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MPEG-2 und Heimvideo

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Vorbemerkungen

In der „MPEG-Welt“ ist es üblich, die Videodatenflussrate nicht in Megabyte/Sek., sondern in Kilobit/Sek. auszudrücken. Um eine Vermischung verschiedener Geschwindigkeiten zu vermeiden, werden alle weiteren Werte in Kilobit/Sek. angegeben.

Jeder Mensch hat andere Qualitätsanforderungen. Dies ist in der „Audiowelt“ deutlich sichtbar: Junge Leute (einer bestimmten Art, auf die Klassifizierung gehe ich nicht ein...) hören Ghettoblaster für 200 US-Dollar bei wilder Lautstärke und „ragen heraus“, und Audiophile hören a Komponentensystem für 2000 $ und seufz – „das obere ist nicht transparent genug.“ Mitte“. Das Gleiche gilt für das Video, daher spiegeln alle folgenden Qualitätsbewertungen meine persönliche Meinung als „fortgeschrittene Teekanne“ wider und ich habe nicht vor, mich mit „Lamern“ oder „Profis“ auf Streitigkeiten einzulassen! Ich habe die „Theorie“ auch bewusst vereinfacht und es besteht keine Notwendigkeit, mir beizubringen, was MPEG-2-Kodierung „wirklich“ ist.

Experimente mit JPEGs. Anfang

Da Experimente mit realen Filmen einen erheblichen Zeitaufwand erfordern, sind die Hauptmuster viel schneller und einfacher am Beispiel von Standbildern zu veranschaulichen. Nehmen Sie ein hochwertiges „unkomprimiertes“ TIFF, „natürlich“ (wie eine Landschaft), mit ausreichend scharfen Kanten und feinen Details, etwa 600 x 800 groß (zur Anzeige auf dem Bildschirm bei 100 %). Darin ist die Farbe jedes Punktes separat kodiert, „ehrlich“. Dies ist die maximale (Referenz-)Qualität innerhalb des 24-Bit-Farbmodells. Da das menschliche Auge jedoch einige Besonderheiten aufweist und nicht alle Informationen wahrnimmt, ist es möglich, einen Teil der Daten (dauerhaft!) ohne merklichen Qualitätsverlust zu löschen (JPEG-Format).

Versuchen Sie in Photoshop oder sogar in ACDSee, das Bild mit verschiedenen „Qualitäts“-Parametern zu komprimieren und finden Sie das Verhältnis der Größen der Originaldatei und des JPEG, bei dem die Verzerrung noch fast unsichtbar ist. Das Ergebnis wird ein Koeffizient im Bereich von 10-25 sein, abhängig vom Bild und Ihrer „Genauigkeit“. Bei stärkerer Komprimierung sind Artefakte deutlich wahrnehmbar (farbige Lichthöfe, quadratische Struktur), aber in der Dynamik verschiebt sich diese „Schande“ auch... Jetzt mit einem anderen Programm komprimieren. Höchstwahrscheinlich wird es keinen merklichen Unterschied im Wert des Schwellenwertkoeffizienten geben. Maximal - 10-20 %. Ich wage zu behaupten, dass es unmöglich (und in Zukunft) ist, diesen Koeffizienten wesentlich zu erhöhen – Wunder geschehen nicht, Informationen verschwinden nirgendwo, man kann nicht den ganzen Reichtum der Landschaft in ein paar Bytes unterbringen … Alles fraktale Spielzeuge Gerne werden diese anhand speziell ausgewählter Quellbilder demonstriert, wobei es sich hier um ein zufälliges, beliebiges Bild handelt.

Was bedeutet das für das Video? Die Auflösung des Videosignals wird durch den TV-Standard bestimmt; sein „Computer“-Analogon beträgt etwa 720 x 576. Von hier aus erhalten wir bei 25 Bildern pro Sekunde etwa 250 kbit/s („unkomprimiertes“ Video). Wenden wir JPEG auf jedes Bild mit demselben „sicheren“ Koeffizienten von 000-10 an. Wir erhalten 25-10000 kbps (je nach Original). Wie Sie wissen, ist das DV-Format ein Analogon der JPEG-Komprimierung und sein Stream beträgt 25000 (erkennen Sie es? - also sicher für jedes Original). Daher ist eine weitere Bild-für-Bild-Komprimierung des DV-Formats in den meisten Fällen unpraktisch, weil führt zu auffälligen Artefakten.

Warum MPEG kompakter ist und was man dafür braucht

Es stellt sich heraus, dass 20000-30000 kbit/s die Grenze sind? Auf einer CD-R sind es 3–4 Minuten, auf einer DVD 20–30 Minuten. Streng genommen gilt für jedes beliebige Bild aus voneinander unabhängigen Frames – JA! Wie sieht es mit der hervorragenden DVD-Qualität (5000-8000) aus? Antwort: In echten Filmen sind aufeinanderfolgende Bilder normalerweise voneinander abhängig und das MPEG-Format macht sich dies zunutze. Grob gesagt komprimieren wir mit JPEG nicht jedes Bild, sondern den Unterschied zwischen benachbarten Bildern. Da sich die Kamera bei professionellen Filmen immer auf einem Stativ oder auf Schienen befindet, sind die Veränderungen im Hintergrund oft unbedeutend oder eintönig und werden daher leicht komprimiert. Dynamische Szenen (Explosionen usw.) „nehmen“ aufgrund der Verwendung variabler Bitraten normalerweise die Geschwindigkeit von „ruhigen“ Szenen...

Stellen wir uns vor, wie ein Differenzrahmen für ein sich bewegendes Objekt vor einem stationären Hintergrund aussieht (unter Verwendung eines Stativs). Offensichtlich ist der gesamte Hintergrund eine monochromatische Ebene (schwarz im RGB-Modell) und nur ein kleiner Teil des Rahmens (das „Objekt“) weist eine zum Hintergrund kontrastierende Farbe auf. Kommen wir zurück zum Experimentieren mit JPEGs in Photoshop. Suchen Sie sich selbst ein ähnliches Bild aus und probieren Sie es aus – die Ergebnisse sind beeindruckend... Also habe ich ein Bild aus Berlin ausgewählt (ein Fragment eines Fotos aus dem Album „Europe-98“) – ein schlichter Hintergrund (Himmel) und ein wenig Kontrast Objekt. Abmessungen 720x546. Es sieht ungefähr so ​​aus:

Dann habe ich es in JPEG komprimiert, sodass die Artefakte gerade erst auftraten. Es stellte sich heraus, dass es 12K waren. Danach wurde die gleiche Art von Operation dreimal durchgeführt: Ein „Rauschen hinzufügen“-Filter wurde auf das Originalbild (unkomprimiert) angewendet (mit unterschiedlichen Rauschwerten) und dann wurde es im JPEG-Format komprimiert, sodass es 12 KB groß war. Fragmente des Geschehens:

Sie können deutlich erkennen, welche „wilden“ Artefakte in einem verrauschten Bild nach der Komprimierung auftreten. In Fragmenten nicht sehr gut, aber in einem ganzen Bild (oder besser noch in mehreren) kann man sehen, dass selbst Rauschen von 20 Einheiten in einem unkomprimierten Bild praktisch nicht störend ist. Es wird irgendwie durch die Augen selbst gefiltert und wir können uns immer noch deutlich vorstellen, was für ein Objekt da ist (dasselbe passiert, wenn wir eine alte VHS-Kassette ansehen oder eine Kassette auf einem Tonbandgerät anhören). Im Gegenteil: Komprimierungsartefakte, grobe Streifen und Quadrate stören und das Auge „will sich nicht daran gewöhnen“. Um zu verhindern, dass Artefakte mit Rauschen wachsen, ist es notwendig, nicht in der gleichen Größe, sondern in der gleichen „Qualität“ zu ernten. Dann nehmen die Abmessungen mit zunehmendem Lärm spürbar zu. In diesem Beispiel ergab sich bei gleichem „Qualitäts“-Parameter ungefähr der folgende Größenbereich: 12:24:36:48.

Was bedeutet das für Videos? Der einzige Punkt ist, dass der Bitratenwert selbst keine Garantie für hohe Qualität ist; viel hängt von der Qualität des Quellmaterials ab. Wenn das Quellmaterial beispielsweise Rauschen enthält, müssen Sie zur Vermeidung von Artefakten die Bitrate um ein Vielfaches erhöhen ...

Unter idealen Bedingungen für die professionelle DVD-Produktion bietet MPEG-2 einen etwa vier- bis fünffachen Gewinn (zu JPEG) (nennen wir dies den „MPEG-Zusatz“). Formulieren wir diese idealen Bedingungen noch einmal in tabellarischer Form:

Ich gebe zu, dass eine weitere Verbesserung der Algorithmen den „MPEG-Zusatz“ um das Eineinhalbfache erhöhen wird, aber höchstwahrscheinlich nicht mehr. Übrigens ist MPEG4, entgegen dem Hype, nicht viel besser als MPEG2 – um 10 Prozent bei hohen Bitraten. Und ehrlich gesagt würde niemand die berüchtigten Kompaktgeräte mit DivX als echte DVD-Qualität bezeichnen.

Und was passiert in der Praxis?

Die Praxis zeigt, dass „Heimvideos“ auf Amateurkameras (aufgrund der Nichterfüllung der oben genannten Bedingungen, vor allem aufgrund von Rauschen und Verwacklungen) etwa doppelt so schlecht sind wie professionelle Videos, d. h. Bei gleicher Qualität sollte es das doppelte Volumen einnehmen.

Die gewonnenen Daten lassen sich leicht in Form einer Tabelle darstellen.

Schlussfolgerungen und Ratschläge

1. Wenn ein Markenmelodram eine Stunde auf eine CD-R passt, heißt das nicht, dass Sie Ihre Panoramaaufnahmen von Landschaften und Architektur mit kleinen Details vollstopfen können, die Sie mit einer billigen, wackeligen Kamera aus einem Busfenster aus der Hand aufgenommen haben ... Genauer gesagt , können Sie, aber nur entweder 10 Minuten oder die schlechteste Qualität.
2. MPEG ist kein Speichermedium. Im besten Fall handelt es sich um ein definitives Demonstrationsmedium (DVD). Es ist unwahrscheinlich, dass eine Wiedermontage ohne weitere Verluste möglich sein wird. Für die Aufbewahrung von Originalen sind digitale Videokassetten (miniDV, D8) besser und einfacher, oft sogar günstiger.
3. MPEG4/DivX ist kein Allheilmittel und eignet sich nur für sehr „flüssige“ Szenen („Slow Babies“-Nahaufnahmen usw.). Einen revolutionären Unterschied zu MPEG2 bietet es nicht. Kleine quantitative Verbesserung...
4. ...und wenn Ihre Meisterwerke daher kurz sind (10-15 Minuten) und Sie es immer noch nicht erwarten können, sie auf Rohlingen aufzunehmen, sparen Sie nicht an Rohlingen (spucken Sie auf DivX), sondern pressen Sie sie sofort in MPEG2 mit eine Bitrate von 6000-8000 (einschließlich .n. „DVD-kompatibles“ Format). Später, wenn Sie eine DVD-RW kaufen, können Sie ganz einfach eine vollwertige DVD auf Basis dieser Clips erstellen, ohne sie neu zu kodieren und damit ohne weitere Qualitätsverluste.
5. DVD-R ist übrigens kein Luxus mehr. Ein Gerät kostet weniger als 100 US-Dollar, ein guter Rohling kostet weniger als 2 US-Dollar, ein „einfacher“ Rohling kostet weniger als 1 US-Dollar.
6. Der beste Weg, MPEG2 zu komprimieren, ist CanopusPr°Coder.
7. Wenn Sie vorhaben, Ihre eigenen Aufnahmen im MPEG-Format zu machen, ist es hilfreich, sich öfter an die Tabelle der „idealen Bedingungen“ zu erinnern – kaufen Sie ein Stativ und/oder ein Schulterstativ und lernen Sie, wie man es benutzt, machen Sie keine plötzlichen „Sprünge“ damit Achten Sie auf die Kamera, lassen Sie sich nicht vom langen Fokus aus der Hand mitreißen, achten Sie auf die Beleuchtung usw. P...

Autor: Afanasenkov M.A.; Veröffentlichung: pctuner.ru

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