Методы кодирования
На рисунке представлен вариант классификации методов сжатия, основанный на принципе «с потерями видеоинформации/без потерь».
Классификация методов сжатия
Сжатие данных без потерь (Lossless data compression) — метод сжатия данных, при использовании которого закодированные данные могут быть восстановлены с точностью до бита. При этом оригинальные данные полностью восстанавливаются из сжатого состояния. Для каждого из типов цифровой информации, как правило, существуют свои оптимальные алгоритмы сжатия без потерь.
Сжатие данных без потерь используется во многих приложениях. Например, оно используется во всех файловых архиваторах. Оно также используется как компонент в сжатии с потерями.
Недостатком методов сжатия без потерь является сравнительно небольшой коэффициент сжатия – до 5:1.
Другая группа методов сжатия – методы сжатия видеоданных с потерями информации (Lossy compression). Смысл этого термина состоит в том, что после декодирования данные отличаются от исходных, но степень отличия не является существенной с точки зрения их дальнейшего использования. Например, распределение яркости в восстановленном изображении отличается от того распределения, которое было до его кодирования, т.е. имеет место искажение изображения и соответственно потеря информации. Но зачастую речь идет о той информации, которую зрительная система не в состоянии воспринять в силу присущих ей ограничений.
Коэффициент сжатия данных, который обеспечивают эти методы, может достигать 50:1.
Кодирование видео: основные идеи
Принципы видеокомпрессии во всех кодерах примерно одинаковы и отличаются только реализацией. Каждый способ реализации имеет свои особенности. Эти особенности влияют на количество артефактов компрессии и степень сжатия, производимой разными кодерами. Поэтому кодеры одного и того же стандарта могут давать разное качество изображения или звука.
Сжатие (компрессия, кодирование) делится на два больших класса:
внутрикадровое;
межкадровое.
Внутрикадровое кодирование — это компрессия изображения с использованием только информации о текущем кадре, межкадровое кодирование — с использованием информации о других кадрах видеопоследовательности. Межкадровое кодирование называют иногда "временным" (temporal), чтобы подчеркнуть тот факт, что оно выполняется "вдоль" оси времени и в нем участвуют кадры как предыдущие, так и последующие по отношению к кодируемому.
Идея, лежащая в основе межкадрового сжатия видеосигнала, предельно проста. Суть ее в следующем: в общей последовательности кадров соседние кадры мало отличаются друг от друга. Например, события развиваются на фоне неба, футбольного поля, леса и т. п., которые мало изменяются от кадра к кадру и различия между соседними кадрами очень незначительны.
В большинстве случаев, зная распределение яркостных и цвето- разностных данных одного кадра, можно с высокой вероятностью предсказать их распределение в ближайшем соседнем кадре.
Если изображения соседних кадров очень похожи, то передавать по каналу связи всю информацию, содержащуюся в каждом отдельном кадре, нет необходимости. Объем цифрового потока можно уменьшить и передавать данные только одного кадра, предварительно подвергнув его изображение ДКП, получив так называемый опорный кадр. После этого, сравнивая соседний кадр с опорным, передается только разностная информация, указывающая на то, чем соседний текущий кадр отличается от опорного. Опорный кадр эпизодически заменяется через определенное количество промежуточных кадров новым в соответствии со сменой деталей сюжета.
Обычно передается несколько десятков ключевых кадров в минуту. Ключевой кадр может быть подвергнут внутрикадровому кодированию.
