{"id":54312,"date":"2019-12-23T00:00:00","date_gmt":"2019-12-22T21:00:00","guid":{"rendered":"https:\/\/prohoster.info\/blog\/blog_prohoster\/kak-rabotaet-videokodek-chast-1-osnovy"},"modified":"2020-02-18T14:02:18","modified_gmt":"2020-02-18T11:02:18","slug":"kak-rabotaet-videokodek-chast-1-osnovy","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/prohoster.info\/et\/blog\/news\/kak-rabotaet-videokodek-chast-1-osnovy","title":{"rendered":"Kuidas videokooder t\u00f6\u00f6tab. Osa 1. P\u00f5hikoolitus","gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"text"}]},"content":{"rendered":"

Teine osa: Videokoodri t\u00f6\u00f6p\u00f5him\u00f5tted<\/a><\/noindex><\/h3>\n

Iga rasterpilt v\u00f5ib olla esitatud<\/b> kahem\u00f5\u00f5tmelise maatriksina . Kui r\u00e4\u00e4kida v\u00e4rvidest, saab ideed arendada, arvestades pilti kui<\/b>kolmem\u00f5\u00f5tmelist maatriksit , kus t\u00e4iendavad m\u00f5\u00f5tmed on kasutusel iga v\u00e4rvi andmete salvestamiseks.<\/b>Kui k\u00e4sitleda l\u00f5ppv\u00e4rvi kui kombinatsiooni nn p\u00f5hiv\u00e4rvidest (punane, roheline ja sinine), m\u00e4\u00e4ratleme meie kolmem\u00f5\u00f5tmelises maatriksis kolm tasapinda: esimene punase, teine rohelise ja viimane sinise jaoks.<\/p>\n

Igat punkti selles maatriksis nimetame piksliks (pildi elemendiks). Iga piksel sisaldab teavet iga v\u00e4rvi intensiivsuse kohta (tavaliselt numbrilise v\u00e4\u00e4rtuse kujul). N\u00e4iteks,
\n\"Kuidas<\/a><\/noindex>
\npunane piksel t\u00e4hendab, et selles on 0 rohelist, 0 sinist ja maksimum punast.<\/b> Roosa piksel v\u00f5ib olla loodud kolme v\u00e4rvi kombinatsiooniga. Kasutades numbrivahemikku 0 kuni 255, m\u00e4\u00e4ratletakse roosa piksel kui<\/b> Punane = 255 Roheline = 192<\/b>, Sinine = 203<\/b> ja Artikkel on avaldatud ettev\u00f5tte EDISON toetusel.<\/b>.<\/a><\/noindex><\/p>\n

\"Kuidas<\/a><\/noindex>

\nArendame<\/p>\n

rakendusi videovalve, voogedastuse , samuti tegeleme<\/a><\/noindex>videote salvestamisega kirurgiatoas Alternatiivsed meetodid v\u00e4rvipildi kodeerimiseks<\/a><\/noindex>.<\/p><\/blockquote>\n

Kujutise v\u00e4rvide esitamiseks on olemas mitmeid teisi mudelid. N\u00e4iteks v\u00f5ib kasutada indeksitud v\u00e4rvipaletti, kus iga piksli esitamiseks on vaja vaid \u00fche bait, mitte kolme, nagu RGB mudeli puhul. Selles mudelis on v\u00f5imalik kasutada 2D maatriksit, et esitada iga v\u00e4rvi. See s\u00e4\u00e4stab m\u00e4lu, kuid pakub v\u00e4iksemat v\u00e4rvitoonide vahemikku.<\/h3>\n

\nRGB<\/p>\n

\"Kuidas
\n<\/p>\n

Vaadake allolevat pilti. Esimene n\u00e4gu on t\u00e4ielikult v\u00e4rvitud. \u00dclej\u00e4\u00e4nud on punase, rohelise ja sinise tasandid (vastavate v\u00e4rvide intensiivsus on n\u00e4idatud hallis skaala j\u00e4rgi).<\/h2>\n

N\u00e4iteks vaadake allolevat pilti. Esimene n\u00e4gu on t\u00e4ielikult v\u00e4rvitud. Teised on punased, rohelised ja sinised pinnad (vastavate v\u00e4rvide intensiivsus on n\u00e4idatud halltoone kasutades).<\/p>\n

\"Kuidas
\n
\nN\u00e4eme, et punasetoonid originaalis asuvad samades kohtades, kus on k\u00f5ige eredamad osad teise isiku suhtes. Samas on sinise v\u00e4rvi panus peamiselt n\u00e4htav ainult Mario silmades (viimane isik) ja tema r\u00f5ivastes. Pange t\u00e4hele, kuhu k\u00f5ik kolm v\u00e4rvitasandit annavad k\u00f5ige v\u00e4iksema panuse (k\u00f5ige tumedamad osad piltidel) \u2014 see on Mario vuntsides.<\/p>\n

Iga v\u00e4rvi intensiivsuse s\u00e4ilitamiseks on vajalik teatud hulk bite \u2014 seda m\u00f5\u00f5detakse bitis\u00fcgavusega<\/b>. Oletame, et \u00fche v\u00e4rvitasandi jaoks kulub 8 bitti (vahemik 0 kuni 255). Siis on meil v\u00e4rvis\u00fcgavus 24 bitti (8 bitti * 3 tasandit R\/G\/B).<\/p>\n

Veel \u00fcks omadus pildist on eraldusv\u00f5ime<\/b>, mis v\u00e4ljendab pikslite arvu \u00fches m\u00f5\u00f5tmes. Sageli t\u00e4histatakse seda kui laius \u00d7 k\u00f5rgus<\/b>, nagu alloleval 4x4 pildi n\u00e4itel.
\n\"Kuidas
\n
\nVeel \u00fcks omadus, millega kokku puutume piltide\/ videote t\u00f6\u00f6tlemisel, on kuvasuhe<\/b>, mis kirjeldab tavalist proportsionaalset seost pildi v\u00f5i pikslite laius ja k\u00f5rgus vahel.<\/p>\n

Kui \u00f6eldakse, et kindlal filmil v\u00f5i pildil on m\u00f5\u00f5t 16 korda 9, siis m\u00f5eldakse tavaliselt ekraani kuvasuhte<\/b> (DAR<\/b> \u2014 l\u00fchend Display Aspect Ratio<\/i>). Kuid m\u00f5nikord v\u00f5ivad eraldi piksli vormid olla erinevad \u2014 siis r\u00e4\u00e4gime pikslisuhte<\/b> (PAR<\/b> \u2014 l\u00fchend Pixel Aspect Ratio<\/i>).<\/p>\n

\"Kuidas
\n
\n\"Kuidas<\/p>\n

Koduperenaisele t\u00e4helepanuks: DVD<\/b> vastab DAR 4 x 3<\/b><\/p>\n

Kuigi DVD tegelik resolutsioon on 704×480, s\u00e4ilitab see siiski 4:3 kuvasuhe, kuna PAR on 10:11 (704×10 \/ 480×11).<\/p><\/blockquote>\n

\nJa l\u00f5puks, saame m\u00e4\u00e4ratleda video<\/b> j\u00e4rjestikuna n<\/b> kaadreid aja jooksul mis on lisam\u00f5\u00f5de. Siis on see kaadrisagedus ehk kaadrite number sekundis (<\/b>FPS n<\/b> Frames per SecondKahtlemata on videote vaatamiseks vajalik bitihulk sekundis selle<\/b> \u2014 l\u00fchend edastuskiirus<\/i>).<\/p>\n

\"Kuidas
\n
\nbitrate bitrate = laius * k\u00f5rgus * bitis\u00fcgavus * kaadreid sekundis<\/b> \u2014 N\u00e4iteks, 30 kaadriga sekundis, 24 bitti pikslite kohta, eraldusv\u00f5ime 480x240 vajab 82,944,000 bitti sekundis v\u00f5i 82,944 Mbit\/s (30x480x240x24) \u2014 aga see kehtib vaid juhul, kui ei kasutata mingit tihendamismeetodit.<\/b>.<\/p>\n

Kui edastuskiirus<\/p><\/blockquote>\n

\nN\u00e4iteks, 30 kaadrit sekundis, 24 bitti pikseli kohta ja 480×240 resolutsioon n\u00f5uab 82,944,000 bitti sekundis v\u00f5i 82,944 Mbit\/s (30x480x240x24) \u2014 kuid see kehtib juhul, kui ei kasutata mingeid tihendamismeetodeid.<\/p>\n

, siis nimetatakse seda konstandiks edastuskiirus<\/i>CBR constant bit rate<\/b> (CBR<\/b> \u2014 l\u00fchend p\u00fcsiv bitikiirus<\/i>). Kuid see v\u00f5ib samuti varieeruda, sellisel juhul nimetatakse muutuvate edastuskiirus<\/b> (VBR<\/b> \u2014 l\u00fchend muutuv bitikiirus<\/i>).<\/p>\n

See graafik n\u00e4itab piiratud VBR-i, kui t\u00e4ielikult musta kaadri korral ei kulu liiga palju bitte.<\/p>\n

\"Kuidas
\n
\nAlguses t\u00f6\u00f6tasid insenerid v\u00e4lja meetodi videodispelai kiirusperioodi tajumise kahekordistamiseks ilma t\u00e4iendava ribalaiuseta. Seda meetodit tuntakse v\u00e4lhekseldatud videona<\/b>; \u00fcldiselt saadetakse esimese 'kaadri' ajal pool ekraani ja j\u00e4rgmise 'kaadri' ajal teine pool.<\/p>\n

Praegu toimub stseenide visualiseerimine enamasti progressiivse skaneerimise<\/b>. See on meetod, kus liikuvate piltide kuvamine, salvestamine v\u00f5i edastamine toimub, kus iga kaadri k\u00f5ik read joonistatakse j\u00e4rjestikku.<\/p>\n

\"Kuidas
\n
\nNoh, n\u00fc\u00fcd teame, kuidas pilt esitatakse digitaalsetes vormingutes, kuidas selle v\u00e4rvid on organiseeritud, kui palju bitte sekundis kulutame video n\u00e4itamiseks, kui edastuskiirus on konstantne (CBR) v\u00f5i muutuv (VBR). Oleme tuttavad m\u00e4\u00e4ratud eraldusv\u00f5imega, kasutades m\u00e4\u00e4ratud kaadrisagedust, ning oleme tutvunud paljude teiste m\u00f5istetega, nagu v\u00e4lhekseldatud video, PAR ja m\u00f5ned teised.<\/p>\n

\u00dcksikasjade eemaldamine<\/h2>\n

\nOn teada, et kompressitud videot ei saa normaalselt kasutada. Tund aega 720p eraldusv\u00f5ime ja 30 kaadrit sekundis v\u00f5taks 278 GB. Sellele v\u00e4\u00e4rtusele j\u00f5uame, kui korrutame 1280 x 720 x 24 x 30 x 3600 (laius, k\u00f5rgus, bitid pikslis, FPS ja aja sekundid).<\/p>\n

Kasutamine kaotusevabal kompressioonialgoritmide<\/b>, nagu DEFLATE (kasutatakse PKZIP-is, Gzip-is ja PNG-s), ei tagatud piisavalt v\u00e4hendatud ribalaiust. Peame leidma muid video kompressimise viise.<\/p>\n

Selleks saab kasutada meie n\u00e4gemisv\u00f5ime omadusi. Me eristame heledust paremini kui v\u00e4rve. Video on j\u00e4rjestikuste piltide kogum, mis kordub ajas. \u00dcksikute stseenide vaheliste kaadrite vahe on v\u00e4ike. Peale selle sisaldavad iga kaader palju alasid, mis kasutavad sama (v\u00f5i sarnast) v\u00e4rvi.<\/p>\n

V\u00e4rv, heleduse ja meie silmad<\/h2>\n

\nMeie silmad on heledusele tundlikumad kui v\u00e4rvile. Saate ise seda kinnitada, vaadates seda pilti.<\/p>\n

\"Kuidas<\/p>\n

Kui te ei n\u00e4e, mis on pildi vasakus pooles ruutude v\u00e4rvid A<\/b> ja B<\/b> kui nad on tegelikult samad, siis see on normaalne. Meie aju sunnib meid rohkem t\u00e4helepanu p\u00f6\u00f6rama valguse ja varju erinevustele, mitte v\u00e4rvile. Paremal pool t\u00e4histatud ruutude vahel on sama v\u00e4rvi vaheosa - seega suudame (ehk siis meie aju) kergesti eristada, et seal on tegelikult \u00fcks ja sama v\u00e4rv.<\/p>\n

Vaatame lihtsustatult, kuidas meie silmad t\u00f6\u00f6tavad. Silm on keeruline organ, mis koosneb paljusid osadest. Kuid meid huvitavad peamiselt koonus- ja pulgarakud. Silm sisaldab umbes 120 miljonit pulgarakku ja 6 miljonit koonusrakku.<\/p>\n

Uurime v\u00e4rvi ja heleduse tajumist eraldi silma teatud osade funktsioonidena (tegelikult on asi veidi keerulisem, kuid lihtsustame). Pulgarakud vastutavad peamiselt heleduse eest, samas kui koonusrakud vastutavad v\u00e4rvi eest. Koonusrakud jagunevad kolme t\u00fc\u00fcpi, s\u00f5ltuvalt sisalduvast pigmendist: S-koonusrakud (sinine), M-koonusrakud (roheline) ja L-koonusrakud (punane).<\/p>\n

Kuna meil on palju rohkem pulgakesi (heleduse jaoks) kui koonusrakke (v\u00e4rvi jaoks), v\u00f5ib j\u00e4reldada, et oleme rohkem v\u00f5imelised eristama \u00fcleminekuid tumeduse ja valguse vahel kui v\u00e4rve.<\/p>\n

\"Kuidas
\n<\/p>\n

Kontrastsuse tundlikkuse funktsioonid<\/h2>\n

\nEksperimentaalse ps\u00fchholoogia ja paljude teiste valdkondade teadlased on v\u00e4lja t\u00f6\u00f6tanud mitmeid teooriaid inimn\u00e4gemise kohta. Ja \u00fcks neist nimetatakse kontrastsuse tundlikkuse funktsioonideks<\/b>. Need on seotud ruumilise ja ajaliselt valgustusega. L\u00fchidalt \u00f6eldes r\u00e4\u00e4gime sellest, kui palju on vaja muutusi, enne kui vaatleja neid m\u00e4rkab. Pange t\u00e4hele s\u00f5na \u201efunktsioon\u201d mitmust. See on seotud sellega, et me saame m\u00f5\u00f5ta kontrastsuse tundlikkuse funktsioone mitte ainult mustvalge, vaid ka v\u00e4rvilise pildi suhtes. Nende katsete tulemused n\u00e4itavad, et enamikul juhtudel on meie silmad heleduse suhtes tundlikumad kui v\u00e4rvi suhtes.<\/p><\/blockquote>\n

Kuna on teada, et oleme pildi heledusele tundlikumad, on m\u00f5istlik kasutada seda fakti.<\/p>\n

V\u00e4rvimudel<\/h2>\n

\nOleme veidi aru saanud, kuidas t\u00f6\u00f6tada v\u00e4rviliste piltidega, kasutades RGB-skeemi. On ka teisi mudeleid. On mudel, mis eraldab heleduse v\u00e4rvusest ja see on tuntud kui YCbCr<\/b>. Muide, on ka teisi mudeleid, mis teevad sarnast eraldamist, kuid vaatame ainult seda.<\/p>\n

Selles v\u00e4rvimudelis Y<\/b> \u2014 on heleduse esitamine ning kasutatakse kaht v\u00e4rvikanalit: Cb<\/b> (k\u00fcllastunud sinine) ja Cr<\/b> (k\u00fcllastunud punane). YCbCr saadakse RGB-st, nagu ka vastupidine teisendus on v\u00f5imalik. Kasutades seda mudelit, saame luua t\u00e4isv\u00e4rvilisi pilte, nagu n\u00e4eme allpool:<\/p>\n

\"Kuidas
\n<\/p>\n

Teisendus YCbCr ja RGB vahel<\/h2>\n

\nM\u00f5ned v\u00f5ivad v\u00e4ita: kuidas on v\u00f5imalik saada k\u00f5iki v\u00e4rve, kui roheline ei ole kasutusel?<\/p>\n

K\u00fcsimusele vastamiseks teisendame RGB YCbCr-iks. Kasutame MSE poolt kehtestatud koefitsiiente BT.601<\/b>, mis on soovitatud ITU-R<\/b>. See \u00fcksus m\u00e4\u00e4ratleb digitaalvideo standardid. N\u00e4iteks: mis on 4K? Millised peaksid olema kaadrisagedus, resolutsioon, v\u00e4rvimudel?<\/p>\n

Esiteks arvutame heledus. Kasutame ITU poolt pakutud konstande ja asendame RGB v\u00e4\u00e4rtused.<\/p>\n

Y<\/b> = 0.299R<\/b> + 0.587G<\/b> + 0.114B<\/b> <\/p>\n

P\u00e4rast heleduse saamist lahutame sinise ja punase v\u00e4rvi:<\/p>\n

Cb<\/b> = 0.564(B<\/b> \u2014 Y<\/b>)<\/p>\n

Cr<\/b> = 0.713(R<\/b> \u2014 Y<\/b>) <\/p>\n

Ja me saame ka tagasi teisendada ja isegi roheline v\u00e4rvi YCbCr abil saada:<\/p>\n

R<\/b> = Y<\/b> + 1.402Cr<\/b><\/p>\n

B<\/b> = Y<\/b> + 1.772Cb<\/b><\/p>\n

G<\/b> = Y<\/b> \u2014 0.344Cb<\/b> \u2014 0.714Cr<\/b><\/p>\n

\u00dcldiselt kasutavad ekraanid (monitorid, telerid, ekraanid jne) ainult RGB mudelit. Kuid see mudel v\u00f5ib olla korraldatud erinevalt:<\/p>\n

\"Kuidas
\n<\/p>\n

V\u00e4rvialane subdiskreetimine<\/h2>\n

\nPilti, mis on esitatud heleduse ja v\u00e4rvuse kombinatsioonina, saame kasutada inimeste n\u00e4gemiss\u00fcsteemi suuremat tundlikkust heledusele v\u00f5rreldes v\u00e4rvuse tundlikkusega, kui eemaldame teavet valikuliselt. V\u00e4rvialane subdiskreetimine on meetod, kuidas kodeerida pilte, kasutades v\u00e4rvuse jaoks madalamat resolutsiooni kui heleduse jaoks.<\/p>\n

\"Kuidas<\/p>\n

Kui lubatud on v\u00e4rvuse resolutsiooni v\u00e4hendamine?! Tundub, et juba on olemas m\u00f5ned skeemid, mis kirjeldavad, kuidas t\u00f6\u00f6tada resolutsiooni ja sulandumisega (L\u00f5ppv\u00e4rv = Y + Cb + Cr).<\/p>\n

Need skeemid on tuntud kui subdiskreetimise s\u00fcsteemid<\/b> ja v\u00e4ljendatakse 3:2 suhe \u2014 a<\/b>:x<\/b>:y<\/b>, mis m\u00e4\u00e4ratleb heleduse ja v\u00e4rvuse vahe signaalide v\u00f5tmiste arvu.<\/p>\n

a<\/b> \u2014 standardne horisontaalne v\u00f5tete arv (\u00fcldiselt 4)
\nx<\/b> \u2014 v\u00e4rvuse v\u00f5tete arv esimeses pikseliribas (horisontaalne resolutsioon v\u00f5rreldes a<\/b>)
\ny<\/b> \u2014 v\u00e4rvuse v\u00f5tete muudatuste arv esimese ja teise pikseliriba vahel.<\/p>\n

Erandina on 4<\/b>:1<\/b>:0<\/b>, mis tagab \u00fche v\u00e4rvuse v\u00f5tte igas heleduse 4x4 resolutsiooni plokis.<\/p><\/blockquote>\n

Kaasaegsetes koodekites kasutatavad \u00fcldised skeemid:<\/p>\n