Раздел: Документация
0 ... 4 5 6 7 8 9 10 ... 62 Стандарты MPEG разработаны Экспертной группой кинематографии (Moving Picture Experts Group - MPEG). MPEG - это стандарт сжатия звука и видео в более удобный для загрузки или пересылки, например, через Интернет, формат. MPEG состоит из трех частей: Audio, Video, System (объединение и синхронизация двух других). Существуют разные стандарты: MPEG-1, MPEG-2, MPEG-3, MPEG-4, MPEG-7. Компрессия MPEG-1 используется в основном на дисках VideoCD и XVCD. Более совершенный стандарт — MPEG-2, обеспечивающий значительно лучшее качество, стал не только нормой европейского цифрового телевещания, но и был принят как стандарт сжатия для записи изображения на DVD. Он используется также для записи дисков Super VideoCD, CVD, XSVCD и некоторых других. Для записи видеодисков формата DivX используется компрессия MPEG-4. Как выполняется кодирование и декодирование MPEG Более 97% цифровой информации, представляющей сигнал видео, дублируется, т.е. является избыточной и может быть отброшено без ущерба для качества изображения. Алгоритм MPEG анализирует видеоизображение в поисках избыточности и удаляет ее. Таким образом обеспечивается превосходное качество видеоизображения при более низкой скорости передачи данных. По этой причине современные средства поставки видеопрограмм, такие, как цифровые спутниковые системы и DVD, используют стандарт MPEG. В алгоритме MPEG используется поточное сжатие видео, т.е. обрабатывается не каждый кадр в отдельности, как это происходит при сжатии видео по алгоритмам Motion-JPEG, а анализируется динамика изменений между отдельными кадрами, и устраняются избыточные данные. Например, в большинстве видеофрагментов фон остается достаточно стабильным, а движение происходит на переднем плане. Алгоритм MPEG-2 начинает сжатие с создания исходного (ключевого) (Intra) кадра, называемого 1-кадром. I-кадры играют роль опорных при восстановлении остальных кадров и размещаются последовательно через каждые 10-15 кадров. Только некоторые фрагменты изображений, которые находятся между 1-кадрами, претерпевают изменения, и только эта разница сохраняется при сжатии. Именно с I-кадра начинается декодирование информации. Кроме I-кадров, в MPEG-последовательности имеется еще два типа кадров: Predicted (Р) - предсказуемые Р-кадры, содержащие разность текущего изображения с предыдущим I- или Р-кадром с учетом смещений отдельных фрагментов; Bi-directional Interpolated (В) - кадры двунаправленной интерполяции, В-кадры, содержащие только ссылки на предыдущие или последующие I- или Р-кадры с учетом смещений отдельных фрагментов. I-кадры составляют основу MPEG-файла. С их помощью осуществляется случайный доступ к какому-либо отрывку видео, но при этом у них довольно низкий коэффициент сжатия. Р-кадры кодируются относительно предыдущих кадров-1 или Р и обычно используются как сравнительный образец для дальнейшей последовательности Р-кадров. Они имеют высокий коэффициент сжатия. В-кадры обеспечивают наибольший коэффициент сжатия, но при эгом для их привязки к видеопоследовательности необходимо использовать не только предыдущий, но и последующий кадры. Сами В-кадры никогда не используются для сравнения. Для удобства кодирования весь видеопоток разбивается на последовательности, которые называются GOP (Group of Picture — Группа кадров). Последовательность кадров в группе может быть, например, такой: I-B-B-P-B-B-P-B-B-P-B-B-I... При воспроизведении цифрового видеодиска декодер MPEG аппаратного или программного проигрывателя выполняет обратное преобразование (декодирование) цифрового видеосигнала. Последовательность декодирования кадров может быть такой: 0312645... Следует отметить, что, прежде чем декодировать В-кадр, требуется декодировать два I- или Р-кадра. Существуют разные стандарты на частоту, с которой должны следовать I-кадры, - приблизительно 1—2 кадра в секунду. Соответствующие требования есть и для Р-кадров: каждый 3 кадр должен быть Р-кадром. При кодировании исходные I-кадры разбиваются на блоки 8x8 пикселов. Над каждым блоком производится дискретно-косинусное преобразование Фурье (Discrete Cosine Transformation (DCT)) с последующим квантованием полученных коэффициентов. Вследствие высокой пространственной корреляции яркости между соседними пикселами изображения дискретно-косинусное преобразование приводит к концентрации сигнала в низкочастотной части спектра, который после квантования эффективно сжимается с использованием кодирования кодами переменной длины. При декодировании внутри кадровой компрессии используется обратное дискретно-косинусное преобразование Фурье (Inverse Discrete Cosine Transformation (iDCT)). Обработка предсказуемых Р-кадров производится с использованием предсказания вперед по предшествующим исходным или предсказуемым кадрам. Р-кадр разбивается на макроблоки 16x16 пикселов. Каждому макроблоку ставится в соответствие наиболее похожий участок изображения из опорного кадра, сдвинутый на вектор перемещения. Эта процедура называется анализом и компенсацией движения (Motion Compensation (MQ). Допустимая степень сжатия Р-кадров превышает возможную степень сжатия I-кадров в 3 раза. В зависимости от характера видеоизображения кадры двунаправленной интерполяции (В-кадры) кодируются одним из четырех способов: ✓предсказание вперед; у/ обратное предсказание с компенсацией движения — используется, когда в кодируемом кадре появляются новые обьекты изображения; ✓двунаправленное предсказание с компенсацией движения; ✓внутрикадровое предсказание - при резкой смене сюжета или при высокой скорости перемещения элементов изображения. С В-кадрами связано наиболее глубокое сжатие видеоданных, но, поскольку высокая степень сжатия снижает точность восстановления исходного изображения, В-кадры не используются в качестве опорных. Если бы коэффициенты дискретно-косинусного преобразования передавались точно, восстановленное изображение полностью совпадало бы с исходным. Однако ошибки восстановления коэффициентов, связанные с квантованием, приводят к искажениям изображения. Чем грубее производится квантование, тем меньший объем занимают коэффициенты и тем сильнее сжатие сигнала, но и тем больше визуальных искажений. Степень сжатия MPEG При таком способе компрессии действует правило, в соответствии с которым больший поток данных (битрейт) обеспечивает лучшее качество изображения, однако при этом на диск помещается меньший объем информации. Поэтому при записи дисков с небольшим объемом информации может применяться поток, достигающий величины 9.8 Мбит/с, в то время, как для записи сравнительно продолжительных художественных фильмов величина потока составляет от 1 Мбит/с до 3.5 Мбит/с. Такое значение скорости потока обеспечивает возможность записи на диск типа DVD-5 (однослойный односторонний, емкостью 4.7 Мбайт) видеопрограмм высокого качества длительностью до 133 минут. Стандарт MPEG-2 поддерживает скорость потока от 3 до 15 Мбит/с. Скорость потока (битрейт) может быть постоянной или переменной. Постоянная скорость потока или постоянный битрейт (Constant Bit Rate - CBR) -параметр кодирования, указывающий на то, что скорость потока не зависит от кодируемого видео и должна быть постоянной. При использовании постоянного битрейта имеется возможность точно определить размер окончательного файла фильма. Качество изображения при постоянной скорости потока остается одинаковым только в том случае, когда динамика фильма на всем его протяжении не изменяется, т.е. если фильм содержит только динамичные или только статичные сцены. Постоянная скорость потока - 1150 Кбит/с - используется при записи дисков форматов VideoCD. 0 ... 4 5 6 7 8 9 10 ... 62
|
