegungen betreffen gesamtes Bild Kamera schwenkt nach rechts

32 MPEG-4/AVC Advanced Video Coding / H.264 Prädiktion innerhalb von Intra-Bildern...

33 MPEG-4/AVC Advanced Video Coding / H.264 Prädiktion der Bewegungsvektoren...

34 Weitere Standards VC-1 (Microsoft Windows Media Video 9, WMV) RealVideo 10 Theora

35 Beispiel: Filmausschnitt Auflösung 720x576 Wiederholrate 25 Bilder/Sekunde Ausschnittlänge 50,9 Sekunden ➢ Unkomprimiert bei 3x8 Bit pro Pixel: ca. 1,5 GiB Ergebnisgröße in KiB

36 Beispiel: Künstliche Animation Auflösung 720x576 Wiederholrate 25 Bilder/Sekunde Länge 12 Sekunden ➢ Unkomprimiert bei 3x8 Bit pro Pixel: ca. 356 MiB Ergebnisgröße in KiB