Tại sao video tương tự không thể được nén như video kỹ thuật số (ví dụ bên trong)?

Tôi đang học những điều cơ bản của tín hiệu analog và truyền hình kỹ thuật số và tôi đi qua đây ( link gốc , bây giờ đi) bài viết ngắn (xem trang tiếp theo cũng).

Tại sao tín hiệu video tương tự không thể được nén theo cách tương tự với tín hiệu số khi sử dụng MPEG-2 (tham khảo bài viết ở trên nơi chúng đưa ra một ví dụ cơ bản về những gì tôi hiểu về MPEG-2)? tại sao các pixel "lặp lại" không thể bị bỏ qua trong tương tự để giảm mức sử dụng băng thông như trong kỹ thuật số?

Để xem những gì tôi có nghĩa là tham khảo câu hỏi này . Ở đó bạn có thể tìm thấy hình ảnh sau đây:

Tại sao bạn không thể "bỏ qua" (bằng cách không điều chỉnh nó) một dòng pixel (giả sử nó không thay đổi giữa các khung) và giảm tần số tín hiệu dữ liệu và do đó sử dụng băng thông?

Bạn có thể nén video analog để nó sử dụng ít băng thông hơn , với chi phí chất lượng: truyền hình quét chậm . Được sử dụng để truyền hình trực tiếp từ bề mặt của mặt trăng, trong đơn sắc mờ. Ngày nay chúng ta có thể có màu HD từ bề mặt Sao Hỏa.

Thật đáng để xem các kỹ thuật nén kỹ thuật số khác nhau hoạt động chi tiết như thế nào, nhưng tất cả đều dựa vào việc lưu trữ các khung hoặc bit trước của khung hiện tại và tính toán dựa trên sự khác biệt so với khung hiện tại. Có hai lý do bạn không thể thực sự làm điều này với analog:

• không có truy cập ngẫu nhiên , nhanh, bộ nhớ tương tự. Dòng trì hoãn được đề cập bởi Brian Drumond là công nghệ thực tế duy nhất cho bộ nhớ analog và nó cung cấp cho bạn tín hiệu tương tự ở cùng tốc độ tại một thời điểm trong tương lai.

• tính toán tương tự bị giới hạn băng thông và mất mát. Sản phẩm băng thông đạt được giới hạn mức độ bạn có thể tăng tốc độ.

Lưu ý rằng mỗi khung hình giải mã HD h264 sẽ liên quan đến hàng trăm triệu hoạt động số học riêng lẻ. Mã hóa hoạt động thậm chí nhiều hơn.

Tín hiệu TV analog ban đầu được thiết kế để được giải mã với số lượng van (ống) thực tế nhỏ nhất. Do đó, khoảng một nửa không gian tín hiệu (30% biên độ tín hiệu và gần 30% thời gian) chỉ dành riêng cho các xung đồng bộ hóa có thể dễ dàng phát hiện bằng mạch van analog và thông tin hình ảnh chỉ còn lại một nửa

Bất kỳ cải tiến nào so với thông số ban đầu này phải được thực hiện theo cách tương thích. Do đó, tín hiệu màu được điều chế trên sóng mang tần số cao, không làm gián đoạn hoạt động của tín hiệu đen trắng bên dưới (mặc dù bộ B & W thực sự tốt sẽ hiển thị dưới dạng mẫu lốm đốm mịn).

Sau đó, các thông tin khác (ở Anh, PRESFAX, tín hiệu thử nghiệm - xung và thanh, một dòng thanh màu, CEEFAX / Teletext và chú thích đóng) đã được "nén" thành các dòng "không sử dụng" vô hình trong quá trình đồng bộ hóa trường, nhưng trong thực hành bạn có thể thấy mô hình chấm di chuyển ở phía trên của màn hình được căn chỉnh kém.

Nén không thể được thực hiện theo cách tương thích như vậy ... làm thế nào bạn sẽ lưu trữ một vài dòng hình ảnh? Đây là một hộp ống, có nó! Khi màu xuất hiện, một dòng tín hiệu màu băng thông thấp được lưu trữ trong một dòng trễ, cho bộ giải mã PAL dòng trễ hoặc SECAM "Sequential Color with Memory", nhưng nó không đủ rẻ trước giữa Những năm 1960. Tôi nghĩ rằng dòng trì hoãn là một thiết bị SAW (Surface Acoustic Wave).

Trong mọi trường hợp, các tín hiệu đều đặn như mẫu thử nghiệm thanh màu của bạn là quá hiếm để có thể tối ưu hóa. Và nếu bạn đã lưu một số không gian tín hiệu trên một bức ảnh đơn giản, bạn sẽ làm gì với nó? Một tín hiệu phức tạp như một bức tranh điển hình hơn cần băng thông đầy đủ.

Một tín hiệu video tương tự về cơ bản là một dạng sóng. Nó dựa trên 100% thời gian và một khung hình sẽ mất một khoảng thời gian cụ thể để truyền, vì đó là thời gian của sóng.

Bản thân sóng chiếm một lượng băng thông nhất định, về cơ bản là có bao nhiêu dữ liệu được giữ trong sóng đó. Có thể giảm lượng băng thông cần thiết thông qua các kỹ thuật lọc khác nhau.

Video tương tự chỉ thực sự có khái niệm "bây giờ" - pixel duy nhất đang được hiển thị tại thời điểm đó.

Ngược lại, tín hiệu video kỹ thuật số là luồng dữ liệu xen kẽ. Một trong những luồng phụ là luồng hình ảnh. Đây là luồng dựa trên khung, trong đó mỗi khung hình của video được coi là một thực thể riêng lẻ. Đây là khái niệm về các khung cho phép nén video. Video kỹ thuật số có khái niệm "khung này" chứ không phải "pixel này", do đó, nó có thể so sánh các pixel lân cận ở cả 3 chiều (không chỉ 2 chiều lên / xuống trái / phải của khung, mà còn cả "lần thứ ba" kích thước, so sánh với quá khứ, và thậm chí cả tương lai, khung hình).

Tín hiệu video tương tự có thể dễ dàng chuyển đổi thành định dạng kỹ thuật số thông qua việc sử dụng bộ lấy khung. Sau đó, nó có thể được nén giống như bất kỳ định dạng kỹ thuật số khác.

Một sự tương tự tốt sẽ là âm thanh. So sánh một băng âm thanh cũ với MP3. Khi bạn đang phát một băng cassette, băng sẽ di chuyển qua đầu đọc ở tốc độ đã đặt và đầu đọc chuyển đổi từ tính trên băng tại thời điểm cụ thể đó thành chuyển động của loa.

Ngược lại, với MP3, các khối dữ liệu (một lần nữa, chúng được gọi là khung) và giải mã chúng thành dạng sóng âm thanh để phát qua loa.

(lưu ý: đây là một mô tả được đơn giản hóa rất nhiều và kết quả là hoàn toàn sai;))

Chỉnh sửa: Có nhiều loại khác nhau mà người ta có thể gọi là nén. Tôi sẽ phân biệt nén độc lập nội dung và nén phụ thuộc nội dung. Nén độc lập nội dung sẽ là ví dụ như giảm băng thông tín hiệu, xen kẽ, v.v ... Các kỹ thuật như vậy có thể được áp dụng độc lập với nội dung được truyền và nói chung làm giảm chất lượng tín hiệu theo một cách nào đó. Nén phụ thuộc vào nội dung sẽ là các phương thức như MPEG-2 xem xét nội dung của tín hiệu và loại bỏ các phần trùng lặp của hình ảnh / âm thanh / v.v. Sự cải thiện trong việc sử dụng băng thông của các phương thức độc lập nội dung luôn giống nhau, đối với các phương pháp phụ thuộc vào nội dung, nó phụ thuộc vào nội dung của tín hiệu (giả sử chất lượng đầu ra cố định). Nếu có nhiều sự trùng lặp (ví dụ: hình ảnh tĩnh được mã hóa trong MPEG-2), có rất nhiều sự giảm kích thước dữ liệu, nếu không có sự trùng lặp (ví dụ tiếng ồn ngẫu nhiên được mã hóa) thì không có sự giảm kích thước. Trong các phương pháp thực hành như MPEG-2 đảm bảo việc sử dụng dữ liệu tối đa nhất định bằng cách hạ thấp chất lượng tín hiệu nếu không có đủ sự trùng lặp để sử dụng.

Trong phần còn lại của câu trả lời này, tôi chỉ xem xét các phương pháp nén phụ thuộc vào nội dung như MPEG.

Về nguyên tắc không có lý do tại sao tín hiệu tương tự không thể được nén. Nén ban đầu không được sử dụng trong truyền hình tương tự vì công nghệ chưa tồn tại, nó yêu cầu xử lý phần cứng không tồn tại và nếu phần cứng có thể được tạo ra bằng công nghệ thời đó thì nó sẽ quá đắt.

Thay đổi định dạng tín hiệu hiện tại thành ví dụ thêm nén là vấn đề vì tất cả các máy thu cần phải được thay đổi. Về cơ bản, điều này xảy ra trong quá trình chuyển đổi tương tự sang kỹ thuật số ở nhiều quốc gia. Nếu tất cả các máy thu cần phải được cập nhật hoặc thay thế bằng mọi cách, bạn cũng có thể thay đổi tín hiệu thành kỹ thuật số, với công nghệ hiện tại sẽ tiết kiệm chi phí và băng thông hơn so với tín hiệu tương tự.

Người ta có thể nghĩ ra cách thêm một số loại tín hiệu bổ sung vào tín hiệu tương tự hiện có, nhưng nếu bạn không muốn tất cả các bộ thu hiện có nâng cấp, bạn không thể loại bỏ tín hiệu tương tự hiện có và do đó bạn không thể giảm mức sử dụng băng thông. Lý do chính tại sao các quốc gia đang thay thế truyền phát tương tự của họ bằng truyền kỹ thuật số thay vì chỉ truyền kỹ thuật số bên cạnh analog là số lượng băng thông phổ vô tuyến hạn chế có sẵn.

Một khía cạnh khác là ví dụ: không truyền đường quét trong truyền dẫn tương tự nếu nó không thay đổi so với khung trước đó, bạn sẽ cần phải quyết định chính xác "không thay đổi" nghĩa là gì. Trong tín hiệu kỹ thuật số, các giá trị của pixel được lượng tử hóa nên rất đơn giản để xác định khi một hàng pixel giống với hàng trước đó. Trong một tín hiệu analog bạn sẽ không bao giờ tìm ra tín hiệu cho hai scanlines được chính xác như nhau, vì vậy bạn sẽ cần một số ngưỡng của những gì bạn xem xét bình đẳng. Bằng cách áp dụng ngưỡng như vậy, bạn định lượng khía cạnh này của tín hiệu, vì vậy bạn là một bước nhỏ gần hơn với kỹ thuật số.