Motion JPEG

Ha JPEG-gel tömörített képeket 30 kép/s-os sebességgel játsszuk le, akkor videofilmet kapunk. Ezt az eljárást Motion JPEG-nek hívják. Tulajdonképpen az állókép-tömörítés alkalmazása videóra. A Motion-JPEG rendszerben állandónak vesznek néhány olyan tömörítési paramétert, amelyet egyébként állóképek esetében képenként külön-külön optimalizálnak, így tud a rendszer valós időben lépést tartani a videóadatok áradatával. A kiválóan alkalmas bizonyos desktop-video alkalmazások számára, mivel a többitől teljesen függetlenül tömöríti az egyes képeket.

Más a helyzet viszont, ha videoklipet akarunk CD-ROM-on tárolni. Sajnos a Motion JPEG nem kínálja az ehhez szükséges tömörítési arányt, s ami még ennél is súlyosabb gond: nem tudja tömöríteni a hanginformációt. A Motion JPEG ezért alkalmatlan volt arra, hogy betörjön a CD-ROM-ok tömegpiacára. A Motion JPEG harmadik nagy gondja, hogy nincsen általánosan elfogadott szabványa. Ezért a felhasználónak minden esetben tudnia kell, hogy melyik fajta Motion JPEG-t használja. A zenei szabvány hiánya pedig oda vezet, hogy azok az alkalmazók, akik különböző Motion JPEG változatot használnak, nem tudják kicserélni zenei állományaikat. A másodperc egyharmincad részénél kevesebb idő alatt szimmetrikusan tömöríthetők és csomagolhatók ki.

Az MPEG tömörítési szabvány

Az MPEG rövidítés a Motion Pictures Experts Group, vagyis a Mozgóképek Szakértői Csoportja által – ipari szabványnak számító videó tömörítési eljárás elnevezésből származik. A hasonló nevű JPEG-hez annyi köze van, hogy mindketten az ISO ugyanazon alcsoportjához tartoznak.

A videótömörítők piacát az ipari szabványnak számító JPEG és MPEG formátumok uralják. A JPEG állóképek tömörítéséhez használt, széles körben elterjedt eljárás, mely a redundáns képelemeket iktatja ki az egyes képkockákból, vagyis ún. „intraframe” tömörítés. Az alapvető elv a változás megjóslása kockáról kockára, majd DCT (diszkrét koszinusz transzformáció) használata a redundancia megfelelő szervezésére. Az MPEG kódolást jelenleg a videógyártó cégek végzik.

Az MPEG a JPEG-gel azonos eljárással létrehozza az egyes I-képkoc­kákat, azaz a tömörített intraframe-eket, azután az egymást követő kockákból az egyes I-képek vizsgálatával kiiktatja a redundanciát, és csak a különbséget tárolja. Ezt nevezik „interframe” tömörítésnek. Szemben a Motion-JPEG-gel, az MPEG-et kifejezetten a digitális videózáshoz tervezték.

Az MPEG videó algoritmus átlagosan 0.5-1 bit méretűre képes tömöríteni egy eredeti pixelt. Az eredmény minősége egy hétköznapi VHS szalaggal elérhetőnek felel meg. Az MPEG 1 az 1.5 Mbit/s-os sebességű eszközökhöz készült. (Ennyi a hang CD-k és a DAT-ok átviteli sebessége). A képek 24-30 kép/másodperces sebességgel, 352 x 240, ill. 320 x 240-es felbontásban játszhatóak vissza egyszeres sebességű CD-ROM olvasón (150 KB/másodperc). Az MPEG 1 típusú tömörítés, már alkalmas valósi idejű feldolgozásra. Ha a VideoCD forradalmának sikerül kibontakoznia, és ezzel együtt a videokazettát és az ehhez tartozó videómagnókat kiszorítja a lineáris MPEG CD és a VideoCD lejátszó, így az MPEG ára bizonyosan csökkenni fog majd.

Az MPEG 2 a 3-10 Mbit/s sávszélességű eszközökhöz készült. A stúdió-minőségű videót 30 kép/másodperc sebességgel, 704 x 480-as felbontásban képes megjeleníteni. A visszajátszáshoz mindkét MPEG szabvány hardveres támogatást igényel.

Az MPEG 3 20-40 Mbit/sec sebességű eszközökhöz készült. A stúdió minőségű, nagyfelbontású HDTV alkalmazások számára készült. A felbontás akár 1920 x 1080 képpont is lehet.

Az MPEG 4 4,864 Kbit/sec átviteli sebességű eszközökhöz készült. A telefonvonalon történő videoátvitelre fejlesztették ki.

A legtöbb videókonferencia rendszer kitart egy a JPEG-hez és az MPEG-hez hasonlóan nemzetközileg elfogadott tömörítési eljárás mellett. Ez a Px64 (ejtsd: P-szer 64), mely a H.261 (tömörítés és jelvezérlés) és a H.320 (audiovizuális támogatás) jelű protokollokat tartalmazza, és egy, az MPEG alrendszerének tekinthető interframe tömörítési eljárást alkalmaz.

A legújabb MPEG rendszerek már egyharmincad másodpercnél rövidebb idő alatt is képesek a tömörítésre, vagyis megfordítják a tömörítés/ kicsomagolás belső aszimmetriáját.

A JPEG, az MPEG és a Px64 egyaránt a diszkrét koszinusz transzformációnak (DKT) nevezett technikán alapulnak. A DKT-vel tömörített képek kontrasztos határvonalú, nagy zajosságú pixel-blokkoknak tűnnek. Az átlók lépcsőzetesek, a vízszintesek és függőlegesek pedig szellemképesek. Az olyan jellegű, lassan változó, azonos színű széles sávok, mint például egy szélfútta, hullámzó füves mező a felvételen kockás mintázatot adnak, és a videó elmozdulása közben állni látszanak.

XingPlayer

A Xing Technology által kifejlesztett, az MPEG-nek egy rendkívül kisméretű és gyenge képminőséget adó alváltozata. Csak visszajátszáshoz használható –tisztán szoftveres megoldású – MPEG 1 tömörítés.

Az MPEG tehát a videó- és az audiójelek kompressziójának és dekompressziójának szabványos technikáját definiálja. További előnye, hogy a kicsomagolt MPEG adatok lejátszása során információkkal szolgál az audió- és a videójelek szinkronizációja számára. A tömörítés elérheti az 1:100, ill. az 1:200 arányt is.

Az MPEG szabvány annak köszönheti jó teljesítményét, hogy figyelembe vette a hagyományos és a videófilmekre jellemző ismétlődő képszekvenciákat, amelyekben számos képkocka hasonlít az előző, illetve a következő képkockára, sőt sokszor azonos. Az MPEG eltávolítja a képsorozatból a redundáns vizuális információt.

Az AVI Szabvány

Audio Video Interleaved rövidítése a Microsofttól származó állományformátum, melyben a videó és audió információ váltakozva követi egymást. A videó-digitalizálás során a videojelet a videódigitalizáló segítségével raszter alapú képpontokká alakítják. Így ezzel egy időben a hangkártya digitalizálja a képhez tartozó hangot. A két adatállományt AVI állományokban tárolják.

A hanganyagokat Wave alakban, míg a képanyagokat DIB formátumban tartalmazza az AVI állomány.

A szoftveralapú tömörítési eljárások - a vektoros

A Cinepak a vektorkvantálásnak nevezett technikát használja. Az így létrehozott képre a tömbszerűség és a színek poszterhatása jellemző. Az Indeoval ellentétben a Cinepaknak nincs szüksége külön tömörítési kapcsolásra, viszont az eljárás meglehetősen aszimmetrikus: a tömörítés több százszor lassabb, mint a kicsomagolás.

Az Indeonak megvan az az előnye, hogy tömörít, azonban a tömörítéshez egy i750-processzoros kártyára van szüksége, például az Intel PC-re alapozott Smart Video Recorder nevűre. Sajnos a kártya a visszajátszást nem gyorsítja, azonban az Intel már bemutatta az i750-es processzor olcsóbb változatát.

Az i750 felépítése eltér a többi tömörítő eljárásétól, ez ugyanis nagymértékben programozható. A DVI/Indeo mellett érvelők szerint ez a programozhatóság a biztosíték arra, hogy a rendszer rugalmasan alkalmazkodik majd a tömörítési technika fejlődésével járó upgrade-ekhez. Számos videószerkesztő rendszer – egyebek között a Montage, a Touchvision és a New Video – i750 processzorra alapozott DVI videót használ.

A TrueMotion tömörítési eljárás is i750 processzoron futó vektor-kvantálásos rendszer. A tömörítési sebessége ugyan kissé aszimmetrikus – a valós idejű tízszerese –, azonban a négyszeres sebességű CD-ROM lejátszókkal elérhető 600 KB/másodperc lejátszással már stúdió-minőségű videót ad. Az ehhez szükséges munkaállomás ára igen borsos.

A fraktálok és a wavelet

A fraktál-transzformációt (FractalTransform) az Iterated Systems dolgozta ki, az eddig tárgyaltaktól eltérő tömörítési elméleten alapul. A fraktálosan tömörített képekre a lágyságuk mellett az is jellemző, hogy bizonyos részleteket más részletek helyettesítenek, amely a természeti képek esetében rendszerint nem ismerhető fel.

A „wavelet” elnevezés (szószerinti fordításban „hullámocska”) –az Aware fejlesztette ki – matematikai eljáráson alapul. A wavelet eljárással hang is tömöríthető, ezt azután egy tisztán szoftveres kicsomagolási eljárással lehet visszajátszani.

JPEG és MPEG hardveres támogatás

Napjaink nagyteljesítményű tömörítési eljárásainak és a lejátszást elősegítő megfelelő hardvereszközöknek köszönhetően a 90-es évek közepétől a valódi videó betöltötte a számítógép képernyőjét.