Generationsverlust - Generation loss

Digitaler Generierungsverlust, verursacht durch Drehen eines JPEG-Bildes um 90 Grad (von oben nach unten) 0, 100, 200, 500, 900 und 2000 Mal (ohne Verwendung verlustfreier Tools)

Generationsverlust ist der Qualitätsverlust zwischen aufeinanderfolgenden Kopien oder Transkodierungen von Daten. Alles, was die Qualität der Darstellung beim Kopieren verringert und beim Erstellen einer Kopie der Kopie zu einer weiteren Qualitätsminderung führen würde, kann als eine Form von Generationsverlust angesehen werden. Dateigrößenerhöhungen sind eine häufige Folge von Generationsverlusten, da die Einführung von Artefakten die Entropie der Daten bei jeder Generation tatsächlich erhöhen kann.

Analoger Erzeugungsverlust

In analogen Systemen (einschließlich Systemen, die digitale Aufnahmen verwenden, aber die Kopie über eine analoge Verbindung erstellen) ist der Erzeugungsverlust hauptsächlich auf Rausch- und Bandbreitenprobleme in Kabeln , Verstärkern , Mischern , Aufnahmegeräten und allem anderen zwischen der Quelle und dem Ziel zurückzuführen. Schlecht eingestellte Verteilverstärker und nicht angepasste Impedanzen können diese Probleme noch verschlimmern. Auch eine wiederholte Wandlung zwischen Analog und Digital kann zu Verlusten führen.

Generationsverlust war ein wichtiger Aspekt bei der komplexen analogen Audio- und Videobearbeitung , bei der vielschichtige Bearbeitungen oft durch Erstellen von Zwischenmischungen erstellt wurden, die dann wieder auf Band "gesprengt" wurden. Eine sorgfältige Planung war erforderlich, um die Erzeugungsverluste und das daraus resultierende Rauschen und den schlechten Frequenzgang zu minimieren.

Eine Möglichkeit, die Anzahl der benötigten Generationen zu minimieren, bestand darin, eine Audio-Mixing- oder Video-Editing-Suite zu verwenden, die in der Lage ist, eine große Anzahl von Kanälen gleichzeitig zu mischen; im Extremfall, beispielsweise bei einem 48-Spur-Tonstudio, könnte in einer einzigen Generation ein kompletter komplexer Mixdown durchgeführt werden, obwohl dies für alle außer den bestfinanzierten Projekten unerschwinglich teuer war.

Die Einführung professioneller analoger Rauschunterdrückungssysteme wie Dolby A trug dazu bei, den hörbaren Generationsverlust zu reduzieren, wurde jedoch schließlich durch digitale Systeme ersetzt, die den Generationsverlust erheblich reduzierten.

Laut ATIS ist "Generierungsverlust auf analoge Aufzeichnung beschränkt, da digitale Aufzeichnung und Wiedergabe auf eine Weise durchgeführt werden können, die im Wesentlichen frei von Generationsverlusten ist."

Verlust der digitalen Erzeugung

Richtig eingesetzt, kann die digitale Technologie Generationsverluste eliminieren. Dies impliziert die ausschließliche Verwendung von verlustfreien Komprimierungscodecs oder unkomprimierten Daten von der Aufnahme oder Erstellung bis zur endgültigen verlustbehafteten Codierung für die Verteilung über Internet-Streaming oder optische Discs. Durch das Kopieren einer digitalen Datei wird eine exakte Kopie erstellt, wenn das Gerät ordnungsgemäß funktioniert. Diese Eigenschaft der digitalen Technologie hat das Bewusstsein für die Gefahr des unbefugten Kopierens geweckt. Bevor die digitale Technologie weit verbreitet war , konnte sich beispielsweise ein Plattenlabel sicher sein, dass nicht autorisierte Kopien ihrer Musikstücke nie so gut waren wie die Originale.

Bei der Verwendung von verlustbehafteten Video- oder Audiokompressionscodecs kann es dennoch zu Generationsverlusten kommen, da diese bei jeder Codierung oder Neucodierung Artefakte in das Quellmaterial einbringen. Verlustbehaftete Komprimierungscodecs wie Apple ProRes , Advanced Video Coding und mp3 werden sehr häufig verwendet, da sie eine drastische Reduzierung der Dateigröße ermöglichen, während sie zu Anzeigezwecken nicht vom unkomprimierten oder verlustfrei komprimierten Original zu unterscheiden sind. Die einzige Möglichkeit, einen Generierungsverlust zu vermeiden, besteht darin, unkomprimierte oder verlustfrei komprimierte Dateien zu verwenden; die aus Speichersicht teuer sein können, da sie pro Sekunde Laufzeit größere Mengen an Speicherplatz im Flash-Speicher oder auf Festplatten benötigen. Unkomprimiertes Video erfordert eine hohe Datenrate; Beispielsweise kann ein 1080p-Video mit 30 Bildern pro Sekunde bis zu 370 Megabyte pro Sekunde benötigen. Verlustbehaftete Codecs machen Blu-rays und Videostreaming über das Internet möglich, da keiner die Datenmengen liefern kann, die für unkomprimiertes oder verlustfrei komprimiertes Video mit akzeptablen Bildraten und Auflösungen erforderlich sind. Bilder können genauso unter Generationsverlust leiden wie Video und Audio.

Die Verarbeitung einer verlustreich komprimierten Datei anstelle eines Originals führt in der Regel zu einem höheren Qualitätsverlust als das Generieren derselben Ausgabe aus einem unkomprimierten Original. Ein digitales Bild mit niedriger Auflösung für eine Webseite ist beispielsweise besser, wenn es aus einem unkomprimierten Rohbild generiert wird, als aus einer bereits komprimierten JPEG- Datei mit höherer Qualität.

Techniken, die in digitalen Systemen zu Erzeugungsverlusten führen

In digitalen Systemen können verschiedene Techniken, die aufgrund anderer Vorteile verwendet werden, zu einem Erzeugungsverlust führen und müssen mit Vorsicht verwendet werden. Jedoch bringt eine digitale Datei selbst kopiert keine Erzeugung verlust die kopierte Datei mit dem Original identisch ist, vorausgesetzt ein perfekter Kopierkanal verwendet wird.

Einige digitale Transformationen sind reversibel, andere nicht. Die verlustfreie Komprimierung ist per Definition vollständig reversibel, während die verlustbehaftete Komprimierung einige Daten verwirft, die nicht wiederhergestellt werden können. Ebenso sind viele DSP- Prozesse nicht umkehrbar.

So sorgfältige Planung einer Audio- oder Videosignalkette von Anfang bis Ende und mehrere Konvertierungen zu minimieren Umordnung ist wichtig zu vermeiden Generation Verlust , wenn Codecs verlustbehaftete Kompression. Oftmals können willkürliche Wahlen von Pixelzahlen und Abtastraten für Quelle, Ziel und Zwischenstufen die digitalen Signale ernsthaft verschlechtern, trotz des Potenzials der digitalen Technologie, den Erzeugungsverlust vollständig zu eliminieren.

Ebenso wird die verlustbehaftete Komprimierung idealerweise nur einmal am Ende des Workflows mit der Datei durchgeführt, nachdem alle erforderlichen Änderungen vorgenommen wurden.

Transcodierung

Die Konvertierung zwischen verlustbehafteten Formaten – sei es Decodierung und Neucodierung in dasselbe Format, zwischen verschiedenen Formaten oder zwischen verschiedenen Bitraten oder Parametern desselben Formats – führt zu Generationsverlusten.

Wiederholte Anwendungen von verlustbehafteter Komprimierung und Dekomprimierung können zu Generationsverlusten führen, insbesondere wenn die verwendeten Parameter nicht über Generationen hinweg konsistent sind. Idealerweise ist ein Algorithmus sowohl idempotent , d. h. wenn das Signal dekodiert und dann mit identischen Einstellungen neu kodiert wird, gibt es keinen Verlust, und skalierbar, d. h., wenn es mit niedrigeren Qualitätseinstellungen neu kodiert wird, ist das Ergebnis das genauso, als ob es aus dem Originalsignal codiert worden wäre – siehe Skalierbare Videocodierung . Allgemeiner gesagt ergibt die Transcodierung zwischen verschiedenen Parametern einer bestimmten Codierung idealerweise die größte gemeinsame Qualität – zum Beispiel würde die Konvertierung von einem Bild mit 4 Bit Rot und 8 Bit Grün in ein Bild mit 8 Bit Rot und 4 Bit Grün im Idealfall einfach ein Bild mit 4 Bit roter Farbtiefe und 4 Bit grüner Farbtiefe ohne weitere Verschlechterung ergeben.

Einige verlustbehaftete Kompressionsalgorithmen sind viel schlechter als andere in dieser Hinsicht, da er weder Idempotent noch skalierbarer und die Einführung einer weiteren Verschlechterung , wenn Parameter geändert werden.

Bei JPEG beispielsweise führt eine Änderung der Qualitätseinstellung dazu, dass andere Quantisierungskonstanten verwendet werden, was zusätzlichen Verlust verursacht. Da JPEG außerdem in 16×16-Blöcke (oder 16×8 oder 8×8, je nach Chroma-Subsampling ) unterteilt ist, verschiebt das Zuschneiden, das nicht auf eine 8×8-Grenze fällt, die Codierungsblöcke, was zu einer erheblichen Verschlechterung führt – ähnliche Probleme beim Drehen passieren. Dies kann durch die Verwendung von JPEGran oder ähnlichen Werkzeugen zum Zuschneiden vermieden werden . Eine ähnliche Verschlechterung tritt auf, wenn Video-Keyframes nicht von Generation zu Generation ausgerichtet werden.

Bearbeitung

Digitales Resampling wie Bildskalierung und andere DSP- Techniken können auch bei jeder Verwendung Artefakte einführen oder das Signal-Rausch-Verhältnis (S/N-Verhältnis) verschlechtern , selbst wenn der zugrunde liegende Speicher verlustfrei ist.

Resampling verursacht Aliasing , wobei sowohl niederfrequente Komponenten verwischt als auch hochfrequentes Rauschen hinzugefügt wird, was zu Zacken führt , während das Abrunden von Berechnungen, um in endliche Präzision zu passen , eine Quantisierung einführt , die Banding verursacht ; Wenn es durch Dither behoben wird , wird dies stattdessen zu Rauschen. In beiden Fällen verschlechtern diese bestenfalls das S/N-Verhältnis des Signals und können Artefakte verursachen. Die Quantisierung kann reduziert werden, indem beim Bearbeiten eine hohe Genauigkeit verwendet wird (insbesondere Gleitkommazahlen), die erst am Ende wieder auf eine feste Genauigkeit reduziert wird.

Oftmals bleiben bestimmte Implementierungen hinter den theoretischen Idealen zurück.

Fotokopieren, Fotografieren, Video und sonstige Postings

Aufeinanderfolgende Generationen von Fotokopien führen zu Bildverzerrungen und -verschlechterungen. Es ist dokumentiert, dass sukzessive Repostings auf Instagram zu spürbaren Veränderungen führen. Ebenso verschlechterten wiederholte Postings auf YouTube die Arbeit. Ähnliche Effekte wurden beim Kopieren von VHS- Kassetten dokumentiert . Dies liegt daran, dass beide Dienste verlustbehaftete Codecs für alle Daten verwenden, die auf sie hochgeladen werden, selbst wenn die hochgeladenen Daten ein Duplikat von Daten sind, die bereits auf dem Dienst gehostet werden, während VHS ein analoges Medium ist, bei dem Auswirkungen wie Rauschen durch Interferenzen auftreten können einen viel spürbareren Einfluss auf die Aufnahmen.

Popkultur

Der Generationenverlust war Gegenstand künstlerischer Arbeiten, die das Phänomen aufdeckten. Das Projekt Generation Loss wurde zumindest teilweise von einem früheren Versuch inspiriert – „ I Am Sitting in a Room “ (1969) von Alvin Lucier .

Siehe auch

Anmerkungen

Externe Links