Mengapa video analog tidak dapat dikompres seperti video digital (contoh di dalam)?

Aku belajar dasar-dasar sinyal analog dan digital TV dan saya datang di ini ( link asli , sekarang hilang) artikel pendek (lihat halaman berikutnya juga).

Mengapa sinyal video analog tidak dapat dikompres dengan cara yang mirip dengan sinyal digital saat menggunakan MPEG-2 (lihat artikel di atas di mana mereka memberikan contoh dasar tentang apa yang saya pahami oleh MPEG-2)? mengapa piksel "berulang" tidak dapat diabaikan dalam analog untuk mengurangi penggunaan bandwidth seperti pada digital?

Untuk melihat apa yang saya maksud, lihat pertanyaan ini . Di sana Anda dapat menemukan gambar berikut:

Mengapa Anda tidak bisa begitu saja "mengabaikan" (dengan tidak memodulasi) garis piksel (dengan asumsi itu tidak berubah di antara frame) dan mengurangi frekuensi sinyal data dan karenanya penggunaan bandwidth?

Anda dapat mengkompresi video analog sehingga menggunakan lebih sedikit bandwidth , dengan biaya kualitas: televisi pemindaian lambat . Digunakan untuk mentransmisikan siaran langsung televisi dari permukaan bulan, dalam monokrom buram. Hari ini kita dapat memiliki HD warna dari permukaan Mars.

Ada baiknya melihat bagaimana berbagai teknik kompresi digital bekerja secara detail, tetapi mereka semua bergantung pada penyimpanan frame atau bit sebelumnya dari frame saat ini dan komputasi berdasarkan perbedaan dari frame saat ini. Ada dua alasan mengapa Anda tidak bisa melakukan ini dengan analog:

• tidak ada akses acak , cepat, memori analog. Garis penundaan yang disebutkan oleh Brian Drummond adalah satu-satunya teknologi praktis untuk memori analog, dan memberi Anda sinyal yang sama pada kecepatan yang sama di waktu mendatang.

• perhitungan analog terbatas bandwidth dan lossy. Produk gain-bandwidth membatasi sejauh mana Anda dapat mempercepatnya.

Perhatikan bahwa setiap frame decode HD h264 akan melibatkan ratusan juta operasi aritmatika individu. Pengkodean lebih banyak operasi.

Sinyal TV analog pada awalnya dirancang untuk didekodekan dengan jumlah praktis terkecil dari katup (tabung). Jadi sekitar setengah ruang sinyal (30% dari amplitudo sinyal dan hampir 30% dari waktu) didedikasikan hanya untuk pulsa sinkronisasi yang mudah terdeteksi oleh sirkuit katup analog, dan informasi gambar dibiarkan dengan hanya setengah lainnya

Setiap peningkatan atas spesifikasi asli ini harus dilaksanakan dengan cara yang kompatibel. Jadi sinyal warna dimodulasi pada pembawa frekuensi tinggi yang tidak mengganggu operasi sinyal hitam dan putih yang mendasarinya (meskipun set B&W yang benar-benar bagus akan menunjukkannya sebagai pola berbintik-bintik halus).

Kemudian, informasi lain (di Inggris, PRESFAX, sinyal uji - pulsa dan bilah, satu baris bilah warna, CEEFAX / Teleteks dan teks tertutup) "secara kompatibel" diperas ke dalam garis "tidak terpakai" yang tidak terlihat selama sinkronisasi lapangan, tetapi dalam berlatihlah Anda bisa melihat pola titik bergerak di bagian atas layar yang tidak selaras.

Kompresi tidak dapat diimplementasikan dengan cara yang kompatibel seperti itu ... bagaimana Anda menyimpan beberapa baris gambar? Ini sekotak tabung, sudahlah! Ketika warna muncul, satu baris sinyal warna bandwidth rendah disimpan dalam jalur penundaan, baik untuk delay-line PAL, atau dekoder "Sequential Color with Memory" SECAM, tetapi itu tidak akan cukup murah sebelum pertengahan 1960-an. Saya pikir garis tunda adalah perangkat SAW (Surface Acoustic Wave).

Dalam kasus apa pun, sinyal yang teratur seperti pola tes bilah warna Anda terlalu jarang untuk dioptimalkan. Dan jika Anda menghemat ruang sinyal pada gambar sederhana, apa yang akan Anda lakukan dengannya? Sinyal kompleks seperti gambar yang lebih khas memerlukan bandwidth penuh pula.

Sinyal video analog pada dasarnya adalah bentuk gelombang. Berbasis 100% waktu, dan satu frame membutuhkan waktu yang lama untuk ditransfer, karena itu adalah berapa lama gelombangnya.

Gelombang itu sendiri mengambil sejumlah bandwidth tertentu, yang pada dasarnya adalah berapa banyak data yang disimpan dalam gelombang itu. Dimungkinkan untuk mengurangi jumlah bandwidth yang dibutuhkan melalui berbagai teknik penyaringan.

Video analog hanya benar-benar memiliki konsep "sekarang" - piksel tunggal yang sedang ditampilkan pada saat itu.

Sebaliknya, sinyal video digital adalah aliran data yang disisipkan. Salah satu sub-stream adalah aliran gambar. Ini adalah aliran berbasis bingkai, di mana setiap frame video diperlakukan sebagai entitas individual. Konsep bingkai inilah yang memungkinkan kompresi video. Video digital memiliki konsep "bingkai ini" daripada "piksel ini", sehingga dapat membandingkan piksel tetangga dalam ketiga dimensi (tidak hanya atas / bawah kiri / kanan 2 dimensi bingkai, tetapi juga "waktu" ketiga. dimensi, membandingkan dengan masa lalu, dan bahkan masa depan, bingkai).

Sinyal video analog dapat dengan mudah dikonversi menjadi format digital melalui penggunaan frame grabber. Ini kemudian dapat dikompresi sama seperti format digital lainnya.

Analogi yang bagus adalah audio. Bandingkan kaset audio lama dengan MP3. Saat Anda memutar kaset, kaset bergerak melewati kepala baca dengan kecepatan yang ditentukan, dan kepala baca mengubah magnet pada kaset pada saat tertentu dalam waktu ke gerakan pembicara.

Sebaliknya, dengan MP3, potongan data (sekali lagi, mereka disebut frame) dan menerjemahkannya menjadi bentuk gelombang audio untuk diputar melalui speaker.

(catatan: ini adalah deskripsi yang sangat disederhanakan, dan akibatnya benar-benar salah;))

Sunting: Ada beberapa jenis yang dapat disebut kompresi. Saya akan membedakan kompresi konten-independen dan kompresi konten-tergantung. Kompresi independen konten akan misalnya mengurangi bandwidth sinyal, interlacing, dll. Teknik-teknik tersebut dapat diterapkan secara independen dari konten yang sedang dikirim, dan umumnya mengurangi kualitas sinyal dalam beberapa cara. Kompresi tergantung konten akan menjadi metode seperti MPEG-2 yang melihat konten sinyal dan menghapus bagian duplikat dari gambar / suara / dll. Peningkatan dalam penggunaan bandwidth metode independen konten selalu sama, untuk metode tergantung konten tergantung pada konten sinyal (dengan asumsi kualitas output tetap). Jika ada banyak duplikasi (misalnya gambar foto yang dikodekan dalam MPEG-2) ada banyak pengurangan ukuran data, jika tidak ada duplikasi (misalnya gangguan acak yang disandikan) tidak ada pengurangan ukuran. Dalam praktiknya metode seperti MPEG-2 menjamin penggunaan data maksimum yang diberikan dengan menurunkan kualitas sinyal jika tidak ada duplikasi yang cukup untuk digunakan.

Di sisa jawaban ini saya hanya mempertimbangkan metode kompresi yang bergantung pada konten seperti MPEG.

Pada prinsipnya tidak ada alasan mengapa sinyal analog tidak dapat dikompresi. Kompresi pada awalnya tidak digunakan di TV analog karena teknologinya belum ada, itu membutuhkan pemrosesan perangkat keras yang tidak ada, dan jika perangkat keras dapat dibuat sama sekali dengan teknologi waktu itu akan terlalu mahal.

Mengubah format sinyal yang ada ke mis menambahkan kompresi adalah bermasalah karena semua penerima perlu diubah. Ini pada dasarnya adalah apa yang terjadi dalam peralihan analog ke digital di banyak negara. Jika semua receiver perlu diperbarui atau diganti, Anda juga dapat mengubah sinyal menjadi digital, yang dengan teknologi saat ini lebih hemat biaya dan bandwidth daripada sinyal analog.

Seseorang dapat menemukan cara untuk menambahkan semacam sinyal tambahan ke sinyal analog yang ada, tetapi jika Anda tidak ingin semua receiver yang ada diperbarui, Anda tidak dapat menghapus sinyal analog yang ada dan karenanya Anda tidak dapat mengurangi penggunaan bandwidth. Alasan utama mengapa negara-negara mengganti transmisi analog mereka dengan transmisi digital alih-alih hanya mentransmisikan digital di sebelah analog adalah keterbatasan jumlah bandwidth spektrum radio yang tersedia.

Aspek lain adalah bahwa untuk misalnya tidak mentransmisikan scanline dalam transmisi tv analog jika tidak berubah dari frame sebelumnya, Anda perlu memutuskan apa yang "tidak berubah" artinya dengan tepat. Dalam sinyal digital nilai-nilai piksel dikuantisasi sehingga mudah untuk menentukan kapan satu baris piksel sama dengan baris sebelumnya. Dalam sinyal analog Anda tidak akan pernah menemukan sinyal untuk dua garis pemindaian persis sama, sehingga Anda akan memerlukan beberapa ambang batas dari apa yang Anda anggap sama. Dengan menerapkan ambang batas seperti itu, Anda mengukur aspek sinyal ini, sehingga Anda selangkah lebih dekat untuk menjadi digital.