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1 Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker $QLPDWLRQXQG0XOWLPHGLD Kompression und Schnitt WS 2002/2003 2 Animation und Multimedia 10. Kompression und Schnitt © Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker 5FNEOLFN *UXQGSUREOHPHXQGWHFKQLVFKH/|VXQJHQGHU %HZHJWELOGPHGLHQ )LOP $QDORJ9LGHR Primärparameter und Signale, Modulation, Farbsignalarten Komponenten, Composites: NTSC, SECAM, PAL 'LJLWDO9LGHR Die Basis: ITU-R BT.601 (CCIR 601) “Digitale Komponenten”

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Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

*RHWKH�8QLYHUVLWlW��)UDQNIXUW

*UDSKLVFKH�'DWHQYHUDUEHLWXQJ

����������������� ��

Kompression und Schnitt

WS 2002/20032Animation und Multimedia10. Kompression und Schnitt© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

���������

��������������� ����������������������� �������

�������������

Primärparameter und Signale, Modulation, Farbsignalarten Komponenten, Composites: NTSC, SECAM, PAL

���� ������Die Basis: ITU-R BT.601 (CCIR 601)“Digitale Komponenten”

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WS 2002/20033Animation und Multimedia10. Kompression und Schnitt© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

�� ������

1. Kompression – Prinzipien 2. Die wichtigsten Kompressionsverfahren + Formate

Die ISO/IEC Standards:�������������������, MPEG2, MPEG4

(Die ITUVideokonferenz und Bildtelefon Standards: H.261, ... H. 320

Proprietäre Videocodecs: real, divics, Soerenson, (gif, mpng), …3. Containerformate für die Distribution: Quicktime, AVI4. Übertragungsverfahren:

preload+play vs. continous play (streaming)fixed vs. variable data rate

5. Videohierarchien6. Videoschnitt

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�� ������

8. Zusammenfassung: Kompression und Schnitt9. Glossar10. Weitere Informationen11. Zusammenfassung: Animation und Multimedia 12. Aktuelle Forschungen bei GDV und Fraunhofer AGC

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WS 2002/20035Animation und Multimedia10. Kompression und Schnitt© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

����� �����

� Reduzierung der Datenraten notwendig:4:2:2 Video unkomprimiert: 216 MBit (brutto)� 1 Minute Video ca. 1,6 MByteRechneranwendungen: bearbeiten, speichern,

übertragen Videoproduktion InternetCD-ROM; DVD

� Ziel: möglichst geringe Auswirkungen:� Redundanzreduktion� Irrelevanzreduktion

WS 2002/2003Animation und Multimedia10. Kompression und Schnitt© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

Original wiedergegebenes Medienobjekt

Kompression Dekompression

������������� ���

�����������1. Identisch (ohne Informationsverlust)2. erscheinen in der Perzeption gleich,können aber (objektiv) unterschiedlich sein

�� �� ������� �����

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WS 2002/20037Animation und Multimedia10. Kompression und Schnitt© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

� ���������

• ������������� ������������Kompression und Kodierung

��� � ���Berücksichtigung von Merkmalen, Eigenschaften, ggf. Semantik des Datenstromes

• ��������������� �� �������� ������������� ����������������� ��������� ������������ ���������Verändert das Original, aber ideal rekonstruierbar = Originalmöglichst wenig / nicht wahrnehmbar

• �������������� ��������� ��������������� ��������Annähernd gleiche Geschwindigkeit Die Kompression dauert für Kompression und Dekompression (i.a. wesentlich) länger (Realzeitkompression, Online-Kompression) als die Dekompression

• �������������Verhältnis der ursprünglichen Datenmenge zur komprimierten Datenmenge,bei Bildkompression häüfig als Bits/Pixel ausgedrückt

WS 2002/20038Animation und Multimedia10. Kompression und Schnitt© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

Wichtige Kompressionsverfahren (Übersicht)

������������ Kompression (lossless)

/DXIOlQJHQNRGLHUXQJ

VWDWLVWLVFKH�.RGLHUXQJ�

+XIIPDQ

arithmetrische KodierungLempel-Ziv-Technik

SUlGLNWLYH XQG�GLIIHUHQWLHOOH�7HFKQLNHQ

DPCM (insbes. Audio)ADPCM (insbes. Audio)Motion Prädiktion (Dig. Video)

�����������������Kompression (lossy)Reduktion der Abtastparameter

Subsampling (örtlich + zeitlich)Quantisierung

frequenzorientierte Techniken

SubbandkodierungFFT oder DCT-basierendeKodierung

modellbasierte Techniken

MPEG 4

verlustfreie Kompressionen (lossless)ergeben für Video zu geringe Kompressionsraten

In der Praxis häufig Hybrid-Techniken und/oder Alternativen für verschiedenes Bildmaterial (Quellen):

JPEG, MPEG H.261,DVI, CD-I

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WS 2002/20039Animation und Multimedia10. Kompression und Schnitt© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

�������� ������� ������������� ���� �

� Feststellung: Pixelwerte eines Bildes sind nicht gleichverteilt� Idee: häufiger vorkommende Datenwerte werden in kürzeren Bitfolgen kodiert

(je häufiger das Muster, je kürzer der Code)� Dazu: Identifizierung von Mustern und ihrer Häufigkeit Î Codebuch

statisch (z.B. Morsealphabet)dynamisch

� Musterersetzung� ersetzen häufiger Zeichenmuster (‘Multimedia’ Î ‘*M’)� primär für Textdaten genutzt

� Null- und Lückenunterdrückung� Annahme der Existenz eines häufig auftretenden Zeichens oder Oktetts (z.B. Blank in Text

oder 0 in Daten)� Kodierung: <flag>n

� /DXIOlQJHQNRGLHUXQJ� Ersetzung jeder Folge von wiederkehreneden Zeichen durch

‘c’<flag>n (effizient für n >= 4)� Verallgemeinerung der Null- und Lückenunterdrückung� effektiv z.B. für Bilder mit größeren Flächen gleicher Farbwerte

WS 2002/200310Animation und Multimedia10. Kompression und Schnitt© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

�������� �� ���������� �! �"��� �

� ��������������� Datenanalyse (statisch oder dynamisch), Bestimmung der Häufigkeit

jedes � Pixelwertes (z.B. Oktetts), Kodierung mit ��� ���� Anzahl von Bits

für die bestimmte Auftrittswahrscheinlichkeit � minimal 1 Bit /Pixel

� Arithmetische Kodierung� Kodierung der Datenwerte unter Berücksichtigung von arithmetrischen

Reihenfolge-Beziehungen zwischen Codewörtern (Berücksichtigung aller Vorgänger)

� Kodierung von Gruppen von Datenwerten (� 1 Pixelwert kann ggf. mit weniger als 1 Bit kodiert werden)

� geringfügig höhere Kompressionsrate als Huffman (bis zu 10%) aber kein wahlfreier Zugriff (!) und ggf. FehlerfortpflanzungPatentgeschützt!

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WS 2002/200311Animation und Multimedia10. Kompression und Schnitt© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

#""���$��� ���

Prinzip1. Bestimmung der Häufigkeit des Auftretens der

Datenwerte2. Ordnung der Werte nach fallenden Häufigkeiten3. Unterteilung der Werte in 2 Gruppen mit annähernd

gleichen Summen der Häufigkeit(Gruppe 1: Kodestelle 1; Gruppe 2: Kodestelle 0)

4. Weitere Unterteilung der Gruppen

% ���� ��#""������� ���

'DWHQIROJH� 001 001 000 100 001 011 001 001 001 011 001 001 001 111 110 001 101 100 011 011000 001 001 011 101 001 100 011 001 101 001 110 101 101 001 011 101 011 101 001100 001 001 001 101 011 001 001 011 101 011 101 001 001 101 001 001 101 001 101001 101 111 001 001 101 001 001 001 101 100 001 101 001 101 001 001 001 101 011101 001 001 101 110 001 011 101 110 101 001 001 010 101 100 001 011 001 100 000

Datenwerte: 000 001 010 011 100 101 110 111+lXILJNHLW� 3 45 1 14 7 24 4 2

0,03 0,45 0,01 0,14 0,07 0,24 0,04 0,02

geordnet: 001 101 011 100 110 000 111 0100,45 0,24 0,14 0,07 0,04 0,03 0,02 0,01

*UXSSHQELOGXQJ�XQG�.RGLHUXQJ�

001 0,45 �

101 0,24 1 ��

011 0,14 1 11 ���

100 0,07 1 11 111 ����

110 0,04 1 11 111 1111 11110 ������

000 0,03 1 11 111 1111 11111 ������

111 0,02 1 11 111 1111 11111 ������

010 0,01 1 11 111 1111 11110 ������

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WS 2002/200313Animation und Multimedia10. Kompression und Schnitt© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

% ���� ��#""������� ����&'���� ����(

��!��!�"#�������!�$

����=HLFKHQ

%�&������#�������!�

0 0 111110 1110 0 110 0 0 0 110 0 0 0 111111 111100 0 10 1110 110 110 111110 0 0 110 10 0 1110 110 0 10 0 111100 10 10 0 110 10 110 10 0 1110 0 0 0 10 110 0 0 110 10 110 10 0 0 10 0 0 10 0 10 0 10 111111 0 0 10 0 0 0 10 1110 0 10 0 10 0 0 0 10 110 10 0 0 10 111100 0 110 10 111100 10 0 0 111101 10 1110 0 110 0 1110 1111

����=HLFKHQ

�� �������������$ '()

WS 2002/200314Animation und Multimedia10. Kompression und Schnitt© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

���������������������� ��� ���������� ���������

����: Kodierung des Unterschiedes zwischen dem tatsächlichen Wert eines Musters und einer Voraussage dieses Wertes

�������������������������� ��������

vorhergesagter Wert ist zuletzt abgetasteter WertDifferenz zu diesem Wert kann in weniger Bit kodiert werden

Amplitude

Zeit

6LJQDO

Amplitude

Zeit

FRGLHUWHV�6LJQDO

Variante (Delta Modulation): Die Kodierung der Differenzwerte erfolgtnur mit einem Bit � steile Flanken können nicht repräsentiert werden� !����� ����� � "

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WS 2002/200315Animation und Multimedia10. Kompression und Schnitt© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

)�"" � ��� �� �����*����+ ��� ���'���� ����

����������������� ����!����"�����������#�� !"$

variable Vorhersagefunktion entsprechend kurzfristiger Merkmale des abgetasteten Signalsdynamischer Faktor für Differenzwerte

Amplitude

Zeit

6LJQDO

Amplitude

Zeit

FRGLHUWHV�6LJQDO

Faktor 2 1 2 1 2

WS 2002/200316Animation und Multimedia10. Kompression und Schnitt© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

�������������� ����������

• Für Bildfolgen geeignet• Für bestimmte Bildteile wird untersucht, ob diese durch

Verschiebung von Bildteilen bereits kodierter Bilder erhalten werden können

• Beschreibung des entsprecheneden Bildteiles durch Koordinaten (Rechteck)

• Speicherung /Übertragung eines Verschiebevektors (������ �����)

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WS 2002/200317Animation und Multimedia10. Kompression und Schnitt© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

�����"������������ ���

Prinzip:

Die Ursprungsdaten werden transformiert vom räumlichen oder zeitlichen Bereich in einen abstrakten (häufig in den Frequenz-)Bereich, der sich für die Kompression besser eignet.

Nach der Umwandlung können *�����!� Koeffizienten genauer kodiert werden als weniger wichtige, bestimmte unwichtige Koeffizienten können auch ganz wegfallen

Transformation ist prinzipiell verlustlos (ggf. höhere Genauigkeit nötig!)

bei Kodierung von weniger wichtigen Koeffizienten mit weniger Bit und Weglassen unwichtiger Koeffizienten ��������������������

Wichtige Transformationen: Fourier-Transformation (DFT, FFT)Diskrete Kosinus-Transformation (DCT)Waveletts

WS 2002/200318Animation und Multimedia10. Kompression und Schnitt© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

�����"������������ ���

a

x oder t

räumliche oder zeitliche Domäne

c

f

Frequenzdomäne

wenigerwichtige

Koeffizienten

wichtige Koeffizienten

#

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WS 2002/200319Animation und Multimedia10. Kompression und Schnitt© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

�� ������

1. Kompression – Prinzipien 2. Die wichtigsten Kompressionsverfahren + Formate

Die ISO/IEC Standards:�������������������, MPEG2, MPEG4

(Die ITUVideokonferenz und Bildtelefon Standards: H.261, ... H. 320

Proprietäre Videoformate: gif, mpng, Soerenson, …3. Containerformate für die Distribution: Quicktime, AVI4. Übertragungsverfahren:

preload+play vs. continous play (streaming)fixed vs. variable data rate

5. Videohierarchien6. Videoschnitt

WS 2002/200320Animation und Multimedia10. Kompression und Schnitt© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

,��-,����������������� �.� �� -���&/ 01/�2���/�3�&22/��(4�5667(

� optimiert für photographische Aufnahmen (Einzelbilder) mit „fließenden“ Farbübergängen oder Grauwertbilder, weniger geeignet für synthetische Bilder (niedrigere Kompressionsrate oder Artefakte)

� Der JPEG-Standard spezifiziert verschiedene Verfahren / Alternativen und Betriebsarten:� lossy mode (DCT + Lauflängen + Huffman)

baseline und extended� lossless mode (DPCM + Huffman)� Betriebsarten:

� Sequentielle Kodierung � Progressive Kodierung: Bildaufbau in Stufen (grob … fein)� Hierarchische Kodierung (mehrere Auflösungsstufen)

� $������ �lossy mode) % Kompression durch DCT, Lauflängen und Huffman-Encoding; Sequentielle Kodierung

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WS 2002/2003Animation und Multimedia10. Kompression und Schnitt© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

DCT Quantisierung

Entropie-Kodierung

������� ��� ���� ��������� � ���������� ��������

Tabellen

...111001001101

101100100111...

DigitalesBild

PrädiktionBild-

vorbereitung

IDCTDe-

Quantisierung

DekodierungDigitalesBild

RestaurationBild-

nachbereitung

Tabellen

ORVVOHVV

ORVV\

• Lauflänge• Huffman oderarithmetisch

WS 2002/2003Animation und Multimedia10. Kompression und Schnitt© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

V

Farbraumtransformationund Unterabtastung(RGB --> YUV)

Aufteilung jeder Komponente in 8*8 Pixelblöcke

BG

R

640*480

VU

Y

320*240

UY

80*60

40*30

,��-�%�� ��� %����+��� � ����

640*480640*480

640*480

320*240

40*30

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WS 2002/200323Animation und Multimedia10. Kompression und Schnitt© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

)���� � �������$�����"��������

Verwandte der diskreten Fourrier-Transformation (beide sind Frequenzraumtransformationen)

Die cos-Terme hängen nur von x,u resp. y,v ab, insbesondere nicht von syx: � lassen sich in Tabelle als Konstante ablegen � vergleichsweise schnelle Berechnung möglich!

[ ] [ ]

[ ] [ ]

1,sonst 0;vu,für 2

1,mit

16

)12(cos

16

)12(cos

4

1

0,...,7vu,für

0,...,7ymit x, :Block

7

0

7

0

===

++=

==

==

∑∑= =

YXYX

[ \

\[YXYX

YX

\[

����

��������

ππ�

WS 2002/2003Animation und Multimedia10. Kompression und Schnitt© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

������� �������� ��� ��� !" # �����������

� jeder Koeffizient cmn wird aus ���� Werten sij der Originalmatrix berechnet und enthält demzufolge Informationen des gesamten Blockes

� Die Koeffizienten werden im Intervall [-128,127] berechnet

� c00 ist der DC-Koeffizient (DC = ���� ����� / Gleichstromkoeffizient)

� c01 bis c77 sind die AC-Koeffizienten (AC = ��������� ����� / Wechselstromkoeffizienten)

� die Werte der Koeffizienten werden bei typischen Bildern von links oben nach rechts unten schnell kleiner

� der Informationsgehalt der DCT-Koeffizienten nimmt von links oben nach rechts unten ab

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WS 2002/2003Animation und Multimedia10. Kompression und Schnitt© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

$����� ����� %�� ��� &� ����������

1. Setzen eines Schwellwertes (ungebräuchlich)

gleiche Behandlung aller Koeffizienten, keine Berücksichtigung ihrer Wichtigkeit

jmn = cmn für cmn >= τ0 für cmn < τ{

+,��-�����������!�������� -�����������!����.��

(DC, ACmn) = rnd (cmn / qmn)

differenzierte Behandlung der Koeffizienten, Reduzierung durch Division

z.B. - = 3 5 7 9 11 13 15 175 7 9 11 13 15 17 197 9 11 13 15 17 19 219 11 13 15 17 19 21 23

11 13 15 17 19 21 23 2513 15 17 19 21 23 25 2715 17 19 21 23 25 27 2917 19 21 23 25 27 29 31

WS 2002/2003Animation und Multimedia10. Kompression und Schnitt© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

'���������� �(���������&� ��������������� )� ���� ��*��������+���� �� �� �������� � ,*���*���������� %������

����" �����" � ��� ��������

Quality q: 0 .. 100

1 für q 100x x für q = 50

für q 08

x ist Element der Quantisierungstabelle

Ziel:

��� ��� �� !�"

=≤<−

≤<=

=

010qfür

001q50für 502

50q0für 500qfür

2

1

N

TT

N

6

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WS 2002/2003Animation und Multimedia10. Kompression und Schnitt© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

���� ����� ���������3L[HO

���ESS ���������%\WHV

q = 5; s = 10,03771 Bytes; 0,291bpp

q = 50; s = 1,013833 Bytes; 1,067bpp

q = 95; s = 0,150884 Bytes; 3,926bpp

q = 25; s = 2,09140 Bytes; 0,705bpp

,��-�%�� ��� ����� ������� ���� �

WS 2002/200328Animation und Multimedia10. Kompression und Schnitt© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

������� ��� ���

1. Sequenzierung eines Blocks in der Zick-Zack-Sequenz nach der Quantisierung:DC, AC01, AC10, AC20, AC11, AC20, …

2. Die Kodierung erfolgt im sogenannten��������������������������������������das im wesentlichen alternierend drei Angaben vorsieht:

1. die Anzahl der folgenden Koeffizienten mit dem Wert Null (Lauflängen)

2. die für die Repräsentation des folgenden Koeffizienten benutzte Anzahl von Bits

3. den Wert des Koeffizienten, dargestellt in der angegebnen Anzahl von Bits

3. Die Lauflängen werden Huffman kodiert.

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WS 2002/200329Animation und Multimedia10. Kompression und Schnitt© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

����� �"������,��-�%�� ��� 2� �

� Ist für nahezu beliebige Bildformate verwendbar (max 216 Zeilen/Spalten)� Unterstützt beliebiges Pixel-Seitenverhältnisse ������ ������ ���� � Typische Kompressionsraten (-faktor) für 3x8 Bit:

� 0,25 – 0,5 bit/Pixel (100-50): oft noch akzeptable Qualität� 0,5 – 0,75 bit/Pixel (50-30): sehr gute Qualität� 0,75 – 1,5 bit/Pixel (30-15): ausgezeichnete Qualität, fast immer ausreichend� 1,5 – 2,0 bit/Pixel (15-12): vom Original kaum zu unterscheiden

� Neben dem Baseline-Codec sind viele weitere Varianten möglich … aber doch (vergleichsweise selten genutzt)� Einige weitere Verfahren im extended Modus!� verlustfreie Kompression durch prädiktive Kodierung� Progressiver Bildaufbau (ein „unscharfes Bild“ detailliert sich)� Hierarchischer Modus: Bild in verschiedenen Auflösungen

� Hat auch zugehöriges Dateiformat: JFIF� Ist auch für Video verwendbar: MJPEG

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���������� -���������� ���������� ���������

C B

A X

Vorhersage von X ( Xv = f(A,B,C) )

0 keine1 A2 B3 C4 A+B+C5 A+((B-C)/2)6 B+((A-C)/2)7 (A+B)/2

• %��������������������������

• ��&�����!����• /�������!����01�,,�23• #�������.

• �� ������������������������+$'

statistische Kodierung}

Page 16:  · 4. Weitere Unterteilung der Gruppen Weitere Unterteilung der Gruppen 'DWHQIROJH 001 001 000 100 001 011 001 001 001 011 001 001 001 111 110 001 101 100 011 011

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���������� ���� ����������� ���� �./

���������������DC für Y,U,VAC 1-2 für YAC 3-5 für YAC 1-63 für UAC 1-6 für VAC 6-9 für YAC 10-63 für Y

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Scan 1: DC für Y,U,V1996 Bytes; 0,154bpp

Scan 2: AC 1-2 für Y2204 Bytes; 0,170bpp4200 Bytes; 0,324bpp

Scan 3: AC 3-5 für Y2639 Bytes; 0,204bpp6839 Bytes; 0,528bpp

���� ����� ���������3L[HO

���ESS ���������%\WHV

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17

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���� ����� ���������3L[HO

���ESS ���������%\WHV

Scan 4: AC 1-63 für U711 Bytes; 0,054bpp

7540 Bytes; 0,582bpp

Scan 5: AC 1-63 für V931 Bytes; 0,072bpp

8471 Bytes; 0,654bpp

Scan 6: AC 6-9 für Y2800 Bytes; 0,216bpp

11271 Bytes; 0,870bpp

Scan 7: AC 10-63 für Y8750 Bytes; 0,675bpp

20021 Bytes; 1,545bpp

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������������ � ����������������� �����

• definiert File-Format für JPEG-komprimierte Bilder• entwickelt von C-Cube Microsystems• Anhang B des JPEG-Standards (ITU T.81,

ISO/IEC International Standard 10918)

SULQ]LSLHOOHU�$XIEDX

Header

APP0 Daten

Optionale Header

JPEG Daten

EOI (end of image)

SOI (start of image)application markerLänge der APP0 Daten‘JFIF’Version

MaßeinheitAuflösung des BildesAuflösung des Previews

Thumbnail (Preview)

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#�$��� #%&�����$� ������ ����� ���'���

APP0 L identifier version units Xdensity Ydensity Xthumbnail Ythumbnail RGBheader “JFIF”X’00’ X’0102’

SOI APP0 Frame EOI

L Länge des APP0 Feldesunits 0:keine; 1:dots per inch; 2:dots per cmXdensity: horizontale Bildauflösung (in units)Ydensity vertikale Bildauflösung (in units)Xthumbnail horizontale Pixelanzahl des PreviewsYthumbnail vertikale Pixelanzahl des PreviewsRGB gepackte 24-Bit RGB-Werte des Previews

X’FFE0’

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0DUNHU 6\PERO %HGHXWXQJ

&RGH

X’FFD8’ SOI start of imageX’FFD9’ EOI end of image

X’FFCx’ SOF start of frame (x = 0,1,2,3,5,6,7,8,9,A,B,D,E,F)X’FFDA’ SOS start of scan

X’FFDB’ DQT define quantization tableX’FFC4’ DHT define huffman tableX’FFCC’ DAC define arithmetric coding conditioning (arithmetric conditioning table)

X’FFDC’ DNL define number of linesX’FFDi’ RSTi restart (entropy coded segment) (0<= i <=7)

;¶))(�¶ $33� -),)�)LOH�+HDGHU

�0,0 � ����Marker Code: X’FFxx’ mit 00 < xx < FF

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�0,0 � ���� �1/

0DUNHU 6\PERO %HGHXWXQJ

&RGH

QRQ�GLIIHUHQWLDO��+XIIPDQ�FRGLQJ

X’FFC0’ SOF0 Baseline DCTX’FFC1’ SOF1 Extended Sequential DCTX’FFC2’ SOF2 Progressive DCTX’FFC3’ SOF3 Lossless (sequential)

GLIIHUHQWLDO��+XIIPDQ�FRGLQJ

X’FFC5’ SOF5 Differential Sequential DCTX’FFC6’ SOF6 Differential Progressive DCTX’FFC7’ SOF7 Differencial Lossless (sequential)

QRQ�GLIIHUHQWLDO��DULWKPHWULF FRGLQJ

X’FFC9’ SOF9 Extended Sequential DCTX’FFCA’ SOF10 Progressive DCTX’FFCB’ SOF11 Lossless (sequential)

GLIIHUHQWLDO��DULWKPHWULF FRGLQJ

X’FFCD’ SOF13 Differential Sequential DCTX’FFCE’ SOF14 Differential Progressive DCTX’FFCF’ SOF15 Differential Lossless (sequential)

62)

6WDUW��RI��)UDPH

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% ������ ��,��-������ ������"���!� �������$,��-

� Nur Intraframe-Kodierung� Komprimiert Halbbilder �!����� �� Häufig genutzt in professionellen

Studio – Schnittsystemen: Datenraten von ca. 40 Mbiterreichbar (Kompressionsfaktor oft nur ca. 5): Schnittqualität!

� Zusätzlich Audio-Embedding (ADPCM audiocompression)

� Kein standardisiertes Fileformat, aber� in den Containerformaten quicktime und avi verfügbar� Basiert auf JFIF: z.B. in quicktime mit und ohne Marker

realisiert (siehe JFIF Marker)

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20

WS 2002/200339Animation und Multimedia10. Kompression und Schnitt© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

����� �"�����,��-�"���� �!� ������ �����

Komprimiert nur intraframeÎ für Anwendungen, die wahlfreien Zugriff auf frames

oder fields brauchen (z.B. Schnittsysteme) gut geeignet und oft genutzt

Î Audio-Kodierung ���� standardisiert!Î Für die Distribution nicht optimal:

Sehr gute Qualität: max. 50-fache Kompression, d.h. für Digitales Video immer noch mehr als 4 Mbit Übertragungsrate: zu hoch für CD-ROMs, zu hoch fürs Internet, zu hoch für Videokonferenzen

Î Suche nach Alternativen: MPEG-Familie und H.320 Familie

WS 2002/2003Animation und Multimedia10. Kompression und Schnitt© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

MPEG Motion Picture Expert Group(ISO/IEC JTC1/SC29/WG11) Entwicklung seit 1988

03(*�� Coding of moving pictures and associated audio for digital storage media at up to about 1,5 Mbit/sIS 11172, 1993 ff.VHS-Qualität (352*240 Pixel, 25/30 fps), Bandbreiten bis 1,5 Mbps

03(*�� Generic coding of moving pictures and associated audio informationIS 13818, 1995 ffStudioqualität (720*576 Pixel, 30 fps; Audio in CD-Stereo-Qualität)Bandbreiten << 10 Mbps (1,5 .. 60 Mbps)variables Bildformat, bis 1920*1152 Pixel, 60 fps (HDTV)

MPEG 3 geplanter Standard für HDTVEntwicklung wurde aufgegebenHDTV wird durch MPEG2 mit unterstützt

���-'����� �+��� �������"���!� ��������

��� ����������� �����

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WS 2002/200341Animation und Multimedia10. Kompression und Schnitt© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

)� ����-�'����� � ���7

03(*�� Coding for audio-visual objects

Audiovisuelle Kodierung mit sehr hoher Kompression (anfangs: mit sehr niedriger Bitrate

Desktop-Videokonferenzen, BildtelefonieQCIF-Qualität (176*144 Pixel, 10 fps), Bandbreiten 4,8 .. 64 Kbps

MPEG 5 nicht genutzt Logik? MPEG 1 + (1) Î MPEG 2MPEG 2 + (2) Î MPEG 4

MPEG 6 nicht genutzt MPEG 4 + (3) Î MPEG 7

03(*�� Multimedia content description interfaceMultimedia Metadaten

aims at offering a comprehensive set of audiovisual description tools to createdescriptions, which will form the basis for applications enabling the needed TXDOLW\DFFHVV WR�FRQWHQW� which implies good storage solutions, high-performance contentidentification, proprietary assignation, and fast, ergonomic, accurate and personalized

filtering, searching and retrieval.

03(*��� Multimedia frameworkin Arbeit seit Juni 2000, geplant sind 7 Parts„Digital Item“

WS 2002/200342Animation und Multimedia10. Kompression und Schnitt© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

���-�&$5(

$"()$&*�+++,-Coding of motion pictures and associated audio (&''(): Ziel: Datenrate von max, 1,5 MBit (incl. Audio) für CD-ROM: mindestens VHS-Qualität � Distribution� Part 1: MPEG-System

Multiplexen von Audio- und Videoströmen auf einem Übertragungskanal

� Part 2: MPEG-Video

� Part 3: MPEG-Audio … (daher mp3!)

� Part 4: Conformance Testing

� Part 5: MPEG-Softwarekodierung

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WS 2002/2003Animation und Multimedia10. Kompression und Schnitt© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

���-

)��������* Entwicklung eines Standards für Audio und Video“VHS Qualität” auf CD (ca. 320*240 Pixel, CD Audio, <= 1,5Mbit/sec)

+������:wahlfreier Zugriffschneller und langsamer Vor- und RücksuchlaufAbspielen vorwärts und rückwärtsSynchronisation von Audio- und Videosignalen

generischer Standard definiert Konzept, Formate, Toolkitschreibt insbesondere nicht die codec-Algorithmenvor!

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���-� ����� � � �� �&5(

� Block 8x8 Pixel mit 8 Bit� Macroblock 16x16 Pixel verschiedene Unterabtastungen

� verschiedene Profile

&

(,

- .

&-/

00 1

0 1

/ 2

1

2

'

&&

����� ����� �����

������� �� ������������ ��������� *�

&

(,

-&

(,

-

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WS 2002/200345Animation und Multimedia10. Kompression und Schnitt© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

���-� ����� � � ��

� Slice mindestens 1 Macroblock, variableim allgemeinen mehrere pro picture

� Picture

� Group of Pictures Gruppe zur Interframe-Codierung

� Video Sequence

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������ �������&'�$�����

Folge von Makroblöckenkönnen separat dekodiert werdenverhindern Fehlerfortpflanzung

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WS 2002/200347Animation und Multimedia10. Kompression und Schnitt© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

���-������ �

�"��� � ������ �&�& ��������Anfangsbild, Kodierung als Standbild, ohne zusätzliche

Informationen anderer Bilderkeine BewegungsprädiktionAnker für wahlfreien ZugriffBasis für die Kodierung von P- und B-Framesunabhängig dekodierbar(Sehr ähnlich zu JPEG-Bildern)

�+��� # �������� !���� �����$werden durch �������� �������� aus zeitlich zurückliegenden

Bildern vom Typ I oder P abgeleitet,erfordert für Dekodierung vorheriges I-Frame und dazwischen

liegende P-Frames

WS 2002/200348Animation und Multimedia10. Kompression und Schnitt© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

������ .������ ���� %���� �/ *���%�� ���0werden entweder aus früheren oder späteren P- bzw. I-Framesabgeleitet oder auf Basis von Nachbarbildern interpoliertDifferenzbild zur Prädiktion aus einem vorherigen und einem

nachfolgenden I- oder P-Bilddienen niemals zur Berechnung von Motion-Vektoren,

nicht Referenzbild für andere Frames

��+���� #�!�!���� ������$� #��" 3&$intraframekodiert, für schnellen Vorlauf

���-������ ��&7(

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WS 2002/2003Animation und Multimedia10. Kompression und Schnitt© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

%�1��2 ���

W\SLVFKH�%LOGVHTXHQ]HQ:

IBBPBBI oder IBBBPBBBIIBBPBBPBBI (PAL, SECAM)IBBPBBPBBPBBI (NTSC)

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$�(������) ��

DXIHLQDQGHUIROJHQGH�%LOGHU�VLQG�lKQOLFK

• Makroblöcke: 16 * 16 Pixel• Translationsvektor• Differenzkodierung

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$�(������) ���������� • Suchen des ähnlichsten Makroblockes (z.B. quadratischer Abstand)• Bestimmen des Translationsvektors (Motion Vector)• Bestimmen des Differenzbildes

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*�+�� ��+ ���������� �$�(���!�+ ���������� ��$��� ����

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3������� � ����.�� �� ���0

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��&'��, �-

%ORFNHEHQH

DCT + Huffman Kodierung eines 8*8 Pixelblockes eines Originalbildes oder Differenzbildes

0DNUREORFNHEHQH

Position des Blockes im BildTyp des Bildes (I, P, B)Motion VectorDynamische Quantisierung

6OLFHHEHQH

Slices sind Streifen von aufeinanderfolgenden Makroblöckenkönnen separat dekodiert werdenverhindern das Fortpflanzen von Übertragungsfehlern

%LOGHEHQH

Nummerdes Bildes in zeitlicher Folge (Group of Pictures)Bidltyp (I, P, B)enthält alle Informationen für Bilddekodierung

*URXS�RI�3LFWXUHV

enthält mindestens 1 I-Frameseparat kodierbar/dekodierbarwahlfreier Zugriff

6HTXHQ]HEHQH

Zusammenfassung einer oder mehrere

BildgruppenParameter:• Bild-Breite • Bild-Höhe • Bildformat (z.B. 4:3) • Bildwiederholrate (pps) • Bit-Rate • Puffergröße

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��&'�.�����$� � ����

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29

WS 2002/2003Animation und Multimedia10. Kompression und Schnitt© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

• Umwandlung in (YCRCB)• Subsampling

• Motion Prediction (--> Kompressionsrate bis 1:75)

• DCT-Transformation• Quantisierung• Huffman-Kodierung

• Reduzierung auf CIF (--> Kompressionsrate bis 1:240)(Common Intermediate Format) : 352*288 Pixel

(352*240 Pixel bei NTSC) • (ermöglicht ganzzahlige Aufteilung in 16x16 Blöcke.)

%������������

4��&����������!

�������

���-������ �"�����

WS 2002/200358Animation und Multimedia10. Kompression und Schnitt© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

���-&5(������� �"�����

verlustbehaftet (DCT, Quantisierung, (Unterabtastung))asymmetrisch (Motion Prediction, Suchbereich)intra- und interframeMPEG 1 nicht skalierbar MPEG 2 skalierbarfestes Farbmodell (YCRCB)beliebige Bildgröße (<= 768*576, teilbar durch 16)

Nur für die low-level Distribution geeignet!Wenig Flexibilität!����Produktionsstandar � " 3�,

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WS 2002/2003Animation und Multimedia10. Kompression und Schnitt© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

����1������� !����� � ������ �������� ��

$����� ��� $���� ,���* ����

/���+���� �����&�(�� ����������&'�� �������+������� %����������������������������!�������0������!���������1�+ ����� ) ����1��-����� ) �� �����/(������23�&��45646 ��� ������ �+ ���������

Part 1:Systems 4778 45646�4%9:::PLW��&RU��������

XQG�&RU��������

Part 2:Video 4778 45646�9%9:::PLW��$PG �������

XQG�&RU��������

Part 3:Audio 4778 45646�5%4776Part 4:Compliance Testing 477; 45646�8%4776

PLW��&RU��������

XQG�$PG ������

XQG�$PG �������

XQG�$PG �������

Part 5:Software Simulation (Technical Report) 477< 45646�;�#*%477<PLW�$PG ������

WS 2002/200360Animation und Multimedia10. Kompression und Schnitt© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

����1������� !����� � ������ �������� ��

$����� ��� $���� ,���* ���� �1/

Part 6: Extensions for DSM-CC 1996 ������������(Digital Storage Media Command and Control) PLW��&RU��������

XQG�$PG ��������&RU�������

XQG�&RU��������

XQG�$PG �������

XQG�$PG �������

XQG�$PG �������

Part 7: Advanced audio coding (AAC) 1996 ������������PLW��&RU��������

Part 8: Kodierung von Video mit Samples von 10 Bit (gestrichen)

Part 9: Extension for real time interface 1995 ������������for systems decoders

Part 10: Conformance extensions for Digital 1998 �������������Storage Media Command and Control (DSM-CC)

Part 11: IPMP on MPEG-2 systems seit 2002 in ArbeitIntellectual Property Management and Protection

$QPHUNXQJHQ: MPEG 2 wird gepflegt und immer noch weiterentwickelt.25 offizielle Dokumente beschreiben den aktuellen Stand.

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WS 2002/200361Animation und Multimedia10. Kompression und Schnitt© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

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� 55�3�� �$"�����

WS 2002/2003Animation und Multimedia10. Kompression und Schnitt© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

���� 1 2%�������3�����

high level : max 1920*1152 Pixel, max 60 fps (HDTV)

high level 2: max 1440*1152 Pixel, max 60 fps

��� �����* max 720 * 576 Pixel, max 30 fps (TV)

low level: max 352 * 288 Pixel, max 30 fps (CIF)

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32

WS 2002/200363Animation und Multimedia10. Kompression und Schnitt© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

���� 1 2%������� �������

� simple profile: wie bei MPEG1 ohne B-Frames

� main profile: wie bei MPEG1

� SNR: ’signal to noise‘ (SNR) ratio scalability‚ DCT Koeffizienten des ’base-layers‘ bitstreamswerden durch kodierte Quantisierungsfehler im 'enhancement-layer' bitstream verfeinertAnwendungsziel: terrestrische Übertragung vonDigitalem Fernsehen

� spatial: in einem Datenstrom werden mehrere örtlich skalierte Videodatenströme untergebracht: ���������������5�&��!

� high: unterstützt 4:2:2 Abtastung für die Studiotechnik

WS 2002/2003Animation und Multimedia10. Kompression und Schnitt© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

Abtasten mit verschiedenen Auflösungen(Abtastfaktor = Vielfaches von 2)

Codierung des Signals mit niedrigster AuflösungDCT und Quantisierung

Dekodierung des zuvor kodierten SignalsDequantisierung und IDCT

Interpolation zum Signal der nächst höheren Auflösung

Prädiktion := InterpolationKodierung des Prädiktionsfehlers (Differenz)

DCT und Quantisierung

vollständige Auflösung erreicht?QHLQ

������ ����� ��������2����

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= ������������&'�4�3���&'�9

Qualitätsmäßig sehr gute Übertragungen von Digitalem Standard-Fernsehen (MP@ML) wurde mit 6 MBit demonstriert.Wichtige Erweiterung ist die Skalierbarkeit: aus einem Bitstrom kannVideo in verschiedenen örtlichen, zeitlichen und Quantisierungs-Auflösungenübertragen werden.

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" 3�0!���� �� �������������4�5����ISO/IEC 14496:1999Video-Kommunikation mit sehr hoher Kompression (anfangs: mit niedrigen Bitraten)QCIF-Qualität (176*144 Pixel, 10 fps), Bandbreiten 4,8 .. 64 KbpsAnwendungen: Desktop-Videokonferenzen, Bildtelefonie, Mobile Kommunikation

3D-Videospiele übers Internet, 9LGHRGLVWULEXWLRQ��EHUV�,QWHUQHW

hEHUJDQJ�YRQ�EORFN� ]X�UHJLRQHQEDVLHUWHU 9HUDUEHLWXQJ

��*�����������%��������6�

.RPSUHVVLRQ

• Verbesserung der Kompressionsrate• parallele Kodierung mehrerer Datenströme

,QKDOWVEDVLHUWH�,QWHUDNWLYLWlW

• inhaltsbasierte Manipulation auf Bitstream-Level• Hybride Kodierung von natürlichen (Video) und synthetischen (Computergraphik) Szenen• Interaktion mit Objekten der AV-Szene• verbesserter zeitlicher Zugriff

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7��������� ������5����

��%

2��

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Kontur, Bewegung und Textur für O1

Kontur, Bewegung und Textur für O2

Kontur, Bewegung und Textur für O3

Bitstrom O1

Bitstrom O2

Bitstrom O3

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��������!��.�����2�>�� �����

VOPDefinition

VOP 0Coding

VOP 1Coding

VOP 2Coding

VOP nCoding

MU

X

%LWVWUHDP

DE

MU

X

VOP 0Decoding

VOP 1Decoding

VOP 2Decoding

VOP nDecoding

Composition

888 888

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/�3 !� ����" � �����%��� � "��� ������

H.320 Familie

• Standard für Videoconferencing (DTVC: Desktop Video Conferencing)• Rahmen + Menge von Einzelstandards• in digitalen Netzen (ISDN)• entwickelt durch ITU-T (Int.Telecomminications Union - Telecommunications

früher CCITT: Comité Consultatif International de Téléphonie et Télégraphie)

• Kodierung und Kompression von Video (H.261)• Kodierung und Kompression von Audio• Multiplexen von Datenströmen (Video + Audio (+ Steuerinformationen))• Verbindungsaufbau• Sicherheitsmechanismen• Multipoint Control Units

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+���� Rahmen für

+���� Kodierung und Kompression von Bewegtbildern (Video)+���� Frame-Struktur

Strukturierung von Video- und Audiobitströmen in BlöckenMultiplexen von Video- und Audioströmen auf einem oder mehrern ISDN-Kanälen

+���� Frame-Protokoll (Erweiterung von H.221, Synchronisationssteuerung)Multiplexen von Video- und Audioströmen + Steuerinformationen (Application Sharing)auf einem oder mehreren ISDN-Kanälen

+���� Definition von 0XOWLSRLQW &RQWURO 8QLWV (MCU)+���� Definition von Encryption- und Authentification-Techniken+���� Protokoll zum Aufbau von Verbindungen

*���� Kodierung und Kompression von Audio (3.4 kHz; 64Kbps)*���� Kodierung und Kompression von Audio (7.0 kHz; 48, 56, 64 Kbps)*���� Kodierung und Kompression von Audio (3.4 kHz; 16Kbps)

• Schmalband-Bildtelefonie• Audiokonferenzen• audiovisuelle Konferenzen• Multipoint-Unterstützung

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�����?59:�1������

in Entwicklung:

+���� Audio- und Videoconferencing im LANLAN-to-ISDN Bridge

+���� Audio- und Videoconferencing über POTS (Plain Old Telephone Systems) - analoges TelefonBildtelefon (Videophone)< 20 Kbps (28,8 Kbps Modem)

7���� Standardfamilie für Application- und Data-Sharing

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�����?59:�1������

3RLQW�WR�3RLQW�6WDQGDUGV

H.221 Frame ProtokollG.711 Audio (3.4 kHz; 64Kbps)G.722 Audio (7.0 kHz; 48, 56, 64 Kbps)G.728 Audio (3.4 kHz; 16Kbps)

H.230 Frame-SynchronisationssteuerungH.242 VerbindungsaufbauH.261 Kodierung und Kompression von Bewegtbildern (Video)H.320 Schmalband Bildtelefon (Systeme und Terminalausstattung)

0XOWLSRLQW 6WDQGDUGV

H.231 Definition von 0XOWLSRLQW &RQWURO 8QLWV (MCU)für 64Kbps .. 2Mbps

H.243 Definition von Basis MCU-Funktionalität für die Kommunikation zwischen 3 und mehr audiovisuellen Terminalsfür 64Kbps .. 2 Mbps(Konferenzsteuerung, Token Passing, Data Broadcasting)

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'4-5+�)�����56" ������� ������2�������������2���������• Für schmalbandige digitale Netze

ISDN S0 : 64 Kbps (+ 64 Kbps Audio)3* S0 : 320 Kbps (+ 64 Kbps Audio)S2M : ca. 2 Mbps (+ 16 Kbps Audio)

• Ähnliche Konzepte wie JPEG und MPEG mit Einschränkungen• vorgegebenes Bildformat (QCIF, CIF)• Farbraum YUV; Subsampling 4:1:1• Nur I- und P-Frames (keine B-Frames)• fester Schwellwert für Ignorieren von Differenzbildern• einfache lineare Quantisierung der DC- und AC-Koeffizienten• feste Blockgruppenstruktur

• annähernd symmetrischKodierung und Dekodierung muß in Echtzeit erfolgen

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$�������� �������������

&,) &RPPRQ�,QWHUPHGLDWH )RUPDW

352 * 288 (288 Zeilen a 352 Pixel)

4&,) 4XDUWHU &,)

176 * 144 (144 Zeilen a 176 Pixel)

4&,)

&,)

Y: Luminanz U, V: Chrominanz

CIF(Breite * Höhe)

352 * 288176 * 144176 * 144

QCIF(Breite * Höhe)

176 * 14488 * 7288 * 72

YU (Cb)V (Cr)

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�?9@4���+������+ �?9@4�$���+� ��+ ��

*2%: Group of BlocksBlockgruppe = 3 * 11 Makroblöcke

&,)

22 * 18 Makroblöcke

4&,)

11 * 9 Makroblöcke

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Suchraum

zu kodiernderBlock

Block im Referenzbild

5HIHUHQ]ELOG ]X�NRGLHUHQGHV�%LOG

Verschiebung des Blocks im Suchraum: dx = dy = 0dx , dy = 3 .. 15 pixel

Bestimmung der Differenz nur für Y

3 3 3, ,

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A�� ������

• Quantisierung der Differenz-Makroblöcke

• Quantisierung der DCT-Koeffizienten• Intraframe: qDC = 8 für DC-Koeffizienten

q = 1..31 für AC-Koeffizienten• Interframe q = 1..31

lineare Quantisierung da unabhängig von der Größe der zu quantisierenden AC-Koeffizienten

q ist im GOB-Header spezifiziertkann im MB-Header überschrieben werdenac := ac / 2q

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$���+�������������?9@4�.�����������

Coding Control

Source CoderVideo Multiplex

CoderTransmission

BufferTransmission

Coder

Source DecoderVideo Multiplex

DecoderTransmission

BufferTransmission

Decoder

External Control

9LGHR�6LJQDO

NRGLHUWHU

'DWHQVWURP

9LGHR�&RGHU

9LGHR�'HFRGHU

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������ ����

,�)UDPH

< 8

9

< 8

9

0DNUR�%ORFN%LOG���&,)���4&,)�

für jeden Makro-Block

(22*18 / 11*9)

%ORFN

�� ��3L[HO�

für jeden Block

(4*Y, 1*U, 1*V)

DCT

QuantisierungZig-ZagRunLengthHuffman

��������

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7����� 5�&��!3�)UDPH

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5HIHUHQ]ELOG

< 8

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für jeden Makro-Block

(22*18 / 11*9)

< 8

9

'LIIHUHQ]�0DNUR�%ORFN

für jeden Makro-Block

(22*18 / 11*9)

<

<

Differenz !�6

QuantisierungZig-Zag

RunLengthHuffman

��������

0RWLRQ�9HFWRU

%ORFN

�� ��3L[HO�

DCT

für jeden Block(4*Y, 1*U, 1*V)

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�?59:�� #���+� !��������������� ����/���������6�����8,(+1�� ��� ����������

• Variabilität der Frame-Rate (prinzipiell 1 .. 30; meist 7 .. 15; bei 3S0 15 .. 30)

• Konzept der Intraframe- / Interframe-Kodierung• Motion Estimation• Block-Kodierung• Quantisierung• Loop Filter• Pre-Processing• Post-Processing• Audio• Time Delay�����+ ���� �+��!���?59:�������� � ���• Kompressionsraten für Video 1:100 bis 1:300 (10*MPEG1)• meist G.728 für Audio (3.4kHz; 16Kbps)• Bandbreite: 128 Kbps (base rate ISDN)

384 Kbps (triple base rate ISDN)

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����������� -������* ��

Bevor die internationalen Videostandards definiert und akzeptiert waren, haben viele Rechnerhersteller eigene Videoformate definiert:

Kennzeichen: Für alle sind Programmier-Toolkits vorhanden! Formate selbst schlecht dokumentiert!

� SUN CELL 8-Bit-CLUT; BlocktrunkationCELL B symmetrische Variante

� SGI SGI movie

� Apple Quicktime haben als �� ��������� � bis heuteBedeutung: Sammlung von Codecs

� Microsoft AVI

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WS 2002/200385Animation und Multimedia10. Kompression und Schnitt© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

!�**�� �����*��� 0��* �� �� �4��������

56���� 7 %8���9A file extension is a generally a three letter suffix to a file name that follows a period. In the file sales.mov, sales is the file name and .mov isthe extension. The extension tells the operating system which program to use to interpret the file.

$GYDQFHG 6WUHDPLQJ )RUPDW��$6)�-Advanced Streaming Format is an MS Windows Media Player file format for audio and video on theInternet or other network. It is a highly flexible and compressed format that contains streaming audio, video, slide shows and synchronizedevents. ASF files are streaming and can therefore begin playing before downloading is complete.

$GYDQFHG 6WUHDP 5HGLUHFWRU �$6;�-Advanced Stream Redirector files are text files used for redirection to MS Windows Media Player ASF files. These files contain media and server information but no actual video or audio. ASX files can be distributed as attachments or links. When you open an ASX file, the file opens the referenced movie in your media player, making it appear as though the entire file has beendownloaded.

$XGLR�9LGHR�,QWHUOHDYHG �$9,�-Audio Video Interleaved is a bitmap-based format for the Windows platform defined by Microsoft. It is themost common format for audio/video data on PC and an example of a de facto (by fact) standard. Raw AVI from video capture is a greatplace to start for compression, but too large for effective use across the Internet.

'LJLWDO�9LGHR��'9�-To process and store video on a computer, it must first be converted to a binary format. Most digital video cameras arecapable of outputting video directly to a hard drive in this format via IEEE 1394 interface. DV is a good format for compression and editingapplication input, but file sizes are too large to deliver effectively over the Internet.

0DFURPHGLD )ODVK�0;�9LGHR��)/9�-This is a Macromedia Flash MX video file in which the video and audio are compressed. When an FLV clip is added to a Flash timeline, the video is not compressed a second time, so the import is considerably less time consuming. FLV filescan be created using Flash with Sorenson Spark or Sorenson Spark Professional (Pro). Spark Pro has the added advantage of being able to batch process entire directories of video to FLV or SWF format for later use at a higher quality and smaller file size than are possible usingthe standard version of Sorenson Spark.

4XLFN7LPH 0RYLH �029�-All QuickTime Movies are associated with the MOV file extension. This extension works on Win95/98/2000/NT/XP, Mac OS Classic and X. It also supports over 200 media types (Photoshop, GIF, JPEG, etc.) in addition to QuickTimemovies. One major advantage of working in the QuickTime environment is its free server.

Apple currently offers two streaming server options. The QuickTime Streaming Server for the Macintosh platform runs on Macintosh Server G4, Power Mac G4, Power Mac G4 Cube, iMac, Macintosh Server G3 or Power Macintosh G3. The open source Darwin Streaming Server, which is available on more platforms than any other server, including Mac OS X 10.1 or later, Red Hat Linux, Solaris 8 (SPARC) and Windows NT Server 4.0/Windows 2000 Server.

WS 2002/200386Animation und Multimedia10. Kompression und Schnitt© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

!�**�� �����*��� 0��* �� �� �4��������

0RYLQJ 3LFWXUH�([SHUWV *URXS��/HYHO����03��-MPEG-4 was defined using the standards for encoding video in a digital compressedformat as specified by the Moving Picture Experts Group (MPEG). It supports video, audio, and system components that are compliant withthe International Organization for Standardization (ISO) MPEG-4 de facto standards. MPEG-4 open standards are a set of specificationsused to build products for production, encoding and delivery of audio/video content over many kinds of networks to a variety of clients such as personal computers, wireless devices, Web browsers and more.

Device manufacturers prefer using MPEG-4 because the open architecture and codec do not lock them into specific formats or players. Instead of having to develop for three or four separate formats, which is logistically difficult and costly, providers can build on the MPEG-4 single format. Remarks: Commercial products: SorensonÎ quicktime

DivX Îwindows media file

5HDO�1HWZRUNV )LOHV��5$��50��5$0�-Real Networks content is software developed by RealNetworks that streams live or pre-recordedaudio/video to a client, such as a Web browser, by decompressing it dynamically so it can be played back in real time. Delivering Real Networks content requires use of RealSystem Server Basic (free), Plus, intranet or Professional software. The RealSystem Server Basic allows for up to 25 concurrent viewers. As your requirement for simultaneous viewers increases, so does server price.

0DFURPHGLD )ODVK�0;��)/$�)LOH�3XEOLVKHG IRU WKH :HE��6:)�-When a Macromedia Flash MX .FLA file is published for the Web, it takeson the SWF extension. While normally associated with vector graphics and audio, Macromedia Flash MX now supports embedded video. An advantage of working with the Flash player is its widespread distribution and the ability to include powerful programming elements usingActionScript. SWF files can either be created individually in Macromedia Flash MX using Sorenson Spark or in bulk as an automatedprocess using the Spark Professional video codec in Sorenson Squeeze for Macromedia Flash MX.

06�:LQGRZV�0HGLD�$XGLR��:0$�-MS Windows Media Audio is an audio codec designed by Microsoft for use with streaming content at CD quality. It is designed to resist data loss that can cause signal degradation and can improve download times for audio.

06�:LQGRZV�0HGLD�)LOH��:09�-This an MS Windows Media file with audio and/or video. It is used to download and play files or streamcontent. The WMV format is similar to the ASF format. See ASF file documentation for more information about its capabilities.

aus http://www.sorenson.com

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!� �$�� ��������+ �"��� �

� preload + play� File Transfer Protokolle, z.B. ftp auf TCP� Bereitstellung im virtuellen Speicher� Qualität unabhängig von Übertragungsrate� Große Bandbreite möglicher Qualitäten

� continous play (streaming)� Stream Protokolle, z.B. rtp auf UDP� Qualität abhängig von Übertragungsrate� Recovering von Blockverlust

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!� ��� ������ �

� wünschenswert z.B. für Videoserver� verschiedene Ziele --> versch. Qualitäten� Konzept:

eine Repräsentation im Server - vom Client ver-schiedene Formate und Qualitäten abrufbar

� äußere Parameter:Framerate, Pixelcount, Subsampling, Quantisierung

� innere Parameter: Kompressionsart und -parameter, u.a. Koeff.-

Quantisierungfixed vs. variable data rate

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WS 2002/200389Animation und Multimedia10. Kompression und Schnitt© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

!� ��� ������ �������� �

Resampling vermeiden!� Zeit:

�Framerate 30 (29,97) - 25 - 24 - variabel� interlaced vs. noninterlaced

� Ort:� square vs. nonsquare Pixel!� für Kompression: Makroblockstruktur beachten�Vielfaches von 32 wünschenswert:

ja: 768*576, (352*288: CIF), (176*144: QCIF), 480*640 (VGA) auch

SVGA und XVGA (Achtung 5:4)

nein: 720 (601-Rate), 486, 648 (NTSC Derivate)

WS 2002/200390Animation und Multimedia10. Kompression und Schnitt© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

9: � ������ � �

� Frameraten:

� Ortsabtastung: zu viele Varianten� oft Cropping� oft Verzerrung akzeptiert (Square vs. NonSq.)

12

12,5 9; 50

15 5: 60

98

Computer variabel, aber ganzzahlige Kopplung mit Refresh wünschenswert!

interlaced

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����� �"������)�������!� �

Unkomprimiert als Computervideo viel zu groß � KompressionViele gebräuchliche Standards, u.a.:

MJPEG z.B. für ProduktionMPEG z.B. für CD-ROM DistributionMPEG 2 eigentlich Distributionsstandard, viele Varianten für

verschiedene Träger-Medien: DVD, terrestrische Ausstrahlung, Kabel, …; aber High-Profile auch für die Produktion

MPEG 4 Internet-Distributionalle Formate haben ihre kommerziellen „Flavors“: sorenson, divX, …aktuell: sehr dynamische Entwicklung

Wichtige Qualitätsklassen: Produktion (insb. schnittfähig � field/frame-Zugriff)Contribution (sendefähig nach Fernsehqualität)Distribution je nach Anwendung und

Distributionskanal sehr verschieden

WS 2002/200392Animation und Multimedia10. Kompression und Schnitt© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

- ������������ ��'���$&!� �$(��������&5(

Einstellung auf Einstellung ergeben eine Geschichte. ���� �������� �������%� Erzählende Montage: ���"�������������������#�"������ Analysierende Montage $���%������&�'���� intellektuelle Montage ����������(���!!��������������� Kontrast-Montage z.B. ������� &����� Analogie-Montage z.B. (��'�)�*���� Parallel-Montage "+���,����������-������-�����+��%�����

��%��������+������������������ "�������!.%��

� Parallelisierende Montage +�������#�������/������������+�������������%��������������� �.��������%��"���������!!��

� Methaphorische Montage (����"���������/����%�

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WS 2002/200393Animation und Multimedia10. Kompression und Schnitt© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

- ������������ ��'���$&!� �$(��������&7(

��� ��������!������$

� ��� �"���� : krass aufeinanderfolgend,

Brüche, wechselnde Bewegungen

� �����"���� : harmonisch,kaum wahrnehmbar

� ��7 �������8�� ��: wird z.B. durch Filmmusik bestimmt

� ���������8�� ��� zerfällt in einzelne Einstellungen, Aufzählungen

� "����2��� ��: aufeinanderfolgende Einstellungen haben scheinbar keine Verbindung � Desorientierung

WS 2002/200394Animation und Multimedia10. Kompression und Schnitt© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

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Bewegungen müssen für denZuschauer immer logisch und nachvollziehbar sein.Bildachse

Ein ungeschickter Standortwechsel kann dazu führen, dass sich das Motiv scheinbar entgegengesetzt bewegt.

Ein neutrales Zwischenbild kann denAchssprung für den Zuschauer nach-vollziehbar und damit akzeptierbar machen

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WS 2002/200395Animation und Multimedia10. Kompression und Schnitt© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

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WS 2002/200396Animation und Multimedia10. Kompression und Schnitt© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

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WS 2002/200397Animation und Multimedia10. Kompression und Schnitt© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

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WS 2002/200398Animation und Multimedia10. Kompression und Schnitt© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

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WS 2002/200399Animation und Multimedia10. Kompression und Schnitt© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

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WS 2002/2003100Animation und Multimedia10. Kompression und Schnitt© Prof. Dr.-Ing. Detlef Krömker

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Produktionspipeline betrachtetmanches detailliertermanches nur am Rand

Ich hoffe, Sie haben etwas gelernt oder auch viel.

Interesse sich weiter zu vertiefen? Wir arbeiten in vier

Technologiegebieten:� Mixed Reality� Teaching und Training� Visualisierung in der Bioinformatik� Semantic Internet

Fokus: Authoring, UI, UsabilityIn wirklich interdisziplinären Teams.Postproduction

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