Description of basic (HD) video features... (IMAI, 2011)

1. (HD) Video
Excerpt
Jürgen Enge
juergen@info-age.net
2011

2. Überblick
• Def. Container & Codices
• Farbräume und ihre Konzeption
• Chroma Subsampling
• HD-Video als komplexes digitales Objekt
– Auflösungen
– Bildraten
– Standards
– Formate

3. Container
Codec Codec
Container & Codices
AVI-Datei Matroska Container PDF-Datei

4. General
Unique ID : 331673359412681835680664841933654024306 (0xF985F728B426AB0D58AF
Complete name : F:hd_videoSintel.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
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

5. General
Complete name : F:hd_videosintel-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%)

6. HSV Kegel
Farbton 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.

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

8. Farbmodell RGB
© copyright Blender Foundation | www.sintel.org

9. 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
Übertragung
Composite oder
S-Video

10. Composite / S-Video (YUV)
Video
Audio
C
Y

11. 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

12. sRGB
Adobe RGB

13. 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 normiert
Y‘PbPr
Analoge Übertragung Y‘CbCr
Y' = 0.2125R + 0.7154G + 0.0721B

14. HDMI
By D-Kuru (Eigenes Werk) [CC-BY-SA-3.0],
via Wikimedia Commons
Aus „High Definition Multimedia Interface“. In: Wikipedia, Die freie Enzyklopädie.

15. Farbmodell Y’CbCr
Y‘
Cb
Cr
© copyright Blender Foundation | www.sintel.org

16. 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‘PbPr
Analoge Übertragung
Y‘CbCr

17. 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

18. Chroma Subsampling
Y'CbCr 4:4:4 (48Byte/16Pixel)

19. Chroma Subsampling
Y'CbCr 4:2:2 (32Byte/16Pixel)
ITU-R BT 601, Digi-Beta

20. Chroma Subsampling
Y'CbCr 4:2:0 (24Byte/16Pixel)
PAL-DV, JPEG, MPEG-1

21. Chroma Subsampling
Y'CbCr 4:1:1 (24Byte/16Pixel)
NTSC-DV

22. 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

23. 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

24. 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)

25. 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

26. DVCPRO
• (1999)
• (1999)
•
•
• (2002)
– 720/60p (960x720), 1080/59.94i
(1280x1080), 1080/50i (1440x1080)
– 4:2:2

27. 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

28. H.264/MPEG-4 AVC
High 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)

29. RGB nach YCoCg
R
0
255
G
0
255
B
0
255
0
255
0
255
0
255
Y‘
Co
Cg
RGB YCoCgCo = R – B
Cg = G – B - Co/2
Y = B + (Co + Cg)/2

30. DCI – Digital Cinema Initiatives
• 2K: 2048x1080 (24Hz, 48Hz)
• 4K: 4096x2160 (24Hz)
• 3x12bit XYZ Farbraum
• Motion JPEG 2000
• <= 16 Audiokanäle (PCM/WAV)
• 3D: 48Hz, abwechselnd

31. XYZ (CIE-Normvalenzsystem), YCxCz
• Definiert durch die Empfindlichkeit der
menschlichen Farbrezeptoren
(Normalbeobachter), 1931
• XYZ – Tristimulus
• Kleine Wertänderungen können grosse Effekte
haben

32. CIE-Normvalenzsystem
RGB
© copyright Blender Foundation | www.sintel.org

33. Lossless
• MJPEG-2000
• HI444P Lossless
• HuffYUV
• CorePNG (Windows only)
• LCL (Windows only)
• Lagarith
• Image Sequence
• Proprietäre Codices
– i.e. Blackmagic lossless codec