5.9.1. Подготовка видеоданных

Видеоинформация, поступающая на вход видеокодера, представлена после­довательностью кодированных отсчётов сигнала яркости Y и сигналов цвет­ности C_R и С_В; затем кадры этих сигналов перегруппировываются в блоки, макроблоки и вырезки (срезы, слайсы). Вырезки состоят из группы последовательных макроблоков в видеокадре, объединяемых общей шкалой квантования. Сначала кадры Y, C_R и С_В делятся на ряд блоков пик­селов (рис. 5.19). Каждый блок представляет собой матрицу 8  8 закодиро­ванных в цифровом виде отсчетов пикселов. Три компонента, представлен­ных базовыми блоками, объединяются и образуют макроблок (табл. 5.1). Каждый макроблок состоит из четырех блоков яркости и двух блоков каждой составляющей цветности, C_R и С_В. Это дает так называемый формат 4:2:0. Затем макроблоки выстраиваются в том порядке, в каком они появляются на изображении, чтобы получить вырезку.

Рис. 5.19. Базовые блоки Y, С_R и С_В

Вырезка может состоять из одного или нескольких макроблоков. На этом этапе к каждой вырезке добавляются биты обнаружения ошибки. Если в ступени декодирования приемника обна­руживаются ошибки, то декодер игнорирует информацию, содержащуюся в данной вырезке, и переходит к следующей. Последовательность вырезок восстанавливает полный видеокадр (табл.5.1), содержащий все три состав­ляющие изображения (Y, С_R, С_В) и готовый к следующему этапу кодирова­ния видеоданных.

Таблица 5.1. Подготовка видеоданных

5.9.2. Удаление временной избыточности

Рассматриваемый способ основан на том обстоятельстве, что различие меж­ду двумя последовательными изображениями очень мало. Таким образом, нет необходимости передавать содержание каждого видеокадра полностью, поскольку большая часть текущего кадра просто повторяет предыдущий кадр. Временное сжатие выполняется на группе изображений (GOP – group of pic­tu­res), состоящей из 12 кадров. Содержимое первого кадра группы, называемого кадром I, сохраняется в памяти и используется как эта­лонный кадр для последующих 11 кадров (рис. 5.20). Содержимое кадра, сле­дующего сразу же за эталонным кадром I, сравнивается с кадром I для обра­зования разностного кадра, называемого кадром Р (от predicted – предска­зываемый), который используется для обработки. Затем с первым кадром после кадра I сравнивается второй кадр после кадра I, третий кадр со вторым и т. д. до конца группы из 12 видеокадров. Затем для следующей группы из 12 кадров образуется новый эталонный кадр I и т.д. Величина сжатия кадров I ограниченна; максимальное битовое сжатие получается в кадрах Р. Повы­шенное сжатие можно получить, используя два других способа: прямое пред­сказание и предсказание с компенсацией движения.

Рис. 5.20. Группа изображений (GOP)

Прямое предсказание – это метод, который используется для создания кадров Р; он включает в себя предсказание ожидаемой разности между мак­роблоками последовательных кадров и передачу предсказанных кадров на обработку. Для этого требуется хранение более одного видеокадра. В прямом предсказании в качестве эталонного можно использовать кадр I или ранее восстановленный кадр Р. Недостатком этого способа является то, что возни­кающие в кадре Р ошибки будут передаваться в последующие кадры до по­ступления очередного кадра I.

Предсказание с компенсацией движения заключается в сравнении содер­жимого предыдущего кадра и последующего кадра для конструирования те­кущего кадра. Конструируемый кадр называется кадром В от backward-pre­diction – обратное предсказание (или от bidirectional – двунаправленный, поскольку его содержимое зависит как от предыдущего кадра, так и от после­дующего). В отличие от кадров I и Р кадры В нельзя использовать как этало­ны. Они также требуют хранения двух кадров в памяти изображения. На рис. 5.21 показана типовая последовательность из 12 кадров I, Р и В (0-11).

Рис. 5.21. Кадры I, P и В