Standardizacija in kakovost informacijskih sistemov

1
Standardizacija in kakovost informacijskih
sistemov

• Multimedijski standardi

2
Vsebovalniki (containers)

• Vsebujejo prepletene podatke v vec formatih -
  zvok, slika (video), podnapisi, meta-podatki
• Nacin kodiranja vsebine (kodek) ni nujno
  dolocen z izbiro vsebovalnika
• Audio Video Interleave (.avi)
• zastarel Microsoftov format iz 1992
• veliko overheada pri popularnih kodekih
  (dveurni AVI je 10MB daljši od Matroške)
• težave z B-framei, zvokom z VBR
• v osnovi ne podpira podnapisov
• ni primeren za tocenje (streaming)
• vendar najbolj razširjen, podpirajo ga vsi
  samostojni predvajalniki
• .divx
• le nekoliko izboljšan .avi, brez posebnih
  prednosti

3
Vsebovalniki (containers)

• Advanced Systems Format (.asf)
• Microsoftov format podoben .aviju, primeren za
  tocenje
• Nacelno vsebuje poljuben kodek, pogosto wmv/wma
• Patentiran patent uporabljen proti VirtualDub
• Podpira Digital Rights Management (juhej!)
• Povzetek format, ki se ga je izogibati
• QuickTime (.mov)
• Appleov format, podoben AVIju
• prva razlicica 1991
• format se še razvija
• danes podpira razlicne kodeke, B-frame,
  podnapise, efekte...
• osnova za MPEG-4

4
Vsebovalniki (containers)

• Matroška (.mkv)
• odprt standard
• poljubni kodeki
• tocenje
• podnapisi, poglavja...
• OGG (.ogg)
• odprt
• kodek poljuben, vendar navadno Vorbis (zvok) in
  Theora (video)
• omogoca podnapise

5
Vsebovalniki (containers)

• vsebovalnik MPEG-4 (.mp4)
• Video
• MPEG-4 Part 10 (H.264, AVC)
• MPEG-4 Part 2 (XViD, DivX... ...)
• MPEG-2, MPEG-1 (DVD, satelitska TV)
• AAC, MP3, MP2
• .mpg
• nacelno MPEG-1 za sliko, MP1-MP3 za zvok
• Transport Stream (.ts)
• Eden ali vec tokov (torej vec filmov) v MPEG-2
• vec tokov uporabljajo za satelitsko TV in TV prek
  interneta
• en sam tok se uporablja pri tocenju posnetka s
  spleta
• tok je razdeljen na paketke (Packetized
  Elementary Stream, PES), ki vsebujejo
  meta-informacije cas (potreben za
  sinhronizacijo), program, dodatne informacije
  (EPG...)
• format za prenos po nezanesljivih zvezah
• gledati lahko zacnemo kadarkoli (ne potrebujemo
  headerja z zacetka datoteke)
• po prekinitvi (zaradi napak ali izpada zveze) se
  prenos nadaljuje

6
Vsebovalniki (containers)

• Transport Stream (.ts)

7
Vsebovalniki (Containers)

• DVD Video-object (.vob)
• Doloceni kodeki
• Video MPEG-2
• Zvok AC3, MPA (MP2), PCM
• Podnapisi .sup (subpicture)
• Ce ga preimenujemo v .mpg, dobimo .mpg -)
• (V bistvu gre za MPEG-2 Program Stream.)

8
Stiskanje zvoka

• Principi stiskanja z izgubo psihoakusticni model
• rezanje visokih frekvenc
• rezanje tišjih/preglasnih zvokov
• casovno maskiranje (tišji zvoki tik pred/po
  glasnejšem)
• maskiranje istocasnih bližnjih frekvenc
• Tako delujejo MP3, Ogg, AAC, AC3, ...
• MP3 (alias MPEG-1 Layer 3)
• kodirnik pobira po 576 ali 192 casovnih vzorcev
  in glede na stopnjo stiskanje (bit-rate) izbere,
  katere frekvence bo kodiral in kaj zanemaril
• standard opisuje samo dekoder, ne pa kodirnika
• kvaliteta zvoka je pri enakih nastavitvah odvisna
  od kvalitete kodirnika (Lame, Fraunhofer...)
• (vec na http//www.oreilly.com/catalog/mp3/chapte
  r/ch02.html)
• AAC je podoben, vendar 1024 ali 128 vzorcev, vec
  kanalov...
• AC3 (Dolby Digital) je nekje vmes

9
Kodeki MPEG-1 MPEG-3

• MPEG-1 (1992)
• uporabljen v Video CDjih in Super Video CDjih
• samo neprepleten (non-interlaced) video
  (progressive scan)
• prvotno 1.5 Mbit/s, kasneje do 4 Mbit/s
• v glavnem ga je zamenjal MPEG-2
• ima tri nivoje zvocne kompresije
• znani mp3 je pravzaprav MPEG-1 Audio Layer 3
• mp2 je mp3, ki ne zna izkorišcati redundance med
  kanali in deli na manj frekvencnih pasov, zato je
  potratnejši, a zvestejši
• MPEG-2 (ali H.262, 1994)
• uporabljen v DVD, satelitski in internetni
  televiziji
• dovolj preprost, da omogoca kvalitetno sprotno
  kodiranje
• podpira prepletanje (interlace)
• poljubno hiter (npr. 300 Mbit/s) boljši od
  MPEG-1 nad 3 Mbit/s
• pokrit s 640 patenti 20 podjetij
• MPEG-3
• opušcen, ko so ugotovili, da je mogoce ucinek
  izboljšav doseci z malo modifikacijo MPEG-2

10
Kodeki MPEG-4

• Zbirka standardov (Behemot!)
• Part 1 sinhronizacija in multipleksiranje
• Part 2 video (najpomembnejša Simple Profile,
  Advanced Simple Profile)
• Part 3 avdio
• ...
• Part 10 video (Advanced Video Coding)
• Part 14 vsebovalnik
• ...
• Part 22 Open Format Font Specification
• Ker je tega prevec (vsak del ima kup možnosti),
  so uvedli profile ce predvajalnik podpira
  Simple Profile, mora imeti te in te funkcije
• Patenti nocna mora MPEG-4
• patenti 26 podjetij, predvsem Applea
• obstaja posredniško podjetje, kjer lahko placaš
  vse patente vsem podjetjem hkrati...
• patenti so glavna cokla pri prodoru MPEG-4
• Vecina obicajno uporabljanih kodekov (Div 3,
  DivX, XVid...) je v okviru MPEG-4

11
Delovanje kodekov MPEG-4

• Slika se obravnava v prostoru YCbCr
  (osvetljenost/modra/rdeca) ta barvni prostor
  sicer izvira iz zacetkov barvne televizije, ki je
  morala biti združljiva s crno belo
• Slika je razdeljena na makrobloke velikosti 16x16
  tock za barve in 8x8 za svetlobo(profil 420
  za osvetljenost uporabimo dvakrat toliko bitov
  kot za barvno informacijo)
• Na teh makroblokih se potem izvaja matematika
  (diskretna fourierova transformacija,
  kvantizacija, Huffmanovo kodiranje)
• Trije tipi okvirov (frameov), I, P in B
• I (intraframe) cela slika, stisnjena (z izgubnim
  algoritmom)
• P (forward predictive) slika samo pove, kaj se
  je spremenilo od prejšnje slike (denimo 10
  velikosti I)
• B (bi-directional predictive) pove spremembe v
  primerjavi s prejšnjo in/ali naslednjo sliko
  (npr. 1 )
• I odstranjuje prostorsko redundanco (redundanco
  znotraj slike, intraframe),P in B pa casovno
  redundanco (redundanco med slikame, interframe)
• GOP (Group of Pictures), npr. IBBPBBPBBPBBPBB
  (tipicni DVD)
• Framei morajo biti shranjeni v datoteko v takem
  vrstnem redu, da so framei, na katerih temelji
  B-frame, pred B frameom
• I framei so koristni, ker tam lahko zacnemo
  gledati (oz. je pri montaži tam lahko zacetek
  sekvence)
• na B frameu pri montaži ne moremo koncati
  sekvence (ne da bi na novo kodirali)
• Vse to izvira že iz H.261, ki je osnova MPEG-1

12
(No Transcript)
13
Dodatni triki MPEG-4

• Motion Compensation pogosto se nek del slike ne
  spremeni, temvec premakne (skrajni primer napisi
  na koncu filma). Motion Compensation priredi
  vsakemu bloku vektor premika
• Global Motion Compensation (GMC) upošteva
  premike kamere
• Quarter-Pixel (QPel) kompenzacija premikov se
  racuna z natancnostjo ¼ tocke
• Obicajno samostojni predvajalniki
  (DVD-predvajalniki, ki znajo brati DivX/XVix)
  ne podpirajo GMC in QPel bolj ali manj vsi
  temeljijo na istem Sigminem chipsetu
• Vse našteto je del kodiranja H.263 (ali MPEG-4
  ASP)
• H.263 je v osnovi standard za video prek telefona
• H.263 v bistvu opisuje dekompresijo, ne pa
  kompresije
• DivX3, DivX, XviD, 3ivx, navi, angelpotion...,
  ..., naredijo datoteko, stisnjeno po H.263,
  razlikujejo pa se v postopku stiskanja
• Zato je mogoce film, stisnjen z DivX, nacelno
  gledati z XviD in obratno
• Samostojni predvajalniki v resnici ne podpirajo
  XviD, DivX ipd, temvec samo H.263

14
Zgodovina DivXa

• DivX 3.11alpha je Microsoftov kodek, namenjen
  samo .asf
• Jerome Rota popravi to napako Microsoft je hud
• Taisti Rota ustanovi DivXNetworks, zacne tržiti
  DivX4.0 in pozabi omeniti, da je bil to
  odprtokodni projekt z mnogimi avtorjiostali
  sodelavci so hudi
• Užalošceni ostali sestavijo XVid
• Rotov DivX (takrat že 5.0) se dokoncno zagabi z
  AdWareom (in to najhujšim Gator)
• Danes
• DivX je v verziji 6.0 in nima vec SpyWarea (pa
  tudi uporabnikov ne)
• XVid je odprtokodni in da pri isti dolžini
  datoteke boljšo kvaliteto slike

15
H.264 in VC-1

• H.264 (ali AVC) je izboljšani H.263
• dovoli, da kodek pri stiskanju razbija
  16x16-bloke na še manjše bloke, do 4x4
• cena
• približno dvakrat pocasnejše kodiranje
• samostojni predvajalniki tega standarda (še) ne
  podpirajo
• tudi Pentium lt 1 GHz ima lahko težave pri
  predvajanju
• H.264 je del standardov HD DVD in BluRay ter
  HDTV,torej se bodo kmalu pojavili in pocenili
  predvajalniki
• VC-1 (Windows Media Video 9)
• Alternativa H.264
• Microsoftov kodek (v sodelovanju s 15 drugimi, ki
  si bodo delili zaslužek od patentov)
• Tudi VC-1 je (poleg H.264 in Mpeg-2) kodek v
  BluRay in HD DVD

16
DV

• Kodek iz 1996, ki ga uporabljajo digitalne video
  kamere
• Precej podoben MPEG-2 s samimi I-framei
• podvzorcevanje barv 411
• vsaka slika je stisnjena z diskretno Fourierovo
  transformacijo
• ni odpravljanja casovnih redundanc
• cca 36 MB/s
• v racunalnik navadno prenesemo s FireWire in
  shranimo kot AVI (preden kodiramo naprej)

17
Original
DivX
18
Original
XviD
19
Original
Ateme (AVC)
20
Original
XviD AVC
21
Original
x.264
22
Primerjava kodekov (po kvaliteti slike)

• ASP
• XviD
• DivX
• LMP4
• NeroDigital ASP
• HDX4

• AVC
• 1-2. Ateme, x264
• 3. Elecard
• 4-5. XviD AVC, VP7

http//www.doom9.org/index.html?/codecs-main-105-1
.htm