Liikkuva kuva

Liikkuva kuva tMyn 1

Liikkuva kuva

• Perinteisesti video on tarkoitettu esitettäväksi TV:ssä, jossa kuvan näyttö on aina viimeisessä vaiheessa analogista.

• Videokamerassa objektiivin kautta tuleva valo hajotetaan prismassa kolmeksi eriväriseksi kuvaksi: punainen, vihreä ja sininen, RGB.

• Jokaista kuvaa varten on oma CCD-kenno, joista kameran elektroniikka muodostaa halutunlaisen videosignaalin.

• TV:n kuvaputkella on vastaavasti kolmenlaisia pisteitä (RGB), jotka ryhmässä muodostavat yhden väripisteen, additiivinen värin muodostuminen.


• Vanha kuvasuhde TV:ssä on 4:3, nykyinen kuvasuhde on 16:9

• Välkkymisen estämiseksi televisiokuva piirretään ruudulle 50 kertaa sekunnissa (100 kertaa). Tiedonsiirto-ongelmien ratkaisemiseksi käytetään lomittelua, jossa jokainen tv-ruutu on jaettu kahteen puolikkaaseen. Ensin kuvaruudulle piirretään parittomat juovat ja sitten parilliset juovat. Tällaisia ”kuvanpuolikkaita” esitetään 50 kertaa sekunnissa.

• Suomessa analogisessa ympäristössä oli käytössä PAL-järjestelmä, jossa televisiokuvassa oli 625 juovaa. Näistä näkyvissä oli 575 kappaletta.


• Digitaalivideossa juovaluku on pyöristetty 576:een, koska luku on jaollinen kahdeksalla ja sopii näin paremmin tietokoneen käsiteltäväksi.

• Tietokonenäytöt eivät käytä lomittelua vaan ne piirtävät kuvan kokonaisena, progressiivisesti.

• Progressiivisessa esitystavassa juovat piirtyvät järjestyksessä ylhäältä alas.

• Yleinen päivitystaajuus on esim. 75 kuvaa sekunnissa.


• Editointiyksiköissä käytetään kolmea erilaista kuvasignaalia kuvan tallentamiseen tai siirtoon laitteelta toiselle, kuva 1. Nämä muodot ovat

– RGB-signaali– Komponenttisignaali– Komposiittisignaali

• Esitellään joitakin ominaisuuksia kustakin signaalityypistä.


Kuva 1. Kuvanauhureissa ja editointiyksiköissä käytettävät kuvasignaalit.

R

B

G

RGB Komponentti Y/C Komposiitti

Komposiitti

Y

C

Y

R-Y

B-Y


RGB-signaali

• Signaali muodostuu kolmesta erillisestä kuvasta, jotka yhdistämällä saadaan aikaan yksi värikuva.

• RGB-signaalia käytetään yleensä laitteiden sisällä tapahtuvaan tiedonsiirtoon, käytetään kolmea johdinta.

• Signaali sisältää kaiken sen informaation, jonka kameran CCD-kennot ovat tallentaneet.

• RGB-järjestelmä ei kuitenkaan ole yhteensopiva vanhan mustavalkojärjestelmän kanssa.

• Lisäksi kolmen erillisen kuvan käsittely ja siirto vaatii suuren kaistanleveyden.


Komponenttisignaali, Component signal

• Ammattilaisten videotuotantojärjestelmissä käytetään komponenttisignaalia.

• Mustavalkosignaali (Y) ja kaksi värierosignaalia (B-Y ja R-Y) pidetään erillään läpi koko kuvaus- ja editointivaiheen.

• Värierosignaaleista käytetään myös lyhenteitä ja .

• Siirtoon käytetään kolmea johdinta.• Vasta kun kuva lähetetään tai kopioidaan, se

muutetaan komposiittimuotoon.

bC rC


• Tällä menettelyllä saavutetaan yhteensopivuus mustavalkojärjestelmän kanssa, koska mustavalkosignaali Y kulkee omaa johdintaan pitkin.

• RGB-signaali muutetaan analogiseksi komponenttisignaaliksi yhdistämällä R:n, G:n ja B:n sisältämä luminanssitieto (mustavalkoinen kuva) yhdeksi luminanssisignaaliksi Y. Väri-informaatio tallennetaan kahden värierosignaalin avulla R-Y ja B-Y.

• Analogista komponenttisignaalia voidaan kutsua myös YUV-signaaliksi. Y on luminanssi, ja U ja V ovat redusoituja värierosignaaleja.


Komposiittisignaali, Composite signal

• Yleisin kuvasignaali on komposiittisignaali.• Se muodostuu luminanssisignaalista Y ja

krominanssisignaalista (väri-informaatio) C.• Krominanssisignaalissa yhdistyvät

komponenttisignaalit ja yhdeksi signaaliksi.• Komposiittisignaali muodostetaan mustavalkokuvasta

Y, jonka päälle asetetaan kaksi värierosignaalia, ja .

• Näin kuva saadaan kulkemaan yhtä kaapelia pitkin seuraavalle laitteelle.

bC

bC

rC

rC


• Videosignaalista digitoidaan erikseen luminanssi- ja värierosignaalit.

• Näytteenottotaajuus ja kvantisointi ilmaistaan Y -muodossa esim. DigiTV-ympäristössä.

• Esim. ammattilaistason videolaitteet käyttävät 4:2:2-enkoodausta videon digitointiin. Tämä tarkoittaa sitä, että jokaista kahta vaakasuuntaista luminanssi-näytepistettä Y kohti on yksi - ja -näytepiste.

• Tällaisessa tapauksessa näytteenottotaajuus on (CCIR 601) luminanssisignaalille 13.5 MHz ja kummallekin värierosignaalille 6.75 MHz. Näytepisteiden määrät ovat silloin 720 ja 360 pistettä.

bC rC

bC rC


Kompressointi

• Yleensä videosignaali on pakattu jollakin menetelmällä, jotta sen lähettäminen, nauhoittaminen tai tallentaminen olisi teknisesti helpompaa.

• Kompressiosuhde ilmoittaa kompressoimattoman materiaalin sisältämän informaatiomäärän verrattuna kompressoituun materiaaliin.Kaksi päämenetelmää: tietoa hävittämätön menetelmä (lossless) tai tietoa hävittävä menetelmä (lossy).


• Lossless-menetelmällä kompressoitu tieto on mahdollista palauttaa alkuperäiseen muotoonsa.

• Käytetään grafiikan ja vakakuvien kanssa.• Lossy-menetelmällä alkuperäistä kuvaa ei voida

palauttaa täysin samanlaisena.• Lossy-kompressointimenetelmät perustuvat silmän

rajalliseen erottelukykyyn värimuutoksien ja liikkeen suhteen.

• Käytetään videokuvan pakkaamiseen.


Kompressointitekniikat

• Yksittäisen kuvan sisällä tapahtuvaa kompressointia kutsutaan intraframe-kompressioksi.

• Esimerkkeinä menetelmistä JPEG ja M-JPEG.• Interframe-kompressoinnissa tarkkaillaan

peräkkäisten ruutujen muutoksia toisiinsa nähden.• Jos kuva-alueella on kohtia, jotka säilyvät

muuttumattomina useiden ruutujen ajan, voidaan uusien ruutujen piirrossa käyttää hyväksi edellisen ruudun sisältämää informaatiota


• Vastaavasti kohteen liikkuessa kovalla vauhdilla ei silmä pysty erottamaan yksityiskohtia kovin hyvin, joten kaikkea väri-informaatiota ei ole tarpeen toistaa tarkasti.

• Interframe-kompressiossa tallennetaan tietyin välein avainkehyksiä (keyframe), jotka sisältävät informaation koko kuva-alasta. Seuraaviin ruutuihin (delta frame) tallennetaan ainoastaan muutokset keyframeen verrattuna.

• Mitä vähemmän muutoksia on, sitä tehokkaampi kompressiosuhde saavutetaan.

• Interframe-kompressiota käyttää esim. MPEG-formaatti.


M-JPEG, Motion JPEG

• Perustuu valokuvien pakkaukseen tarkoitettuun JPEG-tekniikkaan.

• On yleisesti käytössä videoeditoinnissa.• Yksittäisten ruutujen tallennustilaa pienennetään

DCT-muunnoksella.• Lopputulos on kelvollista vielä 5:1-

kompressiosuhteella


MPEG, Motion Picture Experts Group

• MPEG on joukko määrityksiä liittyen alueeseen ”Coding of Moving Pictures and Associated Audio” .

• Tarkoitettu digitaaliseen median tallentamiseen ja lähettämiseen.

• Video näytteistetään Y -muodosta.• MPEG-1 (Nov 1992) määrittelee liikkuvan kuvan

pakkaamista CD-levylle ja videon esittämisen tietokoneella verkon kautta.

• Vaadittu siirtonopeus on 1.5 Mbit/sek.

bC rC


• MPEG-2 eli ITU-T Suositus H.262, ”Generic Coding of Moving Pictures and Associated Audio” (Marraskuu 1994).

• Laajentaa ja monipuolistaa huomattavasti MPEG-1 -määrityksiä digitaalisen median lähettämiseen ja tallentamiseen.

• MPEG-2 tukee Digi-TV -lähetysten eri muotoja.• Vaadittu siirtonopeus on 2-20 Mbit/sek.• Kuvataan seuraavaksi yksinkertaisesti MPEG-2

perusideoita:


• Analoginen videosignaali näytteistetään komponenttisignaalimuodosta..

• Peräkkäisten kuvien muutokset tallennetaan.• MPEG sisältää kolmenlaisia videoruutuja:• I-ruudut (Intracoded pictures), jotka pakataan DCT-

menetelmällä. I-ruudut sisältävät kaikkein eniten informaatiota.

• P-ruudut (Predictive pictures), jotka sisältävät kuvassa tapahtuneen muutoksen verrattuna edelliseen I-ruutuun.


• B-ruudut (Bidirectionally interpolated pictures), joita verrataan edelliseen I-ruutuun sekä tulevaan P-ruutuun.

• I-ruutuja on noin 11-15 ruudun välein sekä aina kun tapahtuu kuvan vaihdos.

• P-ruutuja sijoitetaan tarpeellisin väliajoin. P-ruutu on interframe-koodattu, eli se tarvitsee aina edellisen I- tai P-ruudun informaatiota.


• P-ruutujen avulla ilmaistaan liikkuvassa kohteessa tapahtunut muutos, liikevektorilla ilmaistaan liikkeen suunta ja nopeus.

• B-ruudut sijoittuvat I- ja P-ruutujen väliin. Ne sisältävät tietoa liikkeestä täydentäen P-ruutujen informaatiota.

• B-ruutuja verrataan aina sekä edeltäviin että seuraaviin ruutuihin, ja koska niiden palauttamisessa käytetään interpoloivaa koodausta, voidaan niitä kompressoida eniten.


• Ruutuja ei kannata lähettää esitysjärjestyksessä, koska B-ruudut vaativat aina tietoa molemmista suunnista. Tästä syystä ruudut lähetetään järjestyksessä I, P ja B.

• Vastaanottavalta laitteelta edellytetään riittävän suurta puskurointia.

• MPEG-2 –formaattia käytetään digitaalisissa tv-lähetyksissä. CCIR 601 –standardin mukaisesti kuvakoko on 720*576 pikseliä. Näytteistys tapahtuu suhteessa 4:2:2 tai 4:2:0.

Liikkuva kuva

Documents