Multimediatechnik / Video

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Multimediatechnik / Video
Codecs / Streaming
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Oliver Lietz - Multimediatechnik / Video
Codecs
Was ist ein Codec?
Codec?
–
–
–
–
–
Codierer (Kompressor)
Decodierer (Player)
Player)
Hardware oder Softwaremodul
Videocodec + Audiocodec + Multiplex (Kapselung)
Multiplex: A/V Sync,
Sync, Timecodes,
Timecodes, Dateiformat
Dateiformat kapselt Codec(s)
Codec(s)
– Audio+Video+Untertitel+Timecodes+
Audio+Video+Untertitel+Timecodes+….
Videoverarbeitung / Codierung
Aufnahme / Capture
– Analog/Digital
– Codierung (Kompression)
Verarbeitung
– Schnitt, Effekte, Titel, Compositing,
Compositing, Mixing
– Codierung/Decodierung, evtl. mehrfach
Export
– Codierung/Kompression
– Ausgabe auf DVD, Internet, Mobilgerä
Mobilgeräte
Videoverarbeitung / Wiedergabe
Einlesen von Videodaten von einer Quelle
– Disk/Internet/WLAN, …
Auspacken
– Audio/Video trennen
Decodieren (Codec
(Codec))
– Audio/Video getrennt
Anzeige (Render
(Render))
– Audio/Video getrennt, Bildschirm/Lautsprecher
Video-Aufzeichnung (Capture)
EingabeEingabe-Gerä
Gerät (Capture
(Capture Device):
Device): Video/Audio getrennt
Codierung (Encoder
): Video/Audio getrennt
(Encoder):
Multiplex: Video/Audio kombiniert
Ziel / Datei
Video-Wiedergabe
Quelle, „Splitter“
Splitter“, Decoder, Ausgabe
Codec-Standards (Einzelbilder)
JPEG
– DCT oder lossless
TIFF
– Container, erlaubt verschiedene Codecs
– Z.B. LZW, unkomprimiert RGB/YUV
TGA / PNG / BMP
– Meist unkomprimiert RGB24
Codec-Standards (Video)
DV (DigitalVideo
(DigitalVideo))
– Bandaufzeichnung + Übertragung per „Firewire“
Firewire“
MPEG
– ISO/ITU Standards
– Video + Audio gesondert standardisiert
– MPEGMPEG-1, MPEGMPEG-2, MPEGMPEG-4, MPEG4MPEG4-AVC (=H.264)
WindowsMedia
– MicrosoftMicrosoft-Firmenstandard / SMPTE VCVC-1
Flash Video
– H.263, VP6, AVC/H.264
Codec-Standard „DV“
Digital Video, erstes rein digitales ConsumerConsumer-Video
Kamera+Aufzeichnung auf Band
Übertragung über „FireWire“
FireWire“ (IEEE(IEEE-1394)
Prinzip „M-JPEG“
JPEG“, 25 Mbits/s,
Mbits/s, 720x576i, YUV 4:2:0
Dateiformat (Container) meist AVI oder Quicktime
H-DV: High Definition auf Band, Disk, Memory
– 1280x720p (progressive)
– 1440x1080i (interlaced
(interlaced))
– MPEGMPEG-2 - basiert
MPEG-1 / MPEG-2
ISO / ITUITU-Standards ab ca. 1995
MPEGMPEG-1: „VideoVideo-CD“
CD“, 352x288 Pixel, 1.1 MBits/s
MPEGMPEG-2: DVD, Digital TV (DVB)
– Hauptunterschied MPEGMPEG-1: „Interlaced“
Interlaced“
– verschiedene Profile, z.B. 4:2:0, 4:2:2, hohe Bitraten, GOP
Teil 1: „Systems“
Systems“ (Multiplex Audio+Video)
Audio+Video)
– Programmstrom (DVD) / Transportstrom (DVB)
Teil 2: „Video“
Video“
Teil 3: „Audio“
Audio“ (auch MP3)
MPEG-4 / H.264
Teil 1: Systems
– Multiplex Audio+Video
– Szenenaufbau 2D/3D
Teil 2: Video
– Verschiedene Profile, z.B. „Advanced Simple, ASP“
ASP“
Teil 3: Audio
– AAC, …
Teil 10: AVC (Advanced
(Advanced Video Coding)
Coding) = H.264
Teil 14: MP4MP4-Dateiformat
Anwendungen:
– Viele! (von Mobilgerä
Mobilgeräten/iPod bis HDTV)
Video-Dateiformate
MPEGMPEG-2 (DVB, MPG, DVDDVD-VOB)
MP4
(MPEG(MPEG-4, AVC/H.264)
AVI
(DV, MPEGMPEG-4/DivX, UYVY, u.a.)
u.a.)
Quicktime (Apple, Avid,
Avid, DV, u.a.)
u.a.)
Flash
(Adobe, H.263, VPVP-6, H.264)
WindowsMedia (Microsoft, WMV9)
RealVideo (RealVideo10)
Matroska (OpenSource)
OpenSource)
AVI (Video for Windows)
Audio/Video Interleaved
(nur) Container fü
für verschiedene Formate
Header:
Header:
– Auflö
Auflösung (Breite/Hö
(Breite/Höhe), Komprimierung, usw.
biWidth
biHeight
biPlanes
biBitCount
biCompression
Breite (z.B. 720)
Höhe (z.B. 576)
Farbkanä
Farbkanäle (z.B. 3)
Farbauflö
Farbauflösung (z.B. 24)
→ z.B. „RGB“
RGB“, UYVY“
UYVY“, „DIVX“
DIVX“
(FOURCC = 4 Character Code)
AVI-Export
Quicktime (MOV)
Für Mac und Windows verfü
verfügbar (Installer
(Installer))
Architektur
– MOV = Container fü
für verschiedene Codecs
– „Quicktime Player“
Player“ zum Abspielen
– „Quicktime Player Pro“
Pro“ zum Codieren/Speichern
Quicktime-Export
Wie bei AVI zahlreiche
Codecs innerhalb
des MOVMOV-Formates
Microsoft DirectShow
Architektur zum Erzeugen und Abspielen von Video
Plugins für Windows Media Player u.a.
u.a.
Prinzip: „Filter“
Filter“ werden zusammengeschaltet
Filter: Eingabe – Verarbeitung – Ausgabe
Beispiele:
–
–
–
Videocodec:
Videocodec: Input „YUV“
YUV“, Output „MPEG4MPEG4-Video“
Video“
Multiplexer: 2 Inputs „Audio“
Audio“+„Video“
Video“, Output „Stream“
Stream“
File Source:
Source: Nur Output Pin (Daten aus Datei)
DirectShow - GraphEdit
Playback / Wiedergabe
File Source – Splitter – Decoder - Renderer
Format-Auswahl
Welches Format ist ideal?
Keine eindeutige Antwort!
PC: MPEGMPEG-2, MPEGMPEG-4 AVC/H.264, Flash
Handy: MPEGMPEG-4 (MP4, 3GP)
HDTV/Blueray:
?)
HDTV/Blueray: H.264 (WindowsMedia
(WindowsMedia?)
Tendenz Richtung H.264, auch bei Flash
Studio-Formate
Viele Formate, kein Standard!
–
–
–
–
DigiBeta:
DigiBeta: 720x576 MPEG2MPEG2-IMX (I
(I-Only,
Only, 50 Mbits/s)
Mbits/s)
HDCAM: bis zu 4:4:4 YUV/RGB
DVCAM: ProfiProfi-DV (50 Mbits/s)
Mbits/s)
…..
HD: 720p oder 1080i ?
Format-Konvertierungen
Problem: Datenkonvertierung beim Überspielen
Verluste durch ReRe-Kompression
Ziel im Studio:
– keine sichtbaren Verluste nach 77-fachfach-Überspielung
– Nur geringe Kompression, hohe Bitraten/Datenmengen
HD-Formate
Basis AVC/H.264
–
–
–
–
Blueray Disc: kommerzielle Filme
AVCAVC-HD: Aufnahmen (Kamera/Recorder)
Speicherung auf Festplatte, Speicherkarte, selten DVD
720p, 1080i, 1080p, ca. 17 MBits/s
Studio:
– z.B. XDCAMXDCAM-HD, AVC100, DNxHD (Avid)
Avid)
Kompressionsfaktor / Effizienz
Bitrate b (bits/s
(bits/s,, kBits/s,
kBits/s, MBits/s)
Bildauflö
Bildauflösung x,y / Bildrate (fps
(fps))
Zusammengefasst: Bits/Pixel
– Qf = b / (x*y*fps
(x*y*fps))
Beispiel: DVD
– b = 8 MBits/s, x,y = 720x576, fps=25/s
– Q = 8.000.000 / (720*576*25) = 0,77 bits/pixel
Formate und Datenraten
Auflö
Auflösung und Bitrate
Codier-Effizienz „Bits pro Pixel“
Verfahren
Anwendung
Effizienz (bit/px)
RGB 24
Uncompressed
24
YUV 4:2:2
16
YUV 4:2:0
12
M-JPEG
DV
2–3
MPEG-2
DVD
0,3–0,8
MPEG-4 ASP
DivX, Xvid, Mobil
0,2–0,4
MPEG-4 AVC
H.264, Blueray, HDTV
0,06-0,10
Zusammenfassung Codecs
Vielzahl verschiedener Formate verfü
verfügbar
Dateiformat + Codierung
Kein einheitlicher Standard (MPEG, H.264)
Kennzahlen Auflö
Auflösung, Bitrate, Bits/Pixel
Fast alle Codecs sind verlustbehaftet!
Streaming
Prinzip: Abspielen aus dem Netzwerk, ohne das
gesamte Material herunterladen zu mü
müssen
Streaming-Verfahren
HTTPHTTP-Streaming
–
–
–
–
Einfaches Verfahren
Abspielen wä
während des Herunterladens
Geht mit jedem Webserver (z.B. Apache)
Z.B. Youtube
Echter StreamingStreaming-Server:
Server:
–
–
–
–
Schickt nur soviele Daten wie nö
nötig (Bitrate)
Kontrollfunktionen Play, Pause, FF/REW
flü
flüssiges Abspielen langer Filme
Spezielles Protokoll, z.B. RTSP
Streaming / Verteilung
Unicast
– 1 Sender, 1 Empfä
Empfänger (Punkt
(Punkt--zuzu-Punkt)
Punkt)
Multicast:
Multicast:
– 1 Sender, viele Empfä
Empfänger (Punkt(Punkt-Mehrpunkt)
Broadcast:
Broadcast:
– 1 Sender, alle Empfä
Empfänger
PeerPeer-ToTo-Peer:
Peer:
– Viele Sender + Empfä
Empfänger
Streaming
ProviderProvider-Router unterstü
unterstützen oft nur Unicast
Streaming-Server - Produkte
Kein Standard vorhanden fü
für Netzprotokolle
–
–
–
–
Microsoft WindowsMedia Server
Adobe Flash Media Server
Real Video Server
Apple Quicktime Server

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