Dijital video - Digital video

Dijital video , hareketli görsel görüntülerin ( video ) kodlanmış dijital veriler biçiminde elektronik bir temsilidir . Bu, hareketli görsel görüntüleri analog sinyaller biçiminde temsil eden analog videonun aksinedir . Dijital video, hızlı bir şekilde art arda görüntülenen bir dizi dijital görüntüden oluşur .

Dijital video ilk olarak 1986 yılında, sıkıştırılmamış standart tanımlı bileşen video sinyalini dijital biçimde kaydeden Sony D1 formatı ile piyasaya sürüldü . Sıkıştırılmamış formatlara ek olarak, günümüzde popüler sıkıştırılmış dijital video formatları arasında H.264 ve MPEG-4 bulunmaktadır . Dijital videonun oynatılması için kullanılan modern ara bağlantı standartları arasında HDMI , DisplayPort , Dijital Görsel Arayüz (DVI) ve seri dijital arayüz (SDI) bulunur.

Dijital video, kalitede herhangi bir bozulma olmadan kopyalanabilir ve çoğaltılabilir. Buna karşılık analog kaynaklar kopyalandığında üretim kaybı yaşarlar . Sayısal video gibi dijital medya üzerinde saklanabilir Blu-ray Disc üzerinde, bilgisayar veri depolama veya akış üzerinden internete için son kullanıcılara bir içerik izlemek masaüstü bilgisayar ekranında veya dijital akıllı TV . Bugün, TV şovları ve filmler gibi dijital video içeriği aynı zamanda bir dijital ses müziği içerir.

Tarih

Dijital video kameralar

Temeli dijital video kamera olan metal oksit yarı iletken (MOS) görüntü sensörü . İlk pratik yarı iletken görüntü sensörü, 1969'da fizik alanındaki çalışmaları nedeniyle Nobel Ödülü kazanan Willard S. Boyle tarafından icat edilen şarj bağlantılı cihazdı (CCD). MOS kapasitör teknolojisine dayanmaktadır . 1970'lerin sonundan 1980'lerin başına kadar CCD sensörlerinin ticarileştirilmesinin ardından, eğlence endüstrisi önümüzdeki yirmi yılda yavaş yavaş analog videodan dijital görüntülemeye ve dijital videoya geçmeye başladı . CCD'yi 1990'larda geliştirilen CMOS aktif piksel sensörü ( CMOS sensörü ) izledi . CMOS, küçük boyutları, yüksek hızları ve düşük güç kullanımları nedeniyle faydalıdır. CMOS, günümüzde en yaygın olarak, cihaz için görüntü sansürü olarak kullanılan iPhone'lardaki dijital kameralarda bulunur.

İlk olarak 1986 yılında Sony tarafından geliştirilen bir Betacam SP kamera.

Dijital video kodlama

Dijital video kodlamanın en eski biçimleri 1970'lerde, standart tanımlı (SD) içerik için 45-140 Mbps arasında yüksek bit hızları gerektiren sıkıştırılmamış darbe kodu modülasyonu (PCM) videosuyla başladı . Pratik dijital video kodlama, sonunda bir kayıplı sıkıştırma biçimi olan ayrık kosinüs dönüşümü (DCT) ile mümkün oldu . DCT sıkıştırma ilk tarafından önerilmiştir Nasır Ahmed 1972 yılında ve daha sonra T. Natarajan ve birlikte Ahmed tarafından geliştirilen KR Rao de Teksas Üniversitesi 1980 1973 yılında, DCT dijital standart haline video sıkıştırma .

İlk dijital video kodlama standardı , 1984 yılında (Uluslararası Telgraf ve Telefon Danışma Komitesi) veya CCITT (şimdi ITU-T) tarafından oluşturulan H.120 idi. H.120, zayıf performans nedeniyle pratik değildi. H.120, video kodlaması için yetersiz olan bir sıkıştırma algoritması olan diferansiyel darbe kodu modülasyonuna (DPCM) dayanıyordu . 1980'lerin sonlarında, bir dizi şirket, video kodlama için çok daha verimli bir sıkıştırma biçimi olan DCT ile deneyler yapmaya başladı. CCITT, vektör nicemleme (VQ) sıkıştırmasına dayalı tek bir teklifin aksine, DCT tabanlı video sıkıştırma formatları için 14 teklif aldı . H.261 standardı ilk pratik bir video kodlama standardı haline DCT sıkıştırma dayalı geliştirilmiştir. H.261'den bu yana, DCT sıkıştırması, ardından gelen tüm büyük video kodlama standartları tarafından benimsenmiştir.

Motion Picture Experts Group (MPEG) tarafından geliştirilen MPEG-1 , 1991'de izledi ve VHS kalitesinde videoyu sıkıştırmak için tasarlandı . 1994 yılında DVD ve SD dijital televizyon için standart video formatı haline gelen MPEG-2 / H.262 ile yerini aldı . Bunu 1999 yılında MPEG-4 / H.263 izlemiş, ardından 2003 yılında en yaygın kullanılan video kodlama standardı haline gelen H.264/MPEG-4 AVC izlemiştir .

Dijital video prodüksiyonu

1970'lerin sonundan 1980'lerin başına kadar, dahili işleyişinde dijital olan video prodüksiyon ekipmanı tanıtıldı. Bunlar, zaman tabanı düzelticileri (TBC) ve dijital video efektleri (DVE) birimlerini içeriyordu . Standart bir analog kompozit video girişi alıp dahili olarak sayısallaştırarak çalıştılar. Bu, TBC durumunda olduğu gibi video sinyalini düzeltmeyi veya geliştirmeyi veya bir DVE ünitesi durumunda videoya efekt eklemeyi ve değiştirmeyi kolaylaştırdı. Sayısallaştırılan ve işlenen video bilgisi daha sonra çıktı için standart analog videoya geri dönüştürüldü.

Daha sonra 1970'li yıllarda, örneğin profesyonel video yayını ekipman üreticileri, Bosch (kendi içinden Fernseh bölümü) ve Ampex prototip dijital geliştirilen video kaset kaydediciler kendi araştırma ve geliştirme laboratuvarlarında (GO). Bosch'un makinesi, değiştirilmiş bir 1 inç B tipi video bant aktarımı kullandı ve CCIR 601 dijital videonun erken bir biçimini kaydetti . Ampex'in prototip dijital video kaydedicisi , özel dijital video elektroniği ve özel bir "octaplex" 8 başlı kafa çarkı (normal analog 2" dörtlü makineler sadece 4 kafa kullanır) ile donatılmış, değiştirilmiş bir 2 inçlik dörtlü video kaset VTR (bir Ampex AVR-3) kullandı. Standart 2" dörtlü gibi, geliştiricileri tarafından "Annie" olarak adlandırılan Ampex prototip dijital makinesindeki ses, sesi hala bantta doğrusal izler olarak analog olarak kaydetti. Bu üreticilerin bu makinelerinin hiçbiri ticari olarak pazarlanmadı.

Dijital video ilk olarak 1986 yılında, sıkıştırılmamış standart tanımlı bileşen video sinyalini dijital biçimde kaydeden Sony D1 formatı ile piyasaya sürüldü . Bileşen video bağlantıları 3 kablo gerektiriyordu, ancak çoğu televizyon tesisi, tek bir kablo kullanılarak kompozit NTSC veya PAL video için kablolanmıştı. Bu uyumsuzluk nedeniyle, kayıt cihazının maliyeti, D1 öncelikle büyük televizyon ağları ve diğer bileşen-video özellikli video stüdyoları tarafından kullanıldı.

Şili'de kurulmuş profesyonel bir televizyon stüdyosu.

1988'de Sony ve Ampex , D1 gibi ITU-601 formatında sıkıştırma olmadan dijital olarak video kaydeden D2 dijital video kaset formatını birlikte geliştirdi ve yayınladı . Karşılaştırıldığında, D2, videoyu bileşik biçimde NTSC standardına kodlamak gibi büyük bir farklılığa sahipti, bu nedenle yalnızca bir D2 VCR'ye ve D2 VCR'den tek kablolu bileşik video bağlantıları gerektiriyordu. Bu, o sırada televizyon tesislerinin çoğu için mükemmel bir uyum sağladı. D2, 80'lerin sonu ve 90'lar boyunca televizyon yayın endüstrisinde başarılı bir formattı . D2 aynı zamanda lazer disklerin mastering işlemi için master teyp formatı olarak o dönemde yaygın olarak kullanıldı .

D1 ve D2, sonunda , ağın televizyon stüdyolarına tanıtılan, özellikle Sony'nin Digital Betacam'i olmak üzere, video sıkıştırma kullanan daha ucuz sistemlerle değiştirilecekti . Sıkıştırma kullanmadan dijital video formatları diğer örnekleri AMPEX en idi DCT (1992 yılında tanıtılan bu tür istihdam için ilk), endüstri standardı DV ve MiniDV ve profesyonel varyasyonlar Sony'nin DVCAM ve Panasonic'in DVCPRO ve Betacam SX , daha düşük maliyetli varyantı MPEG-2 sıkıştırma kullanan Digital Betacam .

Betacam'ın yaratıcısı Sony logosu.

Kişisel bilgisayarlarda çalışan ilk dijital video ürünlerinden biri, Providence, RI'daki The Company of Science & Art'tan PACo: The PICS Animation Compiler idi. 1990'dan başlayarak geliştirildi ve ilk olarak Mayıs 1991'de sevk edildi. PACo , CD-ROM'daki tek bir dosyadan (".CAV" dosya uzantılı ) senkronize sesle sınırsız uzunlukta video akışı yapabiliyordu . Oluşturma bir Mac gerektiriyordu ve Mac'lerde, PC'lerde ve Sun SPARCstation'larda oynatma mümkündü .

QuickTime , Apple Computer 'ın multimedya çerçeve Haziran 1991 yılında piyasaya sürüldü Audio Video Interleave gelen Microsoft bilgisayarda okunabilir formata Sayısallaştınlması bir analog video kaynağı gerektiren, 1992. Başlangıç tüketici düzeyinde içerik oluşturma araçları takip ham edildi. İlk başta düşük kaliteli iken, tüketici dijital video kalitesi hızla arttı, ilk olarak MPEG-1 ve MPEG-2 (televizyon iletiminde ve DVD ortamında kullanım için benimsenen) gibi oynatma standartlarının getirilmesi ve DV bandının tanıtımı ile. Bir düzenleme bilgisayarındaki bir FireWire bağlantı noktası kullanılarak formattaki kayıtların doğrudan dijital video dosyalarına aktarılmasına izin veren format . Bu, süreci basitleştirdi ve doğrusal olmayan düzenleme sistemlerinin (NLE) harici oynatma veya kayıt ekipmanı gerektirmeden masaüstü bilgisayarlarda ucuz ve yaygın bir şekilde dağıtılmasına izin verdi .

Dijital videonun ve beraberindeki sıkıştırma formatlarının yaygın olarak benimsenmesi, yüksek tanımlı bir video sinyali için gereken bant genişliğini azaltmıştır ( HDV ve AVCHD ile ve ayrıca tümü standart tanımlı bir analog sinyalden daha az bant genişliği kullanan DVCPRO -HD gibi çeşitli ticari varyantlar ile). ). Bu tasarruflar üzerinde mevcut kanal sayısını artırmıştır kablolu televizyon ve direkt yayın uydu sistemleri için yarattığı fırsatlardan spektrum yeniden tahsis ait karasal televizyon yayın frekansları ve yapılan bantsız kameralar dayalı flash belleğe diğer yenilikler ve verimliliğini arasında olası.

Dijital Video ve Kültür

Kültürel olarak, dijital video, video ve filmin yaygın olarak erişilebilir ve popüler hale gelmesine, eğlence, eğitim ve araştırma için faydalı olmasına izin verdi. Dijital video okullarda giderek yaygınlaşıyor ve öğrenciler ve öğretmenler onu ilgili şekillerde nasıl kullanacaklarını öğrenmeye ilgi duyuyor. Dijital video ayrıca sağlık uygulamalarına da sahiptir ve doktorların bebek kalp atış hızlarını ve oksijen seviyelerini izlemesine olanak tanır.

Buna ek olarak, analogdan dijital videoya geçiş, medyayı çeşitli şekillerde etkiledi, örneğin işletmelerin gözetim için kameraları nasıl kullandığı gibi. Kapalı devre televizyon (CCTV), dijital video kaydedicileri (DVR) kullanmaya geçerek , kanıt toplamak için kayıtların nasıl saklanacağı konusunu gündeme getirdi. Bugün, depolama alanından tasarruf etmek için dijital video sıkıştırılabilir .

Dijital Televizyon

DTV olarak da bilinen Dijital Televizyon , dijital videonun ağlardan tüketicilere üretilmesi ve iletilmesidir. Bu teknik, 1950'lerden önce kullanılan analog sinyaller yerine dijital kodlamayı kullanır. Analog yöntemlerle karşılaştırıldığında, DTV daha hızlıdır ve aktarılacak ve paylaşılacak veriler için daha fazla yetenek ve seçenek sunar.

genel bakış

Dijital video, hızlı bir şekilde art arda görüntülenen bir dizi dijital görüntüden oluşur . Video bağlamında bu görüntülere çerçeve denir . Karelerin görüntülenme hızı , kare hızı olarak bilinir ve kare/saniye (FPS) olarak ölçülür. Her çerçeve dijital bir görüntüdür ve bu nedenle bir piksel oluşumunu içerir . Piksellerin tek bir özelliği vardır, o da renkleri. Bir pikselin rengi, o rengin sabit sayıda biti ile temsil edilir. Daha fazla bit, daha ince renk varyasyonları yeniden üretilebilir. Buna videonun renk derinliği denir .

birbirine geçme

Olarak geçmeli video her çerçeve görüntünün iki yarısı oluşmaktadır. İlk yarı, tam çerçevenin yalnızca tek sayılı satırlarını içerir. İkinci yarı sadece çift sayılı satırları içerir. Bu yarılara ayrı ayrı alanlar denir . Ardışık iki alan tam bir çerçeve oluşturur. Taramalı videonun kare hızı saniyede 30 kareyse alan hızı saniyede 60 alan olur, ancak geçmeli videonun her iki parçası, saniyedeki kare sayısı ve saniyedeki alanlar ayrı sayılardır.

Minnesota'daki Pavek Müzesi'nde yayın yapan bir televizyon kamerası.

Bit hızı ve BPP

Tanım olarak, bit hızı , dijital video akışından gelen bilgi içeriği oranının bir ölçümüdür. Sıkıştırılmamış video durumunda, bit hızı, video kalitesini etkileyen her özellik ile orantılı olduğundan, doğrudan videonun kalitesine karşılık gelir . Bit hızı, video iletirken önemli bir özelliktir çünkü aktarım bağlantısının bu bit hızını destekleyebilmesi gerekir. Bit hızı, videonun depolanmasıyla uğraşırken de önemlidir, çünkü yukarıda gösterildiği gibi video boyutu, bit hızı ve süresiyle orantılıdır. Video sıkıştırma , kalite üzerinde çok az etkisi olurken, bit hızını büyük ölçüde azaltmak için kullanılır.

Piksel başına bit (BPP), sıkıştırma verimliliğinin bir ölçüsüdür. Hiç sıkıştırma içermeyen gerçek renkli bir videonun BPP'si 24 bit/piksel olabilir. Kroma alt örnekleme , BPP'yi 16 veya 12 bit/piksele indirebilir. Her kareye jpeg sıkıştırması uygulamak , BPP'yi 8 hatta 1 bit/piksele düşürebilir. MPEG1 , MPEG2 veya MPEG4 gibi video sıkıştırma algoritmalarının uygulanması , kesirli BPP değerlerinin var olmasına izin verir.

Değişken bit hızına karşı sabit bit hızı

BPP, piksel başına ortalama bitleri temsil eder . Videonun tüm süresi boyunca BPP'yi neredeyse sabit tutan sıkıştırma algoritmaları vardır. Bu durumda, sabit bit hızına (CBR) sahip video çıkışı da alırız . Bu CBR video, gerçek zamanlı, arabelleğe alınmamış, sabit bant genişliğine sahip video akışı (örn. video konferansta) için uygundur. Tüm kareler aynı düzeyde sıkıştırılamayacağından, yüksek karmaşıklıktaki sahneler için kalite daha ciddi şekilde etkilendiğinden, bazı algoritmalar BPP'yi sürekli olarak ayarlamaya çalışır. Karmaşık sahneleri sıkıştırırken BPP'yi yüksek ve daha az zorlu sahneler için düşük tutarlar. Bu şekilde, en düşük ortalama bit hızında (ve buna göre en küçük dosya boyutunda) en iyi kaliteyi sağlar. Bu yöntem , BPP'nin varyasyonlarını izlediği için değişken bir bit hızı üretir .

Teknik Genel Bakış

Standart film stokları genellikle saniyede 24 kare hızında kayıt yapar . Video için iki kare hızı standardı vardır: NTSC , 30/1.001 (yaklaşık 29.97) saniyede kare (saniyede yaklaşık 59.94 alan) ve PAL , saniyede 25 kare (saniyede 50 alan). Dijital video kameralar iki farklı görüntü yakalama biçiminde gelir: geçmeli ve aşamalı tarama . Geçmeli kameralar görüntüyü değişen satır grupları halinde kaydeder: tek sayılı satırlar taranır ve ardından çift sayılı satırlar taranır, ardından tek sayılı satırlar tekrar taranır ve bu böyle devam eder.

Tek veya çift çizgilerden oluşan bir kümeye alan adı verilir ve karşıt eşlikli iki alanın ardışık eşleşmesine çerçeve adı verilir . Aşamalı tarama kameraları, her karedeki tüm satırları tek bir birim olarak kaydeder. Böylece, geçmeli video sahne hareketini aynı kare hızı için aşamalı videodan iki kat daha sık yakalar. Aşamalı tarama genellikle biraz daha keskin bir görüntü üretir, ancak hareket, geçmeli video kadar düzgün olmayabilir.

Dijital video, nesil kaybı olmadan kopyalanabilir; analog sistemlerde kaliteyi düşürür. Ancak, çerçeve boyutu gibi parametrelerdeki bir değişiklik veya dijital formattaki bir değişiklik, görüntü ölçekleme ve kod dönüştürme kayıpları nedeniyle videonun kalitesini düşürebilir . Dijital video, doğrusal olmayan düzenleme sistemlerinde manipüle edilebilir ve düzenlenebilir .

Dijital video, 35 mm filmden önemli ölçüde daha düşük bir maliyete sahiptir. Film stokunun yüksek maliyetiyle karşılaştırıldığında , flash bellek veya sabit disk sürücüsü gibi dijital video kaydı için kullanılan dijital ortamlar çok ucuzdur. Dijital video ayrıca, filmin gerektirdiği pahalı ve zaman alıcı kimyasal işleme gerek kalmadan çekimlerin yerinde izlenmesine olanak tanır. Dijital videonun ağ aktarımı, bantların ve film makaralarının fiziksel teslimatını gereksiz kılar.

Cinemscope kameralarında kullanılan 35 mm film diyagramı.

Dijital televizyon (yüksek kaliteli HDTV dahil ) 2000'li yılların başlarında çoğu gelişmiş ülkede tanıtıldı. Günümüzde modern cep telefonlarında ve video konferans sistemlerinde dijital video kullanılmaktadır . Dijital video, video akışı ve eşler arası film dağıtımı dahil olmak üzere medyanın İnternet dağıtımı için kullanılır .

İnternet üzerinden ve optik disklerde dijital video sunmak için birçok video sıkıştırma türü vardır. Profesyonel düzenleme için kullanılan dijital videonun dosya boyutları genellikle bu amaçlar için pratik değildir ve videonun eğlence amaçlı kullanılması için kodeklerle daha fazla sıkıştırma yapılması gerekir.

2011 itibariyle, dijital video üretimi için gösterilen en yüksek çözünürlük 35 megapikseldir (8192 x 4320). En yüksek hız, kısa süreli kayıtlar için saniyede 1 milyon kareye kadar 1024x1024 video çekebilen endüstriyel ve bilimsel yüksek hızlı kameralarda elde edilir.

Teknik Özellikler

Canlı dijital video bant genişliği tüketir. Kaydedilen dijital video, veri depolamasını tüketir. Gerekli bant genişliği veya depolama miktarı, çerçeve boyutu, renk derinliği ve çerçeve hızı tarafından belirlenir. Her piksel, renk derinliği tarafından belirlenen bir dizi bit tüketir. Bir veri çerçevesini temsil etmek için gereken veriler, görüntüdeki piksel sayısı ile çarpılarak belirlenir. Bant genişliği, bir çerçeve için depolama gereksiniminin çerçeve hızıyla çarpılmasıyla belirlenir. Bir program için genel depolama gereksinimleri daha sonra bant genişliğinin programın süresiyle çarpılmasıyla belirlenebilir.

Bu hesaplamalar sıkıştırılmamış video için doğrudur , ancak sıkıştırılmamış videonun nispeten yüksek bit hızı nedeniyle, video sıkıştırma yaygın olarak kullanılmaktadır. Sıkıştırılmış video durumunda, her kare orijinal bitlerin yalnızca küçük bir yüzdesini gerektirir. Tüm çerçevelerin aynı yüzde ile eşit olarak sıkıştırılmasının gerekli olmadığını unutmayın. Bunun yerine, birlikte alınan tüm kareler için ortalama sıkıştırma faktörünü düşünün .

Arayüzler ve kablolar

Amaca yönelik dijital video arayüzleri

Dijital videoyu taşımak için kullanılan genel amaçlı arayüzler

Aşağıdaki arayüz, MPEG -Transport sıkıştırılmış videoyu taşımak için tasarlanmıştır :

Sıkıştırılmış video, Ethernet üzerinden UDP - IP kullanılarak da taşınır . Bunun için iki yaklaşım mevcuttur:

IP üzerinden video taşımanın diğer yöntemleri

Depolama biçimleri

kodlama

  • CCIR 601 yayın istasyonları için kullanılır
  • MPEG-4 , flash belleğe kaydedilen büyük videoların ve videoların çevrimiçi dağıtımı için iyidir
  • DVD'ler, Super-VCD'ler ve birçok televizyon yayını formatı için kullanılan MPEG-2
  • Video CD'ler için kullanılan MPEG-1
  • H.261
  • H.263
  • Blu-ray Diskler ve bazı televizyon yayın biçimleri için kullanılan MPEG-4 Part 10 veya AVC olarak da bilinen H.264
  • Vikipedi'de video için kullanılan Theora

Bantlar

  • Betacam SX , Betacam IMX , Digital Betacam veya DigiBeta — Sony'nin orijinal Betamax teknolojisine dayalı ticari video sistemleri
  • D-VHSS-VHS'ye benzer bir kasete kaydedilen MPEG-2 formatındaki veriler
    Danimarka yayınlarında kullanılan arşivlenmiş bir B-formatlı video kaseti.
  • D1 , D2 , D3 , D5 , D9 (Dijital-S olarak da bilinir) — çeşitli SMPTE ticari dijital video standartları
  • Digital8Hi8 uyumlu kasetlere kaydedilen DV formatındaki veriler ; büyük ölçüde bir tüketici formatı
  • DV , MiniDV — günümüzün video kaset tabanlı tüketici video kameralarının çoğunda kullanılır; yüksek kalite ve kolay düzenleme için tasarlanmış; ayrıca yüksek tanımlı verileri ( HDV ) MPEG-2 formatında kaydedebilir
  • DVCAM , DVCPRO — profesyonel yayın işlemlerinde kullanılır; DV'ye benzer, ancak genellikle daha sağlam olduğu düşünülür; DV uyumlu olsa da, bu formatlar daha iyi ses işleme özelliğine sahiptir.
  • DVCPRO 50, DVCPRO HD, Panasonic'in DVCPRO'suna kıyasla daha yüksek bant genişliklerini destekler.
  • HDCAM , Sony tarafından DigiBeta'ya yüksek çözünürlüklü bir alternatif olarak tanıtıldı.
  • MicroMV — Çok küçük, kibrit kutusu boyutunda bir kasete kaydedilen MPEG-2 formatındaki veriler; modası geçmiş
  • ProHD — JVC tarafından MPEG-2 tabanlı profesyonel video kameraları için kullanılan ad

diskler

Blu-ray disk, ortam depolama için kullanılan bir optik disk türüdür.

Ayrıca bakınız

Notlar

Referanslar

Dış bağlantılar