How Video Compression Works

Summary

In diesem Video wird erklärt, wie Video-Streaming dank Videokompression funktioniert. Es wird erläutert, wie Codecs Daten komprimieren und dekodieren, um die Dateigröße zu reduzieren und die Übertragung zu ermöglichen. Dabei werden sowohl intra- als auch inter-frame Kodierungstechniken behandelt, bei denen die Ähnlichkeiten zwischen benachbarten Frames genutzt werden, um die Videoqualität zu bewahren und die Dateigröße zu minimieren. Zudem wird der Einsatz von maschinellem Lernen zur Verbesserung der Kompressionstechniken der Zukunft angesprochen.

Takeaways

• 😀 Video-Kompression ermöglicht es, riesige Datenmengen wie 1080p-Videos effizient zu übertragen.
• 😀 Codecs sind Software, die Daten codiert und decodiert, um sie zu komprimieren und wiederherzustellen.
• 😀 Video-Kompression nutzt sowohl räumliche (intra-frame) als auch zeitliche (inter-frame) Redundanz, um die Dateigröße zu reduzieren.
• 😀 Intra-frame-Codierung reduziert die Größe einzelner Videobilder, indem sie weniger sichtbare Informationen entfernt.
• 😀 Inter-frame-Codierung nutzt die Ähnlichkeiten zwischen aufeinanderfolgenden Frames, um die Dateigröße weiter zu verringern.
• 😀 Block-Motion-Schätzung hilft dabei, sich bewegende Teile eines Videos zu identifizieren und die Veränderung zwischen den Frames effizient zu komprimieren.
• 😀 Motion Compensation (Bewegungskompensation) passt sich an Bewegungen zwischen Frames an, um die Redundanz weiter zu verringern.
• 😀 Residual-Frames speichern die Unterschiede zwischen dem Original-Frame und dem durch Motion Compensation angepassten Frame und sind sehr komprimierbar.
• 😀 Moderne Video-Codecs wie H.264, H.265 und VP9 kombinieren Intra- und Inter-Frame-Codierung, um ein gutes Verhältnis zwischen Kompression und Bildqualität zu erreichen.
• 😀 Die Forschung an Video-Kompressionsmethoden geht weiter, mit Maschinenlernmodellen, die das Potenzial haben, bestehende Codecs zu übertreffen.
• 😀 Obwohl aktuelle Video-Kompressionsmethoden ausgereift sind, könnte eine trainierbare End-to-End-Codierung in Zukunft die Effizienz und Bildqualität weiter verbessern.

Q & A

Wie groß ist eine typische 1080p-Videodatei?

Ein typisches 1080p-Video hat eine Auflösung von 1920x1080 Pixeln, wobei jeder Pixel 24 Bit benötigt. Bei 30 Bildern pro Sekunde ergibt sich eine Datenrate von fast 1,5 Gigabit pro Sekunde.

Wie können so große Videodaten in Echtzeit übermittelt werden?

Die Antwort auf dieses Problem ist die Videokompression, die es ermöglicht, die Datenmenge zu reduzieren, indem nur die wesentlichen Informationen gespeichert werden.

Was ist ein Codec und wie funktioniert er?

Ein Codec ist ein Softwareprogramm, das Daten kodiert und dekodiert. Die Kodierung komprimiert die Daten, um die Speicherung und Übertragung zu erleichtern, während die Dekodierung die Originaldaten so genau wie möglich wiederherstellt.

Wofür werden Codecs außer der Videokompression noch verwendet?

Codecs können auch zur Kodierung und Dekodierung vieler anderer Datentypen verwendet werden, wie z.B. Audiodaten oder Bilddaten.

Wie wird die Kompression bei Bildern und Videos durchgeführt?

Bei der Bildkompression werden redundante Informationen entfernt und unwichtige Details, die für das menschliche Auge weniger sichtbar sind, weggelassen. Diese Technik kann auch auf Video angewendet werden, indem jede Frame einzeln komprimiert wird.

Was ist der Unterschied zwischen Intra-Frame- und Inter-Frame-Kodierung?

Intra-Frame-Kodierung komprimiert jedes einzelne Bild für sich, während Inter-Frame-Kodierung die Ähnlichkeiten zwischen aufeinander folgenden Frames nutzt, um nur die Unterschiede zu speichern, was zu einer höheren Kompression führt.

Wie funktioniert die Blockbewegungsschätzung (Block Motion Estimation)?

Bei der Blockbewegungsschätzung werden benachbarte Blöcke in aufeinander folgenden Frames verglichen, um die Bewegung von Blöcken im Video zu schätzen. Dies hilft, redundante Daten zu eliminieren, indem man nur die Bewegungsvektoren und nicht jedes einzelne Frame speichert.

Was sind Residual-Frames und warum sind sie wichtig?

Residual-Frames speichern die Unterschiede zwischen einem Referenz-Frame und einem Bewegungskompensierten Frame. Sie enthalten weniger Information als vollständige Frames und sind daher stark komprimierbar, was sie sehr effizient für die Speicherung macht.

Warum speichern Codecs nicht einfach die Original-Frames anstatt der Residual-Frames?

Residuen-Frames enthalten viel weniger Daten als vollständige Original-Frames, was ihre Speicherung und Übertragung viel effizienter macht. Sie sind stark komprimierbar und ermöglichen eine viel kleinere Dateigröße.

Welche modernen Video-Codecs sind derzeit weit verbreitet?

Moderne Video-Codecs wie H.264 (MPEG-4 AVC), H.265 (HEVC) und VP9 nutzen fortschrittliche Kompressionsmethoden, die eine hohe Effizienz bei gleichzeitig guter Bildqualität bieten.

Wie entwickeln sich die Video-Kompressionsmethoden weiter?

Forscher experimentieren mit maschinellen Lernmodellen, die das Potenzial haben, die aktuellen Block-basierten Kompressionsmethoden zu übertreffen. Diese Modelle könnten die Bildqualität noch weiter verbessern und gleichzeitig die Dateigröße minimieren.