MPEG 및 해당 응용 프로그램. 비디오 아트

MPEG와 그 응용

비디오 아트

개념

비디오 데이터는 본질적으로 용량이 매우 큽니다. 이 분야의 전문가들은 수년 동안 비디오 압축을 가능한 한 효율적으로 만드는 작업과 씨름해 왔습니다. XNUMX년대 초반에는 다양한 네트워크를 통해 대량의 비디오를 전송해야 하는 긴급한 필요성으로 인해 품질/용량 비율 측면에서 최적의 비디오 인코딩 방법이 더욱 시급해졌습니다.

MPEG에서 비디오 압축의 개념은 매우 간단합니다. 스트림에서 어떤 종류의 정보가 적어도 일정 기간 동안 반복되는지 확인하고 이 정보의 중복을 방지하기 위한 조치를 취하는 것입니다. 특히 다양한 네트워크를 통한 전송이 편리한 MPEG 인코딩의 가장 큰 장점은 네트워크 대역폭에 따라 화질을 유연하게 조정할 수 있다는 점입니다. 이로 인해 MPEG-2는 다양한 네트워크를 통해 디지털 텔레비전을 수신/전송하기 위한 사실상의 표준이 되었습니다.

불행히도 특정 도구와 측정을 사용하여 코딩 품질을 명확하게 평가할 방법이 없습니다. 여기서 유일한 기준은 사람과 그가 압축된 정보를 인식하는 방법입니다. 따라서 MPEG 인코딩을 위한 비디오 데이터 압축 규칙은 인간의 시각 인식 모델(HVS - Human Visual Sense)을 기반으로 개발되었습니다.

HVS에 따른 이미지 중복성은 세 가지 주요 기준으로 정의됩니다.

육안으로 볼 수 없는 이미지 세부 사항은 수직 및 수평 블랭킹 포인트입니다. 이 정보를 제거해도 이미지에는 전혀 영향을 미치지 않습니다.
통계 중복성. 공간과 시간으로 나뉩니다. 공간 중복성은 인접한 픽셀이 거의 동일한 이미지 영역을 말합니다. 임시 아래 - 이미지의 시간 조각이 변경되지 않습니다.
색상 및 밝기의 중복 - 이미지 세부 사항의 색상 및 밝기의 작은 변화에 대한 인간의 제한된 민감도를 기반으로 계산됩니다.

구현 방법

비디오 데이터 인코딩의 편의를 위해 전체 비디오 스트림은 GOP(Group of Pictures)라는 그룹으로 나뉩니다. 이러한 그룹은 다음과 같이 구성됩니다.

MPEG와 그 응용

Здесь :

I - 일반적으로 앵커라고 하며 이미지에 대한 모든 정보를 포함하는 인트라 프레임. 이러한 프레임이 없는 MPEG 시퀀스는 원칙적으로 존재할 수 없습니다. I 프레임이 압축되면 공간 중복성만 제거됩니다. 이 프레임에서 시퀀스의 이미지 디코딩이 시작됩니다.

P - 예측 프레임. "예측된" 프레임은 다음 프레임의 이미지를 예측하는 방법이 사용되며, 하나가 형성되기 전의 마지막 I 또는 P 프레임으로부터 움직임 보상을 고려합니다. P 프레임은 또한 이미지를 추가로 예측하는 역할을 합니다. P 프레임은 공간적 및 시간적 중복성을 모두 줄이는 프레임간 압축을 사용하여 생성됩니다. 프레임의 그림 P는 다음 그림에서 빼지고 이 차이는 인코딩되어 모션 벡터와 함께 압축된 데이터에 추가됩니다.

B - 양방향, "양방향" 프레임. 주변 I 및 P 프레임에서 가장 중요한 정보를 저장하기 때문에 이름이 붙여졌습니다. B 프레임은 압축률이 가장 높지만 이미지에서 개체의 움직임을 보정하기 위해 이전 및 이후 이미지가 필요합니다.

이러한 MPEG 스트림 구조는 일반적으로 분수 M/N으로 설명되며, 여기서 M은 GOP의 총 프레임 수를 나타내고 N은 이전 프레임 이후의 다음 P 프레임이 무엇인지 나타냅니다. 따라서 위 그림에 표시된 GOP 시퀀스는 12/3로 쓸 수 있습니다.

실제 MPEG 데이터 스트림은 6개의 계층 레벨로 구성됩니다.

블록 - 8x8 이미지 블록의 밝기 및 색상 데이터. 블록은 Y(밝기), CB 및 CR(색상 차이) 값에 대해 분석됩니다.
Macroblock - 이름에서 알 수 있듯이 각각 4x16 픽셀 창에 16개의 간단한 블록으로 구성됩니다. 4:2:0 형식에서 매크로블록은 Y 휘도 데이터 블록 4개와 CB 및 CR 각각 하나씩을 포함합니다.
레이어 - 인접한 여러 매크로 블록을 포함합니다.
프레임 - I, P 또는 B가 될 수 있는 이미지를 포함하는 레이어 그룹으로 구성됩니다.
이미지 그룹(일명 GOP) - 일련의 프레임을 포함합니다. 최대 15개의 프레임을 포함할 수 있으며 반드시 프레임 I부터 시작해야 합니다.
비디오 시퀀스 - 적어도 하나의 GOP와 시퀀스 시작 부분의 제목 및 시퀀스의 종료 코드를 포함해야 합니다.

MPEG 레벨 및 프로필

MPEG 프로필은 압축된 비디오 비트스트림 구조의 하위 집합입니다. 이러한 하위 집합 내에서 스트림 매개 변수의 광범위한 확산과 그에 따른 인코더 및 디코더가 가능합니다.

레벨은 MPEG 스트림 매개변수(예: 출력 이미지 해상도, 프레임 속도 등)에 적용되는 여러 제한 사항을 나타냅니다.

아래 표는 MPEG 레벨 및 프로필의 최대 제한을 보여줍니다.

이 테이블은 특정 레코드 형식의 자주 발생하는 지정이나 인코더 기능에 대한 설명을 이해하기 위해 먼저 필요합니다. 예를 들어 MPEG 레코딩의 특징은 다음과 같습니다.

** 사실 여기에 쓰는 것이 더 정확할 것입니다. PAL - 원본 비디오가 제작된 아날로그 텔레비전 표준의 이름입니다. 실제로 MPEG 필름은 어떤 컬러 텔레비전 시스템에도 속할 수 없습니다. MPEG의 프레임은 단순히 이전 아날로그 이미지의 디지털 표현일 뿐이며 원본 영화의 원래 텔레비전 시스템과도 아무 관련이 없기 때문입니다.

실용

까다로운 독자는 묻습니다. 이 정보가 내 작업에 어떻게 도움이 됩니까? 물론 비디오로 작업하지 않는 사람들에게는 이 정보가 거의 제공되지 않지만 나머지는 실제 작업에 도움이 될 수 있습니다. DV 캠코더 및 비선형 비디오 편집 프로그램으로 작업을 시작한 많은 사용자는 자신의 창작물을 수세기 동안은 아니더라도 적어도 향후 수십 년 동안 저장할 방법에 대해 생각하기 시작했습니다. 이상하게 들릴지 모르지만, 아직 MPEG에 대해 잘 알지 못하는 대부분의 초보자 DV 비디오 편집자들은 프로젝트를 MPEG 형식의 CD에 저장할 계획입니다. MPEG 버전의 DV 영화. 따라서 이 주제에 대해 가장 자주 묻는 질문은 다음과 같습니다.

동영상을 MPEG-2 형식으로 저장한 후 화질이 눈에 띄게 저하되는 이유는 무엇입니까?

여기에는 몇 가지 이유가 있습니다.

이미 압축된 압축 이미지가 디지털 비디오 카메라에서 컴퓨터로 떨어집니다. DV는 본질적으로 JPEG 압축의 특별한 경우입니다. 약간 수정된 JPEG 알고리즘에 따라 압축된 프레임으로 구성된 스트림입니다. DV에서 MPEG의 아이디어(압축 원리는 아님)에서 볼 때 사용되는 유일한 것은 DV에서 압축할 때 한 프레임의 두 필드 정보가 고려된다는 것입니다. 이른바 인트라필드 압축입니다. 따라서 MPEG DV에서 압축하려면 이미지를 먼저 압축 해제한 다음 다시 압축해야 하며, 이는 결코 품질을 향상시키지 않습니다.
이미지 품질 측면에서 압축 설정이 잘못 설정되었습니다.
빠르지만 고품질은 아닌 MPEG 인코더가 사용됩니다.

MPEG-2이기도 하지만 DVD 디스크의 이미지 품질이 매우 높은 이유는 무엇입니까? 집에서도 비슷한 품질을 얻을 수 있습니까?

DVD 디스크의 비디오 품질은 정말 매우 높습니다. 그것은 두 가지 주요 요인으로 설명됩니다. 압축되지 않은 전문가 품질의 비디오는 영화의 MPEG-2 버전을 만들기 위한 소스 비디오 자료로 사용되며, 또한 매우 높은 이미지 코딩 품질을 가진 하드웨어 인코더는 MPEG에서 인코딩하는 데 사용됩니다. -2. 이러한 인코더의 비용은 수만 달러에 이릅니다. 따라서 집에서 DV 영화에서 이러한 품질을 얻는 것은 불가능합니다.

영화를 MPEG로 인코딩하기 전에 지정하라는 매개변수는 무엇을 의미합니까?

그러한 매개변수가 많이 있을 수 있지만 가장 중요한 매개변수에 대해 살펴보겠습니다.

프로필 ID 및 레벨 ID - 위의 표를 참조하십시오.
프레임 간격 - 의미를 이해하려면 일반적으로 I 프레임 사이의 간격이 설정된다는 점에 유의해야 합니다. 이는 실제로 GOP의 크기를 의미하며 이전 프레임 이후의 다음 P 프레임도 무엇인지를 의미합니다. I 프레임 사이의 간격이 길수록 이미지 품질은 떨어지지만 결과 파일의 크기는 작아집니다. 또한 I 프레임 사이의 간격은 15보다 크지 않는 것이 좋습니다.
모션 추정 - 모션 보정. 이 매개변수는 개체의 움직임이 얼마나 정확하게 예측되는지 결정하며 출력 이미지의 품질과 인코딩 시간을 예측하는 데 매우 중요합니다. 값이 클수록 품질은 좋아지지만 인코더 실행 시간이 크게 늘어납니다. 이 매개변수를 설정할 때 최대값이 컴퓨터 프로세서에서 "참을 수 없을" 수 있고 원하는 동영상을 며칠 동안 만들 수 있다는 점을 이해해야 합니다.
프레임 시퀀스는 여러 측면에서 프레임 간격과 유사한 매개변수입니다. 일반적으로 인코딩 유형을 선택할 수 있습니다. I 프레임, I + P 프레임, I, P, B 프레임, P 및 B 프레임의 간격만 선택할 수 있습니다. 인코딩 방법은 최상의 품질이지만 최대 양은 I 프레임에만 인코딩된 다음 각각 I + P 및 I, P, B입니다. 간격 값에 대한 고전적인 입증된 값은 P=입니다. 3 및 B=2. 엄밀히 말하면 DVD는 15/3 구조 또는 IBBBPBBPBBPBBPBB를 사용하는 것이 일반적입니다.
비디오 데이터 속도 - 비디오 스트림 속도. 대량 사용자를 위해 설계된 많은 인코더에서 이것은 인코더 자체가 다른 모든 것을 설정하는 것과 관련된 주요 매개변수입니다. 일반적으로 초당 메가비트로 측정됩니다. 이 값을 설정하고 동영상 재생 시간(초)을 곱하면 전체 파일 크기를 쉽게 구할 수 있습니다.

프로그레시브 스캔 기능이 있는 DV 캠코더가 있습니다. 그런 다음 완성된 동영상을 MPEG 형식으로 저장하고 싶습니다. 일반 인터레이스 또는 프로그레시브로 더 잘 촬영하려면 어떻게 해야 합니까?

MPEG-1의 경우 대답은 분명합니다. 프로그레시브 스캔으로 촬영하는 것이 더 좋으므로 MPEG-1로 압축하면 텔레비전 이미지의 한 필드가 단순히 버려집니다. MPEG-2의 경우 이 질문에 대한 대답은 생성된 MPEG-2 클립을 어떻게 사용할 계획인지에 따라 다릅니다. 컴퓨터에서만 보거나 하드웨어 디코더가 없는 경우 프로그레시브 스캔 촬영을 사용하는 것이 좋습니다. 모션 아티팩트 없이 이미지가 더 선명해집니다. 하드웨어 MPEG-2 디코더가 있고 TV에서 영화를 볼 계획이라면 일반 모드에서 촬영할 때 영화의 물체가 더 부드럽고 자연스럽게 움직입니다. 많은 최신 MPEG-2 인코더를 사용하면 원본 영화의 유형(프로그레시브 또는 인터레이스)을 선택할 수 있습니다. 인터레이스 스캔을 선택하면 필드가 사용되며 하드웨어 디코더에서 비디오 출력으로 출력할 때 원본 이미지가 복원됩니다. 압축 전과 동일한 필드를 사용합니다.

동영상을 즉시 MPEG 형식으로 저장하고 편집하고 싶습니다. 그렇게 하는 것이 가능하고 옳습니까?

물론 저장할 수는 있지만 MPEG 비디오를 편집하는 것은 매우 어렵고 불편합니다. 사실은 MPEG를 편집할 때 조각을 I 프레임으로만 서로 분리할 수 있기 때문에 조각을 프레임으로 정확하게 절단하는 것은 불가능합니다. 그렇지 않으면 참조 프레임이 삭제되고 그 다음 프레임이 저장될 때 이미지가 가독성이 떨어집니다. MPEG을 지원하는 비디오 편집기를 사용하면 프레임 정확도로 편집할 수 있지만 첫 번째 프레임이 아닌 모든 변경 사항이 있으면 전체 GOP가 다시 압축되어 영화 품질에 전혀 영향을 미치지 않는다는 점을 이해해야 합니다. 효과, 전환, 필터의 부과도 실제 프레임의 정확도로는 불가능하므로 예술적 아이디어의 고품질 구현이 불가능할 수 있습니다. 또한 MPEG-2의 경우 이미지 재압축은 DV에 비해 훨씬 더 많은 시간이 소요되며 이를 위해 더 강력한 프로세서가 필요합니다.

이제 MPEG-4 형식은 러시아에서 매우 인기가 있습니다. 영화를 이 형식으로 저장하는 것이 합리적입니까?

MPEG-4 형식은 원래 저속 채널을 통한 비디오 전송을 위해 만들어졌으며 비디오 저장용이 아닙니다. MPEG-4의 이미지 품질은 MPEG-2보다 확실히 떨어지지만 MPEG-1보다는 약간 낫습니다. MPEG-4에서 압축/압축 해제하려면 많은 CPU 시간과 보기가 필요하며 Celeron II 4 이하의 프로세서가 장착된 컴퓨터에서 MPEG-700 형식으로 비디오를 생성하는 것은 더욱 어렵습니다. 기본적으로 MPEG-4는 DVD 디스크에 기록된 원본 MPEG-2 영화를 다시 압축하는 데 사용됩니다. MPEG-4를 사용하면 일반 CD에 XNUMX시간 분량의 동영상을 구울 수 있습니다. 두 가지 주요 이유 때문에 이 형식으로 자신의 영화를 저장하는 것은 의미가 없습니다.

원본보다 화질이 많이 떨어집니다.
DVD 표준과 유사하게 MPEG-4를 디스크에 기록하는 표준은 없습니다.

어떤 MPEG 인코더가 DV 형식을 지원하고 동시에 우수한 품질을 제공합니까?

DV 형식을 지원하는 몇 가지 인기 있는 MPEG 인코더가 있습니다.

TMPEnc Encoder는 MPEG 인코더 자체가 아니라 MPEG 파일을 다중화, 역다중화 및 병합/절단하는 도구로 인기가 있는 프로그램입니다.
Main Concept MPEG Encoder는 Adobe Premiere, Ulead MSP 및 Vegas Video와 같은 인기 비디오 편집기에 내장된 좋은 인코더입니다.
Canopus ProCoder는 틀림없이 최고의 DV 인코더입니다.

저자: Spline Company; 출판: pctuner.ru

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