Реферат: Современные форматы видео
На самом деле для большинства
реальных изображений сигнал g[n] на выходе низкочастотного фильтра будет похож
на предыдущие g[n-1] выборок за исключением граней контуров. g[n] будет
стремиться, таким образом, к g[n-1], вследствие того, что реальные объекты
имеют относительно постоянный коэффициент отражения поверхностей.
Разница кадров
Компрессорами, использующими
технологию разницы кадров, являются: Cinepak
Достоинства и недостатки
1.
В целом может обеспечивать сжатие, лучшее, чем независимое сжатие
отдельных кадров.
2.
Возникающие в ходе кодирования ошибки накапливаясь, требуют наличия
дополнительного ключевого кадра.
Обзор
Алгоритм разницы кадров использует
то обстоятельство, что во многих видео изображение от кадра к кадру мало чем
различается. По мере применения алгоритма векторной квантизации для кодирования
каждого следующего кадра и получения при этом малых коэффициентов, которые
трудно кодируются, в кадры постепенно вкрадывается ошибка. Это требует
включения в видеоряд так называемых ключевых кадров, которые кодируются без
учета предыдущих и являются так называемыми «опорными точками» в видео.
Компенсация движения
Компрессорами, использующими
технологию компенсации движения, являются: MPEG-1,2 и 4.
Достоинства и недостатки
1.
По сравнению с механизмом разницы кадров механизм компенсации движения
позволяет достигать большей степени сжатия.
2.
Кодирование весьма трудоемко и требует специальной аппаратуры.
3.
Технология компенсации движения используется в таких международных
стандартах сжатия цифрового видео, как: MPEG, H.261 и H.263.
4.
Наибольшее сжатие достигается в сценах с пониженным движением.
Обзор
Компенсация движения основана на
использовании ряда сложных алгоритмов. Сфера, где данная технология сжатия
эффективна, как правило, сводится к видеоряду, в котором объект изменяет свое
местоположение относительно неподвижного фона. Объекты, изменяющиеся по форме,
приближающиеся или удаляющиеся (движущаяся камера), не подлежат эффективному
сжатию посредством алгоритма компенсации движения. Сжатие возможно заданием
вектора смешения элементов изображения вместо хранения больших значений новых
координат данных элементов изображения. Основным блоком (относительно которого
задается вектор смещения остальных блоков) может являться любой блок
изображения размером 16x16 пикселов, максимально похожий на кодируемый
(предсказываемый) блок. Ясно, что кадр, на который ссылаются таким образом
другие кадры, должен быть декодирован ранее. Однако совсем не обязательно,
чтобы опорный кадр предшествовал предсказываемому кадру. MPEG позволяет
производить предсказание в обоих направлениях путем введения так называемых B-
(bi-directionally predicted) кадров.
MPEG - это
аббревиатура от Moving Picture Experts Group. Эта
экспертная группа работает под совместным руководством двух организаций - ISO
(Организация по международным стандартам) и IEC (Международная
электротехническая комиссия). Официальное название группы - ISO/IEC JTC1 SC29
WG11. Ее задача - разработка единых норм кодирования аудио- и видеосигналов.
Стандарты MPEG используются в технологиях CD-i и CD-Video, являются частью стандарта
DVD, активно применяются в цифровом радиовещании, в кабельном и спутниковом ТВ,
Интернет-радио, мультимедийных компьютерных продуктах, в коммуникациях по
каналам ISDN и многих других электронных информационных системах.
MPEG-1
Очень популярный формат во всём
мире, с основой, взятой от кодека JPG. Сжатие в нем производится сериями по три
кадра. Это один из самых старых кодеков, так что, практически на любых, даже
самых «слабых» машинах можно просмотреть видео со стереозвуком в этом формате.
Однако и качество изображения невысокое: оно сравнимо с привычным аналоговым
форматом VHS. Картинка имеет разрешение 352х288 точек, да и качество ее
оставляет желать лучшего. И хотя MPEG-1 не требователен к ресурсам, его судьба
предрешена: с развитием ёмкости и скорости передачи данных в компьютерах и
интернете формат будет постепенно забываться.
Как происходит сжатие информации
в этом формате? Предположим, что у нас есть следующая сцена: автомобиль
движется из пункта "А" в пункт "Б". Перемещение машины
можно описать двумя параметрами: вектором перемещения из точки "А" в
точку "Б" и углом поворота вокруг своей оси. Задний план при этом
остается неизменным или почти неизменным - зритель вряд ли обратит внимание на
колебания мелких веток у дальних деревьев. Следовательно, можно разбить кадр на
две составные части - задний план, который сохраняется один раз, а затем
подставляется при воспроизведении всех кадров, и область, где движется машина,
- ее придется записывать отдельно для каждого кадра.
В формате MPEG-1 все кадры видеоролика
подразделяются на три типа: I-, P- и B-кадры. К первому типу (I-кадры, Intra
Frames) относятся опорные кадры. Их изображения сохраняются в полном объеме в
формате JPEG. Для P-кадров (Predicted Frames) записываются только отличия от
предыдущего i-кадра, что требует намного меньше дискового пространства. Для
B-кадров (Bi-DirectiOnally Interpolated Frames) сохраняются отличия от
предыдущего и следующего I- или P-кадра.
В итоге размер сжатого файла
составляет примерно 1/35 от исходного. Это значит, что полуторачасовой фильм с
качеством, эквивалентным аналоговой записи на кассете VHS, в формате MPEG-1
поместится на два компакт-диска. Для передачи через Internet или в сетях
спутникового вещания этот стандарт, конечно же, не подходит.
MPEG-2
MPEG-2 представляет собой
дальнейшее расширение MPEG-1. В нем увеличен рекомендуемый размер кадра -
теперь он составляет 1920 x 1080 точек, добавлена поддержка шестиканального
звука. Однако для воспроизведения видео в этом формате требуется более высокая
вычислительная мощность компьютера.
Следует отметить, что велась
работа над созданием стандарта MPEG-3 (не нужно путать с популярным форматом
сжатия звука - MPEG-1 Audio Layer 3). Он должен был стать базовым для систем
цифрового телевидения высокой четкости HDTV. Но работа над ним была прервана,
поскольку нужные для HDTV требования удалось реализовать в виде небольших
расширений к MPEG-2.
Доминирующий формат на сегодня
это MPEG-2 с разрешением 720х576 точек. Все DVD-video диски работают в формате
MPEG-2. Трансляции со спутников в несколько каналов на одной частоте, эфирная
трансляция, в том числе ТВ высокой четкости, разнообразные плееры DVD,
microMV-видеокамеры используют этот формат сжатия. И это не удивительно. После
триумфального успеха MPEG-1, новый формат, обеспечивающий практически
профессиональное качество картинки, утверждался довольно долго, и получился
очень удачным. MPEG-2 подходит для записи полуторачасового фильма отличного
качества на стандартный диск DVD (4,7 Гб). Кроме того, в этом формате можно
записывать на двойные DVD (9 Гб) фильмы повышенного качества с использованием
нескольких разных дорожек звука (дубляж), разных форматов многоканального
звучания, субтитров, разных углов обзора видеоматериала (несколько синхронных
дорожек видео) и других цифровых новшеств. Среди них, например, присутствует
произвольный мгновенный доступ к любой части видеоматериала на диске и
отсутствие перемотки при достижении конца видеоматериала, что раньше являлось
довольно большой проблемой.
MPEG-2 позволяет использовать
разрешения вплоть до 1920х1080 пикселов (25 кадров в секунду, с полями и без
полей, с прогрессивной разверткой) и поддерживает 6-канальный звук.
Особенности этого формата широко
использует компания Sony в своем расширенном стандарте microMV, хотя поток
информации там повышен до 12 Мбит/с (по сравнению с максимальным стандартом DVD
9,8 Мбит/с), а размер кассеты уменьшен (по сравнению с DV). И всё же стандарт
DV отличается большей устойчивостью и большим распространением по всему миру.
Недавно появились камеры, которые
пишут сразу на miniDVD диски в формате MPEG-2. Они имеют несколько важных
достоинств - перезапись дисков до 1000 раз без потери качества, доступность
материала и некоторые другие преимущества. Но очевиден и недостаток -
ограниченный объем записанного материала (до 30 минут на 1 miniDVD диск). Хотя
для любительских съемок это очень подходящий вариант: миниDVD диски прекрасно
воспроизводятся на бытовых плеерах и ПК, а программы идущие с такими камерами
позволяют проводить монтаж на любом компьютере, оснащенном DVD-приводом.
MPEG-3
Предназначался для использования в
системах телевидения высокой чёткости (high-defenition television, HDTV) со
скоростью потока данных 20-40 Мбит/с, но позже стал частью стандарта MPEG-2 и
отдельно теперь не упоминается. Кстати, формат MP3 , который иногда путают с
MPEG-3, предназначен только для сжатия аудиоинформации и полное название MP3 звучит
как MPEG Audio Layer III.
MPEG-4
Форматы MPEG-1 и MPEG-2 не обеспечивали
реальной возможности трансляции видео по сети Internet и создания
интерактивного телевидения на их основе - слишком уж большим был размер файлов.
Для его радикального уменьшения, а также реализации других функций, необходимых
для передачи потокового видео, была начата работа над спецификациями нового
формата - MPEG-4. По сути, он ориентирован не столько на сжатие видео, сколько
на создание так называемого "мультимедийного контента" - слияния
интерактивного телевидения, 3D-графики, текста и т. д.
Формат MPEG-4 сочетает отличный
звук и максимальное уплотнение видеосигнала (до 30-40% лучше чем у
предшественника). Разница заключается в том, что кодируется последовательность
более чем из трех кадров (обычно до 250 кадров). Тем самым достигается большее
сжатие и возможность смотреть в режиме реального времени качественное потоковое
видео в интернет. Динамическое сжатие также эффективно использует ресурсы, и на
обычный компакт-диск помещается 1,5 часа видео в достаточно хорошем качестве.
Однако, в большинстве случаев, внимательный зритель сможет увидеть на хорошем
экране разницу между изображением, закодированном в MPEG2 и MPEG4.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 |
