Perché il video analogico non può essere compresso come il video digitale (esempio all'interno)?


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Sto imparando le basi di segnali analogici e digitali TV e mi sono imbattuto in questo ( link originale , ormai andato) breve articolo (vedi pagina successiva pure).

Perché i segnali video analogici non possono essere compressi in modo simile ai segnali digitali quando si utilizza MPEG-2 (fare riferimento all'articolo sopra in cui forniscono un esempio di base di ciò che ho capito da MPEG-2)? perché i pixel "ripetuti" non possono essere ignorati in analogico per ridurre l'utilizzo della larghezza di banda come in digitale?

Per vedere cosa intendo fare riferimento a questa domanda . Lì puoi trovare la seguente immagine:

Perché non puoi semplicemente "ignorare" (non modulandolo) una linea di pixel (supponendo che non sia cambiato tra i frame) e ridurre la frequenza del segnale dati e quindi l'utilizzo della larghezza di banda?


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Perché analogico non ha alcun mezzo per codificare la ripetizione.
Ignacio Vazquez-Abrams,

Come trasmetteresti le informazioni su quanti pixel ignorare, come ricostruire il segnale, ecc.?
Giovanni D,

@JohnD Ok, mi espanderò un po 'da quello che ho capito.
Formica,

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Sono in qualche modo bloccato nel punto in cui dici "perché non è possibile ignorare i pixel ripetuti in analogico per ridurre ...". Analogico = continuo, non discreto. L'analogo non ha pixel.
woliveirajr,

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Tutti i punti sui limiti dell'elaborazione analogica a parte, la compressione che suggerisci per l'uso analogico è essenzialmente RLE (codifica della lunghezza di esecuzione; circa il tipo di compressione più semplice e meno efficiente). Non è particolarmente adatto per la compressione video, poiché pochi pixel rimangono esattamente gli stessi da un fotogramma all'altro o rispetto ai loro vicini. MPEG-2 e la maggior parte degli altri schemi di compressione video digitale si basano sulla trasformazione discreta del coseno e sulla previsione del movimento, tra gli altri schemi che operano su dati digitali / campionati / digitali.
bcrist,

Risposte:


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Puoi comprimere i video analogici in modo che utilizzino meno larghezza di banda , a scapito della qualità: televisione a scansione lenta . Utilizzato per trasmettere la televisione in diretta dalla superficie della luna, in bianco e nero sfocato. In questi giorni possiamo avere HD a colori dalla superficie di Marte.

Vale la pena esaminare in dettaglio come funzionano le varie tecniche di compressione digitale, ma tutte si basano sulla memorizzazione di frame o bit precedenti del frame corrente e sull'elaborazione in base alla differenza rispetto al frame corrente. Ci sono due motivi per cui non puoi davvero farlo con l'analogico:

  • non c'è accesso casuale , memoria analogica veloce. La linea di ritardo menzionata da Brian Drummond è praticamente l'unica tecnologia pratica per la memoria analogica e ti dà lo stesso segnale alla stessa velocità in un momento futuro.

  • il calcolo analogico è limitato e con perdita di banda. Il prodotto con larghezza di banda limitata consente di limitare la velocità.

Si noti che ogni frame della decodifica HD h264 coinvolgerà centinaia di milioni di singole operazioni aritmetiche. Codifica ancora più operazioni.


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Il segnale TV analogico è stato originariamente progettato per essere decodificato con il minor numero pratico di valvole (tubi). Pertanto circa la metà dello spazio del segnale (30% dell'ampiezza del segnale e quasi il 30% del tempo) è dedicata esclusivamente agli impulsi di sincronizzazione facilmente rilevabili dai circuiti della valvola analogica e le informazioni sull'immagine sono lasciate solo con l'altra metà

Eventuali miglioramenti rispetto a questa specifica originale devono essere implementati in modo compatibile. Pertanto, il segnale di colore viene modulato su un portatore ad alta frequenza che non interrompe il funzionamento del segnale bianco e nero sottostante (sebbene un set B&W davvero buono lo mostri come un modello maculato fine).

Successivamente, altre informazioni (nel Regno Unito, PRESFAX, segnali di test - impulso e barra, una linea di barre di colore, CEEFAX / Televideo e sottotitoli) sono state "compatibilmente" compresse in linee "non utilizzate" nominalmente invisibili durante la sincronizzazione del campo, ma in pratica si potrebbe vedere il motivo a punti in movimento nella parte superiore di uno schermo mal allineato.

La compressione non potrebbe essere implementata in un modo così compatibile ... come memorizzeresti alcune linee di immagine? Ecco una scatola di tubi, fallo! Quando arrivava il colore, una singola linea di segnale di colore a bassa larghezza di banda veniva memorizzata in una linea di ritardo, per i decodificatori PAL della linea di ritardo o SECAM "Sequential Colour con memoria", ma non sarebbe stato abbastanza economico prima della metà 1960. Penso che la linea di ritardo fosse un dispositivo SAW (Surface Acoustic Wave).

In ogni caso, i segnali regolari come il modello di test della barra dei colori sono troppo rari per essere ottimizzati. E se salvassi un po 'di spazio del segnale su una semplice immagine, che cosa faresti? Un segnale complesso come un'immagine più tipica richiede comunque la larghezza di banda completa.


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Oh quali ricordi affascinanti riportano le tue descrizioni :-) Ricordo ancora di essermi meravigliato delle precise relazioni matematiche tra i tassi di sincronizzazione di colore, H e V, e di come l'H è diventato 15734 hz per mantenere bloccate tutte le frequenze e come queste stesse relazioni hanno portato sui primi metodi di scrambling (Aggiungi come crackarli) :-)
Randy

e gli schemi di test sono lì per testare come viene decodificato il segnale, non solo quanto bene funziona lo schermo
maniaco del cricchetto

@Randy Grandi ricordi, LOL. Potrei aver costruito un paio di descrittori in quei giorni ....
John D,

Ho una banca dati Mazda Valve, con circuiti di applicazione per generatori di forme d'onda a scansione di linee e di frame. Ciascuno utilizzava solo 3 dispositivi attivi: un tiratrone T.31 seguito da 2 triodi "speciali" AC / P4 (previsti per funzionare a 1200 V). Quella nota app è datata 1 agosto 1939 ...
Brian Drummond,

Dovrebbe aggiungere, questo era per il sistema di trasmissione della linea 405, che stava spingendo lo stato dell'arte quando è apparso. Stavo lavorando alla BBC a metà degli anni '80 quando l'ultimo trasmettitore della linea 405 fu spento. Un amico ha trascorso mesi prima a ripristinare un display radar "GEE" surplus di guerra (modificato in un classico hack della fine degli anni '40) per guardare l'ultima trasmissione ... su (credo) uno schermo arancione da 7 pollici!
Brian Drummond,

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Un segnale video analogico è fondamentalmente una forma d'onda. È basato al 100% sul tempo e un fotogramma impiega un periodo di tempo specifico per il trasferimento, poiché è la lunghezza dell'onda.

L'onda stessa richiede una certa quantità di larghezza di banda, che è sostanzialmente la quantità di dati contenuta in quell'onda. È possibile ridurre la quantità di larghezza di banda richiesta attraverso varie tecniche di filtraggio.

Il video analogico ha davvero solo il concetto di "ora", il singolo pixel che viene visualizzato in quel momento.

Al contrario, un segnale video digitale è un flusso di dati intercalati. Uno dei flussi secondari è il flusso di immagini. Questo è uno stream basato su frame, in cui ogni frame del video viene trattato come una singola entità. È questo concetto di frame che consente la compressione video. Il video digitale ha il concetto di "questo fotogramma" anziché "questo pixel", quindi può confrontare i pixel vicini in tutte e 3 le dimensioni (non solo le 2 dimensioni su / giù sinistra / destra del fotogramma, ma anche la terza "volta" dimensione, confrontandola con i frame passati e persino futuri).

Un segnale video analogico può essere facilmente convertito in un formato digitale mediante l'uso di un frame grabber. Può quindi essere compresso come qualsiasi altro formato digitale.

Una buona analogia sarebbe l'audio. Confronta una vecchia cassetta audio con un MP3. Quando si suona una cassetta, il nastro si sposta oltre la testina di lettura a una velocità impostata e la testina di lettura converte il magnetismo sul nastro in quel preciso momento nel tempo in un movimento dell'altoparlante.

Al contrario, con un MP3, blocchi di dati (di nuovo, si chiamano frame) e li decodificano in una forma d'onda audio per la riproduzione attraverso l'altoparlante.

(nota: questa è una descrizione ampiamente semplificata e, di conseguenza, è completamente sbagliata;))


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' Il video analogico ha davvero solo il concetto di "ora" - il singolo pixel che viene visualizzato in quel momento. ' È importante. +1.
Transistor,

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Modifica: esistono diversi tipi di ciò che si potrebbe chiamare compressione. Distinguerò la compressione indipendente dal contenuto e la compressione dipendente dal contenuto. La compressione indipendente dal contenuto, ad esempio, ridurrebbe la larghezza di banda del segnale, l'interlacciamento, ecc. Tali tecniche possono essere applicate indipendentemente dal contenuto che viene trasmesso, e in generale riducono in qualche modo la qualità del segnale. La compressione dipendente dal contenuto sarebbe metodi come MPEG-2 che guardano il contenuto di un segnale e rimuovono parti duplicate di un'immagine / suono / ecc. Il miglioramento nell'uso della larghezza di banda dei metodi indipendenti dal contenuto è sempre lo stesso, per i metodi dipendenti dal contenuto dipende dal contenuto del segnale (presupponendo una qualità di uscita fissa). Se ci sono molti duplicati (ad es. Un fermo immagine codificato in MPEG-2) c'è molta riduzione della dimensione dei dati, se non vi è duplicazione (ad es. codifica del rumore casuale), non vi è alcuna riduzione delle dimensioni. In pratica metodi come MPEG-2 garantiscono un dato utilizzo massimo dei dati abbassando la qualità del segnale se non vi è abbastanza duplicazione da utilizzare.

Nel resto di questa risposta prendo in considerazione solo metodi di compressione dipendenti dal contenuto come MPEG.

In linea di principio non c'è motivo per cui un segnale analogico non possa essere compresso. La compressione non era originariamente utilizzata nella tv analogica perché la tecnologia non esisteva ancora, richiede l'elaborazione di hardware che non esisteva e se l'hardware potesse essere creato con la tecnologia del tempo sarebbe stato troppo costoso.

Cambiare il formato del segnale esistente per es. Aggiungere la compressione è problematico perché tutti i ricevitori devono essere cambiati. Questo è fondamentalmente ciò che sta accadendo nel passaggio da analogico a digitale in molti paesi. Se tutti i ricevitori devono essere aggiornati o sostituiti in ogni caso, è possibile modificare il segnale in digitale, che con la tecnologia attuale è più efficiente in termini di costi e larghezza di banda rispetto ai segnali analogici.

Si potrebbe escogitare un modo per aggiungere un qualche tipo di segnale aggiuntivo al segnale analogico esistente, ma se non si desidera aggiornare tutti i ricevitori esistenti, non è possibile rimuovere il segnale analogico esistente e quindi non è possibile ridurre l'utilizzo della larghezza di banda. Il motivo principale per cui i paesi stanno sostituendo le loro trasmissioni analogiche con trasmissioni digitali anziché semplicemente trasmettendo il digitale accanto all'analogico è la quantità limitata di larghezza di banda dello spettro radio disponibile.

Un altro aspetto è che, ad esempio, per non trasmettere una linea di scansione in una trasmissione TV analogica se non è cambiata rispetto al fotogramma precedente, è necessario decidere cosa significa esattamente "non è cambiato". In un segnale digitale i valori dei pixel sono quantizzati, quindi è semplice definire quando una riga di pixel è uguale alla riga precedente. In un segnale analogico non troverai mai i segnali per le due linee di scansione esattamente uguali, quindi avrai bisogno di una soglia di ciò che consideri uguale. Applicando una soglia del genere, quantificate questo aspetto del segnale, quindi siete un piccolo passo avanti verso l'essere digitale.


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Benvenuti in EE.SE. Questa domanda ha quasi tre anni e ha una risposta accettata. Inoltre, la compressione è molto utilizzata nella TV analogica (a colori). Interlacciamento, larghezza di banda ridotta per la banda laterale a colori e YUV anziché RGB sono tutti dovuti a tecniche di compressione analogica.
Winny

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Vero. Stavo prendendo in considerazione la compressione dipendente dal contenuto, ovvero utilizzando meno larghezza di banda se l'immagine non contiene molti dettagli. L'interlacciamento e la larghezza di banda ridotta sono sempre attivi. (E YUV riguarda più la retrocompatibilità con i televisori in bianco e nero, sebbene la compressione della larghezza di banda della parte UV sia la compressione.) I segnali digitali sono anche limitati ad alcuni bit massimi al secondo, ma possono allocare più bit alle parti del schermo che ne ha bisogno.
JanKanis,

Leggi su RGB, larghezza di banda, YUV e TV a colori. Wikipedia ha un eccellente articolo su questo e la compressione analogica.
Winny
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