Основы сжатия видео

Мультимедийная трансляция заключается в передаче и показе последо­вательности изображений. Если изображение не «автономно», а явля­ется частью видеоклипа, его обычно называют кадром (frame). Сжатие необходимо, чтобы просто уменьшить объем видеоданных до управля­емого размера. Некоторые методы предназначены для сжатия одиноч­ного кадра, безотносительно какого-либо другого. Такие методы назы­ваются внутрикадровым кодированием (infra-frame coding). Сжатие ви­деоданных основано на устранении избыточности в видеоизображени­ях. Существует три варианта избыточности. Они перечислены ниже.

• Пространственная избыточность (spatial redundancy). Пикселы внут­ри изображения имеют пространственную связь друг с другом, на­пример один пикселы граничит с другим. Пространственная избы­точность имеет место, если граничащие пикселы окрашены в одина­ковый цвет или имеют одинаковую интенсивность. Это случается довольно часто. Пространственная избыточность устраняется путем внутрикадрового кодирования. Один из методов виутрикадрового кодирования — дискретное косинусоидалыюе преобразование (Dis­crete Cosine Transform, DCT);

Спектральная избыточность (spectral redundancy). Спектральная информация состоит из световой интенсивности и цвета. Спектральная избыточность в кадрах кинофильма появляется из-за того, что яркие пикселы обычно ярки во всех цветах, а не в одном или двух, Кроме того, глаз человека более чувствителен к яркости, чем к цве­ту, то есть глаз скорее замечает необычную яркость пиксела, чем правильный цвет.

Временная избыточность (temporal redundancy). В кино кадры сме­няются со скоростью примерно 30 раз в секунду. Даже в боевике кадры одной сцены, сменяющие друг друга при такой частоте, отли­чаются лишь некоторыми деталями. Один из методов удаления вре­менной избыточности — кодирование вектора перемещения (Motion Vector Encoding). Идея в том, чтобы поделить кадр на несколько блоков. Фактически, алгоритм кодирования сообщает: «Все, как и в предыдущем кадре, за исключением того, что в этом блоке произош­ло движение». (Например, моргнул глаз.)

Обычного кадра, содержащего полное изображение, недостаточно для использования временной избыточности. Чтобы работать с различны­ми типами избыточности используются три вида кадров. Первый — обычный кадр, содержащий полное изображение. Это l-кадр (I-frame, intracode frame), названный так, чтобы подчеркнуть то, что он не зависим от любого другого кадра. Второй тип — Р-кадр (P-frame), или предсказу­емый кадр (predicted frame) — создается на основе предыдущего 1- или Р-кадра, вектора перемещения и изображения ошибки, которое кор­ректирует ошибки в векторе перемещения. Последний тип — В-кадр (B-frame), или двунаправленный предсказуемый кадр (bi-directional predic­ted frame) — состоит из воктора прямого перемещения, вектора обрат­ного перемещения и ошибки. Эти кадры иснильзуют, когда в Р-кадре появляется новый объект.