(HD) Video

ExcerptJürgen Enge

juergen@info-age.net2011

Überblick

• Def. Container & Codices

• Farbräume und ihre Konzeption

• Chroma Subsampling

• HD-Video als komplexes digitales Objekt

– Auflösungen

– Bildraten

– Standards

– Formate

Container

Codec Codec

Container & Codices

AVI-Datei Matroska Container PDF-Datei

General

Unique ID : 331673359412681835680664841933654024306 (0xF985F728B426AB0D58AF407185BB6072)

Complete name : F:\hd_video\Sintel.2010.720p.mkv

Format : Matroska

Format version : Version 2

File size : 650 MiB

Duration : 14mn 48s

Overall bit rate : 6 137 Kbps

Encoded date : UTC 2011-04-03 10:24:20

Writing application : mkvmerge v4.0.0 ('The Stars were mine') built on Jun 17 2010 18:47:20

Writing library : libebml v1.0.0 + libmatroska v1.0.0

Video

ID : 1

Format : AVC

Format/Info : Advanced Video Codec

Format profile : High@L4.0

Format settings, CABAC : Yes

Format settings, ReFrames : 11 frames

Codec ID : V_MPEG4/ISO/AVC

Duration : 14mn 48s

Bit rate : 5 500 Kbps

Width : 1 280 pixels

Height : 544 pixels

Display aspect ratio : 2.35:1

Frame rate : 24.000 fps

Color space : YUV

Chroma subsampling : 4:2:0

Bit depth : 8 bits

Scan type : Progressive

Bits/(Pixel*Frame) : 0.329

Stream size : 569 MiB (88%)

General

Complete name : F:\hd_video\sintel-hd.avi

Format : AVI

Format/Info : Audio Video Interleave

File size : 804 MiB

Duration : 14mn 48s

Overall bit rate : 7 599 Kbps

Writing application : MEncoder 2:1.0~rc2-0ubuntu19

Writing library : MPlayer

Video

ID : 0

Format : AVC

Format/Info : Advanced Video Codec

Format profile : Baseline@L4.0

Format settings, CABAC : No

Format settings, ReFrames : 1 frame

Codec ID : H264

Duration : 14mn 47s

Bit rate : 6 000 Kbps

Width : 1 920 pixels

Height : 818 pixels

Display aspect ratio : 2.35:1

Frame rate mode : Variable

Frame rate : 24.000 fps

Color space : YUV

Chroma subsampling : 4:2:0

Bit depth : 8 bits

Scan type : Progressive

Bits/(Pixel*Frame) : 0.159

Stream size : 641 MiB (80%)

Writing library : x264 core 88 r1471 1144615

HSV KegelFarbton H, Sättigung S, Dunkelstufe V

Farbtonskala

RGB Schwarz 0/0/0

RGB Weiss 1/1/1

Erstes Graßmannsches Gesetz:Jeder Farbeindruck kann mit genau drei Grundgrößen vollständig beschrieben werden.

RGB (VGA)

By Hartmut.krummrei (Eigenes Werk) [CC-BY-SA-3.0], via Wikimedia Commons

Farbmodell RGB

© copyright Blender Foundation | www.sintel.org

RGB nach YUV

R

0

255

G

0

255

B

0

255

R

0

1

G

0

1

B

0

1

Y‘

0

1

U

-0,886

0,886

V

-0,701

0,701

RGB RGB normiert YUV

BT.601, Y' = 0.299R + 0.587G + 0.114B

Analoge ÜbertragungComposite oder S-Video

Composite / S-Video (YUV)

Video

Audio

CY

ITU-R Recommendation BT.709

• Auflösung 1080p/1080i

• Quadratische Pixel

• Framerates 60 Hz, 50 Hz, 30 Hz, 25 Hz, 24 Hz

• 8bit Y‘CbCr– 0, 255 Sync

– 1-15 freier Raum z.B. für filter undershoots

– 236-254 freier Raum z.B. für filter overshoots, specular highlights

– 16-235 für Farbwerte (219 Werte)

• Y' = 0.2125R + 0.7154G + 0.0721B

• sRGB Farbraum

sRGB

Adobe RGB

RGB nach BT.709 (Y‘CbCr)

R

0

255

G

0

255

B

0

255

R

0

1

G

0

1

B

0

1

Y‘

0

1

Pb

-0,5

0,5

Pr

-0,5

0,5

Y‘

0

255

Cb

0

255

Cr

0

255

Y‘

Cb

Cr

235

16

235

16

235

16

RGB RGB normiertY‘PbPr

Analoge Übertragung Y‘CbCr

Y' = 0.2125R + 0.7154G + 0.0721B

HDMI

By D-Kuru (Eigenes Werk) [CC-BY-SA-3.0], via Wikimedia Commons

Aus „High Definition Multimedia Interface“. In: Wikipedia, Die freie Enzyklopädie.

Farbmodell Y’CbCr

Y‘Cb

Cr

© copyright Blender Foundation | www.sintel.org

Y‘CbCr nach Y‘PbPr

Y‘

0

1

Pb

-0,5

0,5

Pr

-0,5

0,5

Y‘

0

255

Cb

0

255

Cr

0

255

Y‘

Cb

Cr

235

16

235

16

235

16

Y‘PbPrAnaloge Übertragung

Y‘CbCr

Component Video (Y‘PbPr)

By E3uematsu at ja.wikipedia [CC-BY-SA-3.0], from Wikimedia Commons

By Evan-Amos (Eigenes Werk) [Public domain], via Wikimedia Commons

Chroma Subsampling

Y'CbCr 4:4:4 (48Byte/16Pixel)

Chroma Subsampling

Y'CbCr 4:2:2 (32Byte/16Pixel)

ITU-R BT 601, Digi-Beta

Chroma Subsampling

Y'CbCr 4:2:0 (24Byte/16Pixel)

PAL-DV, JPEG, MPEG-1

Chroma Subsampling

Y'CbCr 4:1:1 (24Byte/16Pixel)

NTSC-DV

Auflösungen

• HDTV– 1280x720, 16:9

– 1920x1080, 16:9

• Digital Cinema– 2K

• 2048×858, 2.39:1

• 1998 x 1080, 1.85:1

– 4K • 4096 × 1714, 2.39:1

• 3996 x 2160, 1.85:1

Bildrate

• HDTV

– 1080i - 60 Halbbilder pro Sekunde

– 1080p - 30 oder 24 Vollbilder pro Sekunde

– 720p - 24, 30, 60 Vollbilder pro Sekunde

• Digital Cinema

– 2K - 24 oder 48 Vollbilder pro Sekunde

– 4K - 24 Vollbilder pro Sekunde

EICTA Logos

Wiedergabegeräte• Aspekt Ratio: 16:9• Auflösung >= 720 Zeilen• Analoger YPbPr Componenteneingang• HDPC Verschlüsselter HDMI oder DVI-D/I Eingang• 720p50, 720p60• 1080i50, 1080i60

Receiver• 720p, 1080i• Codec MPEG-2, MPEG-4• DVB-S und DVB-S2 oder DVB-C• HDPC Verschlüsselter HDMI oder DVI-D Ausgang• Analoger YPbPr Componentenausgang

Wiedergabegeräte• HD ready• Auflösung >= 1920x1080• 1080p60, 1080p50, 1080p24• Pixelgenaue Darstellung von 1080p (kein Overscan)

HDV-HD

• MPEG-TS

• Video MPEG-2 basiert (H.262/MPEG-2 Part 2 )

• Audio MPEG-1 Layer 2

• 8bit

• 4:2:0

• 720p, 1080i, (1080p)

• Media MiniDV, dateibasiert

DVCPRO

• (1999)

• (1999)

•

•

• (2002)

– 720/60p (960x720), 1080/59.94i (1280x1080), 1080/50i (1440x1080)

– 4:2:2

H.264/MPEG-4 AVC

• Constrained Baseline Profile (CBP)

• Baseline Profile (BP)

• Main Profile (MP)

• Extended Profile (XP)

• High Profile (HiP), 8bit, 4:2:0 (BluRay, HDTV)

• High 10 Profile (Hi10P), <=10bit, 4:2:0

• High 4:2:2 Profile (Hi422P), <=10bit, 4:2:2

• High 4:4:4 Predictive Profile (Hi444PP), 4:4:4, <=14bit

• High 10 Intra Profile

• High 4:2:2 Intra Profile

• High 4:4:4 Intra Profile

• CAVLC 4:4:4 Intra Profile

HDV / DVCPRO HD Nachfolge

H.264/MPEG-4 AVCHigh 4:4:4 Predictive Profile (Hi444PP)

• Color subsampling 4:4:4

• Bis zu 14bit pro Sample

• Lossless mode

• RGB Farbraum

• YCoCg Farbraum (Ganzzahl erhaltende RGB Transformation möglich)

RGB nach YCoCg

R

0

255

G

0

255

B

0

255

0

255

0

255

0

255

Y‘

Co

Cg

RGB YCoCgCo = R – BCg = G – B - Co/2Y = B + (Co + Cg)/2

DCI – Digital Cinema Initiatives

• 2K: 2048x1080 (24Hz, 48Hz)

• 4K: 4096x2160 (24Hz)

• 3x12bit XYZ Farbraum

• Motion JPEG 2000

• <= 16 Audiokanäle (PCM/WAV)

• 3D: 48Hz, abwechselnd

XYZ (CIE-Normvalenzsystem), YCxCz

• Definiert durch die Empfindlichkeit der menschlichen Farbrezeptoren (Normalbeobachter), 1931

• XYZ – Tristimulus

• Kleine Wertänderungen können grosse Effekte haben

CIE

-No

rmva

len

zsys

tem

RG

B

© copyright Blender Foundation | www.sintel.org

Lossless

• MJPEG-2000

• HI444P Lossless

• HuffYUV• CorePNG (Windows only)

• LCL (Windows only)

• Lagarith

• Image Sequence

• Proprietäre Codices– i.e. Blackmagic lossless codec