Utrata generacji - Generation loss
.png)
Utrata generacji to utrata jakości między kolejnymi kopiami lub transkodowaniem danych. Za formę utraty generacji można uznać wszystko, co obniża jakość odwzorowania podczas kopiowania i powoduje dalsze obniżenie jakości przy wykonywaniu kopii. Zwiększenie rozmiaru pliku jest częstym skutkiem utraty generacji, ponieważ wprowadzenie artefaktów może w rzeczywistości zwiększyć entropię danych w każdym pokoleniu.
Utrata generacji analogowej
W systemach analogowych (w tym systemach, które wykorzystują nagrywanie cyfrowe, ale wykonują kopię przez połączenie analogowe), utrata generacji wynika głównie z szumów i problemów z przepustowością w kablach , wzmacniaczach , mikserach , sprzęcie nagrywającym i wszystkim innym między źródłem a miejscem docelowym. Źle wyregulowane wzmacniacze dystrybucyjne i niedopasowane impedancje mogą pogorszyć te problemy. Wielokrotna konwersja z analogowej na cyfrową również może powodować straty.
Utrata generacji była głównym czynnikiem w złożonej analogowej edycji audio i wideo , gdzie wielowarstwowe edycje były często tworzone przez tworzenie miksów pośrednich, które następnie były „odbijane” z powrotem na taśmę. Wymagane było staranne planowanie, aby zminimalizować straty generacji i wynikający z tego hałas i słabą odpowiedź częstotliwościową.
Jednym ze sposobów zminimalizowania liczby potrzebnych generacji było użycie zestawu do miksowania audio lub edycji wideo zdolnego do miksowania dużej liczby kanałów jednocześnie; w skrajnym przypadku, na przykład w 48-ścieżkowym studiu nagraniowym, cały złożony miks można było wykonać w jednej generacji, chociaż było to zbyt drogie dla wszystkich projektów poza najlepiej finansowanymi.
Wprowadzenie profesjonalnych analogowych systemów redukcji szumów, takich jak Dolby A, pomogło zmniejszyć ilość słyszalnych strat generacji, ale ostatecznie zostały zastąpione systemami cyfrowymi, które znacznie zmniejszyły straty generacji.
Według ATIS „Utrata generacji jest ograniczona do zapisu analogowego, ponieważ cyfrowe nagrywanie i odtwarzanie może być wykonywane w sposób zasadniczo wolny od strat generacji”.
Utrata generacji cyfrowej
Zastosowana prawidłowo technologia cyfrowa może wyeliminować straty generacji. Oznacza to wyłączne stosowanie bezstratnych kodeków kompresji lub nieskompresowanych danych od nagrania lub utworzenia do końcowego kodowania stratnego w celu dystrybucji za pośrednictwem strumieniowego przesyłania internetowego lub dysków optycznych. Skopiowanie pliku cyfrowego daje dokładną kopię, jeśli sprzęt działa prawidłowo. Ta cecha technologii cyfrowej spowodowała wzrost świadomości ryzyka nieuprawnionego kopiowania. Zanim technologia cyfrowa się rozpowszechniła, na przykład wytwórnia płytowa mogła mieć pewność, że nieautoryzowane kopie ich utworów muzycznych nigdy nie były tak dobre, jak oryginały.
Utrata generacji może nadal wystąpić podczas korzystania ze stratnych kodeków kompresji wideo lub audio, ponieważ wprowadzają one artefakty do materiału źródłowego przy każdym kodowaniu lub ponownym kodowaniu. Kodeki kompresji stratnej, takie jak Apple ProRes , Advanced Video Coding i mp3 są bardzo szeroko stosowane, ponieważ pozwalają na radykalne zmniejszenie rozmiaru pliku, a jednocześnie są nie do odróżnienia od nieskompresowanego lub bezstratnego oryginału do celów wyświetlania. Jedynym sposobem uniknięcia utraty generacji jest użycie nieskompresowanych lub bezstratnie skompresowanych plików; które mogą być drogie z punktu widzenia pamięci masowej, ponieważ wymagają większej ilości miejsca w pamięci flash lub dyskach twardych na sekundę środowiska wykonawczego. Nieskompresowane wideo wymaga dużej szybkości transmisji danych; na przykład wideo 1080p przy 30 klatkach na sekundę może wymagać do 370 megabajtów na sekundę. Stratne kodeki umożliwiają korzystanie z Blu-ray i strumieniowego przesyłania wideo przez Internet, ponieważ żaden z nich nie zapewnia ilości danych potrzebnych do nieskompresowanego lub bezstratnego wideo z akceptowalną liczbą klatek na sekundę i rozdzielczością. Obrazy mogą cierpieć z powodu utraty generacji w taki sam sposób, jak wideo i audio.
Przetwarzanie pliku skompresowanego stratnie zamiast oryginału zwykle powoduje większą utratę jakości niż generowanie tego samego wyjścia z nieskompresowanego oryginału. Na przykład obraz cyfrowy o niskiej rozdzielczości dla strony internetowej jest lepszy, jeśli jest generowany z nieskompresowanego obrazu surowego niż z już skompresowanego pliku JPEG o wyższej jakości.
Techniki powodujące utratę generacji w systemach cyfrowych
W systemach cyfrowych kilka technik, stosowanych ze względu na inne zalety, może wprowadzać straty generacji i należy ich używać z ostrożnością. Jednak samo kopiowanie pliku cyfrowego nie powoduje utraty generacji — skopiowany plik jest identyczny z oryginałem, pod warunkiem, że używany jest doskonały kanał kopiowania .
Niektóre transformacje cyfrowe są odwracalne, a inne nie. Kompresja bezstratna jest z definicji w pełni odwracalna, podczas gdy kompresja stratna odrzuca niektóre dane, których nie można przywrócić. Podobnie wiele procesów DSP nie jest odwracalnych.
Dlatego staranne zaplanowanie łańcucha sygnału audio lub wideo od początku do końca i przegrupowanie w celu zminimalizowania wielokrotnych konwersji jest ważne, aby uniknąć strat generacji podczas korzystania ze stratnych kodeków kompresji. Często arbitralny wybór liczby pikseli i częstotliwości próbkowania dla źródła, miejsca docelowego i pośrednich może poważnie pogorszyć sygnały cyfrowe, pomimo potencjału technologii cyfrowej do całkowitego wyeliminowania strat generacji.
Podobnie w przypadku kompresji stratnej, najlepiej byłoby to zrobić tylko raz, na końcu przepływu pracy obejmującego plik, po wprowadzeniu wszystkich wymaganych zmian.
Transkodowanie
Konwersja między formatami stratnymi – czy to dekodowanie i ponowne kodowanie do tego samego formatu, między różnymi formatami lub między różnymi szybkościami transmisji lub parametrami tego samego formatu – powoduje utratę generacji.
Wielokrotne stosowanie stratnej kompresji i dekompresji może powodować utratę generacji, szczególnie jeśli używane parametry nie są spójne w różnych pokoleniach. Idealnie algorytm byłby zarówno idempotentny , co oznacza, że jeśli sygnał zostanie zdekodowany, a następnie ponownie zakodowany z identycznymi ustawieniami, nie będzie strat i będzie skalowalny, co oznacza, że jeśli zostanie ponownie zakodowany z ustawieniami niższej jakości, wynikiem będzie tak samo, jak gdyby został zakodowany z oryginalnego sygnału – patrz Kodowanie skalowalnego wideo . Mówiąc bardziej ogólnie, transkodowanie pomiędzy różnymi parametrami określonego kodowania w idealnym przypadku zapewni najlepszą wspólną wspólną jakość – na przykład konwersja z obrazu z 4 bitami czerwieni i 8 bitami zieleni na obraz z 8 bitami czerwieni i 4 bitami zieleni najlepiej uzyskać po prostu obraz z 4 bitami głębi koloru czerwonego i 4 bitami głębi koloru zielonego bez dalszej degradacji.
Niektóre algorytmy kompresji stratnej są pod tym względem znacznie gorsze od innych, nie są ani idempotentne, ani skalowalne i powodują dalszą degradację w przypadku zmiany parametrów.
Na przykład w przypadku JPEG zmiana ustawienia jakości spowoduje użycie różnych stałych kwantyzacji, powodując dodatkowe straty. Co więcej, ponieważ JPEG jest podzielony na bloki 16×16 (lub 16×8 lub 8×8, w zależności od podpróbkowania chromatycznego ), kadrowanie, które nie mieści się na granicy 8×8, przesuwa bloki kodowania, powodując znaczną degradację – podobne problemy się na rotacji. Można tego uniknąć, używając do przycinania jpegtran lub podobnych narzędzi. Podobna degradacja występuje, jeśli klatki kluczowe wideo nie są wyrównane z pokolenia na pokolenie.
Redagowanie
Cyfrowe ponowne próbkowanie, takie jak skalowanie obrazu i inne techniki DSP , mogą również wprowadzać artefakty lub pogarszać stosunek sygnału do szumu ( stosunek S/N) za każdym razem, gdy są używane, nawet jeśli podstawowa pamięć masowa jest bezstratna.
Ponowne próbkowanie powoduje aliasing , zarówno rozmycie składników o niskiej częstotliwości, jak i dodanie szumu o wysokiej częstotliwości, powodującego postrzępienia , podczas gdy zaokrąglanie obliczeń w celu dopasowania do skończonej precyzji wprowadza kwantyzację , powodując powstawanie pasm ; jeśli zostanie naprawiony przez dither , zamiast tego staje się to hałasem. W obu przypadkach w najlepszym przypadku obniżają one stosunek sygnału do szumu i mogą powodować artefakty. Kwantyzację można zmniejszyć, stosując wysoką precyzję podczas edycji (zwłaszcza liczby zmiennoprzecinkowe), redukując tylko na końcu do stałej precyzji.
Często poszczególne implementacje nie spełniają teoretycznych ideałów.
Kserokopia, fotografia, wideo i różne posty
Kolejne generacje fotokopii powodują zniekształcenie i degradację obrazu. Udokumentowano, że kolejne posty na Instagramie powodują zauważalne zmiany. Podobnie powtarzające się posty na YouTube degradowały pracę. Podobne efekty udokumentowano przy kopiowaniu taśm VHS . Dzieje się tak, ponieważ obie usługi używają stratnych kodeków na wszystkich przesyłanych do nich danych, nawet jeśli przesyłane dane są duplikatem danych już hostowanych w usłudze, podczas gdy VHS jest nośnikiem analogowym, na którym mogą wystąpić takie efekty, jak szumy spowodowane zakłóceniami. znacznie bardziej zauważalny wpływ na nagrania.
Kultura popularna
Utrata pokoleń była przedmiotem prac artystycznych, które obnażyły to zjawisko. Projekt Generation Loss został zainspirowany, przynajmniej częściowo, wcześniejszym dziełem – „ Siedzę w pokoju ” (1969) Alvina Luciera .
Zobacz też
Uwagi
Zewnętrzne linki
- Sneyers, Jon (10 kwietnia 2016). „Utrata generacji przy ustawieniach wysokiej jakości” (wideo) . Pobrano 29 września 2016 – przez YouTube.