Раздел: Документация
0 ... 13 14 15 16 17 18 19 ... 122  Последнее означает, что при реконструкции данных на выходе декодера генерируется полная копия исходных данных. К сожалению, сжатие без потерь применительно к компрессии изображении и видео дает относительно небольшой выигрыш. Наилучший результат, который можно достичь с помощью известных стандартных алгоритмов, таких как JPEG-LS [1], дает коэффициент сжатия примерно в 3 - 4 раза по отношению к исходному объему данных. Для достижения большей эффективности сжатия приходится применять сжатие с потерями. В системе сжатия с потерями разжатые данные не совпадают с оригинальным источником, а для высокой степени сжатия приходится жертвовать визуальным качеством видеоданных. Методы видеосжатия с потерями основаны на удалении субъективной избыточности, т.е. тех элементов изображения, которые можно удалить без заметного влияния на зрительское восприятие видео. Рис. 3.2. Пространственная и временная корретяция видеокадров. Большинство методов видеокодирования используют оба типа избыточности, временную и пространственную, для достижения з<Ь-фекта сжатия. Во временной области имеется значительная корр ляция (сходство) между видеокадрами, зафиксированными в близкие моменты времени. Смежные по времени кадры (следующие по порядку друг за другом) имеют высокую степень корреляции, осо-бенно при большой частоте кадров. В пространственной области также наблюдается высокая зависимость величин пикселов (сэмплов), лежащих близко друг к другу (рис. 3.2).  пространственная корреляция Стандарты Н.264 и MPEG-4 Visual (которые будут подробно описаны в гл. 5 и 6) имеют много общих черт. Оба стандарта подразумевают «модель» кодека, которая использует компенсацию движения на основе блоков, преобразование, квантование и энтропийное кодирование. В этой главе будут разобраны все основные компоненты этой модели, начиная с временной модели (оценки движения и компенсация) и продолжая преобразованием изображений, квантованием, прогнозирующим и энтропийным кодированием. В конце главы мы совершим экскурсию по базисной модели и проделаем процедуры кодирования и декодирования для конкретного блока сэмплов изображения. 3.2. Видеокодек Видеокодек (рис. 3.3) кодирует исходное изображение или видеопоследовательность в сжатой форме, а также декодирует сжатую видеопоследовательность, производя цифровую видеокопию, которая или совпадает, или близка к исходной видеопоследовательности. Если декодированная последовательность совпадает с исходной, то процесс кодирования называется кодированием без потерь. Если же эти последовательности отличаются друг от друга, то процесс называется кодированием с потерями.  сокрвммны» МАРЫ Рис. 3.3. Блок-схема видеокодера. Кодек преобразовывает исходный видеоряд с помощью определенной модели (эффективное кодированное представление видеоданных, с помощью которого можно реконструировать эти данные с той или иной степенью точности). В идеале модель должна представлять последовательность с наименьшим числом бит и наибольшей возможной точностью. Эти две цели (эффективность сжатия и высокое качество), как правило, противоречат друг другу, так как высокая степень сжатия видеоданных обычно предполагает существенное снижение качества изображения на выходе декодера. Компромисс между степенью сжатия и качеством сжатых данных (степенью расхождения) будет обсуждаться в гл. 7. Видеокодер (рис. 3.3) состоит из трех основных функциональных единиц: временнбй модели, пространственной модели и энтропийного кодера. На вход временнбй модели подается несжатый цифровой видеосигнал. Временная модель стремится сократить временную избыточность, используя схожесть между последовательными видеокадрами, обычно строя прогноз для следующего кадра по соседним кадрам последовательности. В стандартах MPEG-4 Visual и Н.264 прогноз формируется по одному или нескольким предыдущим или будущим кадрам, при этом делается коррекция расхождения между кадрами (предсказание компенсации движения). Выходом временнбй модели служит остаточный кадр (производимый вычитанием кадра-прогноза из подлинного текущего кадра) и некоторое семейство числовых параметров модели, обычно множество векторов движения, описывающих, как это движение было скомпенсировано. Остаточный кадр является входом для пространственной модели, которая использует схожесть или подобие соседних пространственных сэмплов этого кадра, сокращая тем самым пространственную избыточность. В стандартах MPEG-4 Visual и Н.264 это осуществляется применением специальных преобразований к остаточному кадру и квантованием результата. Преобразование переводит сэмпл в другую область, в которой он представляется в виде последовательности коэффициентов используемого преобразования. Коэффициенты квантуются методом удаления несущественных значений; при этом оставляется небольшое число существенных коэффициентов, которые обеспечивают более компактное представление остаточного кадра. Выходом пространственной модели выступает семейство квантованных коэффициентов преобразования. Параметры временнбй модели (векторы движения) и пространственной модели (коэффициенты преобразования) сжимаются энтропийный кодером. При этом удаляется статистическая избыточность данных (например, кодируя часто встречающиеся векторы и коэффициенты более короткими двоичными кодами) и формируется сжатый битовый поток или файл, который можно передавать по сетям или хранить на носителях цифровых данных. Файл сжатой последовательности состоит из закодированных векторов движения, закодированных остаточных коэффициентов и некоторого информационного заголовка. 0 ... 13 14 15 16 17 18 19 ... 122
|
