DE102005047730B4 - Method for improving the video picture quality - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Verbesserung der Videobildqualität, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von einem einheitlichen audiovisuellen Quellmaterial mit einheitlicher Quellbildauflösung x; y, einheitlichem Pixelseitenverhältnis ρ und einheitlicher Bildwiederholrate ω, einem einheitlichen Video-Codec und einer maximal nutzbaren Qualitätsstufengesamtbitrate βmax für Videostreams, – von der maximal nutzbaren Qualitätsstufengesamtbitrate βmax, für Videostreams mittels eines Rechnerprogramms unter Berücksichtigung von Audioanteilen und Zusatzdaten, die maximal nutzbare Videobitrate βvid,max ermittelt wird, dass – ausgehend von der maximal nutzbaren Videobitrate βvid,max für Videostreams und der Quellbildauflösung (x, y) hinsichtlich einer festgelegten Anzahl von Bildseitenverhältnissen p/q eine Reihe von möglichen, zu bewertenden Zielbildauflösungen (ζ1, ζ2) ermittelt wird, dass – ausgehend von den zu bewertenden Zielbildauflösungen (ζ1, ζ2) anhand eines Systems zur Bewertung von Bewegtbildern eine optimierte Qualitätsstufenbildpunktzahl ζopt ermittelt wird, dass – ausgehend von der optimierten Qualitätsstufenbildpunktzahl ζopt für jedes Bildseitenverhältnis eine optimale Zielbildauflösung (ζ1 opt, ζ2 opt) abgeleitet wird, dass – ausgehend von der maximal...Method of improving the video picture quality, characterized in that, starting from a uniform source-video-source audiovisual material x; y, uniform pixel aspect ratio ρ and uniform frame rate ω, a uniform video codec and a maximum usable quality grade total bit rate βmax for video streams, of the maximum usable quality grade total bit rate βmax, for video streams using a computer program considering audio portions and additional data, the maximum usable video bit rate βvid, max is determined that - starting from the maximum usable video bit rate βvid, max for video streams and the source image resolution (x, y) with respect to a fixed number of aspect ratios p / q a number of possible target image resolutions to be evaluated (ζ1, ζ2) is determined in that, on the basis of the target image resolutions to be evaluated (ζ1, ζ2), on the basis of a system for evaluating moving images, an optimized quality scale pixel count ζopt is determined that - starting from the optimized quality image pixel number ζ opt for each image Dsub-ratio an optimal target image resolution (ζ1 opt, ζ2 opt) is derived, that - starting from the maximum ...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Videoübertragung, genauer die Übertragung komprimierter Bewegtbilder und betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Videobildqualität, insbesondere von Videostreams und Videodownloaddateien.The invention relates to the field of video transmission, more particularly to the transmission of compressed motion pictures, and relates to a method of improving video picture quality, in particular video streams and video download files.

Seit mehr als 15 Jahren werden Kompressionsverfahren angewandt um die große Datenmenge von Videodateien zu reduzieren. Gründe hierfür sind kostengünstige Speicherung auf Medien/Datenträgern und Echtzeit-Übertragung über (hinsichtlich der Bandbreite) begrenzte Übertragungskanäle. Videokompression hat die Übertragung von Videoinhalten über das Internet erst ermöglicht. Auch digitales Fernsehen und die DVD wären ohne Videokompressionstechniken undenkbar. Von Bedeutung sind die Entwicklungen der letzten Jahre bzgl. der Datenübertragung über verhältnismäßig niedrige Bandbreiten (Modem, ISDN, DSL) bzw. der Übertragung hochauflösender Bewegtbilder (HDTV). Für beide Anwendungsfälle sind hocheffiziente Videokompressoren, wie z. B. H.264/Advanced Video Codec, unabdingbar (siehe „Das Geheimnis der Codecs” in http://www.orthy.de/modules.php?name=News&file=article&sid=765 und P. Robinson: Videokompressionsstandards der nächsten Generation, FKT 6/2005, S. 293 ff).For more than 15 years, compression methods have been used to reduce the large amount of video data. Reasons for this are cost-effective storage on media / data carriers and real-time transmission over (in terms of bandwidth) limited transmission channels. Video compression has made it possible to transfer video content over the Internet. Even digital television and the DVD would be unthinkable without video compression techniques. Of importance are the developments of recent years regarding data transmission over relatively low bandwidths (modem, ISDN, DSL) or the transmission of high-definition moving pictures (HDTV). For both applications are highly efficient video compressors such. BH264 / Advanced Video Codec, essential (see "The Secret of Codecs" at http://www.orthy.de/modules.php?name=News&file=article&sid=765 and P. Robinson: Next Generation Video Compression Standards, FKT 6) / 2005, p. 293 ff).

Die Kompression und Dekompression der Bewegtbilder erfolgt unter Zuhilfenahme mathematischer Algorithmen, den sogenannten Video-Codecs. Dabei gibt es Verfahren, welche das Datenvolumen einer Videodatei durch Beseitigung von Redundanzen verlustfrei verringern. In der Regel sind die hiermit zu erreichenden Kompressionsfaktoren (2- bis 2,5-fach) jedoch nicht ausreichend für die oben beschriebene Anwendung. Man verwendet daher zur Übertragung von Videodaten verlustbehaftete Kompressionsverfahren, welche die Datenmenge in Abhängigkeit von der verbleibenden Bildqualität erheblich reduzieren. Eine wichtige Anforderung an den Video-Codec ist die Geschwindigkeit der Dekomprimierung vor der Wiedergabe, weil diese in der Regel nicht langsamer als Echtzeit erfolgen darf. Abgesehen von Live-Encoding ist auf der Encoder-Seite ein Echtzeitverhalten unter technischen Gesichtspunkten nicht erforderlich (asymmetrische Codecs). Ein Beispiel siehe Michael Kanner, Sascha Weißbach: Videocodierung, Codecs in http://www.imn.htwk-leipzig.de/~mgloss03/index.php?begriff= video_jam/videocodierung.inc.The compression and decompression of the moving pictures takes place with the aid of mathematical algorithms, the so-called video codecs. There are methods that reduce the data volume of a video file without loss by eliminating redundancies. In general, however, the compression factors (2 to 2.5 times) to be achieved herewith are not sufficient for the application described above. It is therefore used for the transmission of video data lossy compression method, which significantly reduce the amount of data depending on the remaining image quality. An important requirement of the video codec is the speed of decompression before playback, as it is usually slower than real-time. Apart from live encoding, real-time behavior is not required on the encoder side from an engineering point of view (asymmetric codecs). For an example, see Michael Kanner, Sascha Weißbach: Videocoding, Codecs in http://www.imn.htwk-leipzig.de/~mgloss03/index.php?begriff= video_jam / videocodierung.inc.

Es gibt Codecs, welche auf Makroblöcken und Diskreter Cosinus Transformation (DCT) basieren und solche, die auf Wavelet-Transformation basieren. Wavelet-Codecs haben den Vorteil, dass die für DCT typischen Makroblock-Artefakte vermieden werden. Sie liefern homogene Bilder und haben eine hohe Bedeutung für Videoschnitt-Anwendungen. Der Wavelet-Codec ISO JPEG2000 wurde von der Digital Cinema Initiative (DCI) als Standard für das zukünftige digitale Kino ausgewählt. Erstaunlicherweise, aber wohl begründet durch die lange Präsenz des MPEG2-Codecs, sind Wavelet-Codecs im Konsumentenbereich wenig vertreten und im Wettkampf um den zukünftigen Standard treten ausschließlich DCT-basierende Kompressionsverfahren gegeneinander an (siehe beispielsweise in David Austerberry: The Technology Of Video & Audio Streaming, 2nd Edition, Focal Pres2005, S. 83, in P. Robinson: Videokompressionsstandards der nächsten Generation, FKT 6/2005, S. 293 ff, und in Martin Fiedler: Projektarbeit Datenkompression, Kapitel 3.5 Wavelet-Transformation/JPEG 2000 unter http://www-user.tu-chemnitz.de/~mfie/compproj/3picture.htm#wavelet).There are codecs based on macroblocks and discrete cosine transform (DCT) and those based on wavelet transform. Wavelet codecs have the advantage of avoiding the typical DCT macroblock artifacts. They provide homogeneous images and are very important for video editing applications. The ISO JPEG2000 wavelet codec was selected by the Digital Cinema Initiative (DCI) as the standard for future digital cinema. Astonishingly, but probably due to the long presence of the MPEG2 codec, wavelet codecs are poorly represented in the consumer sector and in the competition for the future standard only DCT-based compression methods compete against each other (see for example in David Austerberry: The Technology Of Video & Audio Streaming, 2nd Edition, Focal Pres2005, p. 83, in P. Robinson: Next Generation Video Compression Standards, FKT 6/2005, p. 293 ff, and in Martin Fiedler: Project Data Compression, Chapter 3.5, Wavelet Transformation / JPEG 2000 at http : //www-user.tu-chemnitz.de/~mfie/compproj/3picture.htm#wavelet).

Das digitale Bild (bezogen auf ein Einzelbild), z. B. auf einem MAZ-Band, besteht aus einzelnen Bildpunkten (Pixel), die in Spalten und Zeilen angeordnet sind. Dies kennzeichnet die Auflösung des Bildes, z. B. 720×576 Pixel für das PAL-Format (digitale Norm nach CCIR/ITU-R BT.601).The digital image (relative to a single image), z. On a VTR tape, consists of individual pixels arranged in columns and rows. This indicates the resolution of the image, e.g. B. 720 × 576 pixels for the PAL format (digital standard according to CCIR / ITU-R BT.601).

Das Bildseitenverhältnis (Picture Aspect Ratio oder nur Aspect Ratio) beschreibt das Verhältnis von Breite zu Höhe eines Bildes, wobei diese entweder in Seitenlängen (Bildseitenverhältnis der Darstellung) oder Bildpunkten (physikalisches Bildseitenverhältnis) berücksichtigt werden. Entsprechend wird auch die Auflösung in zwei Arten angegeben (siehe Joachim Smetschka: Definition „Pixel Seitenverhältnis” in http://www.dma.ufg.ac.at/dma/dma/pane/206.345/module/168815).The aspect ratio (Picture Aspect Ratio or aspect ratio only) describes the ratio of width to height of an image, taking into account either the aspect (aspect ratio) or the pixel (aspect ratio). Accordingly, the resolution is given in two ways (see Joachim Smetschka: definition "pixel aspect ratio" in http://www.dma.ufg.ac.at/dma/dma/pane/206.345/module/168815).

Aufgrund unterschiedlicher Wiedergabegeräte und Darstellungsformate gibt es bei Bewegtbildinhalten (Film, Video) heute eine Reihe unterschiedlicher Bildseitenverhältnisse. Beispiele sind das konventionelle 4:3-Vollbild, das durch neue TV-Geräte und HDTV stark aufkommende 16:9-Breitbild und die anamorphotische Kinoprojektion in Cinemascope. Die heute gebräuchlichen Bildseitenverhältnisse können in den wenigsten Fällen 1:1 auf den gängigen Anzeigegeräten dargestellt werden. In der Regel erfolgt die Darstellung mit schwarzen Balken am oberen und unteren Bildrand (letterboxed). Das ist bei Breitwandinhalten auf herkömmlichen 4:3-Fernsehgeräten stets der Fall (siehe Bildformate http://www.movie-college.de/filmschule/kamera/seitenverhaeltnis.htm).Due to different playback devices and display formats, there are now a number of different aspect ratios in motion picture content (film, video). Examples are the conventional 4: 3-Vollbild, by new TV sets and HDTV strongly rising 16: 9-Breitbild and the anamorphotic cinema projection in Cinemascope. The current image aspect ratios can not be displayed 1: 1 on common display devices in the least of cases. As a rule, the presentation is done with black bars at the top and bottom of the picture (letterboxed). This is always the case with widescreen content on conventional 4: 3 televisions (see picture formats http://www.movie-college.de/filmschule/kamera/seitenverhaeltnis.htm).

Bewegtbildinhalte werden auf Speichermedien bzw. Datenträgern meist nicht im Bildseitenverhältnis der Darstellung gespeichert, sondern:

• 1. mit schwarzen Balken oberhalb/unterhalb oder links/rechts des Bildes,
• 2. unter Anwendung einer optischen Bildkompression (anamorphe Verzerrung) und
• 3. Kombination aus beidem.

Moving picture contents are usually not stored on storage media or data carriers in the aspect ratio of the presentation, but:

• 1. with black bars above / below or left / right of the picture,
• 2. using optical image compression (anamorphic distortion) and
• 3. Combination of both.

Die anamorphe (auch anamorphotische) Bildkompression ist ursprünglich eine Technik der Kinematografie (Cinemascope und verwandte Verfahren). Das Bild wird bei der Aufnahme in der horizontalen Dimension um den Faktor 2 gestaucht und in dieser Form auf den Film belichtet. Bei der Projektion wird der Prozess umgekehrt und das Bild mit einem anamorphotischen Objektiv entzerrt. Elektronische Medien, welche eine festgelegte physikalische Auflösung besitzen, wenden das Verfahren in ähnlicher Weise an: Das Bild wird in der Horizontalen gestaucht und mit voller vertikaler Auflösung (bei PAL 576 aktive Bildzeilen) aufgezeichnet, um die verfügbare physikalische Auflösung (Bildfläche) vollständig oder besser auszunutzen. Durch diese Methode wird auf dem Datenträger eine höhere Auflösung erzielt, was in einer höheren Bildschärfe resultiert. Der gebräuchlichste anamorphe Faktor für die Kompression ist 4:3 um ein 16:9-Bild auf die volle physikalische Auflösung eines 4:3-Bildes aufzuspannen. Die Bildentzerrung erfolgt vor der TV-Ausstrahlung im Sender, im Fernsehgerät des Kunden (16:9-Umschaltung), in einem DVD-Player oder einer Set Top Box (siehe Definition: Anamorph in http://www.techniktoday.de/Anamorph).Anamorphic (also anamorphic) image compression is originally a technique of cinematography (Cinemascope and related methods). The image is compressed by a factor of 2 when shooting in the horizontal dimension and exposed to the film in this form. When projecting, the process is reversed and the image is rectified with an anamorphic lens. Electronic media, which have a fixed physical resolution, apply the method in a similar manner: the image is compressed horizontally and recorded at full vertical resolution (PAL 576 active image lines) to fully or better the available physical resolution (image area) exploit. This method achieves a higher resolution on the disk, resulting in a higher image sharpness. The most common anamorphic factor for compression is 4: 3 to span a 16: 9 image to the full physical resolution of a 4: 3 image. The image equalization takes place before the TV broadcast in the transmitter, in the TV of the customer (16: 9 switching), in a DVD player or a set top box (see definition: Anamorph in http://www.techniktoday.de/Anamorph ).

Durch teilweise Jahrzehnte alte Standards aus dem Broadcast-Bereich, liegen heute unterschiedliche Bildseitenverhältnisse bei Speicherung und Wiedergabe von Medieninhalten vor. Am Beispiel des PAL-Fernsehsystems sollen die Unterschiede verdeutlicht werden. Das digitale Pendant des analogen 625-Zeilen PAL-Fernsehbildes hat eine Auflösung von 720×576 Bildpunkten (PAL D1), was einem Bildseitenverhältnis von 5:4 entspricht. Aufgrund der Lochmaskenstruktur von TV-Geräten mit Kathodenstrahlröhre erfolgt die Wiedergabe durch eine physikalisch bedingte optische Entzerrung in der horizontalen Dimension originalgetreu im Bildseitenverhältnis der Aufnahme (4:3). Der Faktor, um den das Bild für eine originalgetreue Darstellung auf einem Endgerät mit quadratischen Bildpunktblöcken bzw. kreisförmigen Bildpunkten skaliert werden muss, heißt Pixelseitenverhältnis (Pixel Aspect Ratio). Ähnlich wie bei PAL verhält es sich bei NTSC und der dafür definierten digitalen Auflösung von 720×480 Bildpunkten (NTSC D1). Hier ist das Pixelseitenverhältnis kleiner 1, d. h. das Bild wird für die korrekte visuelle Darstellung in der vertikalen Dimension entspannt. Bei 720p und 1080p ist das Pixelseitenverhältnis 1 (siehe Richtlinie der International Telecommunication Union ITU-R BT.601 und David Austerberry: The Technology Of Video & Audio Streaming, 2nd Edition, Focal Press 2005, S. 64–65).By some decades old standards from the broadcast area, today there are different aspect ratios in storage and playback of media content. Using the example of the PAL television system, the differences should be clarified. The digital equivalent of the analog 625-line PAL television picture has a resolution of 720 × 576 pixels (PAL D1), which corresponds to an aspect ratio of 5: 4. Due to the shadow mask structure of TV sets with cathode ray tube, the reproduction is carried out by a physical optical equalization in the horizontal dimension true to the original in the aspect ratio of the recording (4: 3). The factor by which the image must be scaled for a faithful representation on a terminal with square pixel blocks or circular pixels is called Pixel Aspect Ratio. Similar to PAL, NTSC and its defined digital resolution of 720 × 480 pixels (NTSC D1). Here the pixel aspect ratio is less than 1, d. H. the image is relaxed for the correct visual representation in the vertical dimension. At 720p and 1080p, the pixel aspect ratio is 1 (see International Telecommunication Union ITU-R BT.601 and David Austerberry: The Technology Of Video & Audio Streaming, 2nd Edition, Focal Press 2005, pp. 64-65).

Zusätzlich zur Bildentzerrung skalieren LCD- und Plasma-Geräte das Bild proportional auf deren Bildschirmauflösung. Ein Bild von 720×576 Pixel (5:4) wird beispielsweise auf 640×480 Pixel, 768×576 Pixel oder 1024×768 Pixel (jeweils 4:3) skaliert.In addition to image equalization, LCD and plasma devices scale the image proportionally to their screen resolution. For example, a 720x576 (5: 4) image is scaled to 640x480 pixels, 768x576 pixels, or 1024x768 pixels (4: 3 each).

1 zeigt diese Veränderung des Bildseitenverhältnisses bei der Darstellung und die Veränderung der Auflösung bei der Anzeige auf einem Anzeigegerät mit anderer Auflösung. 1 shows this change of the aspect ratio in the display and the change of the resolution in the display on a display device with a different resolution.

1: 1 :

• ➀ = gespeichertes Videobild mit Bildseitenverhältnis 5:4➀ = saved video image with aspect ratio 5: 4
• ➁ = dargestelltes Videobild mit Bildseitenverhältnis 4:3➁ = displayed video image with 4: 3 aspect ratio

Ein Videoinhalt kann somit zwei Bildseitenverhältnisse aufweisen:

• – ein physikalisches Bildseitenverhältnis auf dem Speichermedium
• – ein Bildseitenverhältnis der Darstellung des Inhalts auf einem Anzeigegerät

A video content can thus have two aspect ratios:

• A physical aspect ratio on the storage medium
• An aspect ratio of displaying the content on a display device

Neben den Videostandards PAL und NTSC gibt es neuere Formate mit unterschiedlichen Auflösungen, insbesondere die des hochauflösenden Fernsehens (HDTV). Die geläufigsten Formate 720p und 1080i geben gegenüber den „alten” Normen das Bildseitenverhältnis 16:9 vor. Im Gegensatz zu PAL und NTSC haben die HDTV-Formate ein Pixelseitenverhältnis von 1, d. h. Speicherung und Darstellung erfolgen, abgesehen von der optionalen Verwendung eines anamorphotischen Faktors, im gleichen Bildseitenverhältnis (siehe auch Begriffserklärung: High Definition Television in http://de.wikipedia.org/wiki/High_Definition_Television).In addition to the video standards PAL and NTSC, there are newer formats with different resolutions, especially those of high-definition television (HDTV). The most popular formats 720p and 1080i give the 16: 9 aspect ratio compared to the "old" standards. Unlike PAL and NTSC, the HDTV formats have a pixel aspect ratio of 1, ie. H. Save and display, apart from the optional use of anamorphic factor, in the same aspect ratio (see definition: High Definition Television in http://de.wikipedia.org/wiki/High_Definition_Television).

Durch das Aneinanderreihen einer genügend großen Anzahl von digitalen Bildern gleicher Auflösung entsteht eine Videosequenz. Die Anzahl von Bildern einer Videosequenz, die pro Sekunde wiedergegeben werden, heißt Bildwiederholrate.By juxtaposing a sufficiently large number of digital images of the same resolution creates a video sequence. The number of frames of a video sequence played back per second is called the frame rate.

Videobilder können im Zeilensprungverfahren (mit Halbbildern) produziert und aufgezeichnet werden oder in Vollbildern. In letzterem Fall spricht man von einer progressiven Speicherung bzw. Darstellung (progressive scan). Filmproduktionen für die Kinoaufführung werden ausschließlich progressiv (meist 24 Bilder/Sekunde) aufgezeichnet (die fotografische Aufzeichnung auf chemischem Filmmaterial erlaubt nur das Erstellen einer Einzelbild-Sequenz). Für Fernsehproduktionen kommt seit Jahrzehnten vornehmlich das Halbbildverfahren zum Einsatz (Ausnahme: Produktionen auf Kinefilm), welches bei der Darstellung auf dem herkömmlichen Kathodenstrahlröhren-Gerät die Vorteile eines flimmerfreien Bildes und flüssigerer Bewegungen mit sich bringt. Video can be interlaced and recorded or in full screen. In the latter case one speaks of a progressive storage or representation (progressive scan). Film productions for the cinema performance are recorded only progressively (usually 24 frames / second) (the photographic recording on chemical footage only allows the creation of a single-image sequence). For television productions, the field method has been used for decades (exception: productions on Kinefilm), which brings with the representation on the conventional cathode ray tube device the advantages of a flicker-free image and smoother movements with it.

Die Aufzeichnung erfolgt beim 50 Hz-Fernsehsystem mit 50 Halbbildern, welche jeweils um 1/50 Sekunde zeitlich versetzt sind. Zwei Halbbilder ergänzen sich dadurch nicht zu einem Vollbild, sondern weisen bei horizontalen Bewegungen Kamm-Strukturen durch den zeitlichen Versatz der Halbbilder auf. Bei der Darstellung im Zeilensprung-Verfahren (zunächst werden die ungeraden, dann die geraden Zeilen vom Elektronenstrahl auf die Bildröhre geschrieben) werden ein scharfes Bild und ein flüssiger Bewegungsablauf erreicht (siehe Begriffserklärung: Zeilensprungverfahren in http://de.wikipedia.org/wiki/Zeilensprungverfahren).The recording takes place in 50 Hz television system with 50 fields, which are offset in time by 1/50 second. Two fields do not complement each other to a full screen, but have in horizontal movements comb structures by the temporal offset of the fields. In the representation in the interlaced process (first the odd, then the even lines are written by the electron beam on the picture tube) a sharp image and a fluid movement are achieved (see definition of terms: Interlaced in http://de.wikipedia.org/wiki / interlaced).

Mit progressiver Darstellung arbeitende TV-Geräte in LCD- und Plasma-Technologie verdrängen zunehmend die konventionellen Röhrengeräte. Diese Geräte, aber auch konventionelle Computer-Monitore und moderne Video-Projektoren verlangen nach einer Umwandlung von im Zeilensprungverfahren vorliegendem Material in eine progressive Darstellung. Die entsprechende Umwandlung nennt man Deinterlacing. Sie wurde erst durch den Einsatz ausgereifter Algorithmen der digitalen Videotechnik möglich. Deinterlacing kann durch das wiedergebende Endgerät, das Anzeigegerät (jeweils in Echtzeit) erfolgen oder die Inhalte werden bereits vor der Übertragung auf ein Endgerät entsprechend umgewandelt. Letzterer Fall ist meist gegeben, wenn es sich bei der Zielplattform um einen PC handelt. Ausreichende Rechenzeit für das Deinterlacing gestattet eine Optimierung der Qualität durch ausgeklügelte Algorithmen (siehe David Austerberry: The Technology Of Video & Audio Streaming, 2nd Edition, Focal Press 2005, S. 194–195).Progressive-style TV sets in LCD and plasma technology are increasingly displacing conventional tube devices. These devices, but also conventional computer monitors and modern video projectors, require a conversion of interlaced material into a progressive representation. The corresponding conversion is called deinterlacing. It became possible only through the use of sophisticated algorithms of digital video technology. Deinterlacing can be done by the reproducing terminal, the display device (each in real time), or the content is converted to a terminal device prior to transmission. The latter case is usually given when the target platform is a PC. Sufficient time for deinterlacing allows the optimization of the quality by sophisticated algorithms (see David Austerberry: The Technology of Video & Audio Streaming, 2nd Edition, Focal Press 2005, pp. 194-195).

Ein Fernsehgerät zeigt das empfangene Bild im sogenannten overscan-Modus. Dabei wird ein schmaler äußerer Rand des Bildes nicht angezeigt, um asymmetrische und unsaubere Bildränder, bedingt durch die Aufnahme, Speicherung, Sendung und Darstellung des Bildmaterials, zu maskieren. Der auf der Bildröhre dargestellte Bereich beträgt etwa 90% des Ursprungsbildes (Action Area). Bei der Produktion von TV-Inhalten wird dementsprechend produziert, so dass bei der Aufnahme die Spielhandlung in der Action Area liegt. Da beim Videostreaming und der Darstellung auf einem PC-Monitor diese Bildteile sichtbar wären, wird das Quellmaterial gelegentlich beschnitten (Cropping). Auch bei der Kinoprojektion (35 mm) wird eine Maskierung des Bildes im Projektor vorgenommen, so dass für die Filmaufnahme typische Effekte am Bildrand (Staubfusseln im Kamerafenster, teilweise sogar Mikrofone und Kabel) dem Zuschauer verborgen bleiben. In vielen Fällen werden diese Effekte bei der Filmabtastung mit auf den elektronischen Datenträger, der als Quellmaterial für das Encoding dient, übernommen. Daher ist auch bei Kinofilmen das Cropping sinnvoll und notwendig (siehe David Austerberry: The Technology Of Video & Audio Streaming, 2nd Edition, Focal Press 2005, S. 195–196).A TV shows the received image in the so-called overscan mode. In this case, a narrow outer edge of the image is not displayed in order to mask asymmetrical and unclean image edges, due to the recording, storage, transmission and display of the image material. The area shown on the picture tube is about 90% of the original image (Action Area). In the production of TV content is produced accordingly, so that when recording the game action is in the Action Area. Since the video streaming and the display on a PC monitor, these image parts would be visible, the source material is occasionally cropped (cropping). Even with the cinema projection (35 mm), a masking of the image is made in the projector, so that typical for the film recording effects on the edge of the picture (dust fuzz in the camera window, sometimes even microphones and cables) remain hidden from viewers. In many cases, these effects are applied to the electronic data carrier, which serves as source material for the encoding during the film scan. Therefore, cropping is also useful and necessary for movies (see David Austerberry: The Technology Of Video & Audio Streaming, 2nd Edition, Focal Press 2005, pp. 195-196).

Die Beurteilung des Ergebnisses einer Videokompression kann mit statistischen Probandentests (sog. subjektive Bewertung) oder technischen Messverfahren (sog. objektive Bewertung) erfolgen. Obwohl die technischen Messverfahren versuchen, die Beurteilung durch menschliche Probanden zu ersetzen, ist damit die Beurteilung der Qualität eines Bildmaterials, komprimiert oder unkomprimiert, nach heutigem Stand der Technik nicht verlässlich durchführbar. Die klassische Methode besteht in der Bestimmung des PSNR-Wertes (Peak Signal-To-Noise Ratio). Jüngst ist der PSNR als brauchbares Kriterium bestätigt worden, der Wert lässt jedoch auch weiterhin keine zuverlässigen Rückschlüsse auf die Qualität eines Bewegtbildinhalts zu. Es werden ferner neue Methoden beschrieben, die in Bezug auf bestimmte Parameter dem menschlichen Sehsystem (HVS, Human Visual System) nachempfunden sind. Die verwendeten Parameter werden u. a. unter dem Begriff MOS (Mean Opinion Score) zusammengefasst. Ursprünglich war der MOS ein Bewertungsmaßstab für die Übertragung von Sprache. Er dient heute auch zum Vergleich unterschiedlicher Bildkodierungen und drückt deren Qualität als dimensionslosen Wert aus. Der MOS berücksichtigt unsauberen Bewegungsfluss (Jerkiness), Unschärfe/Unklarheit (Blurriness) und Blockhaftigkeit/Blockiness, (siehe IRT: Messung und Bewertung der Audio/Video-Qualität – Untersuchungen zur Bildqualität von „Video over IP”-Lösungen, siehe auch in http://www.irt.de/IRT/FuE/as/Asqualitaet.htm und Richtlinie der International Telecommunication Union ITU-R BT.1683.The evaluation of the result of a video compression can be done with statistical subject tests (so-called subjective evaluation) or technical measuring procedures (so-called objective evaluation). Although the technical measurement methods try to replace the assessment by human subjects, so the assessment of the quality of a picture material, compressed or uncompressed, according to the current state of the art is not reliable feasible. The classic method is to determine the PSNR value (Peak Signal-To-Noise Ratio). Recently, the PSNR has been confirmed as a viable criterion, but the value still does not allow reliable conclusions to be drawn as to the quality of moving image content. It also describes new methods that are modeled on the human visual system (HVS) with respect to certain parameters. The parameters used are u. a. summarized under the term MOS (Mean Opinion Score). Originally, the MOS was a benchmark for the transmission of speech. Today, it also serves to compare different image codings and expresses their quality as dimensionless value. The MOS takes into account unclean motion flow (jerkiness), blurriness and blockiness, (see IRT: Measurement and Assessment of Audio / Video Quality - Examinations of the Image Quality of "Video over IP" Solutions, see also http : //www.irt.de/IRT/FuE/as/Asqualitaet.htm and Directive of the International Telecommunication Union ITU-R BT.1683.

Obgleich das menschliche visuelle System extrem komplex ist, versuchen Forschungsgruppen es durch Qualitätsmetriken zu imitieren, z. B. DVQ-Messverfahren und Analyse des Focus Of Attraction (siehe Andrew B. Watson, James Hu, John F McGowan III: DVQ – A digital video quality metric based on human vision).Although the human visual system is extremely complex, research groups attempt to mimic it through quality metrics, e.g. For example, DVQ measurement techniques and Focus Of Attraction analysis (see Andrew B. Watson, James Hu, John F. McGowan III: DVQ - A digital video quality metric based on human vision).

Die heutigen messtechnischen Systeme können ohne ergänzende Informationen über das Bildmaterial aus stilistischen Gründen gewollte Effekte (Unschärfe, Filmkorn eines mechanischen Films) nicht erkennen. Entsprechende Bildsequenzen werden unrichtig bewertet, wodurch das Gesamtergebnis der automatisierten Qualitätsbeurteilung beeinflusst wird. Full-Reference-Messsysteme vergleichen das zu beurteilende, komprimierte Bildmaterial mit seiner unkomprimierten Quelle (Referenz) und sind somit eher in der Lage, gewünschte Effekte zu berücksichtigen. The current metrological systems can not recognize desired effects (blurring, film grain of a mechanical film) without additional information about the image material for stylistic reasons. Corresponding image sequences are incorrectly evaluated, which influences the overall result of the automated quality assessment. Full-Reference measuring systems compare the compressed image material to be evaluated with its uncompressed source (reference) and are therefore more capable of taking into account desired effects.

Qualitätsuntersuchungen mit menschlichen Probanden versprechen zuverlässige Ergebnisse, wenn einige Randbedingungen eingehalten werden. Abgesehen von einer Mindestzahl an Probanden (20 Personen haben sich als Minimum erwiesen), sollte ein solcher Test unter Maßgabe der ITU Richtlinien ITU-R BT.500 (§4: Double-stimulus Impairment Scale Method), gegebenenfalls erweitert um ITU-R BT.710 für die Beurteilung von hochauflösenden Inhalten, durchgeführt werden. Solche Tests sollten, analog zu den technischen Messverfahren, unter Einbeziehung des (nicht als solches gekennzeichneten) Quellmaterials als Referenz erfolgen.Quality studies with human volunteers promise reliable results if some constraints are met. Apart from a minimum number of subjects (20 people have proven to be the minimum), such a test should be subject to the ITU guidelines ITU-R BT.500 (§4: Double-stimulus Impairment Scale Method), possibly extended to ITU-R BT .710 for the assessment of high-resolution content. Such tests, analogous to the technical measuring methods, should be made with reference to the source material (not marked as such) as a reference.

Videostreams werden heute vielfach im Internet angeboten, z. B. von Video an Demand Dienstleistern. Diese bieten ihren Kunden Kurz- und Langfilme gegen Entgelt für einen begrenzten Zeitraum oder dauerhaft an. Der Abruf erfolgt im Streaming-Verfahren. Trotz unterschiedlicher Bildseitenverhältnisse werden die Inhalte unter Verwendung der gleichen horizontalen Auflösung und Videobitrate komprimiert und übertragen. Inhalte der gleichen Preiskategorie können daher unterschiedliche Bildqualität aufweisen. Werden unterschiedliche Qualitäten auf mehrere Preisklassen abgebildet, ist keine klare Trennung für Inhalte verschiedener Bildseitenverhältnisse möglich. So kann ein Videostream in Cinemascope (Bildseitenverhältnis 2,35:1) der niedrigen Preiskategorie eine bessere Bildqualität aufweisen als ein Videostream in Vollbild (Bildseitenverhältnis 4:3) der nächst höheren Preiskategorie. Für den Kunden ist kein Mehrwert in der teureren Qualität erkennbar.Video streams are often offered on the Internet, z. For example, from video to demand service providers. These offer their customers short and feature films for a limited period or permanently for a fee. The retrieval is done by streaming. Despite varying aspect ratios, the contents are compressed and transmitted using the same horizontal resolution and video bit rate. Content of the same price category may therefore have different image quality. If different qualities are mapped to several price classes, no clear separation for contents of different aspect ratios is possible. Thus, a video stream in Cinemascope (2.35: 1 aspect ratio) of the low price category can have a better picture quality than a video stream in full screen (4: 3 aspect ratio) of the next higher price category. For the customer no added value is recognizable in the more expensive quality.

2 zeigt eine für den Kunden nicht nachvollziehbare Zuordnung zweier Preiskategorien eines Streaming-Angebots, bei welchem ungeeignete Encoding-Parameter zum Einsatz kommen. 2 shows a not comprehensible for the customer attribution of two price categories of a streaming offer, in which inappropriate encoding parameters are used.

Fig. 2:Fig. 2:

• ➀ = Basis-Angebot mit niedriger Bitrate➀ = base offer with low bit rate
• ➁ = Premium-Angebot mit hoher Bitrate➁ = Premium offer with high bitrate
• ➂ = gleich empfundene Qualität trotz unterschiedlichen Angebots➂ = same perceived quality despite different offer
• AR = BildseitenverhältnisAR = aspect ratio
• Q_s = subjektiv empfundene QualitätQ _s = subjectively perceived quality

Datentransfer ist ein wirtschaftliches Gut, mit welchem hausgehalten werden muss, da die zu übertragenden Volumina auf der Kostenseite von Online-Produkten nicht zu vernachlässigen sind. Mit der Videobitrate wird häufig nicht ökonomisch umgegangen, da die Parameter zumeist frei gewählt werden. Die vorgestellte Lösung bietet erstmalig die Möglichkeit die notwendige Datenrate an die technischen Gegebenheiten und Erfordernisse anzupassen.Data transfer is an economic asset that must be budgeted, as the volumes to be transferred on the cost side of online products are not negligible. With the video bit rate is often not handled economically, since the parameters are usually chosen freely. For the first time, the presented solution offers the possibility to adapt the necessary data rate to the technical conditions and requirements.

US 2004/0 161 158 A1 befasst sich mit einem System zur Reduktion der Bitrate eines digital kodierten komprimierten Videodatenstroms, indem die Videobildauflösung in Abhängigkeit von der Beschaffenheit des Videoeingangssignals angepasst wird. Unabhängig von den verwendeten technischen Kriterien erfolgt stets die Auswahl einer diskreten Videobildauflösung aus einer Menge zuvor festgelegter Videobildauflösungen. Das System arbeitet mit Schwellenwerten, die ebenfalls zuvor festgelegt werden müssen. US 2004/0 161 158 A1 beschreibt nicht das Zustandekommen dieser Parameter und deren Korrelation, insbesondere die der Schwellenwerte und der Videobildauflösungen. Zwecks Optimierung der Videobildqualität ist die Ermittlung dieser Werte jedoch essentiell. US 2004/0 161 158 A1 is concerned with a system for reducing the bit rate of a digitally encoded compressed video data stream by adjusting the video image resolution depending on the nature of the video input signal. Regardless of the technical criteria used, a discrete video image resolution is always selected from a set of previously defined video image resolutions. The system uses thresholds that must also be set in advance. US 2004/0 161 158 A1 does not describe the formation of these parameters and their correlation, in particular those of the threshold values and the video image resolutions. However, determining these values is essential to optimize video image quality.

Ausgehend davon, dass die bekannten Lösungen keine Kostentransparenz bezüglich der Qualität der angebotenen Videostreams zulassen, ist die der Erfindung zugrunde liegende technische Aufgabe auf eine Lösung ausgerichtet, die eine Kostentransparenz bezüglich der Qualität der Videostreams ermöglicht. Dabei sollen die einem Angebot zugeordneten Videostreams sich auch bei unterschiedlichen Bildseitenverhältnissen in ihrer Bildqualität nicht voneinander unterscheiden. Weiterhin soll die Lösung eine sehr hohe Flexibilität in Bezug auf die Anpassung der Bildqualität an die jeweiligen technischen und ökonomischen Gegebenheiten bei gleichzeitiger Gewährleistung einer einheitlichen Qualität aufweisen, wobei die Qualität des jeweiligen Angebotes einen für den Kunden nachvollziehbaren Preisbezug aufweisen soll. Beispielhaft würde in der Praxis die hochauflösende Fassung eines Films gegenüber der Standardauflösung (z. B. orientiert an PAL) zum doppelten Preis verkauft werden.Assuming that the known solutions do not allow cost transparency with regard to the quality of the video streams offered, the technical problem underlying the invention is directed to a solution which allows cost transparency with regard to the quality of the video streams. In this case, the video streams assigned to an offer should not differ from each other in their image quality, even with different aspect ratios. Furthermore, the solution should have a very high flexibility with respect to the adaptation of the image quality to the respective technical and economic conditions while ensuring a uniform quality, the quality of each offer should have a comprehensible for the customer price reference. By way of example, in practice, the high-resolution version of a film would be sold at twice the standard resolution (eg oriented to PAL).

3 zeigt eine für den Kunden nachvollziehbare Zuordnung zweier Preiskategorien eines Streaming-Angebots. 3 shows a comprehensible for the customer attribution of two price categories of a streaming offer.

Fig. 3:3:

• ➀ = Qualitätsstufe „Standard”➀ = quality level "Standard"
• ➁ = Qualitätsstufe „Premium”➁ = quality level "Premium"
• AR = BildseitenverhältnisAR = aspect ratio
• Q_s = subjektiv empfundene QualitätQ _s = subjectively perceived quality

Die erfindungsgemäße Lösung beruht prinzipiell darauf, zu definierten Bildinhalten unterschiedlicher Bildseitenverhältnisse, Videostreams in mindestens zwei unterschiedlichen Qualitätsstufen bereitzustellen, denen aufgrund ihres Qualitätsunterschieds unterschiedliche Preiskategorien zugeordnet werden können. Dabei wird gewährleistet, dass die Bildinhalte trotz unterschiedlicher Bildseitenverhältnisse innerhalb ihrer Qualitätsstufe, die für ihre Qualitätsstufe definierte, einheitliche Bildqualität aufweisen.In principle, the solution according to the invention is based on providing, for defined image contents of different aspect ratios, video streams in at least two different quality levels, to which different price categories can be assigned due to their difference in quality. This ensures that the image content, despite different aspect ratios within their quality level, the uniform image quality defined for their quality level.

Unter einer Qualitätsstufe wird im Folgenden ein subjektiv gleicher Qualitätseindruck für Bildinhalte unterschiedlicher Bildseitenverhältnisse verstanden, wobei die Bildinhalte aus gleichwertigem Quellmaterial gebildet werden und über einen bestimmten Übertragungskanal geschickt werden. Der Übertragungskanal legt die maximal verfügbare Bitrate für den Videostream fest. Die für den Videoanteil zur Verfügung stehende Bitrate wird vor allem durch den erforderlichen Audioanteil eingeschränkt. Von dieser verfügbaren Videobitrate und der erwünschten Qualität hängen die unter Anwendung des Verfahrens zu ermittelnden Bildauflösungen für jedes zu berücksichtigende Bildseitenverhältnis ab. Das beschriebene Verfahren berücksichtigt diese Aspekte. Es dient zur Bereitstellung von Videostreams gleicher Bildqualität auch bei unterschiedlichen Bildseitenverhältnissen des Quellmaterials und es optimiert die Bildqualität.In the following, a quality level is understood to be a subjectively identical quality impression for image contents of different aspect ratios, wherein the image contents are formed from equivalent source material and are sent over a specific transmission channel. The transmission channel sets the maximum available bit rate for the video stream. The bit rate available for the video portion is limited primarily by the amount of audio required. From this available video bit rate and the desired quality, the image resolutions to be determined using the method depend for each aspect ratio to be considered. The described method takes these aspects into account. It serves to provide video streams of the same image quality even with different aspect ratios of the source material and it optimizes the image quality.

Das in der Regel für Kino oder Fernsehen produzierte audiovisuelle Material, das als Ausgangsmaterial für die Anwendung der Erfindung herangezogen wird, wird im Folgenden als Quellmaterial bezeichnet. Für die erfindungsgemäße Verarbeitung ist nur ein einheitliches audiovisuelles Quellmaterial geeignet, wobei die Einheitlichkeit des Quellmaterials durch Einheitlichkeit definierter technische Parameter bestimmt wird. Zu diesen Parametern gehören mindestens eine einheitliche physikalische Bildauflösung (des Speichermediums), eine einheitliche Bildwiederholrate und ein einheitliches Pixelseitenverhältnis, wobei sich aus der Bildauflösung des Quellmaterials seine Bildpunktzahl ermitteln lässt.The audiovisual material usually produced for cinema or television, which is used as starting material for the application of the invention, is referred to below as source material. Only a uniform audiovisual source material is suitable for the processing according to the invention, wherein the uniformity of the source material is determined by uniformity of defined technical parameters. These parameters include at least a uniform physical image resolution (of the storage medium), a uniform refresh rate and a uniform pixel aspect ratio, whereby the image resolution of the source material can be used to determine its pixel count.

Bezüglich der zu erreichenden Qualitätsstufe ist grundsätzlich davon auszugehen, dass die Qualität des zu erzeugenden Videostreams naturgemäß durch die Qualität des vorliegenden Quellmaterials begrenzt ist.With regard to the quality level to be achieved, it can generally be assumed that the quality of the video stream to be generated is naturally limited by the quality of the available source material.

Je höher die Qualität des vorgelegten Quellmaterials ist, desto höher ist auch das Spektrum der Qualitätsstufen, für die Videostreams erzeugt werden können.The higher the quality of the submitted source material, the higher the range of quality levels for which video streams can be generated.

Vor der Verarbeitung gemäß der Erfindung wird das Quellmaterial auf einem geeigneten Datenträger mit wahlfreiem Zugriff (z. B. Festplatte) gespeichert. In analoger Form vorliegendes Quellmaterial wird vor der Speicherung auf dem Datenträger digitalisiert (gegebenenfalls unter Anwendung von Deinterlacing).Prior to processing in accordance with the invention, the source material is stored on a suitable random access medium (eg, hard disk). Source material in analog form is digitized on the data medium before storage (possibly using deinterlacing).

Ausgangspunkt des Verfahrens sind die Festlegung auf ein einheitliches audiovisuelles Quellmaterial (Quellformat) und einen geeigneten Videokompressor sowie die Kenntnis der maximal verfügbaren Gesamtbitrate zur Medienübertragung von der Quelle bis zur Senke. Zunächst werden die zu berücksichtigenden Bildseitenverhältnisse p/q des Quellmaterials festgelegt. Unter zu berücksichtigenden Bildseitenverhältnissen sind solche zu verstehen, welche bei konkret vorliegendem Quellmaterial vorzufinden sind oder für die Zukunft vorgesehen werden sollen. Aus der Bildauflösung des Quellmaterials (x, y) wird für jedes Bildseitenverhältnis i, unter Berücksichtigung des Pixelseitenverhältnisses, eines ggf. vorliegenden anamorphen Faktors und dem notwendigen Cropping, die resultierende Bildauflösung (x', y')_i und daraus die zugehörige Bildpunktzahl (x'·y')_i ermittelt. Für die oben bereits erwähnte Qualitätsbewertung werden, je Bildseitenverhältnis i, mehrere (j) Bildpunktzahlen (x'·y')_i,j in gleichen Abständen vom theoretischen Minimalwert, der Makroblockgröße, bis zum Maximalwert, der Quellbildauflösung ermittelt. Aus den gebildeten Bildpunktzahlen (x·y)_i,j wird jeweils mittels eines Berechnungssystems eine Zielbildauflösung (ζ₁, ζ₂)_i,j ermittelt.The starting point of the procedure is the determination of a uniform audiovisual source material (source format) and a suitable video compressor as well as the knowledge of the maximum available total bit rate for the media transmission from the source to the sink. First, the aspect ratios p / q of the source material to be taken into account are determined. The aspect ratios to be taken into account are those which are to be found in concrete source material or which are to be provided for the future. From the image resolution of the source material (x, y), the resulting image resolution (x ', y') _i and, therefrom, the associated pixel count (x.sub.i) for each aspect ratio i, taking into account the pixel aspect ratio, any anamorphic factor present and the necessary cropping '· Y') _i determined. For the quality assessment already mentioned above, depending on the aspect ratio i, a plurality of (j) pixel numbers (x '· y') _{i, j are determined} at equal distances from the theoretical minimum value, the macroblock size, to the maximum value, the source image resolution. A target image resolution (ζ ₁ , ζ ₂ ) _{i, j is} determined in each case from the image pixel numbers (x · y) _{i, j formed} by means of a calculation system.

Anschließend wird die maximal zur Verfügung stehende Videobitrate β^vid,max unter wirtschaftlichen und technischen Gesichtspunkten und insbesondere unter Berücksichtigung der maximal nutzbaren Gesamtbitrate β^max festgesetzt. Für jedes Bildseitenverhältnis p/q wird hinsichtlich der Videokompression anspruchsvolles Bildmaterial (welches den Video-Codec auf verschiedene Weise besonders fordert und auch in der Praxis vorkommt) ausgewählt. Das Bildmaterial muss im zuvor festgelegten einheitlichen Quellformat vorliegen. Aus dem Material werden nach Bildseitenverhältnissen getrennt Videosequenzen zusammengestellt und unkomprimiert als Referenzvideodateien gespeichert.Subsequently, the maximum available video bit rate β ^{vid, max} under economic and technical aspects and in particular taking into account the maximum usable Total bit rate β ^max set. For each aspect ratio p / q, video material of high quality is selected (which particularly demands the video codec in various ways and is also found in practice). The footage must be in the pre-determined unified source format. From the material video sequences are compiled separately according to the aspect ratio and stored uncompressed as reference video files.

Die Referenzvideodateien werden für jede zuvor ermittelte Zielbildauflösung (ζ₁, ζ₂)_i,j mit der festgesetzten Videobitrate unter Verwendung des Videocodecs komprimiert und als Videodatei („Videostream”) abgespeichert. Die erzeugten Videostreams und die entsprechenden unkomprimierten Referenzvideodateien werden in einer Qualitätsbewertung mittels eines Bewertungssystems für jedes Bildseitenverhältnis separat bewertet. Für jedes Bildseitenverhältnis liegt im Anschluss eine bestbewertete Auflösung (respektive Bildpunktzahl) bzw. ein Zwischenwert aus zwei nebeneinander liegenden, gleich bewerteten Bildpunktzahlen vor. Durch ein Auswahlverfahren wird aus den bestbewerteten Bildpunktzahlen aller Bildseitenverhältnisse die Qualitätsstufenbildpunktzahl ζ^opt als Optimum gebildet.The reference video files are compressed for each previously determined target image resolution (ζ ₁ , ζ ₂ ) _{i, j} at the set video bit rate using the video codec and stored as a video file ("video stream"). The generated video streams and the corresponding uncompressed reference video files are separately evaluated in a quality evaluation by means of a rating system for each aspect ratio. For each aspect ratio there is then a best-rated resolution (respectively pixel count) or an intermediate value of two adjacent, equally evaluated pixel counts. By means of a selection process, the quality scale pixel count ζ ^{opt is formed} as the optimum from the best rated pixel numbers of all the aspect ratios.

Im zweiten Schritt des Verfahrens wird untersucht, ob es eine niedrigere Videobitrate als die oben festgesetzte gibt, mit der die Videobildqualität eingehalten werden kann (Erkennen von Qualitäts-Sättigungseffekten). Dazu wird für jedes Bildseitenverhältnis aus der ermittelten Qualitätsstufenbildpunktzahl ζ^opt mittels eines Berechnungssystems die zugehörige optimale Auflösung abgeleitet. In gleichen Abständen werden anschließend Bitraten unterhalb der zuvor festgesetzten maximal nutzbaren Videobitrate β^vid,max bestimmt (z. B. in Schritten von 32 kBit/s). Die im ersten Schritt verwendeten unkomprimierten Referenzvideodateien werden mit der pro Bildseitenverhältnis ermittelten Auflösung und den festgelegten Bitraten komprimiert. Die Videostreams werden hinsichtlich ihrer Videobildqualität unter Berücksichtigung der Referenzvideodateien mittels eines Bewertungssystems bewertet. Als Ergebnis erhält man für jedes Bildseitenverhältnis eine Bitrate, oberhalb der die Qualität nicht höher bewertet wurde. Aus den pro Bildseitenverhältnis ermittelten Bitraten wählt man die Qualitätsstufenvideobitrate β^vid,opt als Maximum aus.In the second step of the method, it is examined whether there is a lower video bit rate than the one set out above, with which the video picture quality can be maintained (detection of quality saturation effects). For this purpose, the associated optimum resolution is derived for each aspect ratio from the determined quality step image number ζ ^opt by means of a calculation system. At equal intervals, bit rates below the previously determined maximum usable video bit rate β ^{vid, max are then} determined (eg in steps of 32 kbit / s). The uncompressed reference video files used in the first step are compressed with the resolution determined per aspect ratio and the specified bit rates. The video streams are evaluated with regard to their video image quality taking into account the reference video files by means of a rating system. As a result, a bit rate is obtained for each aspect ratio above which the quality is not rated higher. From the bit rates determined per image aspect ratio, one selects the quality level ^video bit rate β ^{vid, opt} as maximum.

Im dritten Schritt werden mit den ermittelten Auflösungen für die einzelnen Bildseitenverhältnisse, ermittelt aus der Qualitätsstufenbildpunktzahl ζ^opt und der Qualitätsstufenvideobitrate β^vid,opt, in der Praxis Videostreams erzeugt. Die erzeugten Videostreams weisen trotz unterschiedlicher Bildseitenverhältnisse die gleiche Bildqualität auf und befinden sich damit in einer Qualitätsstufe. Das heißt, die ermittelten Parameter liegen in einer Qualitätsstufe, da der Codec bei der Videokompression immer die gleiche Qualität pro Bildpunkt erzeugt.In the third step, video streams are generated in practice with the determined resolutions for the individual aspect ratios, determined from the quality step image number ζ ^opt and the quality level video ^{bit rate} β ^{vid, opt} . The generated video streams have the same image quality despite different aspect ratios and are thus in a quality level. That is, the parameters determined are in a quality level, since the codec always produces the same quality per pixel in the video compression.

Gemäß Schritt 3 werden zur Vereinfachung der Bildung weiterer Qualitätsstufen die bei der Ausführung des Verfahrens gewonnenen Parameter weiterverwendet. Dabei wird aus den ermittelten Basiswerten Qualitätsstufenbildpunktzahl ζ^opt und Qualitätsstufenvideobitrate β^vid,opt eine Qualitätskonstante Φ^opt errechnet. Mittels der Qualitätskonstante Φ^opt kann für eine höhere (oder niedrigere) Videobitrate die optimale Qualitätsstufenbildpunktzahl Φ^opt oder umgekehrt für eine gewünschte Bildpunktzahl die optimale Qualitätsstufenvideobitrate β^vid,opt ermittelt werden. Aus der Qualitätsstufenbildpunktzahl ζ^opt wird mittels des aus Schritt 1 bekannten Berechnungssystems für jedes gewünschte Bildseitenverhältnis i eine optimale Zielbildauflösung (ζ₁ ^opt, ζ₂ ^opt)_i errechnet. Unter Verwendung der ermittelten Bildauflösungen und der Videobitrate können als „schnelle” Lösung unmittelbar Videostreams der neuen Qualitätsstufe erzeugt werden (ohne Qualitätsbewertung oder Bitratenoptimierung). Alternativ können die Werte als Basis für eine aufwandsreduzierte Durchführung des Verfahrens dienen.According to step 3, to simplify the formation of further quality levels, the parameters obtained during the execution of the method are reused. In this case ^, a quality constant Φ ^{opt is} calculated from the determined basic values of quality step ^{image number} ζ ^opt and quality step ^{video bitrate} β ^{vid, opt} . By means of the quality constant Φ ^opt , for a higher (or lower) video bit rate, the optimal quality level pixel number Φ ^opt or, conversely, for a desired pixel number, the optimal quality level video bit rate β ^{vid, opt} can be determined. From the levels of quality pixel number ζ ^opt by means of the known calculation system from step 1 for each desired aspect ratio i optimal target image resolution (ζ ₁ ^opt, ζ ₂ ^opt) _i is calculated. Using the determined image resolutions and the video bit rate, video streams of the new quality level can be generated directly (without quality evaluation or bitrate optimization) as a "fast" solution. Alternatively, the values can serve as the basis for a reduced expenditure implementation of the method.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird später anhand von zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert.The method according to the invention will be explained in more detail later with reference to two exemplary embodiments.

Im ersten Schritt wird ein hinsichtlich technischer Parameter (z. B. Auflösung, Bildwiederholrate, Pixelseitenverhältnis) und audiovisueller Qualität einheitliches Quellformat festgelegt. Die Festlegung kann beispielsweise auf einen der Standards PAL D1, NTSC D1, 720/24p oder 1080/50i erfolgen. Die Parameter des Quellformates sind von der gewünschten Qualitätsstufe des Zielformats abhängig und umgekehrt. Das unter den vorgenannten Aspekten ausgewählte Quellformat wird im Folgenden als Qualitätsstufenquellformat bezeichnet. In diesem Quellformat muss sämtliches Quellmaterial, das in Videostreams der Qualitätsstufe umgewandelt werden soll – soweit möglich als progressives Quellmaterial – vorliegen.In the first step, a uniform source format is defined with regard to technical parameters (eg resolution, refresh rate, pixel aspect ratio) and audiovisual quality. The definition can be made for example to one of the standards PAL D1, NTSC D1, 720 / 24p or 1080 / 50i. The parameters of the source format depend on the desired quality level of the target format and vice versa. The source format selected from the above aspects will be referred to as the quality level source format hereafter. In this source format, all source material that is to be converted into video streams of the quality level - as far as possible as progressive source material - must be available.

Wählt man PAL D1 als Quellformat, arbeitet man fortan mit der Quellbildauflösung (x, y) = (720,576), der Bildwiederholrate ω = 25 Vollbilder/s bzw. 50 Halbbilder/s und dem Pixelseitenverhältnis p = 16/15.If one chooses PAL D1 as the source format, one works with the source image resolution (x, y) = (720,576), the image refresh rate ω = 25 frames / s or 50 fields / s and the pixel aspect ratio p = 16/15.

In analoger Form vorliegendes Quellmaterial wird entsprechend dem Stand der Technik digitalisiert und auf einem Datenträger gespeichert. Die Digitalisierung erfolgt mit einheitlichen Parametern und unter einheitlichen Bedingungen. Insbesondere müssen Auflösung, Pixel-Quantisierung und Pixel-Farbraum einheitlich sein. Bereits in digitaler Form vorliegendes Material wird auf das Speichermedium übertragen. In beiden Fällen erfolgt die Speicherung in unkomprimierter Form oder komprimiert einheitlich (z. B. verlustfrei komprimiert mit festgelegter Quantisierung und Farbraum). Liegt das Quellmaterial nicht in Vollbildern, sondern in Halbbildern vor, wird während oder nach dem Capturing auf das Quellmaterial bzw. auf das auf ein digitales Speichermedium übertragene Material ein einheitliches Deinterlacing-Verfahren zum Entfernen von Zeilensprüngen angewandt.In analog form present source material is digitized according to the prior art and stored on a disk. The digitization is done with uniform parameters and under uniform conditions. In particular, resolution, pixel quantization and pixel color space must be consistent. Already in digital form present material is transferred to the storage medium. In both cases, the storage takes place in uncompressed form or compressed uniformly (eg, loss-free compressed with defined quantization and color space). If the source material is not in full-frame, but in fields, a uniform deinterlacing method for removing interlaced lines is applied during or after capturing to the source material or to the material transferred to a digital storage medium.

Die Umwandlung des einheitlichen Quellmaterials in einen Videostream erfolgt mittels eines an sich bekannten Encoding-Prozesses. Dabei wird die Videosequenz unter Verwendung eines Codecs, der den Komprimierungsalgorithmus enthält, komprimiert. Sowohl auf DCT basierende Codecs als auch Wavelet-Codecs können im Rahmen der Lösung verwendet werden. Da Wavelet-Codecs keine Aufteilung des Bildes in Makroblöcke vornehmen, wird bei deren Verwendung eine theoretische Makroblockgröße von (1,1) angenommen (1×1 Pixel).The conversion of the uniform source material into a video stream is carried out by means of a known encoding process. The video sequence is compressed using a codec containing the compression algorithm. Both DCT-based codecs and wavelet codecs can be used as part of the solution. Because wavelet codecs do not split the image into macroblocks, assuming it uses a theoretical macroblock size of (1.1) (1 × 1 pixel).

Bei der Festlegung der maximal nutzbaren Qualitätsstufengesamtbitrate β^max sind technische und wirtschaftliche Überlegungen einzubeziehen. Eine zur Verfügung stehende Gesamtbitrate spaltet sich in mehrere Teilbitraten auf. Dabei ist die Zerlegung in einen Bitraten-Overhead β^ove, eine Videobitrate β^vid, eine Audiobitrate β^aud und für besondere Zwecke in einen zusätzlichen Anteil β^zus zu berücksichtigen: β^max = β^ove + β^vid + β^aud + β^zus When determining the maximum usable quality grade total ^bitrate β ^max , technical and economic considerations must be considered. An available total bit rate splits into several partial bit rates. Here, the decomposition into a bit-rate overhead β ^ove, video bit rate β ^vid, audio bit rate β ^aud and for special purposes in an additional portion β ^additionally be considered: β ^max = β ^ove + β ^vid + β ^aud + β ^add

Der Bitraten-Overhead β^ove ist ein kleiner Wert, der eine bestimmte Grenze β^ove,max nicht übersteigt. Zur Vereinfachung wird nachfolgend β^zus = 0 angenommen.The bit rate overhead β ^ove is a small value that does not exceed a certain limit β ^{ove, max} . For simplification, β ^zus = 0 is assumed below.

Verschiedenen Qualitätsansprüchen bzgl. Audio (Anzahl der Audiokanäle, Klangqualität) kann durch die Nutzung unterschiedlicher Audiobitraten Rechnung getragen werden. Die dabei maximal verwendete Audiobitrate bezeichnen wir als β^aud,max.Various quality requirements regarding audio (number of audio channels, sound quality) can be taken into account by using different audio bitrates. The maximum audio bit rate used is called β ^{aud, max} .

Die maximal zur Verfügung stehende Videobitrate β^vid,max wird durch die Beziehung β^vid,max = β^max – β^ove,max – β^aud,max ermittelt.The maximum available video bit rate β ^{vid, max} is determined by the relationship β ^{vid, max} = β ^{max -β ove, max -β aud, max} .

Ausgehend von dem einheitlichen audiovisuellen Quellmaterial mit einheitlicher Quellbildauflösung (x, y), einheitlichem Pixelseitenverhältnis ρ, einheitlicher Bildwiederholrate ω, einheitlichem Video-Codec und der einheitlichen Qualitätsstufengesamtbitrate β^max wurde, wie oben beschrieben, die durch begrenzte Bandbreite vorgegebene maximal zur Verfügung stehende Videobitrate β^vid,max ermittelt.Starting from the uniform audiovisual source material with uniform source image resolution (x, y), uniform pixel aspect ratio ρ, uniform frame rate ω, uniform video codec, and uniform quality level total bit rate β ^max , as described above, the maximum available video bit rate β was given by limited bandwidth ^{vid, max} determined.

Unter Zugrundelegung der maximal zur Verfügung stehenden Videobitrate β^vid,max, der einheitlichen Quellbildauflösung (x, y) und i Bildseitenverhältnissen, werden die Zielbildauflösungen (ζ₁, ζ₂)_i für die zu bildende Qualitätsstufe und die Basiswerte Qualitätsstufenvideobitrate β^vid,opt und Qualitätsstufenbildpunktzahl ζ^opt ermittelt.On the basis of the maximum available video bit rate β ^{vid, max} , the uniform source image resolution (x, y) and i aspect ratios, the target image resolutions (ζ ₁ , ζ ₂ ) _i for the quality level to be formed and the base quality quality video bit rates β ^{vid, opt} and Quality step ^{pixel count} ζ ^opt determined.

Gemeinsam mit den Festlegungen auf ein Quellformat mit der zugehörigen einheitlichen Quellbildauflösung (x, y) und dem einheitlichen Pixelseitenverhältnis ρ, dem ausgewählten Video-Codec und einer maximal nutzbaren Qualitätsstufengesamtbitrate β^max definieren die beiden Basiswerte Qualitätsstufenvideobitrate β^vid,opt und Qualitätsstufenbildpunktzahl ζ^opt die jeweilige Qualitätsstufe.Together with the definitions of a source format with the associated uniform source image resolution (x, y) and the uniform pixel aspect ratio ρ, the selected video codec and a maximum usable Qualitätsstufengesamtbitrate β ^max define the two basic quality level video bit rate β ^{vid, opt} and quality level image point number ζ ^opt the respective quality level.

Die Ermittlung des Basiswertes Qualitätsstufenbildpunktzahl ζ^opt geschieht unter Verwendung von Hilfsgrößen. Als Hilfsgrößen werden gewählt:

• – eine Menge von j Bildpunktzahlen und
• – eine Menge von i (in der Praxis vorzusehenden) Bildseitenverhältnissen.

The determination of the basic value quality step ^{image number} ζ ^opt is done using auxiliary quantities. As auxiliary sizes are chosen:

• - a set of j pixel counts and
• - a set of i (in practice to be provided) aspect ratio.

Die Auswahl der j Bildpunktzahlen erfolgt z. B. durch äquidistante Aufteilung des Bildpunktzahlen-Bereichs zwischen (γ₁·γ₂) und (x·y), wobei der kleinste Wert (γ₁·γ₂) nicht berücksichtigt wird.The selection of the j pixel counts takes place z. B. by equidistant division of the pixel number range between (γ ₁ · γ ₂ ) and (x · y), wherein the smallest value (γ ₁ · γ ₂ ) is not taken into account.

Zu jeder aus der Menge der Bildpunktzahlen M ausgewählten Bildpunktzahl z_j und jedem Bildseitenverhältnis b, wird die aus der Bildpunktzahl z_j und dem Bildseitenverhältnis b_i abgeleitete Bildauflösung z_j(b_i) bestimmt.For each pixel number z _j selected from the set of pixel numbers M and each aspect ratio b, the image resolution z _j (b _i ) derived from the pixel number z _j and the aspect ratio b _{i is} determined.

Bei der Ermittlung der Bildauflösung z_j(b_i) wird wie folgt beschrieben vorgegangen. Für eine verfahrensverträgliche Zielbildauflösung (ζ₁, ζ₂) sind jedoch zunächst folgende Sachverhalte zu beachten:

• (a) Die Zielbildauflösung (ζ₁, ζ₂) beträgt theoretisch minimal die Makroblockgröße und maximal die Quellbildauflösung: [γ₁ ≤ ζ₁ ≤ x ∧ γ₂ ≤ ζ₂ ≤ y] Weiterhin muss für die horizontale und vertikale Zielbildauflösung ζ₁, ζ₂ gelten: ζ₁ ist durch γ₁ teilbar ζ₂ ist durch γ₂ teilbar
• (b) Das Zielbildseitenverhältnis ζ₁/ζ₂ entspricht in bester Näherung dem gewünschten Bildseitenverhältnis p/q des Quellbildes, wenn gilt: ζ₁/p = (s·γ₁) ± u s ∊ N, u ist eine ganze Zahl < γ₁ ζ₂/q = (t·γ₂) ± v t ∊ N, v ist eine ganze Zahl γ₂

The image resolution z _j (b _i ) is determined as follows. For a process-compatible target image resolution (ζ ₁ , ζ ₂ ), however, the following facts must first be taken into account:

• (a) The target image resolution (ζ ₁ , ζ ₂ ) is theoretically minimal the macroblock size and at most the source image resolution: [γ ₁ ≤ ζ ₁ ≤ x ∧ γ ₂ ≤ ζ ₂ ≤ y] Furthermore, for the horizontal and vertical target image resolution, ζ ₁ , ζ ₂ applies: ζ ₁ is divisible by γ ₁ ζ ₂ is divisible by γ ₂
• (b) The target aspect ratio ζ ₁ / ζ ₂ best approximates the desired aspect ratio p / q of the source image if: ζ ₁ / p = (s · γ ₁ ) ± us ε N, u is an integer <γ ₁ ζ ₂ / q = (t · γ ₂ ) ± vt ∈ N, v is an integer γ ₂

Bei der Ermittlung der Bildauflösung zu einem bestimmten Bildseitenverhältnis und einer bestimmten Bildpunktzahl wird grundsätzlich davon ausgegangen, dass der Bildauflösung immer eine ganzzahlige Menge von Makroblöcken zugrunde zu legen ist. Damit können Bildauflösung und Bildseitenverhältnis nicht exakt, sondern nur bestmöglich angenähert ermittelt werden.When determining the image resolution for a specific aspect ratio and a certain number of pixels, it is generally assumed that the image resolution is always based on an integer number of macroblocks. Thus, image resolution and aspect ratio can not be determined exactly, but only approximated as best as possible.

Ermittlung einer Bildauflösung:Determining an image resolution:

Gegeben seien die Bildpunktzahl M und das gewünschte Bildseitenverhältnis des Zielbildes p/q für die die Bildauflösung ermittelt werden soll.

• A: Für die Zielbildauflösung gilt zunächst: ζ₁' = |SQRT(M·p/q)| ζ₂' = |SQRT(M·q/p)| Die beiden Zahlen ζ₁' und ζ₂' sind positive reelle Zahlen.
• B: Wir suchen die beiden natürlichen Zahlen u und v, für die gilt: [u – 1]·γ₁ ≤ ζ₁' ≤ u·γ₁ und [v – 1]·γ₂ ≤ ζ₂' ≤ v·γ₂
• C: Mit Hilfe eines Bewertungsschemas wählen wir nun aus der Menge {(u·γ₁, v·γ₂), (u·γ₁, [v – 1]·γ₂), ([u – 1]·γ₁, v·γ₂), ([u – 1]·γ₁, [v – 1]·γ₂)} genau ein Paar (ζ₁, ζ₂) aus für das gilt: Die Abweichung |M – ζ₁·ζ₂| ist am kleinsten. Die Abweichung |p/q – ζ₁/ζ₂| ist am kleinsten.

Given the pixel number M and the desired aspect ratio of the target image p / q for which the image resolution is to be determined.

• A: The following applies to the target image resolution: ζ ₁ '= | SQRT (M · p / q) | ζ ₂ '= | SQRT (M · q / p) | The two numbers ζ ₁ 'and ζ ₂ ' are positive real numbers.
• B: We are looking for the two natural numbers u and v, for which: [u - 1] · γ ₁ ≤ ζ ₁ '≤ u · γ ₁ and [v - 1] · γ ₂ ≤ ζ ₂ ' ≤ v · γ ₂
• C: With the help of an evaluation scheme, we now choose from the set {(u · γ ₁ , v · γ ₂ ), (u · γ ₁ , [v - 1] · γ ₂ ), ([u - 1] · γ ₁ , v · γ ₂ ), ([u - 1 ] · Γ ₁ , [v - 1] · γ ₂ )} exactly one pair (ζ ₁ , ζ ₂ ) for which the following applies: The deviation | M - ζ ₁ · ζ ₂ | is the smallest. The deviation | p / q - ζ ₁ / ζ ₂ | is the smallest.

Mittels dieser Verfahrensweise wurde eine Zielbildauflösung (ζ₁, ζ₂) ermittelt, für die folgendes gilt:

• – Die zur Zielbildauflösung ζ₁·ζ₂ zugehörige Bildpunktzahl z_j entspricht näherungsweise der Bildpunktzahl M und
• – das zur Zielbildauflösung ζ₁/ζ₂ zugehörige Bildseitenverhältnis stimmt näherungsweise mit dem Bildseitenverhältnis des Quellbildes p/q überein.

By means of this procedure, a target image resolution (ζ ₁ , ζ ₂ ) was determined for which the following applies:

• The pixel number z _j belonging to the target image resolution ζ ₁ · ζ ₂ corresponds approximately to the pixel number M and
• The aspect ratio associated with the target image resolution ζ ₁ / ζ ₂ is approximately equal to the aspect ratio of the source image p / q.

Die Zielbildauflösung (ζ₁, ζ₂) wurde wie beschrieben aus der Bildpunktzahl M und dem Bildseitenverhältnis des Quellbildes p/q abgeleitet.The target image resolution (ζ ₁ , ζ ₂ ) was derived as described from the pixel number M and the aspect ratio of the source image p / q.

Danach wird eine einheitliche Audiobitrate β^aud festgelegt. Dabei darf auch ein höherer Wert für die Audiobitrate β^aud festgelegt werden, als aktuell benötigt wird. Das ist beispielsweise der Fall, wenn eine Reserve für weitere Sprachfassungen oder Mehrkanalton gebildet werden soll. Unter Berücksichtigung von β^aud wird die maximal zur Verfügung stehende Videobitrate β^vid,max berechnet.Thereafter, a uniform audio bitrate β ^{aud is} set. In doing so, a higher value for the audio bitrate β ^aud may also be specified than is currently required. This is the case, for example, if a reserve for further language versions or multi-channel sound is to be formed. Taking into account β ^aud , the maximum available video bit rate β ^{vid, max is} calculated.

Für jedes Bildseitenverhältnis b_i wird nun eine Videosequenz mit dem Bildseitenverhältnis b_i zusammengestellt, bestehend aus Szenen, die das Komprimierungsverfahren unterschiedlich beanspruchen. Es ist darauf zu achten, dass die Videosequenz die einheitliche Quellbildauflösung (x, y) und das einheitliche Pixelseitenverhältnis ρ besitzt.For each aspect ratio b _i a video sequence having the aspect ratio b _i is now assembled, consisting of scenes which require the different compression methods. It is make sure that the video sequence has the uniform source image resolution (x, y) and the uniform pixel aspect ratio ρ.

Dabei wird ausgehend vom Quellmaterial mit einheitlicher Quellbildauflösung (x, y), einheitlichem Bildseitenverhältnis p/q und einheitlichem Pixelseitenverhältnis ρ zu jeder Bildpunktzahl M aus der Menge der festgelegten Bildpunktzahlen z_j unter Berücksichtigung der maximal zur Verfügung stehenden Videobitrate β^vid,max und der aus der Bildpunktzahl z_j und dem Bildseitenverhältnis b_i abgeleiteten Bildauflösung z_j(b_i) jeweils ein Videostream bzw. eine Videosequenz erzeugt.Starting from the source material with uniform source image resolution (x, y), uniform image aspect ratio p / q and uniform pixel aspect ratio ρ to each pixel M from the set of pixel counts z _j taking into account the maximum available video bit rate β ^{vid, max} and the the pixel number z _j and the image aspect ratio b _i derived image resolution z _j (b _i ) each generates a video stream or a video sequence.

Der Erzeugung der Videostreams liegt dabei folgender Ablauf zugrunde:
1. Schritt: Das Quellmaterial wird gemäß dem Stand der Technik mittels Digitalisierung und Deinterlacing, auf ein digitales Speichermedium übertragen.
2. Schritt: Abhängig vom Bildseitenverhältnis des Quellbildes p/q, einem anamorphotischen Faktor α und dem Pixelseitenverhältnis ρ wird das Quellmaterial beschnitten (Cropping). Dabei werden unsaubere Bildränder im Quellmaterial entfernt. Das Ergebnis wird (unkomprimiert) auf einem Speichermedium abgelegt. [Cropping: 10]
3. Schritt: Das aus dem zweiten Schritt resultierende Zwischenformat wird auf die aus der Bildpunktzahl M und dem Bildseitenverhältnis des Quellbildes p/q bereits gebildete Zielbildauflösung (ζ₁, ζ₂) skaliert, unter Berücksichtigung des anamorphotischen Faktors α und des Pixelseitenverhältnisses ρ.
4. Schritt: Das skalierte Material wird hinsichtlich des Videoanteils mit konstanter Bitrate β^vid unter Anwendung des Codecs komprimiert.The generation of the video streams is based on the following sequence:
1st step: The source material is transferred to a digital storage medium according to the prior art by means of digitizing and deinterlacing.
2nd step: Depending on the aspect ratio of the source image p / q, an anamorphic factor α and the pixel aspect ratio ρ, the source material is cropped (cropping). This removes dirty image edges in the source material. The result is stored (uncompressed) on a storage medium. [Cropping: 10]
3rd step: The intermediate format resulting from the second step is scaled to the target image resolution (ζ ₁ , ζ ₂ ) already formed from the pixel number M and the aspect ratio of the source image p / q, taking into account the anamorphic factor α and the pixel aspect ratio ρ.
Step 4: The scaled material is compressed in terms of the video component with constant bit rate β ^vid using the codec.

Die Berücksichtigung des anamorphotischen Faktors α ist nur erforderlich, wenn das Bild optisch antiproportional komprimiert wurde. Die Berücksichtigung des Pixelseitenverhältnisses ρ ist nur erforderlich, wenn der Wert verschieden von 1 ist.The consideration of the anamorphic factor α is only necessary if the image was optically antiproportional compressed. The consideration of the pixel aspect ratio ρ is only required if the value is different from 1.

Das im zweiten Schritt gebildete Zwischenformat dient im Folgenden als Referenzvideodatei. Diese Datei wird idealerweise in unkomprimierter oder verlustfrei komprimierter Form gespeichert. Bei der Produktion von Videostreams in der Praxis hat es gegebenenfalls (je nach Vorgehensweise beim Capturing und Encoding) keine Bedeutung, d. h. es wird nicht physikalisch auf einem Speicher abgelegt, sondern existiert nur virtuell.The intermediate format formed in the second step is used in the following as a reference video file. This file is ideally stored in uncompressed or lossless compressed form. In the production of video streams in practice, it may not have any meaning (depending on the procedure for capturing and encoding), ie. H. it is not stored physically on a memory but exists only virtually.

Unter Berücksichtigung der entsprechenden ITU-Richtlinien ITU-R BT.500 und gegebenenfalls ITU-R BT.710, wird ein Probandentest durchgeführt, bei dem sämtliche zuvor erzeugten Videostreams und Referenzen in mehreren Durchläufen den Probanden vorgestellt werden. Die Videostreams und Referenzen werden von jedem Probanden nacheinander und einzeln bewertet. Alternativ zur subjektiven Qualitätsbeurteilung durch Probanden kann, wie im Stand der Technik angegeben, ein technisches Messverfahren Anwendung finden, welches eine zuverlässige objektive Messung, unter Anwendung von Kriterien der menschlichen visuellen Wahrnehmung, verspricht. Anhand bestimmter Kriterien sollen die visuellen Unterschiede zwischen unkomprimierter Referenz und zu beurteilender komprimierter Videodatei ermittelt und daraus ein vergleichbarer Wert gebildet werden. Das technische Messverfahren sollte die Empfehlungen der ITU-Richtlinie ITU-R BT.1683 berücksichtigen.Taking into account the corresponding ITU guidelines ITU-R BT.500 and possibly ITU-R BT.710, a subject test is carried out in which all previously generated video streams and references are presented to the subjects in several runs. The video streams and references are evaluated by each subject one after the other and individually. As an alternative to subjective quality assessment by subjects, as indicated in the prior art, a technical measuring method can be used which promises a reliable objective measurement, using criteria of human visual perception. On the basis of certain criteria, the visual differences between uncompressed reference and the compressed video file to be assessed are determined and a comparable value formed therefrom. The technical measurement procedure should take into account the recommendations of the ITU Directive ITU-R BT.1683.

Aus den Resultaten der Qualitätsmessung wird über ein geeignetes Auswahlverfahren als erster Basiswert genau eine Qualitätsstufenbildpunktzahl ζ^opt aus der Menge der Bildpunktzahlen z_j über alle Bildseitenverhältnisse b_i bestimmt. Bei der Qualitätsstufenbildpunktzahl ζ^opt handelt es sich um einen optimierten Wert.From the results of the quality measurement, precisely one quality level pixel number ζ ^opt from the set of pixel numbers z _j over all image aspect ratios b _{i is} determined via a suitable selection method as the first base value. The quality scale ^{pixel count} ζ ^opt is an optimized value.

Dem Auswahlverfahren liegt dabei folgende Vorgehensweise zugrunde:

• 1. Schritt Ergebnis der Qualitätsmessung ist eine bestbewertete Bildauflösung z(b)^opt pro Bildseitenverhältnis b_i aus der Menge der Bildpunktzahlen z_j.
• 2. Schritt Aus den i Bildauflösungen z(b_i)^opt werden durch Multiplikation der horizontalen und vertikalen Auflösung (Spalten·Zeilen) die zugehörigen Bildpunktzahlen z_i ^opt errechnet. Im Falle von zwei gleich bewerteten, nebeneinander liegenden Bildauflösungen in Schritt 1 wird der Mittelwert ihrer Bildpunktzahlen gebildet.
• 3. Schritt Die Qualitätsstufenbildpunktzahl ζ^opt wird als arithmetisches Mittel aus i Bildpunktzahlen z_i ^opt gebildet.

The selection procedure is based on the following procedure:

• 1st step Result of the quality measurement is a best evaluated image resolution z (b) ^opt per aspect ratio b _i from the set of pixel counts z _j .
• 2nd step From the i image resolutions z (b _i ) ^opt , the associated pixel numbers z _i ^{opt are} calculated by multiplying the horizontal and vertical resolution (columns · lines). In the case of two equally weighted, side-by-side image resolutions in step 1, the mean of their pixel counts is formed.
• 3rd step The quality step image number ζ ^opt is formed as an arithmetic mean of i pixel numbers z _i ^opt .

Es liegt nun genau eine Qualitätsstufenbildpunktzahl ζ^opt vor. Bei der Ermittlung des zweiten Basiswertes, der als Qualitätsstufenvideobitrate β^vid,opt bezeichnet wird, wird folgendermaßen vorgegangen:
Ausgehend von der zuvor verwendeten Videobitrate β^vid wird eine Menge von Videobitraten β_k durch schrittweise Verkleinerung gebildet. Für jede gebildete Videobitrate β_k und jedes Bildseitenverhältnis b_i wird aus der bereits bei der Ermittlung des ersten Basiswertes erstellten Referenz (unkomprimierte Videosequenz) unter Verwendung der aus der Bildpunktzahl ζ^opt und dem Bildseitenverhältnis b_i abgeleiteten Bildauflösung ζ^opt(b_i) mit Hilfe der bereits bekannten Verfahrensschritte 1 bis 4 zur Erzeugung von Videostreams jeweils ein Videostream erzeugt.There is now exactly one quality level pixel number ζ ^opt . In determining the second base value, which is referred to as quality level ^{video bit} rate β ^{vid, opt} , the following procedure is adopted:
Starting from the previously used video bit rate β ^vid , a set of video bit rates β _{k is formed} by stepwise reduction. For each formed video bit rate β _k and each aspect ratio b _i is calculated from the already established in the determination of the first base reference (uncompressed video sequence) using the from the pixel count ζ ^opt and the image aspect ratio b _i derived image resolution ζ ^opt (b _i ) generates in each case a video stream with the aid of the already known method steps 1 to 4 for generating video streams.

Unter Berücksichtigung der entsprechenden ITU-Richtlinie ITU-R BT.500 und gegebenenfalls ITU-R BT.710, wird ein Probandentest durchgeführt, bei dem sämtliche, zuvor mit unterschiedlichen Videobitraten β_k erzeugten Videostreams in mehreren Durchlaufen den Probanden vorgestellt werden. Die Videostreams werden von jedem Probanden nacheinander und einzeln bewertet. Aus den subjektiven Resultaten des Probandentests wird über ein geeignetes Auswahlverfahren genau eine Videobitrate β^vid,opt (Qualitätsstufenbitrate) bestimmt. Alternativ zur Qualitätsbeurteilung durch Probanden kann auch hier, wie oben bereits beschrieben, eine technische Messmethode Anwendung finden.Taking into account the corresponding ITU Directive ITU-R BT.500 and possibly ITU-R BT.710, a subject test is performed in which all, previously produced with different video bit rates β _k video streams are presented in several passes through the subjects. The video streams are evaluated by each subject one after the other and individually. From the subjective results of the subject test, a video bit rate β ^{vid, opt} (quality level bit rate) is determined via a suitable selection method. As an alternative to the quality assessment by test persons, a technical measuring method can also be used here, as already described above.

In der Praxis werden ausgehend von den zuvor ermittelten Basiswerten

• – Qualitätsstufenvideobitrate β^vid,opt
• – Qualitätsstufenbildpunktzahl ζ^opt

und dem Quellmaterial mit den beschriebenen Eigenschaften, Videostreams produziert. Die produzierten Videostreams liegen innerhalb einer Qualitätsstufe.In practice, based on the previously determined base values

• Quality level video ^bitrate β ^{vid, opt}
• - Quality scale ^{pixel count} ζ ^opt

and the source material with the described properties, video streams produced. The produced video streams are within a quality level.

Mit Hilfe der zuvor ermittelten Basiswerte ζ^opt und β^vid,opt und unter Einbeziehung der Bildwiederholrate ω lässt sich nun eine optimierte Qualitätskonstante Φ^opt als

definieren. Diese Beziehung drückt formal die pro Pixel aufgewandte Bitrate aus. Unter der Voraussetzung einer repräsentativen Video-Testsequenz beschreibt die Qualitätskonstante Φ^opt für entsprechendes Quellmaterial im Proportionalbereich der optimalen Videobitrate β^vid,opt und der Qualitätsstufenbildpunktzahl ζ^opt (bei konstanter Bildwiederholrate ω) die Leistungsfähigkeit des Codecs und damit die Qualität des Encoding. Die optimierte Qualitätskonstante Φ^opt wird daher zur Prognose von abgeänderten Daten herangezogen. Mit Wahl einer Videobitrate im subjektiven Qualitäts-Sättigungsbereich der optimalen Videobitrate β^vid,opt und der Bildqualität oberhalb der optimalen Videobitrate β^vid,opt (genauer: zwischen β^vid,opt und β^vid,max) kann darüber hinaus eine gewisse Pufferung bzw. Stabilisierung der Qualitätsstufe, z. B. mit Rücksicht auf wechselndes Quellmaterial, erreicht werden.With the aid of the previously determined base values ζ ^opt and β ^{vid, opt} and including the image repetition rate ω, an optimized quality constant Φ ^opt can now be determined as

define. This relationship formally expresses the bit rate spent per pixel. On the assumption of a representative video test sequence, the quality constant Φ ^opt for corresponding source material in the proportional range of the optimum video bit rate β ^{vid, opt} and the quality step ^{pixel number} ζ ^opt (at constant frame rate ω) describes the performance of the codec and thus the quality of the encoding. The optimized quality constant Φ ^opt is therefore used to forecast changed data. By choosing a video bit rate in the subjective quality saturation range of the optimal video bit rate β ^{vid, opt} and image quality above the optimum video bit rate β ^{vid, opt} (more precisely: between β ^{vid, opt} and β ^{vid, max} ) can also be a certain buffering or stabilization the quality level, z. B. with regard to changing source material can be achieved.

4 zeigt den subjektiven Qualitäts-Sättigungsbereich der optimalen Videobitrate β^vid,opt und der beurteilten Bildqualität. Punkt A wurde bestimmt. 4 shows the subjective quality saturation range of the optimal video bit rate β ^{vid, opt} and the judged image quality. Point A was determined.

5 zeigt die Proportionalität der Videobitrate β^vid und der Bildpunktzahl ζ bei konstanter Bildwiederholrate ω. Punkt A wurde bestimmt. 5 shows the proportionality of the video bit rate β ^vid and the pixel number ζ at a constant frame rate ω. Point A was determined.

Mittels der gewonnenen optimierten Qualitätskonstante Φ^opt lässt sich eine zweite und auch weitere Qualitätsstufen mit deutlich reduziertem Zeit- und Arbeitsaufwand ermitteln. Ein verhältnismäßig hoher Aufwand entsteht im Verfahren durch die Ausführung der Probandentests, sofern nicht auf diese zu Gunsten technischer Messverfahren verzichtet wird. Bei der ersten Durchführung des Verfahrens sind diese Qualitätsmessungen unumgänglich. Mit der im ersten Verfahrensdurchlauf gewonnenen Qualitätskonstante wird die Bestimmung weiterer Qualitätsstufen einfacher, wobei es verschiedene Möglichkeiten gibt:

• 1. Aus der gewonnenen Qualitätskonstante werden, einer definierten Übertragungs-Bandbreite entsprechend, eine Bildpunktzahl und damit, den zu verwendenden Bildseitenverhältnissen entsprechend, Bildauflösungen ermittelt. Unter Verzicht auf die erste Qualitätsmessung, wird über die errechneten Bildauflösungen unter Anwendung der zweiten Qualitätsbestimmung die optimale Videobitrate ermittelt. Die neue Qualitätsstufe wurde mit stark reduziertem Testaufwand gebildet.
• 2. Aus der gewonnenen Qualitätskonstante wird, einer definierten Bildpunktzahl entsprechend, eine Video-Bitrate errechnet. Die Video-Bitrate wird, unter Anwendung der zweiten Qualitätsbestimmung, optimiert. Die neue Qualitätsstufe wurde mit stark reduziertem Testaufwand gebildet.
• 3. Bei Bildung einer neuen Qualitätsstufe, beispielsweise für einen neuen Video-Codec oder ein verändertes Quellformat, werden die aus vorhergehenden Verfahrensdurchläufen gewonnenen Erfahrungen über die Beziehung zwischen Bildauflösung, Videobitrate und Bildqualität herangezogen, um in einem engeren Bereich mit weniger Werten in Bezug auf die benötigten Qualitätsbestimmungs-Testreihen von Bildpunktzahlen und Videobitraten, zu arbeiten.
• 4. Bei der ersten Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens wird eine genauere Bestimmung der Bildpunktzahl wie folgt erreicht. Ausgehend vom Ergebnis der ersten Qualitätsmessung, einer, der maximal verwendbaren Videobitrate zugehörige Bildpunktzahl, ggf. gebildet als Mittelwert aus zwei gleich bewerteten Bildpunktzahlen, wird eine feinere Einteilung des Bereichs, den die nächst höhere und niedrigere Bildpunktzahl bilden, vorgenommen. Für den gebildeten Bereich wird gemäß dem vorstehenden Verfahren eine zweite Qualitätsbestimmung vorgenommen, um eine genauere Bildpunktzahl zu erhalten, die der maximal verwendbaren Videobitrate entspricht. Die Verfeinerung lässt sich beliebig wiederholen und ist auch auf die Bestimmung der optimalen Videobitrate anwendbar.
• 5. Zur sofortigen Bildung einer neuen Qualitätsstufe kann, mittels der optimierten Qualitätskonstante, eine Berechnung neuer Bildauflösungen bzw. einer neuen Videobitrate, unter Verzicht auf die Qualitätsbestimmung, zur Optimierung der Parameter, unternommen werden.
• 6. Zur verbesserten Prognose neuer Qualitätsstufen mit dem zuvor beschriebenen Verfahren wird eine zweite Testreihe mit einer höheren maximalen Videobitrate durchgeführt. Wie 6 zeigt wird mit vorstehendem Verfahren ein Punkt A ermittelt. Durch die zweite Testreihe wird ein Punkt B erhalten, der eine präzisere Festlegung der Linearbeziehung zwischen der Videobitrate und der Bildpunktzahl gestattet (bei konstanter Bildwiederholrate). Aus den Ergebnissen der beiden Testreihen wird die Gleichung der Geraden (6) abgeleitet. Diese hat folgende Form: β^vid,opt = Φ'·ω·ζ^opt + β_o ^vid 6: Zusätzlich zu Punkt A wurde ein Punkt B bestimmt.

By means of the optimized quality constant Φ ^opt , a second and also further quality levels can be determined with significantly reduced time and effort. A relatively high cost arises in the process by the execution of the subject tests, unless this is waived in favor of technical measurement. In the first implementation of the method, these quality measurements are essential. The quality constant obtained in the first process cycle makes the determination of further quality levels easier, with different possibilities:

• 1. From the quality constant obtained, according to a defined transmission bandwidth, a pixel count and thus, according to the image aspect ratios to be used, image resolutions determined. Dispensing with the first quality measurement, the optimum video bit rate is determined using the calculated image resolutions using the second quality determination. The new quality level was formed with greatly reduced testing effort.
• 2. From the quality constant obtained, a video bit rate is calculated according to a defined number of pixels. The video bit rate is optimized using the second quality determination. The new quality level was formed with greatly reduced testing effort.
• 3. When creating a new quality level, for example for a new video codec or an altered source format, the experience gained from previous process runs on the relationship between image resolution, video bit rate and image quality will be used in a narrower way Area with fewer values in terms of required quality determination test series of pixel counts and video bitrates to work.
• 4. In the first implementation of the method described above, a more accurate determination of the pixel count is achieved as follows. On the basis of the result of the first quality measurement, a pixel number associated with the maximum usable video bit rate, possibly formed as an average of two equally scored pixel counts, a finer classification of the range which forms the next higher and lower pixel count is made. For the formed area, according to the above method, a second quality determination is made to obtain a more accurate pixel count corresponding to the maximum usable video bit rate. The refinement can be repeated arbitrarily and is also applicable to the determination of the optimal video bit rate.
• 5. For the immediate formation of a new quality level, by means of the optimized quality constant, a calculation of new image resolutions or a new video bit rate, waiving the quality determination, can be undertaken to optimize the parameters.
• 6. For the improved prognosis of new quality levels with the method described above, a second test series with a higher maximum video bit rate is performed. As 6 shows a point A is determined by the above method. The second series of tests gives a point B which allows a more precise definition of the linear relationship between the video bit rate and the pixel count (at a constant frame rate). From the results of the two test series, the equation of the straight line ( 6 ) derived. This has the following form: β ^{vid, opt} = Φ '· ω · ζ ^opt + β _o ^vid 6 : In addition to point A, a point B was determined.

Ab einer bestimmten zur Verfügung stehenden Übertragungs-Bandbreite respektive Videobitrate, kommen die Bildauflösungen, bei Bildung einer neuen, höheren Qualitätsstufe an die Grenzen der Auflösung des beschnittenen Quellmaterials (x', y'). Es ist nicht sinnvoll, diese Quellbild-Auflösung zu überschreiten, da ein Hochskalieren des Quellbildes keinen Qualitätsgewinn bringt. Ab dem Punkt, wo die Quellbildauflösung überschritten wird, ist höher aufgelöstes Quellmaterial (z. B. ein High Definition Master) erforderlich. Steht solches nicht zur Verfügung, wird die Auflösung des beschnittenen Quellbildes verwendet und die maximal für dessen Abbildung, im Sinne der Qualitätsstufe benötigte Videobitrate (Qualitätsstufenvideobitrate β^vid,opt) errechnet. Wiederum wird die Beziehung verwendet, um, ausgehend von der vorgegebenen Bildauflösung und unter Anwendung einer Qualitätsmessung, die optimale Videobitrate β^vid,opt zu ermitteln.From a certain available transmission bandwidth or video bit rate, the image resolutions reach the limits of the resolution of the clipped source material (x ', y') when a new, higher quality level is formed. It does not make sense to exceed this source image resolution because upscaling the source image does not bring any quality gain. From the point where the source image resolution is exceeded, higher resolution source material (eg, a high definition master) is required. If such is not available, the resolution of the cropped source image is used and the maximum video bit rate (quality level video bit rate β ^{vid, opt} ) required for its mapping, in the sense of the quality level, is calculated. Again, the relationship is used to determine, based on the given image resolution and using a quality measurement, the optimal video bit rate β ^{vid, opt} .

Wie bereits erwähnt kann die subjektive Qualitätsmessung, welche mittels Probandentests erfolgt, alternativ durch technische Messverfahren zur Qualitätsbestimmung ersetzt werden. Die entsprechenden Algorithmen und Methoden sind gegenüber Probandentests mit merklich verringertem Aufwand und Kosten verbunden, mit den im Stand der Technik genannten Einschränkungen.As already mentioned, the subjective quality measurement, which takes place by means of subject tests, can alternatively be replaced by technical measuring methods for quality determination. The corresponding algorithms and methods are compared to subject tests with significantly reduced effort and costs associated with the limitations mentioned in the prior art.

Nachfolgend werden zwei konkrete Ausführungsbeispiele für die Ausgestaltung der Erfindung näher beschrieben.Two specific embodiments of the embodiment of the invention will be described in more detail below.

Beispiel 1: Ermittlung einer Qualitätsstufe für 1 Mbit/s-ÜbertragungsbandbreiteExample 1: Determining a Quality Level for 1 Mbps Transmission Bandwidth

Das folgende Beispiel zeigt, wie anhand des Verfahrens eine Qualitätsstufe für Videostreams erstellt wird, ausgehend von einer Übertragungsbandbreite von 1 MBit/s. Das Verfahren wird erstmalig angewandt, d. h. es sind keine Erfahrungswerte aus vorherigen Anwendungen bekannt, insbesondere keine Qualitätskonstante.The following example shows how to use the method to create a video stream quality level based on a 1 MBit / s transfer bandwidth. The method is used for the first time, i. H. no empirical values from previous applications are known, in particular no quality constant.

Ein Reiseunternehmen möchte sein Videoprogramm über das Internet anbieten. Die Reisevideos sollen zu einem Preis von 1,50 Euro pro Tag per Streaming abgerufen werden können. Kunden mit Internet-Anschlüssen ab 1 Mbit/s sollen das Angebot abrufen können. Als Ausgangsmaterial steht hochwertiges Quellmaterial der ersten Kopiengeneration im PAL-Format auf Digital Betacam MAZ-Bändern zur Verfügung. Die Reisefilme liegen größtenteils im Bildseitenverhältnis 4:3 vor, einige neue Produktionen im 16:9-Format. Andere Bildseitenverhältnisse kommen nicht vor. Für das Encoding der Filme wird eine Videopostproduktionsfirma beauftragt. Das Reiseunternehmen fordert eine höchstmögliche Qualität unter den gegebenen Randbedingungen.A travel company wants to offer its video program over the Internet. The travel videos should be available for a price of 1.50 euros per day via streaming. Customers with Internet connections from 1 Mbit / s should be able to retrieve the offer. The source material is high-quality source material of the first generation of copies in PAL format on Digital Betacam MAZ tapes. The travel films are mostly in 4: 3 aspect ratio, some new productions in 16: 9 format. Other aspect ratios do not occur. For the encoding of the films a Videopostproduktionsfirma is commissioned. The travel company demands the highest possible quality under the given conditions.

Die Produktionsfirma wendet das zuvor dargestellte Verfahren an. Zunächst wird das Material per Capturing auf die Festplatte einer Workstation übertragen. Dabei wird ein Deinterlacing durchgeführt, da es sich um Videoproduktionen im Zeilensprungverfahren handelt. Aus Gründen des für das Angebot erforderlichen Rechte-Managements entscheidet man sich für den SMPTE-Videocodec VC-1. Dieser verwendet Makroblöcke der Größe (4,4). Das Streaming-Format beansprucht einen Overhead von 9 kBit/s, wie der Encoding-Software zu entnehmen ist. Eine Audiobitrate von 96 kBit/s wird als ausreichend empfunden. Aus der Qualitätsstufengesamtbitrate von 1 MBit/s ergibt sich die maximal zur Verfügung stehende Videobitrate wie folgt: β^vid,max = β^max – β^ove,max – β^aud,max = 1024 kBit/s – 9 kBit/s – 96 kBit/s = 919 kBit/s The production company applies the method described above. First, the material is transferred to the hard disk of a workstation via capturing. This is a deinterlacing, since it is about Video productions in the interlaced process is. For the sake of the rights management required for the offer one chooses the SMPTE video codec VC-1. This uses size (4,4) macroblocks. The streaming format requires 9 kbit / s overhead, as shown in the encoding software. An audio bit rate of 96 kbps is considered sufficient. From the quality level total bit rate of 1 Mbps, the maximum available video bitrate is as follows: β ^{vid, max} = β ^max - β ^{ove, max} - β ^{aud, max} = 1024 ^kbps - 9 kbps - 96 kbps = 919 kbps

Basierend auf dem Quellformat, der Festlegung auf einen Codec und der ermittelten maximalen Videobitrate werden im Folgenden die beiden Basiswerte Qualitätsstufenbildpunktzahl und Qualitätsstufenvideobitrate ermittelt.Based on the source format, the determination of a codec and the determined maximum video bit rate, the following two basic values are determined: quality level image point number and quality level video bitrate.

Vom PAL-Quellmaterial soll aufgrund von unsauberen Kanten unter Beibehaltung des Bildseitenverhältnisses ein schmaler Rand um das Bild abgeschnitten werden. Das verbleibende Bild hat eine Größe von 688×550 Pixel und ein Bildseitenverhältnis von 1,25:1 (zur Beachtung: PAL-Pixelseitenverhältnis = 1,067:1).The PAL source material should be cut off due to unclean edges while maintaining the aspect ratio, a narrow edge around the image. The remaining image has a size of 688 × 550 pixels and an aspect ratio of 1.25: 1 (note: PAL pixel aspect ratio = 1.067: 1).

Nachfolgend werden für die Qualitätsbewertung gemäß dem Verfahren mehrere Bildpunktzahlen ermittelt. Die theoretisch kleinste Bildauflösung beträgt 4×4 Pixel und die größte Auflösung bei 4:3 beträgt beispielhaft 688×516. 688×516 Pixel ist die dem Quellmaterial zugehörige, auf quadratische Pixel korrigierte Auflösung. Zwischen dem kleinsten und dem größten Auflösungswert werden z Bildpunktzahlen ermittelt und entsprechende Bildauflösungen für 4:3 und 16:9 berechnet. Der kleinste Wert wird in den Berechnungen nicht berücksichtigt. Tab. 1 zeigt die aus den Bildpunktzahlen entsprechend der Bildseitenverhältnisse 4:3 und 16:9 ermittelten, exakten Werte mit Nachkommastellen. 4:3 16:9 z ζ₁' ζ₂' ζ₁' ζ₂' 16 50729 260,07 195,06 300,31 168,92 101442 367,77 275,83 424,67 238,87 152155 450,41 337,81 520,09 292,55 202868 520,09 390,07 600,54 337,81 253581 581,47 436,10 671,42 377,68 304294 636,97 477,72 735,50 413,72 355008 688,00 516,00 794,43 446,87 Tab. 1 Subsequently, several pixel numbers are determined for the quality evaluation according to the method. The theoretically smallest image resolution is 4 × 4 pixels and the largest resolution at 4: 3 is for example 688 × 516. 688 × 516 pixels is the resolution corrected for square pixels in the source material. Between the smallest and the largest resolution value z pixel counts are determined and corresponding image resolutions for 4: 3 and 16: 9 are calculated. The smallest value is not taken into account in the calculations. Tab. 1 shows the exact values with decimal places determined from the pixel numbers corresponding to the aspect ratios 4: 3 and 16: 9. 4: 3 16: 9 z ζ ₁ ' ζ ₂ ' ζ ₁ ' ζ ₂ ' 16 50729 260.07 195.06 300.31 168.92 101442 367.77 275.83 424.67 238.87 152155 450.41 337.81 520.09 292.55 202868 520.09 390.07 600.54 337.81 253581 581.47 436.10 671.42 377.68 304294 636.97 477.72 735.50 413.72 355008 688.00 516.00 794.43 446.87 Tab. 1

Tab. 2 und 3 zeigen jeweils die für die Bildauflösungen 4:3 und 16:9 berechneten, an der Makroblock-Größe orientierten, alternativen Werte für die horizontale und vertikale Auflösung, sowie in den beiden rechten Spalten, die daraus ermittelten, optimalen Werte. Dabei wurden die Werte bestimmt, bei denen die Abweichung vom gewünschten Bildseitenverhältnis (4:3 bzw. 16:9) und der Bildpunktzahl minimal ist (Fettdruck). AR* = 4:3 ζ₁' ζ₂' γ₁·(u – 1) γ₁·u γ₂·(v – 1) γ₂·v ζ₁ ζ₂ 260,07 367,77 195,06 275,83 260 364 264 368 192 272 196 276 264 368 192 276 450,41 337,81 448 452 336 340 448 340 520,09 390,07 520 524 388 392 524 388 581,47 436,10 580 584 436 440 580 436 636,97 477,72 636 640 476 480 640 476 688,00 516,00 688 692 516 520 688 516 Tab. 2 *AR = Aspect Ratio (Bildseitenverhältnis) AR = 16:9 ζ₁' ζ₂' γ₁·(u – 1) γ₁·u γ₂·(v – 1) γ₂·v ζ₁' ζ₂ 300,31 168,92 300 304 168 172 300 168 424,67 238,87 424 428 236 240 424 240 520,09 292,55 520 524 292 296 520 292 600,54 337,81 600 604 336 340 604 336 671,42 377,68 668 672 376 380 668 380 Tab. 3 Tab. 2 and 3 respectively show the alternative values for the horizontal and vertical resolution, which are calculated for the image resolutions 4: 3 and 16: 9 and oriented on the macroblock size, and in the two right columns, the optimal values determined therefrom. The values were determined in which the deviation from the desired aspect ratio (4: 3 or 16: 9) and the number of pixels is minimal (bold). AR * = 4: 3 ζ ₁ ' ζ ₂ ' γ ₁ · (u - 1) γ ₁ · u γ ₂ · (v - 1) γ ₂ · v ζ ₁ ζ ₂ 260.07 367.77 195.06 275.83 260,364 264 368 192 272 196 276 264 368 192 276 450.41 337.81 448 452 336 340 448 340 520.09 390.07 520 524 388 392 524 388 581.47 436.10 580 584 436 440 580 436 636.97 477.72 636 640 476 480 640 476 688.00 516.00 688 692 516 520 688 516 Tab. 2 * AR = Aspect ratio (aspect ratio) AR = 16: 9 ζ ₁ ' ζ ₂ ' γ ₁ · (u - 1) γ ₁ · u γ ₂ · (v - 1) γ ₂ · v ζ ₁ ' ζ ₂ 300.31 168.92 300 304 168 172 300 168 424.67 238.87 424 428 236 240 424 240 520.09 292.55 520 524 292 296 520 292 600.54 337.81 600 604 336 340 604 336 671.42 377.68 668 672 376 380 668 380 Tab. 3

Es werden zwei Videosequenzen, bestehend aus charakteristischen Szenen der Reisefilme, in den Bildseitenverhältnissen 4:3 und 16:9 zusammengeschnitten und gespeichert. Die unkomprimiert und im Quellformat (PAL) vorliegenden Sequenzen in 4:3 und 16:9 werden jeweils mittels Encoding-Software und VC-1 Codec mit der Videobitrate 919 kBit/s und mit jeder zuvor berechneten Bildauflösung kodiert. Mit den Referenzvideodateien liegen insgesamt 14 Videodateien für die erste Qualitätsmessung vor. Die Qualitätsmessung erfolgt entweder mittels eines automatischen Qualitätsmessverfahrens oder anhand von Probandentests. Als Ergebnis der Qualitätsmessung erhält man dabei pro Bildseitenverhältnis eine Qualitätsbewertung. Bei Probandentests würde das einer durchschnittlichen Qualitätsbewertung nach dem Prinzip eines Schulnotensystems entsprechen (Tab. 4 und 5). AR = 4:3 Seq. ζ₁ ζ₂ Q #1 264 192 2,7 #2 368 276 2,3 #3 448 340 1,9 #4 524 388 2,2 #5 580 436 2,7 #6 640 476 3,4 #7 688 516 3,9 Tab. 4 AR = 16:9 Seq. ζ₁ ζ₂ Q #1 300 168 2,6 #2 424 240 2,2 #3 520 292 2,0 #4 604 336 2,3 #5 668 380 2,8 Tab. 5 Two video sequences, consisting of characteristic scenes of the travel films, are cut together and stored in the aspect ratios 4: 3 and 16: 9. The uncompressed and source format (PAL) sequences in 4: 3 and 16: 9 are each encoded by encoding software and VC-1 codec with the video bit rate of 919 kbit / s and with each previously calculated image resolution. The reference video files contain a total of 14 video files for the first quality measurement. The quality measurement is carried out either by means of an automatic quality measurement method or by subject tests. As a result of the quality measurement, a quality rating is obtained for each aspect ratio. In the case of subject tests, this would correspond to an average quality assessment according to the principle of a school grading system (Tab. 4 and 5). AR = 4: 3 Seq. ζ ₁ ζ ₂ Q #1 264 192 2.7 # 2 368 276 2.3 # 3 448 340 1.9 # 4 524 388 2.2 # 5 580 436 2.7 # 6 640 476 3.4 # 7 688 516 3.9 Tab. 4 AR = 16: 9 Seq. ζ ₁ ζ ₂ Q #1 300 168 2.6 # 2 424 240 2.2 # 3 520 292 2.0 # 4 604 336 2.3 # 5 668 380 2.8 Tab. 5

Für beide Bildseitenverhältnisse wurde dabei jeweils die Sequenz #3 eindeutig am besten bewertet. Die Auflösungen 448×340 für 4:3 und 520×292 für 16:9 haben damit am besten abgeschnitten.For both image aspect ratios, the sequence # 3 was clearly best rated. The 448 × 340 for 4: 3 and 520 × 292 for 16: 9 have done the best.

Anschließend wird bestimmt, ob die Videobitrate von 919 kBit/s ohne Qualitätsverlust unterschritten werden kann. Dazu wird vorzugsweise in 32 kBit/s-Schritten eine Reihe von fünf Werten gebildet:
791 kBit/s, 823 kBit/s, 855 kBit/s, 887 kBit/s, 919 kBit/sThen it is determined whether the video bit rate of 919 kBit / s can be undercut without quality loss. For this purpose, a series of five values is preferably formed in 32 kbit / s steps:
791 kbps, 823 kbps, 855 kbps, 887 kbps, 919 kbps

Die beiden zuvor erstellten Videosequenzen werden für die Bildseitenverhältnisse 4:3 und 16:9 jeweils mittels Encoding-Software und VC-1 Video-Codec, den beiden zuvor berechneten Bildauflösung und den vier neuen Videobitraten (919 kBit/s ausgenommen) kodiert. Die beiden unkomprimierten Videosequenzen liegen noch als Referenz-Videodateien vor. Die insgesamt 12 Videodateien, inklusive der Bitrate 919 kBit/s, für die eine Videodatei bereits vorgelegen hat, werden erneut einer Qualitätsbewertung unterzogen. Als Ergebnis erhält man für jede Bitrate pro Bildseitenverhältnis eine durchschnittliche Qualitätsbewertung (Tab. 6 und 7). AR = 4:3 BR Q 791 kBit/s 2,7 823 kBit/s 2,4 855 kBit/s 2,1 887 kBit/s 1,9 919 kBit/s 1,9 Tab. 6 AR = 16:9 BR Q 791 kBit/s 2,8 823 kBit/s 2,5 855 kBit/s 2,2 887 kBit/s 1,9 919 kBit/s 1,8 Tab. 7 The two previously created video sequences are encoded for the aspect ratio 4: 3 and 16: 9 respectively by means of encoding software and VC-1 video codec, the two previously calculated image resolution and the four new video bit rates (919 kbps excluded). The two uncompressed video sequences are still available as reference video files. The total of 12 video files, including the bitrate 919 kBit / s, for which a video file already existed, are again subjected to a quality assessment. As a result, an average quality score is obtained for each bit rate per aspect ratio (Tables 6 and 7). AR = 4: 3 BR Q 791 kbps 2.7 823 kbps 2.4 855 kbps 2.1 887 kbps 1.9 919 kbps 1.9 Tab. 6 AR = 16: 9 BR Q 791 kbps 2.8 823 kbps 2.5 855 kbps 2.2 887 kbps 1.9 919 kbps 1.8 Tab. 7

Im Rahmen der Qualitätsbewertung wurde ermittelt, dass die Videostreams mit 887 kBit/s für die beiden Bildseitenverhältnisse 4:3 und 16:9 keine Qualitätsverschlechterung gegenüber den Dateien mit 919 kBit/s festzustellen ist. Aufgrund der fast gleichwertigen Bewertung der Bitrate 887 kBit/s gegenüber 919 kBit/s entscheidet man sich für den niedrigeren der beiden Werte. Damit sind die Parameter für das Encoding der Reisefilme im Rahmen einer homogenen Qualitätsstufe für die Bildseitenverhältnisse 4:3 und 16:9 bestimmt.As part of the quality assessment, it was found that the video streams with 887 kBit / s for the two aspect ratios 4: 3 and 16: 9 no quality deterioration compared to the files with 919 kBit / s is observed. Due to the almost equivalent rating of the bit rate 887 kBit / s compared to 919 kBit / s one decides for the lower of the two values. Thus, the parameters for the encoding of the travel films in the context of a homogeneous quality level for the aspect ratios 4: 3 and 16: 9 are determined.

Beispiel 2: Ermittlung einer Qualitätsstufe für 3 MBit/s-ÜbertragungsbandbreiteExample 2: Determining a Quality Level for 3 Mbps Transmission Bandwidth

Das Reiseunternehmen möchte seine Reisefilme zusätzlich in einer höheren Qualität und zu einem höheren Tagesmietpreis zur Verfügung stellen. Als Voraussetzung beim Endkunden wird eine Anschlussbandbreite von 3 MBit/s definiert. Da die DSL-Anschlüsse der einschlägigen Anbieter im Durchschnitt nur zwei Drittel dieser Bandbreite konstant zu bieten vermögen und die Übertragung weiterhin per Videostreaming erfolgen soll, wird die maximale, zur Verfügung stehende Bruttobandbreite für Videostreaming auf 2 MBit/s festgelegt.The travel company also wants to provide its travel films in a higher quality and at a higher daily rental price. As a prerequisite for the end customer, a connection bandwidth of 3 Mbps is defined. Since the DSL connections of the relevant offerers on average only two For a third of this bandwidth to remain constant and continue to stream via video streaming, the maximum available gross bandwidth for video streaming is set to 2 Mbps.

Als Ausgangsmaterial steht das gleiche Quellmaterial (PAL Digital Betacam) zur Verfügung. Erneut wird die Videopostproduktionsfirma für das Encoding in höchstmöglicher Qualität unter den gegebenen Randbedingungen beauftragt. Der Video-Codec VC-1 soll wieder verwendet werden. Das Quellmaterial liegt bereits gecaptured und gecropped (688×550) vor. Hinsichtlich der Audiobitrate entscheidet man sich diesmal für 128 kBit/s, da der Auftraggeber eine gesteigerte Tonqualität wünscht. Ferner sollen später, sobald verfügbar, die Reisefilme mit einer zusätzlichen englischen Tonspur erneut encoded werden. Die Prognose der maximal zur Verfügung stehenden Videobitrate ergibt sich daher wie folgt: β^vid,max = β^max – β^ove,max – β^aud,max – β^zus = 2048 kBit/s – 9 kBit/s – 128 kBit/s – 128 kBit/s = 1783 kBit/s The source material is the same source material (PAL Digital Betacam). Again, the video post production company is commissioned for encoding in the highest possible quality under the given constraints. The video codec VC-1 should be used again. The source material is already captured and cropped (688 × 550). With regard to the audio bitrate, this time it is decided to use 128 kBit / s, as the client wants an increased sound quality. Further, later, as soon as available, the travel films will be re-encoded with an additional English soundtrack. The prediction of the maximum available video bit rate is therefore as follows: β ^{vid, max} = β ^max - β ^{ove, max} - β ^{aud, max} - β ^total = 2048 kbps - 9 kbps - 128 kbps - 128 kbps = 1783 kbps

Basierend auf dem Quellformat, dem Codec und der ermittelten maximalen Videobitrate werden die beiden Basiswerte Qualitätsstufenbildpunktzahl und Qualitätsstufenvideobitrate der zu bildenden Qualitätsstufe ermittelt.Based on the source format, the codec and the determined maximum video bit rate, the two basic values of the quality level image point number and the quality level video bit rate of the quality level to be formed are determined.

Aus der vergangenen Durchführung des Verfahrens liegen folgende Encoding-Parameter als Erfahrungswerte vor:
Videobitrate: 887 kBit/s
4:3-Auflösung: 448×340
16:9-Auflösung: 520×292
⇒ Bildpunktzahl (Durchschnitt): 152080 PixelFrom the past implementation of the method, the following encoding parameters are available as empirical values:
Video bit rate: 887 kbps
4: 3 resolution: 448 × 340
16: 9 resolution: 520 × 292
⇒ number of pixels (average): 152080 pixels

Aus der Videobitrate, der Bildpunktzahl wird unter Kenntnis der PAL-Bildwiederholrate die optimierte Qualitätskonstante Φ^opt berechnet:

The optimized quality constant Φ ^{opt is} calculated from the video bit rate, the number of pixels, knowing the PAL frame rate.

Aus Effizienzgründen werden auf Basis der gewonnen Qualitätskonstante aus dem ersten Verfahrensdurchlauf neue Bildauflösungen für die Bildseitenverhältnisse 4:3 und 16:9 bestimmt. Um aus der obigen Formel und aus der gegebenen Videobitrate und der optimierten Qualitätskonstanten die entsprechende Bildpunktzahl zu ermitteln, formt man die Formel um und setzt die Werte ein:

For reasons of efficiency, new image resolutions for the aspect ratios 4: 3 and 16: 9 are determined on the basis of the quality constant obtained from the first process run. In order to determine the corresponding number of pixels from the above formula and from the given video bit rate and the optimized quality constants, the formula is converted and the values are entered:

Die Bildauflösungen für 4:3 und 16:9 werden aus der ermittelten Bildpunktzahl berechnet. Die erste Qualitätsmessung ist dadurch entfallen. 4:3 16:9 z ζ₁' ζ₂' ζ₁' ζ₂' 304299 636,97 477,73 735,51 413,72 Tab. 8 AR = 4:3 ζ₁' ζ₂' γ₁·(u – 1) γ₁·u γ₂·(v – 1) γ₂·v ζ₁ ζ₂ 636,97 477,73 636 640 476 480 640 476 Tab. 9 AR = 16:9 ζ₁' ζ₂' γ₁·(u – 1) γ₁·u γ₂·(v – 1) γ₂·v ζ₁ ζ₂ 735,51 413,72 732 736 412 416 732 416 Tab. 10 The image resolutions for 4: 3 and 16: 9 are calculated from the calculated pixel count. This eliminates the first quality measurement. 4: 3 16: 9 z ζ ₁ ' ζ ₂ ' ζ ₁ ' ζ ₂ ' 304299 636.97 477.73 735.51 413.72 Tab. 8 AR = 4: 3 ζ ₁ ' ζ ₂ ' γ ₁ · (u - 1) γ ₁ · u γ ₂ · (v - 1) γ ₂ · v ζ ₁ ζ ₂ 636.97 477.73 636 640 476 480 640 476 Tab. 9 AR = 16: 9 ζ ₁ ' ζ ₂ ' γ ₁ · (u - 1) γ ₁ · u γ ₂ · (v - 1) γ ₂ · v ζ ₁ ζ ₂ 735.51 413.72 732 736 412 416 732 416 Tab. 10

Hier ist zu erkennen, dass die für die Erzeugung von Videostreams ermittelte horizontale Bildauflösung bei einem Bildseitenverhältnis von 4:3 unterhalb von PAL, bei einem Bildseitenverhältnis von 16:9 dagegen oberhalb von PAL liegt. Bei Vorliegen von hochauflösendem Quellmaterial kann die dem Bildseitenverhältnis 16:9 entsprechende Bildauflösung verwendet werden. Der Dienstleister erkundigt sich daher, ob die 16:9-Produktionen auch in Form von hochauflösendem Quellmaterial vorliegen. Da das nicht der Fall ist, reduziert man die dem Bildseitenverhältnis 16:9 entsprechende Bildauflösung auf den Maximalwert für PAL (unter Berücksichtigung von Cropping), nämlich 688×388 Pixel. Da für die geringere Bildpunktzahl der Auflösung 688×388 Pixel bei gleicher Videobitrate die Qualitätskonstante höher läge, reduziert man die Videobitrate künstlich durch Anwendung der bekannten Formel. ζ = 688 Pixel·388 Pixel = 266944 Pixel β^vid = ω·Φ^opt·ζ = 25 1/s·0,24 Bit/Pixel·266944 Pixel = 1502 kBit/s Here it can be seen that the horizontal image resolution determined for the generation of video streams is below PAL at a picture aspect ratio of 4: 3, but above PAL with a picture aspect ratio of 16: 9. In the case of high-resolution source material, the image resolution corresponding to the aspect ratio 16: 9 can be used. The service provider therefore inquires whether the 16: 9 productions are also available in the form of high-resolution source material. Since this is not the case, the image resolution corresponding to the aspect ratio 16: 9 is reduced to the maximum value for PAL (taking into account cropping), namely 688 × 388 pixels. Since the quality constant would be higher for the lower pixel count of the resolution 688 × 388 pixels with the same video bit rate, the video bit rate is artificially reduced by applying the known formula. ζ = 688 pixels x 388 pixels = 266944 pixels β ^vid = ω · φ ^opt · ζ = 25 1 / s · 0.24 bit / pixel · 266944 pixel = 1502 kbit / s

Anschließend wird ermittelt, ob die Videobitrate von 1783 kBit/s bzw. 1502 kBit/s ohne Qualitätsverlust unterschritten werden kann. Es wird in 32 kBit/s-Schritten jeweils eine Reihe von fünf Werten gebildet:
1655 kBit/s, 1687 kBit/s, 1719 kBit/s, 1751 kBit/s, 1783 kBit/s
1374 kBit/s, 1406 kBit/s, 1438 kBit/s, 1470 kBit/s, 1502 kBit/sSubsequently, it is determined whether the video bit rate of 1783 kBit / s or 1502 kBit / s can be undercut without quality loss. In each case a series of five values is formed in 32 kbit / s steps:
1655 kbps, 1687 kbps, 1719 kbps, 1751 kbps, 1783 kbps
1374 kbps, 1406 kbps, 1438 kbps, 1470 kbps, 1502 kbps

Die beiden bereits erstellten unkomprimierten Referenz-Videodateien werden für die Bildseitenverhältnisse 4:3 und 16:9 jeweils mittels Encoding-Software und VC-1 Codec, den beiden zuvor bestimmten Bildauflösung und den fünf neuen Videobitraten pro Bildseitenverhältnis kodiert.The two uncompressed reference video files already created are encoded for 4: 3 and 16: 9 aspect ratios using encoding software and VC-1 codec, the two previously determined image resolution, and the five new video bit rates per aspect ratio.

Die insgesamt 12 Videodateien (inklusive Referenz) werden einer Qualitätsmessung unterzogen. Als Ergebnis der Qualitätsmessung erhält man für jede Bitrate pro Bildseitenverhältnis eine Qualitätsbewertung. Bei der Qualitätsmessung wurde ein leichter Qualitätsabfall bereits bei der ersten Reduktion der Videobitrate der höheren Qualitätsstufe verzeichnet. Daher sind die ursprünglich ermittelten Videobitratenwerte, die für die höhere Qualitätsstufe bestimmt wurden, optimal.The total of 12 video files (including reference) are subjected to a quality measurement. As a result of the quality measurement, a quality rating is obtained for each bit rate per aspect ratio. In the quality measurement, a slight drop in quality was already noted at the first reduction in video bit rate of the higher quality level. Therefore, the originally determined video bitrate values determined for the higher quality level are optimal.

Damit sind die Parameter der höheren Qualitätsstufe für das Encoding der Reisefilme in den Bildseitenverhältnissen 4:3 und 16:9 bestimmt.This determines the parameters of the higher quality level for the encoding of the travel films in the aspect ratios 4: 3 and 16: 9.

Claims (25)

Verfahren zur Verbesserung der Videobildqualität, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von einem einheitlichen audiovisuellen Quellmaterial mit einheitlicher Quellbildauflösung x; y, einheitlichem Pixelseitenverhältnis ρ und einheitlicher Bildwiederholrate ω, einem einheitlichen Video-Codec und einer maximal nutzbaren Qualitätsstufengesamtbitrate β^max für Videostreams, – von der maximal nutzbaren Qualitätsstufengesamtbitrate β^max, für Videostreams mittels eines Rechnerprogramms unter Berücksichtigung von Audioanteilen und Zusatzdaten, die maximal nutzbare Videobitrate β^vid,max ermittelt wird, dass – ausgehend von der maximal nutzbaren Videobitrate β^vid,max für Videostreams und der Quellbildauflösung (x, y) hinsichtlich einer festgelegten Anzahl von Bildseitenverhältnissen p/q eine Reihe von möglichen, zu bewertenden Zielbildauflösungen (ζ₁, ζ₂) ermittelt wird, dass – ausgehend von den zu bewertenden Zielbildauflösungen (ζ₁, ζ₂) anhand eines Systems zur Bewertung von Bewegtbildern eine optimierte Qualitätsstufenbildpunktzahl ζ^opt ermittelt wird, dass – ausgehend von der optimierten Qualitätsstufenbildpunktzahl ζ^opt für jedes Bildseitenverhältnis eine optimale Zielbildauflösung (ζ₁ ^opt, ζ₂ ^opt) abgeleitet wird, dass – ausgehend von der maximal nutzbaren Videobitrate β^vid,max und den optimalen Zielbildauflösungen (ζ₁ ^opt, ζ₂ ^opt) anhand eines Systems zur Bewertung der Qualität von Bewegtbildern eine Qualitätsstufenvideobitrate β^vid,opt ermittelt wird, dass – ausgehend von der Qualitätsstufenvideobitrate β^vid,opt und der Qualitätsstufenbildpunktzahl ζ^opt aus dem einheitlichen visuellen Quellmaterial Videostreams von gleich bleibend hoher Qualität gebildet werden, wobei die als Basiswerte ermittelte Qualitätsstufenvideobitrate und die Qualitätsstufenbildpunktzahl eine erste Qualitätsstufe bestimmen, und dass – ausgehend von den Basiswerten Qualitätsstufenvideobitrate β^vid,opt und Qualitätsstufenbildpunktzahl ζ^opt anwendungsbezogen für eine sich von der Videobitrate β^vid der ersten Qualitätsstufe unterscheidende Videobitrate β^vid mindestens eine zweite Qualitätsstufe gebildet wird, die sich von der ersten Qualitätsstufe hinsichtlich ihrer visuellen Qualität unterscheidet, wobei die Qualität der Videostreams innerhalb einer Qualitätsstufe, unabhängig vom Bildseitenverhältnis gleichbleibend hoch und optimal ist.Method of improving the video picture quality, characterized in that, starting from a uniform audiovisual source material with a uniform source picture resolution x; y, uniform pixel aspect ratio ρ and uniform frame rate ω, a uniform video codec and a maximum usable Qualitätsstufengesamtbitrate β ^max for video streams, - of the maximum usable Qualitätsstufengesamtbitrate β ^max , for video streams by means of a computer program taking into account audio portions and additional data, the maximum usable video bit rate β ^{vid, max is} determined that A number of possible target image resolutions to be evaluated (ζ ₁ , ζ ₂ ) are determined on the basis of the maximum usable video bit rate β ^{vid, max} for video streams and the source image resolution (x, y) with respect to a fixed number of aspect ratios p / q. On the basis of the target image resolutions to be evaluated (ζ ₁ , ζ ₂ ), an optimized quality image pixel number ζ ^{opt is} determined on the basis of the optimized quality image pixel number ζ ^opt for each image aspect ratio, an optimal target image resolution (ζ ₁ ^opt , ζ ₂ ^opt ) is derived, that - based on the maximum usable video bit rate β ^{vid, max} and the optimal target image resolutions (ζ ₁ ^opt , ζ ₂ ^opt ) on the basis of a system for evaluating the quality of moving images a quality level video bit rate β ^{vid, opt is} determined that starting from the quality level video ^{bit rate} β ^{vid, opt} and the Q ualitätsstufenbildpunktzahl ζ ^opt of the uniform visual source material video streams are formed of a consistently high quality, the quality levels video bit rate and calculated as underlying the quality scale image points determine a first quality level, and that - starting from the base values of quality levels video bit rate β ^{vid, opt} and quality levels pixel number ζ ^opt application specific for a Video bit rate β ^{vid of} at least one second quality level, which differs from the first quality level with respect to its visual quality, is formed by the video bit rate β ^{vid of} the first quality level, the quality of the video streams within a quality level being consistently high and optimal regardless of the aspect ratio. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das einheitliche audiovisuelle Quellmaterial im Standard PAL bzw. 720p vorliegt.A method according to claim 1, characterized in that the uniform audiovisual source material in the standard PAL or 720p is present. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das einheitliche audiovisuelle Quellmaterial eine einheitliche audiovisuelle Qualität, eine einheitliche Videokompression, eine einheitliche Pixel-Quantisierung und einen einheitlichen Pixel-Farbraum aufweist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the uniform audiovisual source material has a uniform audiovisual quality, a uniform video compression, a uniform pixel quantization and a uniform pixel color space. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als einheitlicher Video-Codec ein Kompressionsverfahren Anwendung findet, das auf der Verwendung von Makroblöcken und Diskreter Cosinus Transformation, DCT, beruht und rechteckige Makroblöcke der Größe (γ₁, γ₂) besitzt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a compression method based on the use of macroblocks and discrete cosine transformation, DCT, and having rectangular macroblocks of size (γ ₁ , γ ₂ ) is used as the uniform video codec. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als einheitlicher Video-Codec ein Kompressionsverfahren Anwendung findet, das auf Wavelet-Codierung beruht, und für das als Makroblockgröße der Wert von (1,1) festgesetzt ist.A method according to claim 1 to 3, characterized in that as a uniform video codec, a compression method is used, which is based on wavelet coding, and for which the macroblock size of the value of (1,1) is set. Verfahren nach einem der Ansprüche eins bis drei, dadurch gekennzeichnet, dass die maximal nutzbare Qualitätsstufengesamtbitrate β^max für Videostreams aus der Bandbreite des für die Übertragung von Videostreams zu verwendenden Übertragungskanals unter Berücksichtigung technischer und ökonomischer Aspekte, Bandbreitengarantien, parallele Kanalnutzung, Übertragungskosten, Speicherkosten, abgeleitet wird.Method according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the maximum usable quality level total bit rate β ^max for video streams is derived from the bandwidth of the transmission channel to be used for the transmission of video streams, taking into account technical and economic aspects, bandwidth guarantees, parallel channel usage, transmission costs, storage costs becomes. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die maximal nutzbare Qualitätsstufengesamtbitrate β^max sich aus einer Videobitrate β^vid, einer Audiobitrate β^aud und einem Bitraten-Overhead β^ove zusammensetzt und nach der Beziehung β^max = β^vid + β^aud + β^ove ermittelt wird, und dass die maximal nutzbare Videobitrate β^vid,max nach der Beziehung β^vid,max = β^max – β^aud,max – β^ove,max ermittelt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the maximum usable Qualitätsstufengesamtbitrate β ^max is composed of a video bitrate β ^vid , an audio bitrate β ^aud and a bit rate overhead β ^ove and the relationship β ^max = β ^vid + β ^aud + β ^{ove is} determined, and that the maximum usable video bit rate β ^{vid, max is determined} according to the relationship β ^{vid, max} = β ^{max -β aud, max} -β ^{ove, max} . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Quellbildauflösung durch Beschneiden, Cropping, reduziert wird, unter Berücksichtigung des Bildseitenverhältnisses p/q, des anamorphotischen Faktors α und des einheitlichen Pixel-Seiten-Verhältnisses ρ, wobei durch das Cropping schwarze Balken und unsaubere Bildränder des Quellmaterials entfernt werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the source image resolution is reduced by trimming, cropping, taking into account the image aspect ratio p / q, the anamorphic factor α and the uniform pixel-to-side ratio ρ, wherein black bars and unclean image edges of the source material are removed. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Produktion von Videostreams zu berücksichtigenden Bildseitenverhältnisse zu Beginn der Durchführung des Verfahrens festzulegen sind und dass sie sich durch die beim Quellmaterial vorkommenden Bildseitenverhältnisse bestimmen.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the aspect ratios to be taken into account in the production of video streams are to be defined at the beginning of the implementation of the method and that they are determined by the aspect ratios occurring in the source material. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildpunktzahl des Quellmaterials für jedes vorkommende Bildseitenverhältnis, unter Berücksichtigung eines Bildbeschnitts, Cropping, berechnet wird und dass der Zahlenbereich zwischen der kleinsten theoretisch möglichen Bildpunktzahl für einen Videostream, (γ₁, γ₂) und der größten theoretisch möglichen Bildpunktzahl für einen Videostream, der beschnittenen Bildpunktzahl des Quellmaterials, automatisch aufgeteilt wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the pixel count of the source material is calculated for each occurring aspect ratio, taking into account a cropping, cropping, and that the number range between the smallest theoretically possible pixel count for a video stream, (γ ₁ , γ ₂ ) and the largest theoretically possible pixel count for a video stream, the cropped pixel count of the source material, is automatically split. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für jedes zu berücksichtigende Bildseitenverhältnis eine Referenz-Videodatei aus geeignetem einheitlichen audiovisuellen Quellmaterial zusammengestellt und unkomprimiert in der beschnittenen Quellbildauflösung gespeichert wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that, for each aspect ratio to be considered, a reference video file is composed of suitable uniform audiovisual source material and stored uncompressed in the cropped source image resolution. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus den erstellten Referenz-Videodateien für die zu berücksichtigenden Bildseitenverhältnisse und die maximal nutzbare Videobitrate Videostreams in jeder zuvor ermittelten Bildauflösung erzeugt werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that from the created reference video files for the aspect ratios to be considered and the maximum usable video bit rate video streams are generated in each previously determined image resolution. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erzeugten Videostreams unter Berücksichtigung der Referenz-Videodateien mittels eines Qualitätsmessverfahrens hinsichtlich ihrer Bildqualität bewertet werden und dass aus den Messergebnissen für jedes Bildseitenverhältnis eine optimierte Qualitätsstufenbildpunktzahl ermittelt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the generated video streams are evaluated taking into account the reference video files by means of a quality measurement method with respect to their image quality and that from the measurement results for each aspect ratio an optimized quality level pixel number is determined. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erzeugten Videostreams unter Berücksichtigung der Referenz-Videodateien mittels eines Qualitätsbewertungsverfahrens das auf Probandentests beruht, hinsichtlich ihrer Bildqualität bewertet werden, und dass aus den Qualitätsbewertungen für jedes Bildseitenverhältnis eine optimierte Qualitätsstufenbildpunktzahl ermittelt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the video streams generated, taking into account the reference video files by means of a quality assessment process based on subject tests, are evaluated in terms of their image quality, and that from the quality ratings for each aspect ratio an optimized quality level pixel count is determined. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus der optimierten Qualitätsstufenbildpunktzahl und dem zugehörigen Bildseitenverhältnis eine Bildauflösung ermittelt wird, welche in der horizontalen und der vertikalen Dimension jeweils durch die entsprechende Seitenlänge der Makroblöcke ganzzahlig teilbar ist und welche optimiert ist, so dass die Abweichung ihrer Bildpunktzahl von der optimierten Qualitätsstufenbildpunktzahl und die Abweichung ihres Bildseitenverhältnisses vom durch das Quellmaterial vorgegebenen Bildseitenverhältnis minimal ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that an image resolution is determined from the optimized quality image pixel number and the associated aspect ratio, which is integer divisible in the horizontal and the vertical dimension by the respective side length of the macroblocks and which is optimized so that the Deviation of its pixel count from the optimized quality level pixel count and the deviation of its aspect ratio from the image aspect ratio given by the source material is minimal. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb der maximal nutzbaren Videobitrate eine Reihe von Videobitraten erzeugt wird, dass die erstellten Referenz-Videodateien für jedes Bildseitenverhältnis mit der dem jeweiligen Bildseitenverhältnis entsprechenden Bildauflösung und jeder Videobitrate der gebildeten Reihe unter Anwendung des Videocodecs komprimiert werden und damit Videostreams erzeugt werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that below the maximum usable video bit rate, a series of video bit rates is generated which compresses the created reference video files for each aspect ratio with the image resolution corresponding to the respective aspect ratio and each video bit rate of the formed series using the video codec and thus video streams are generated. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erzeugten Videostreams unter Berücksichtigung der Referenz-Videodateien mittels eines Qualitätsmessverfahrens hinsichtlich ihrer Bildqualität bewertet werden und dass aus den Messergebnissen eine optimierte Qualitätsstufenvideobitrate ermittelt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the generated video streams are evaluated taking into account the reference video files by means of a quality measurement method with regard to their image quality and that an optimized quality level video bit rate is determined from the measurement results. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erzeugten Videostreams unter Berücksichtigung der Referenz-Videodateien mittels eines Qualitätsbewertungsverfahrens das auf Probandentests beruht, hinsichtlich ihrer Bildqualität bewertet werden, und dass aus den Messergebnissen eine optimierte Qualitätsstufenvideobitrate ermittelt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the generated video streams, taking into account the reference video files by means of a quality assessment process based on subject tests, are evaluated in terms of their image quality, and that an optimized quality level video bit rate is determined from the measurement results. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus den ermittelten Basiswerten Qualitätsstufenvideobitrate β^vid,opt und Qualitätsstufenbildpunktzahl ζ^opt unter Berücksichtigung der Bildwiederholrate ω eine optimierte Qualitätskonstante Φ^opt nach der Beziehung

ermittelt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that an optimized quality constant Φ ^opt according to the relation between the determined basic values quality level video ^bitrate β ^{vid, opt} and quality level image point number ζ ^opt taking into account the image repetition rate ω

is determined. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17 und 19, dadurch gekennzeichnet, dass aus der ermittelten optimierten Qualitätskonstante Φ^opt für eine höhere (oder niedrigere) Videobitrate die optimale Qualitätsstufenbildpunktzahl ζ^opt oder umgekehrt für eine gewünschte Bildpunktzahl die optimale Qualitätsstufenvideobitrate β^vid,opt ermittelt wird.Method according to one of claims 1 to 17 and 19, characterized in that from the determined optimized quality constant Φ ^opt for a higher (or lower) video bitrate the optimal quality level pixel ^count ζ ^opt or vice versa for a desired pixel number the optimal quality level video bitrate β ^{vid, opt is} determined , Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus der ermittelten optimierten Qualitätskonstante Φ^opt nach der Beziehung

weitere Qualitätsstufen mit jeweils gleich hoher Bildqualität unabhängig vom Bildseitenverhältnis gebildet werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that from the determined optimized quality constant Φ ^opt according to the relationship

more quality levels are formed with the same high image quality regardless of the aspect ratio. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Bildung einer neuen Qualitätsstufe die aus einem oder mehreren vorhergehenden Verfahrensdurchläufen gewonnenen optimierten Qualitätskonstanten Φ^opt herangezogen werden, um hinsichtlich der für die Qualitätsbestimmung benötigten Testreihen zwecks Reduzierung des Aufwands und Verfeinerung der Ergebnisse in einem engeren Bereich mit weniger Werten zu arbeiten.Method according to one of the preceding claims, characterized in that, when forming a new quality level, the optimized quality constants Φ ^opt obtained from one or more preceding process runs are used to obtain the quality tests required for reducing the effort and refining the results in one work closer with less values. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine genauere Bestimmung von Bildpunktzahlen und Videobitraten erzielt wird, indem ausgehend vom Ergebnis der Qualitätsmessung der gewonnene Wert, eine Bildpunktzahl oder eine Videobitrate, ggf. gebildet als Mittelwert aus zwei gleich bewerteten Bildpunktzahlen, für eine feinere Einteilung des Bereichs, gebildet aus dem nächst höheren und nächst niedrigeren Wert, herangezogen wird und für diesen Bereich eine zweite Qualitätsbestimmung vorgenommen wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a more accurate determination of pixel counts and video bit rates is achieved by starting from the result of the quality measurement of the value obtained, a pixel count or a video bitrate, optionally formed as an average of two equally scored pixel counts, for a a finer division of the range, formed from the next higher and next lower value, is used and for this area a second quality determination is made. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Bestimmung einer neuen Bildpunktzahl oder einer neuen Videobitrate auf Basis der optimierten Qualitätskonstante Φ_opt zwecks schneller Verfügbarkeit der neuen Werte auf die Qualitätsbeurteilung zur Optimierung der Parameter verzichtet wird und die so ermittelten Parameter einer neuen Qualitätsstufe in Näherung entsprechen.Method according to one of the preceding claims, characterized in that in the determination of a new pixel count or a new video bit rate based on the optimized quality constant Φ _opt for the purpose of rapid availability of the new values on the quality assessment for optimizing the parameters is omitted and the parameters thus determined a new Quality level approximate. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur verbesserten Prognose neuer Qualitätsstufen eine zweite Testreihe und Qualitätsbewertung mit einer höheren maximalen Videobitrate durchgeführt wird und dass die gewonnene optimierten Videobitrate zu der höheren Bildpunktzahl gestattet, die Beziehung zwischen Videobitrate und Bildpunktzahl, ausgedrückt durch die Beziehung β^vid,opt = Φ'·ω·ζ^opt + β_o ^vid bei konstanter Bildwiederholrate genauer zu bestimmen.Method according to one of the preceding claims, characterized in that in order to improve the prognosis of new quality levels, a second test series and quality assessment is performed with a higher maximum video bit rate and the obtained optimized video bit rate allows for the higher pixel count, the relationship between video bit rate and pixel count expressed by relationship β ^{vid, opt} = Φ '· ω · ζ ^opt + β _o ^vid to determine more accurately at a constant frame rate.

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