Алгоритмы сжатия видеоизображений

Содержание

Слайд 2

Введение

Введение

Слайд 3

10 ч музыки полчаса видео несколько тыс. фотографий Видео «телевизионного» формата

10 ч музыки

полчаса видео

несколько тыс.
фотографий

Видео «телевизионного» формата 720×576 пикселов 25 кадров

в
секунду в системе RGB требует потока данных примерно в
240 Mбит/с (т. е. 1.8 Гбит/мин).

Основной сложностью при работе с видео являются большие объемы
дискового пространства, необходимого для хранения даже
небольших фрагментов.

Слайд 4

Правила сжатия видеоданных вырабатываются на основе модели восприятия человеком видеоизображений HVS - Human Visual Sense

Правила сжатия видеоданных вырабатываются на основе модели восприятия человеком видеоизображений

HVS -

Human Visual Sense
Слайд 5

Избыточность изображения согласно HVS определяется по трем основным критериям: 1. Невидимые

Избыточность изображения согласно HVS
определяется по трем основным критериям:

1. Невидимые человеческим

глазом детали изображения –
места гашения по вертикали и горизонтали. Удаление этой
информации вообще никак не сказывается на изображении.

2. Статистическая избыточность. Подразделяется на
пространственную и временную. Под пространственной
избыточностью понимаются участки изображения, на которые
смежные пикселы практически одинаковы. Под временной –
не изменяемые во времени фрагменты изображения.

3. Избыточность по цвету и яркости - рассчитывается исходя из
ограниченной чувствительности человека к небольшим
изменениям цветов и яркости деталей изображения.

Слайд 6

Основные понятия

Основные понятия

Слайд 7

Цифровое видео - это последовательность кадров, в которой каждый кадр рассматривается

Цифровое видео - это последовательность кадров, в которой каждый кадр рассматривается

как набор отсчетов аналогового изображения.
Отдельные отсчеты называются элементами изображения или пикселами.

пиксел

Слайд 8

Видеопоток характеризуется тремя основными факторами: разрешением частотой кадров системой представления цветов

Видеопоток характеризуется тремя основными факторами:

разрешением

частотой кадров
системой представления цветов

Слайд 9

Разрешение определяется горизонтальным и вертикальным размерами кадра в пикселах Y X X × Y

Разрешение определяется горизонтальным и вертикальным размерами кадра в пикселах

Y

X

X ×

Y
Слайд 10

Из телевизионных стандартов пришли разрешения: 720×576 640×480 Существуют также стандарты с

Из телевизионных стандартов пришли разрешения:

720×576

640×480

Существуют также стандарты с низкими

разрешениями:

Частоты: ►25 (PAL или SECAM), ► 30 (NTSC) кадров в секунду.

► CIF – Common Interchange Format

► QCIF – Quartered Common Interchange
Format

352×288

176×144

Поскольку CIF и QCIF ориентированы на крайне небольшие потоки,
с ними работают на частотах от 5 до 30 кадров в секунду.

Слайд 11

( 207, 147, 88 ) При использовании некой системы цветопредставления каждый

( 207, 147, 88 )

При использовании некой системы цветопредставления каждый пиксел

представляет собой запись (структуру), полями которой являются компоненты цвета.
Слайд 12

Самой распространенной является система RGB, в которой цвет представлен значениями интенсивности

Самой распространенной является система RGB, в которой цвет представлен значениями интенсивности

красной (R), зеленой (G) и синей (B) компонент.

R

G

B

Слайд 13

Особенностям человеческого зрения наиболее соответствует другая цветовая система – YCrCb. В

Особенностям человеческого зрения наиболее соответствует другая цветовая система – YCrCb.
В

ней Y — яркостная составляющая, а Cr, Cb — компоненты, отвечающие за цвет (хроматический красный и хроматический синий).

Y

Cb

Cr

Слайд 14

Каждая из моделей RGB и YCrCb может быть представлена разными уровнями

Каждая из моделей RGB и YCrCb может быть представлена разными уровнями

глубины цвета (максимального количества цветов).

Режимы глубины цвета для RGB

8 бит/пиксел
256 цветов

16 бит/пиксел
65 535 цветов

24 бит/пиксел
16,7 млн. цветов

Режимы глубины цвета для YCrCb
7 бит/пиксел
4:1:1 или 4:2:2,
~2 млн. цветов

8 бит/пиксел
4:4:4,
~ 16 млн. цветов

Слайд 15

Требования, предъявляемые к алгоритму сжатия: высокая степень компрессии высокое качество видеоизображений

Требования, предъявляемые к алгоритму сжатия:

высокая степень компрессии

высокое качество видеоизображений


высокая скорость компрессии

высокая скорость декомпрессии

произвольный доступ

быстрый поиск вперед/назад

показ кадров фильма в обратном направлении

аудиовизуальная синхронизация

устойчивость к ошибкам

редактируемость

масштабируемость

небольшая стоимость аппаратной реализации

Слайд 16

Носители информации, на которые ориентированы алгоритмы сжатия: DVD-ROM CD-ROM жесткий диск компьютерные сети

Носители информации, на которые ориентированы алгоритмы сжатия:

DVD-ROM

CD-ROM

жесткий диск

компьютерные

сети
Слайд 17

Программное обеспечение, использующее видеокомпрессию Симметричное Асимметричное Предъявляет серьезные требования к декодеру

Программное обеспечение, использующее видеокомпрессию
Симметричное
Асимметричное

Предъявляет серьезные
требования к декодеру
(по времени и

памяти), но
для него безразличны затраты
ресурсов при кодировании.
(Мультимедиа-энциклопедии,
путеводители, справочники,
игры и просто фильмы)

Предъявляет одинаково
жесткие требования на время,
память и другие ресурсы
как при кодировании,
так и при декодировании.
(Видеопочта, видеотелефон,
видеоконференции, редактирование
и подготовка видеоматериалов)

Слайд 18

Алгоритмы сжатия Статические Потоковые Работают с последовательнос- тями кадров (потоком). Учитывается

Алгоритмы сжатия
Статические
Потоковые

Работают с последовательнос-
тями кадров (потоком).
Учитывается тот факт, что,

близкорасположенные кадры не сильно отличаются друг от друга и сжатие достигается за счет кодирования лишь разницы между кадрами.
(Алгоритмы MPEG и MJPEG.)

Работают с каждым из кадров
отдельно.
Сжатие достигается с помощью
методов обработки изображений,
при этом может обрабатываться
либо все изображение целиком,
либо разбиваться на отдельные
блоки.
(Алгоритмы групп Wavelet и Jpeg.)

1

Слайд 19

Сжатие без потерь данных Сжатие с потерей данных 2 Алгоритмы сжатия


Сжатие без потерь данных
Сжатие с потерей данных

2

Алгоритмы сжатия

Полученное после

декомпрессии
изображение в точности (побитно)
совпадает с оригиналом.

Полученное после декомпрессии
изображение и оригинал побитно не совпадают.

Большинство алгоритмов, распространенных в настоящее время, используют
сжатие с потерей данных.

Слайд 20

Без заметных потерь с точки зрения восприятия Сжатие с потерей данных


Без заметных потерь с точки зрения восприятия
Сжатие с потерей данных

Данные

после декомпрессии побитно не совпадают с исходными, однако из-за особенностей восприятия человек не способен отличить разницу на статическом и тем более на «живом» изображении.
Сжатие с
естественной
потерей качества
Сжатие с
неестественными
потерями качества

Характеризуется появле-нием воспринимаемых глазом, но незначительных искажений изображения: уменьшение детализации сцены, размытость вблизи резких границ и т. п.
Однако они мало влияют
на процесс зрительного восприятия картинки.

Низкое качество сжатия,
в значительной степени искажающее изображение
и вносящее в него искус-
ственные (не существую-щие в оригинале) детали сцены. Нарушение самых важных характеристик изображения - контуров.

Слайд 21

Обзор стандартов MPEG

Обзор стандартов MPEG

Слайд 22

В 1988 г. в рамках Международной организации по стандартизации (ISO) начала

В 1988 г. в рамках Международной организации по
стандартизации (ISO)

начала работу группа MPEG
(Moving Pictures Experts Group) – группа экспертов
в области цифрового видео
(ISO-IEC/JTC1/SC2/WG11/MPEG)

Группа работала в трёх направлениях:
MPEG-Video - сжатие видеосигнала в поток со
скоростью до 1.5 Мбит/с,
MPEG-Audio - сжатие звука до 64, 128 или 192 Кбит/с
на канал,
MPEG-System - синхронизация видео- и
аудиопотоков.

Слайд 23

Характеристики MPEG-1 Поток, разрешение: 1.5 Мбит/с, 352х240х30, 352х288х25. Плюсы: сравнительно прост

Характеристики MPEG-1
Поток, разрешение: 1.5 Мбит/с, 352х240х30, 352х288х25.
Плюсы: сравнительно прост

в аппаратной реализации,
содержит преобразования, поддерживаемые на
аппаратном уровне большим количеством видеокарт.
Минусы: невысокая степень сжатия, малая гибкость
формата.
Слайд 24

Характеристики MPEG-2 Поток, разрешение: 3 – 15 Мбит/с, универсальный. Плюсы: поддержка

Характеристики MPEG-2
Поток, разрешение: 3 – 15 Мбит/с, универсальный.
Плюсы: поддержка

звуковых стандартов Dolby Digital5.1,
DTS, высокая универсальность, сравнительная
простота аппаратной реализации.
Минусы: недостаточная на сегодня степень сжатия,
недостаточная гибкость формата.
Слайд 25

Характеристики MPEG-4 Поток, разрешение: 0,0048 – 20 Мбит/с, поддерживаются все основные

Характеристики MPEG-4
Поток, разрешение: 0,0048 – 20 Мбит/с, поддерживаются
все основные

стандарты видеопотоков.
Плюсы: поддержка прогрессивных звуковых стандартов,
высокая степень универсальности, поддержка новых
технологий (различные виды синтеза звука и
изображения).
Минусы: высокая сложность реализации.
Слайд 26

Сравнение стандартов

Сравнение стандартов

Слайд 27

Базовые технологии сжатия видеоданных

Базовые технологии сжатия видеоданных

Слайд 28

Поток видеоданных MPEG представляет собой иерархическую структуру со следующими типами элементов:

Поток видеоданных MPEG представляет собой иерархическую структуру со следующими типами элементов:

видеопоследовательность
группа изображений
изображение
срез
макроблок
блок
Слайд 29

Блок Блок - наименьший синтаксический элемент структуры видеоданных MPEG. Блоки имеют

Блок

Блок - наименьший синтаксический элемент структуры видеоданных MPEG. Блоки имеют размер

8x8 пикселей.
Они являются основными элементами для DCT (Discrete Cosine Transform - дискретное косинусное преобразование) кодирования.

8

8

Слайд 30

Макроблок Макроблок – это область, имеющая размер 16х16 пикселов. Макроблок складывается

Макроблок

Макроблок – это область, имеющая размер 16х16 пикселов.
Макроблок складывается из

блоков размером 8x8 элементов изображения.

16

16

Слайд 31

MPEG использует цветовую схему YСbCr. Плоскости Y, Cr, Cb кодируются с

MPEG использует цветовую схему YСbCr. Плоскости Y, Cr, Cb кодируются с

разным разрешением. Соотношение между количеством отсчётов яркости и цветности определяется форматом дискретизации.
Слайд 32

Форматы дискретизации - Y - Cr - Cb 4:2:0 4:2:2 4:4:4

Форматы дискретизации

- Y

- Cr

- Cb

4:2:0

4:2:2

4:4:4

Слайд 33

Число блоков для различных форматов

Число блоков для различных форматов

Слайд 34

Срез Срез - это ряд или неполный ряд макроблоков. Макроблоки

Срез

Срез - это ряд или неполный ряд макроблоков.

Макроблоки

Слайд 35

Макроблоки Срезы Деление изображения на срезы и макроблоки Срезы Макроблоки

Макроблоки

Срезы

Деление изображения на срезы и макроблоки

Срезы

Макроблоки

Слайд 36

Изображение (кадр) Изображение — основная единица, которая принимается как входящая и выходящая для отображения.

Изображение (кадр)

Изображение — основная единица, которая принимается
как входящая и выходящая

для отображения.
Слайд 37

Для того чтобы увеличить гибкость алгоритма, рассматривается три типа кадров: I-кадры

Для того чтобы увеличить гибкость алгоритма, рассматривается три типа кадров:
I-кадры -

сжатые независимо от других кадров (I-Intra pictures);
P-кадры - сжатые с использованием ссылки на одно изображение (Р-Predicted);
B-кадры - сжатые с использованием ссылки на два изображения (В-Bidirection).
Слайд 38

GOP — это набор изображений, который включает в себя I-кадры, P-кадры

GOP — это набор изображений, который включает в себя I-кадры, P-кадры

и B-кадры.
GOP может включать до 15 кадров и должна обязательно начинаться с I-кадра.
Ее структуру описывают как M/N, где M - общее число кадров в группе, а N - интервал между P-кадрами.

Группа изображений (Group of Pictures, GOP)

Слайд 39

GOP структуры 15/3 Так как B-кадры должны быть получены из I-

GOP структуры 15/3

Так как B-кадры должны быть получены из I-

и P-кадров, то последователь-
ность кадров в соответствии с их номерами будет воспроизводиться в
следующем порядке: 1423765…

Ключевой
кадр

Ключевой
кадр

Группа изображений (GOP)

Слайд 40

I – Видеокадр с внутрикадровым кодированием B – Предсказанный вперед кадр.

I – Видеокадр с внутрикадровым кодированием
B – Предсказанный вперед кадр.

Кодер передает разницу между I и P,
декодер добавляет разницу и получает P-кадр
P – Двухстороннепредсказанный кадр можно получить из предыдущего
I- или P-кадра или последующего I- или P-кадра.
B-кадры друг из друга не получаются

Последовательность кадров GOP

I

B

B

P

Предсказание вперед

Двухсторонне предсказание

Слайд 41

Видеопоследовательность Видеопоследовательность – структура самого высокого уровня в данной иерархии. Она

Видеопоследовательность

Видеопоследовательность – структура самого высокого
уровня в данной иерархии. Она должна

содержать
минимум одну GOP, а также заголовок в начале
последовательности (sequence_header_code) и код
конца последовательности (sequence_end_code).

…

…

Sequence_header_code

Sequence_end_code

Слайд 42

Группа изображений (I-, P-, и B-кадры) Видеопоследовательность Изображение Срез Макроблок Блок

Группа изображений
(I-, P-, и B-кадры)

Видеопоследовательность

Изображение

Срез

Макроблок

Блок

Слайд 43

Временное сжатие Пространственное сжатие B- и P-кадры I-кадры Удаление избыточности по

Временное сжатие

Пространственное
сжатие

B- и P-кадры

I-кадры

Удаление избыточности по трём осям


Y

X

Время
Технология сжатия видео в MPEG

Слайд 44

Общая схема алгоритма сжатия

Общая схема алгоритма сжатия

Слайд 45

Слайд 46

Этапы сжатия: Подготовка макроблоков. Перевод макроблока в цветовое пространство YCrCb. Получение

Этапы сжатия:
Подготовка макроблоков.
Перевод макроблока в цветовое пространство YCrCb. Получение нужного

количества матриц 8x8.
Для P- и В-блоков вычисление разности с соответствующим макроблоком в опорном кадре.
Дискретное косинусное преобразование (ДКП)
Квантование.
Зигзаг-cканирование.
Групповое кодирование.
Кодирование Хаффмана.
Слайд 47

1. Изображение разбивается на макроблоки размером 16х16.

1. Изображение разбивается на макроблоки размером 16х16.

Слайд 48

16 16 87 50 39

16

16

87 50 39

Слайд 49

B G R 247 234 242 255 232 130 39 32

B

G

R

247 234 242 255 232 130 39 32 31 52 54 53 52 56 62

87
245 255 240 252 197 79 30 62 61 41 45 46 46 35 36 56
219 219 215 233 238 172 66 36 34 17 24 36 47 36 35 49
231 235 226 254 214 107 38 33 34 46 37 36 39 23 29 50
255 255 255 255 255 255 255 206 205 96 68 47 37 13 17 38
255 255 255 255 255 255 243 144 143 87 63 58 61 50 55 69
255 255 255 255 255 255 255 243 243 111 73 60 56 43 46 67
255 255 255 255 255 255 240 190 191 88 66 59 59 49 37 52
220 218 208 218 223 228 207 175 175 199 128 49 19 27 32 52
255 255 255 255 255 255 227 195 197 144 99 48 41 60 76 86
217 208 201 224 239 255 255 255 255 255 255 234 171 101 84 97
228 216 209 237 250 255 255 255 255 255 246 196 111 33 31 58
250 211 180 213 248 255 255 243 243 217 227 234 238 243 255 255
192 168 181 223 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 230
255 255 239 251 255 255 256 209 209 201 218 237 255 255 255 249
255 253 228 255 255 255 230 195 208 235 253 255 255 255 250 248

236 223 245 255 239 136 37 25 25 40 42 44 43 35 41 53
205 216 220 232 188 70 18 51 51 36 39 53 53 40 41 52
179 179 194 213 229 163 54 24 24 12 19 44 54 41 40 45
174 179 193 221 195 87 20 15 15 42 34 46 49 36 42 53
228 230 249 231 243 255 238 189 189 92 64 57 47 26 31 41
217 210 227 239 231 233 201 102 102 50 26 26 30 15 20 21
194 207 226 220 218 226 221 201 201 74 36 29 24 8 11 18
214 207 219 224 244 249 216 166 166 75 53 54 54 45 33 34
154 152 170 179 195 201 183 152 152 185 114 45 15 23 28 34
146 142 162 171 185 173 155 123 123 93 49 17 10 37 54 53
79 169 93 116 150 176 201 204 204 235 219 202 140 78 62 65
108 97 124 152 181 199 217 219 219 232 216 184 99 30 29 42
131 91 95 129 179 201 206 194 194 187 197 223 226 241 255 243
107 83 94 134 173 187 189 180 180 181 198 221 215 223 223 225
210 199 152 164 176 194 165 115 115 102 118 177 206 225 237 243
201 169 130 166 191 186 133 102 110 127 184 213 217 226 237 235

192 179 187 207 184 82 5 0 0 17 19 31 30 40 46 42
182 192 177 182 146 27 0 25 25 13 16 37 37 38 40 35
156 156 151 170 181 120 28 0 0 0 0 27 38 40 38 28
184 189 172 200 174 67 5 0 0 23 14 40 43 39 44 47
238 240 228 210 223 249 224 174 174 73 45 51 41 28 33 36
254 247 225 236 231 234 197 98 98 39 16 39 43 34 39 39
232 244 224 218 218 227 217 197 197 64 25 42 37 27 29 37
240 233 190 197 217 222 169 119 119 17 0 26 26 15 2 15
181 179 147 151 169 174 137 105 105 128 57 17 0 0 0 15
216 211 166 176 184 176 120 88 88 47 0 0 0 8 25 42
148 139 58 121 153 178 166 169 169 184 168 183 120 49 33 53
131 119 71 99 127 143 115 117 117 116 94 99 14 0 0 0
153 113 41 75 125 147 106 92 92 65 75 138 141 144 164 171
124 100 43 85 129 143 99 91 91 80 98 153 147 140 140 149
227 216 102 113 132 150 76 26 26 1 17 108 138 142 154 168
214 180 111 142 135 132 76 43 68 96 156 188 192 203 191 190

Слайд 50

2. Перевод макроблоков в цветовое пространство YCrCb. Матрица перехода: Обратное преобразование (на выходе декодера):

2. Перевод макроблоков в цветовое пространство YCrCb.

Матрица перехода:

Обратное преобразование

(на выходе декодера):
Слайд 51

Cb Cr Y B G R 247 234 242 255 232

Cb

Cr

Y

B

G

R

247 234 242 255 232 130 39 32 31 52 54 53 52 56 62

87
245 255 240 252 197 79 30 62 61 41 45 46 46 35 36 56
219 219 215 233 238 172 66 36 34 17 24 36 47 36 35 49
231 235 226 254 214 107 38 33 34 46 37 36 39 23 29 50
255 255 255 255 255 255 255 206 205 96 68 47 37 13 17 38
255 255 255 255 255 255 243 144 143 87 63 58 61 50 55 69
255 255 255 255 255 255 255 243 243 111 73 60 56 43 46 67
255 255 255 255 255 255 240 190 191 88 66 59 59 49 37 52
220 218 208 218 223 228 207 175 175 199 128 49 19 27 32 52
255 255 255 255 255 255 227 195 197 144 99 48 41 60 76 86
217 208 201 224 239 255 255 255 255 255 255 234 171 101 84 97
228 216 209 237 250 255 255 255 255 255 246 196 111 33 31 58
250 211 180 213 248 255 255 243 243 217 227 234 238 243 255 255
192 168 181 223 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 230
255 255 239 251 255 255 256 209 209 201 218 237 255 255 255 249
255 253 228 255 255 255 230 195 208 235 253 255 255 255 250 248

236 223 245 255 239 136 37 25 25 40 42 44 43 35 41 53
205 216 220 232 188 70 18 51 51 36 39 53 53 40 41 52
179 179 194 213 229 163 54 24 24 12 19 44 54 41 40 45
174 179 193 221 195 87 20 15 15 42 34 46 49 36 42 53
228 230 249 231 243 255 238 189 189 92 64 57 47 26 31 41
217 210 227 239 231 233 201 102 102 50 26 26 30 15 20 21
194 207 226 220 218 226 221 201 201 74 36 29 24 8 11 18
214 207 219 224 244 249 216 166 166 75 53 54 54 45 33 34
154 152 170 179 195 201 183 152 152 185 114 45 15 23 28 34
146 142 162 171 185 173 155 123 123 93 49 17 10 37 54 53
79 169 93 116 150 176 201 204 204 235 219 202 140 78 62 65
108 97 124 152 181 199 217 219 219 232 216 184 99 30 29 42
131 91 95 129 179 201 206 194 194 187 197 223 226 241 255 243
107 83 94 134 173 187 189 180 180 181 198 221 215 223 223 225
210 199 152 164 176 194 165 115 115 102 118 177 206 225 237 243
201 169 130 166 191 186 133 102 110 127 184 213 217 226 237 235

187 183 181 190 180 146 125 125 125 132 133 138 138 146 148 146
192 195 184 185 172 132 127 134 134 129 131 137 137 140 140 138
184 184 175 182 183 163 135 126 126 127 126 133 137 140 140 135
201 203 188 198 186 151 130 129 129 133 130 139 140 139 141 142
214 215 203 199 202 211 204 187 187 150 141 143 139 136 137 139
226 225 208 210 210 211 201 168 167 146 138 149 150 148 150 152
223 224 208 207 208 210 206 201 201 154 141 150 148 146 147 152
220 219 193 195 199 200 181 165 165 126 122 133 133 129 124 133
205 204 180 181 186 187 171 160 160 164 140 130 126 125 124 32
231 229 200 202 202 202 175 164 164 145 128 130 132 130 135 146
212 177 160 188 195 202 187 188 188 185 182 192 170 144 138 149
196 192 158 167 174 177 157 157 157 152 145 150 121 124 124 124
203 190 147 159 173 178 156 151 151 135 139 163 164 161 169 176
187 179 149 164 178 181 158 157 157 151 154 174 173 167 167 167
215 213 169 173 179 182 155 138 138 129 134 163 172 167 170 174
211 205 179 187 175 175 161 149 161 174 188 194 195 198 187 187

137 137 131 132 129 129 132 134 133 136 136 134 134 138 138 146
150 149 141 142 136 136 135 136 135 132 133 126 126 126 126 131
150 150 142 141 136 136 136 136 135 131 132 125 126 126 126 131
156 155 146 146 139 140 138 138 139 132 131 123 123 121 121 127
141 140 133 142 136 128 138 138 137 132 132 123 123 121 121 127
144 147 142 136 140 139 149 149 149 147 147 143 142 144 144 151
155 149 143 146 147 142 145 149 149 147 147 142 143 144 144 151
146 150 148 146 146 133 144 144 144 139 139 133 133 132 133 139
159 159 149 150 144 144 144 143 143 140 140 132 131 132 132 10
177 179 174 170 163 169 167 167 168 157 157 145 144 142 141 145
191 150 185 182 172 167 158 156 156 142 150 146 145 142 141 145
186 186 175 175 167 161 155 154 154 149 153 141 141 132 131 139
186 186 175 174 167 159 161 161 161 153 153 140 141 137 135 140
169 169 176 176 173 166 168 173 173 173 165 151 154 151 151 137
149 155 176 176 171 162 181 182 182 186 186 164 158 150 144 137
154 169 179 174 165 167 181 179 180 185 165 151 149 144 138 138

234 221 237 250 231 128 34 24 24 41 43 45 44 42 48 62
214 225 221 232 186 68 20 51 51 35 38 49 49 38 39 51
188 188 195 214 226 161 55 25 24 12 18 40 50 39 38 44
192 197 200 228 198 91 24 19 19 41 33 42 45 32 38 51
237 239 248 236 244 254 241 192 192 91 63 53 43 22 27 40
233 228 235 243 238 240 213 114 114 60 36 37 41 28 33 37
217 226 234 230 229 235 231 213 213 84 46 40 35 21 24 35
229 224 226 230 244 248 218 168 168 72 51 52 52 43 31 37
177 175 179 187 200 206 185 154 154 183 112 43 14 22 26 217
187 184 190 197 206 198 173 141 141 103 58 24 18 41 57 62
128 177 121 149 177 200 213 215 215 235 224 209 147 82 65 73
147 135 143 171 195 209 217 218 218 226 211 178 93 27 26 42
169 129 114 148 193 211 209 197 197 182 192 217 220 231 245 238
134 110 114 155 193 202 198 192 192 192 204 223 219 223 223 218
225 218 172 184 195 207 182 133 133 120 136 187 213 225 233 236
219 195 157 190 204 200 156 123 135 156 201 223 226 232 236 234

192 179 187 207 184 82 5 0 0 17 19 31 30 40 46 42
182 192 177 182 146 27 0 25 25 13 16 37 37 38 40 35
156 156 151 170 181 120 28 0 0 0 0 27 38 40 38 28
184 189 172 200 174 67 5 0 0 23 14 40 43 39 44 47
238 240 228 210 223 249 224 174 174 73 45 51 41 28 33 36
254 247 225 236 231 234 197 98 98 39 16 39 43 34 39 39
232 244 224 218 218 227 217 197 197 64 25 42 37 27 29 37
240 233 190 197 217 222 169 119 119 17 0 26 26 15 2 15
181 179 147 151 169 174 137 105 105 128 57 17 0 0 0 15
216 211 166 176 184 176 120 88 88 47 0 0 0 8 25 42
148 139 58 121 153 178 166 169 169 184 168 183 120 49 33 53
131 119 71 99 127 143 115 117 117 116 94 99 14 0 0 0
153 113 41 75 125 147 106 92 92 65 75 138 141 144 164 171
124 100 43 85 129 143 99 91 91 80 98 153 147 140 140 149
227 216 102 113 132 150 76 26 26 1 17 108 138 142 154 168
214 180 111 142 135 132 76 43 68 96 156 188 192 203 191 190

Слайд 52

Для каждого макроблока определяется, каким образом он будет сжат. Отдельные макроблоки

Для каждого макроблока определяется, каким образом он будет сжат.
Отдельные макроблоки

сжимаются независимо, т. е. в B-кадрах
можно сжать конкретный макроблок как I-блок, P-блок со ссылкой
на предыдущий кадр, P-блок со ссылкой на последующий кадр и,
наконец, как B-блок.

Макроблоки

I-типа

P-типа

B-типа

Слайд 53

7 17 21 7 -25 -49 -43 -16 -1 0 -1

7 17 21 7 -25 -49 -43 -16 -1 0

-1 -4 -4 1 2 -2
6 7 10 4 9 -16 -2 4 -3 -5 -3 -2 -1 0 0 0
1 8 14 13 9 6 9 1 -2 -6 -9 0 3 1 1 -1
-5 4 9 8 20 12 24 20 3 1 -2 -1 -3 -5 -3 -2
5 5 7 14 21 24 18 -4 -26 -18 -4 -2 0 -2 -9 -9
-8 10 20 -3 15 17 21 16 3 3 1 0 0 -4 -5 2
8 5 14 20 26 21 5 22 -47 -45 -18 -5 -6 -23 -33 -26
-3 15 1 18 18 -2 22 20 16 14 1 -5 -14 -16 -8 2
6 5 21 16 10 -2 -13 -34 -59 -35 -44 -46 -56 -66 -60 -24
-2 11 14 14 -3 10 8 17 2 -27 -40 -40 -42 -35 -13 -8
4 0 3 -6 -16 -47 -44 -67 -66 -65 -59 -48 -55 -64 -61 -56
7 11 3 10 5 -36 -50 -63 -65 -60 -57 -62 -66 -52 -42 -49
-18 -32 -23 -28 -19 -53 -61 -60 -49 -26 -8 -31 -53 -56 -56 -55
-5 -14 -10 -22 -51 -63 -72 -70 -55 -29 -35 -61 -60 -51 -50 -54
-12 -30 -11 -12 -15 -41 -34 -30 -18 -10 -13 -43 -66 -65 -53 -53
-5 -7 14 -18 -55 -49 -47 -21 5 -9 -39 -57 -55 -54 -55 -57

Для P- и В-макроблоков вычисление разности
с соответствующим макроблоком в опорном кадре.

38 46 48 38 20 8 4 5 4 4 4 3 2 3 4 3
33 40 44 43 38 32 20 9 2 3 4 4 4 4 4 4
34 38 39 34 29 26 18 6 6 4 4 4 4 4 4 3
24 38 44 37 44 33 33 25 9 7 4 3 3 4 4 3
40 39 38 42 48 49 36 17 7 6 5 4 4 4 4 4
25 45 53 37 58 56 50 41 23 12 4 2 2 3 5 6
44 45 42 46 52 51 42 28 10 6 5 8 7 2 1 2
31 47 36 54 56 38 56 49 36 19 4 2 4 6 5 3
42 36 48 45 46 42 36 24 7 3 3 5 4 2 2 3
33 41 46 50 35 53 53 45 3115 4 3 5 4 4 4
42 36 38 45 34 18 10 3 5 2 6 10 8 2 2 6
42 44 46 47 45 11 3 2 1 3 5 4 1 3 5 4
39 31 31 45 39 18 6 5 15 37 48 31 7 2 5 4
34 29 36 29 6 2 2 5 11 31 26 5 1 5 4 3
40 46 67 64 57 32 41 44 53 60 58 34 7 7 15 12
44 49 60 55 16 19 20 44 67 52 22 1 4 10 7 3

31 29 27 31 45 57 47 21 5 4 5 7 6 2 2 5
27 33 34 39 47 44 22 5 5 8 7 6 5 4 4 4
33 30 25 21 20 20 9 5 8 10 13 4 1 3 3 4
29 34 35 29 24 21 9 5 6 6 6 4 6 9 7 5
35 34 31 28 27 25 18 21 33 24 9 6 4 6 13 13
33 35 33 40 33 39 29 25 20 9 3 2 2 7 10 4
36 40 28 26 26 30 37 50 57 51 23 13 13 25 34 28
34 32 35 36 38 40 34 29 20 5 2 7 18 22 13 1
36 31 27 29 36 44 49 58 66 38 47 51 60 68 62 27
35 30 32 36 38 43 45 38 29 42 44 43 57 39 17 12
38 36 35 51 50 65 54 70 71 67 65 58 63 66 63 62
35 33 43 37 40 47 53 65 66 63 62 66 67 55 47 53
57 63 54 73 58 71 67 65 64 63 56 62 60 58 61 59
39 43 46 51 57 65 73 75 66 60 61 66 61 56 54 57
52 76 78 76 72 73 75 74 71 70 71 77 73 72 68 65
49 56 74 73 71 68 67 65 62 61 61 58 59 64 62 60

P- или B-макроблок
в P- или В-кадре

Соответствующий
макроблок в опорном кадре

Макроблок разности

Слайд 54

Y 24 41 43 45 44 42 48 62 51 35

Y

24 41 43 45 44 42 48 62
51 35 38 49

49 38 39 51
24 12 18 40 50 39 38 44
19 41 33 42 45 32 38 51
92 91 63 53 43 22 27 40
14 60 36 37 41 28 33 37
13 84 46 40 35 21 24 35
68 72 51 52 52 43 31 37

177 175 179 187 200 206 185 154
187 184 190 197 206 198 173 141
128 177 121 149 177 200 213 215
147 135 143 171 195 209 217 218
169 129 114 148 193 211 209 197
134 110 114 155 193 202 198 192
225 218 172 184 195 207 182 133
219 195 157 190 204 200 156 123

154 183 112 43 14 22 26 217
141 103 58 24 18 41 57 62
215 235 224 209 147 82 65 73
218 226 211 178 93 27 26 42
197 182 192 217 220 231 245 238
192 192 204 223 219 223 223 218
133 120 136 187 213 225 233 236
135 156 201 223 226 232 236 234

4:2:2

234 221 237 250 231 128 34 24
214 225 221 232 186 68 20 51
188 188 195 214 226 161 55 25
192 197 200 228 198 91 24 19
237 239 248 236 244 254 241 192
233 228 235 243 238 240 213 114
217 226 234 230 229 235 231 213
229 224 226 230 244 248 218 168

4. Получение блоков 8х8 в соответствии с выбранным форматом
дискретизации.

Слайд 55

Cr 187 192 184 201 214 226 223 220 205 231

Cr

187
192
184
201
214
226
223
220

205
231
212
196
203
187
215
211

181
184
175
188
203
208
208
193

180
200
160
158
147
149
169
179

180
172
183
186
202
210
208
199

186
202
195
174
173
178
179
175

125
127
135
130
204
201
206
181

171
175
187
157
156
158
155
161

160
164
188
157
151
157
168
161

125
134
126
129
187
167
201
165

140
128
182
145
139
154
134
188

133
131
126
130
141
138
141
122

126
132
170
121
164
167
170
187

138
137
137
140
139
150
148
133

124
135
138
124
169
167
170
187

148
140
140
141
137
150
147
124

4:2:2

183 190 146 125 132 138 146 146
195 185 132 134

129 137 140 138
184 182 163 126 127 133 140 135
203 198 151 129 133 139 139 142
215 199 211 187 150 143 136 139
225 210 211 168 146 149 148 152
224 207 210 201 154 150 146 152
219 195 200 165 126 133 129 133
204 181 187 160 164 130 125 32
229 202 202 164 145 130 130 146
177 188 202 188 185 192 144 149
192 167 177 157 152 150 124 124
190 159 178 151 135 163 161 176
179 164 181 157 151 174 167 167
213 173 182 138 129 163 167 174
205 187 175 149 174 194 198 187
Слайд 56

Cb 137 150 150 156 141 144 155 146 159 177

Cb

137
150
150
156
141
144
155
146

159
177
191
186
186
169
149
154

131
141
142
146
133
142
143
148

149
174
185
175
175
176
176
179

129
136
136
139
136
140
147
146

144
163
172
167
167
173
171
165

132
135
136
138
138
149
145
144

144
167
158
155
161
168
181
181

141
157
150
153
153
165
186
165

136
133
132
131
132
143
145
133

131
144
145
141
141
154
158
149

134
126
126
123
123
142
143
133

132
141
138
131
135
151
144
138

138
126
125
127
123
144
147
133

4:2:2

143
168
156
154
161
173
182
180

133
135
135
139
137
149
149
144

137 132 129 134 136 134 138 146
149 142 136 136

132 126 126 131
150 141 136 136 131 125 126 132
155 146 140 138 132 123 121 127
140 142 128 138 132 123 122 129
147 136 139 149 147 143 144 151
149 146 142 149 147 142 146 151
150 146 133 144 139 132 132 139
159 150 144 143 140 130 131 10
179 170 169 167 157 145 142 145
150 182 167 156 142 146 144 145
186 175 161 154 149 141 132 139
186 174 159 161 153 140 137 140
169 176 166 173 173 151 151 137
155 176 162 182 186 164 150 137
169 174 167 179 185 151 144 138
Слайд 57

5. Кодирование Состоит из пяти последовательных этапов: Дискретное косинусное преобразование (ДКП)

5. Кодирование

Состоит из пяти последовательных этапов:

Дискретное косинусное преобразование (ДКП)
Квантование

Зигзагообразное сканирование
Групповое кодирование
Кодирование Хаффмана
Слайд 58

Рассмотрим кодирование второго блока из макроблока компоненты яркости Y: 24 41

Рассмотрим кодирование второго блока из макроблока компоненты яркости Y:

24 41

43 45 44 42 48 62
51 35 38 49 49 38 39 51
24 12 18 40 50 39 38 44
19 41 33 42 45 32 38 51
192 91 63 53 43 22 27 40
114 60 36 37 41 28 33 37
213 84 46 40 35 21 24 35
168 72 51 52 52 43 31 37

y =

Слайд 59

ДКП для блоков 8х8: где Дискретное косинусное преобразование (ДКП)

ДКП для блоков 8х8:

где

Дискретное косинусное преобразование (ДКП)

Слайд 60

Матрица ДКП имеет вид: .353553 .353553 .353553 .353553 .353553 .353553 .353553

Матрица ДКП имеет вид:

.353553 .353553 .353553 .353553 .353553 .353553 .353553

.353553
.490393 .415818 .277992 .097887 -.097106 -.277329 -.415375 -.490246
.461978 .191618 -.190882 -.461673 -.462282 -.192353 .190145 .461366
.414818 -.097106 -.490246 -.278653 .276667 .490710 .099448 -.414486
.353694 -.353131 -.354256 .352567 .354819 -.352001 -.355378 .351435
.277992 -.490246 .096324 .416700 -.414486 -.100228 .491013 -.274673
.191618 -.462282 .461366 -.189409 -.193822 .463187 -.460440 .187195
.097887 -.278653 .416700 -.490862 .489771 -.413593 .274008 -.092414
Слайд 61

После применения ДКП получили матрицу: 398.250 107.051 80.863 49.575 71.500 18.631

После применения ДКП получили матрицу:

398.250 107.051 80.863 49.575 71.500 18.631

10.342 9.366
-68.790 -135.992 -81.257 -63.074 -39.575 -25.715 -16.241 -8.510
17.083 1.144 4.273 8.570 0.991 4.863 8.510 -1.385
25.595 42.235 33.589 1.920 1.705 3.913 0.357 3.027
23.500 7.070 -1.864 -13.183 -8.750 -5.946 -0.581 -2.295
-27.738 -30.414 -7.139 -12.356 -11.097 -8.798 -7.442 -3.185
31.213 53.721 34.526 24.136 22.129 16.312 11.158 5.370

Y =

Слайд 62

Для каждой компоненты Y, Cr, Cb своя матрица квантования Q(u,v): Где

Для каждой компоненты Y, Cr, Cb своя матрица квантования Q(u,v):

Где q

- это коэффициент качества, от него зависит степень потери
качества сжатого изображения.

Квантование

Слайд 63

Матрица квантования для q=2 : 3 5 7 9 11 13

Матрица квантования для q=2 :

3 5 7 9 11 13

15 17
5 7 9 11 13 15 17 19
7 9 11 13 15 17 19 21
9 11 13 15 17 19 21 23
11 13 15 17 19 21 23 25
13 15 17 19 21 23 25 27
15 17 19 21 23 25 27 29
17 19 21 23 25 27 29 31

Q =

Слайд 64

В результате квантования получили матрицу: Yq = 132 21 11 5

В результате квантования получили матрицу:

Yq =

132 21 11 5 6

1 0 0
-13 -19 -9 -5 -3 -1 0 0
2 0 0 0 0 0 0 0
2 3 2 0 0 0 0 0
20 0 0 0 0 0 0 0
-2 -2 0 0 0 0 0 0
-2 -2 -1 0 0 0 0 0
1 2 1 1 0 0 0 0
Слайд 65

Коэффициентов полученной на предыдущем этапе матрицы 8х8 Yq(u,v) размещаются в одномерный

Коэффициентов полученной на предыдущем этапе матрицы 8х8 Yq(u,v)
размещаются в одномерный

64-элементный вектор при помощи
зигзагообразного сканирования матрицы, начиная с левого верхнего угла:

В начале вектора мы получаем коэффициенты матрицы, соответствующие
низким частотам, а в конце – высоким.

Зигзагообразное сканирование

Слайд 66

132 21 -13 2 -19 11 5 -9 0 2 2

132 21 -13 2 -19 11 5 -9 0 2

2 3 0 -5 6 1 -3 0 2 0 -2 -2 -2 0 0 0
-1 0 0 0 0 0 0 0 -2 1 2 -1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0

Применяя зигзаг-сканирование, получаем 64-элементный вектор:

Слайд 67

Вектор, полученный на предыдущем этапе, свертывается с помощью алгоритма группового кодирования.

Вектор, полученный на предыдущем этапе, свертывается с помощью
алгоритма группового кодирования.

При этом получаются пары типа
[пропустить, число], где “пропустить” является счетчиком пропускаемых
нулей, а “число” — значение, которое необходимо поставить в следующую
ячейку.
Так, полученный вектор будет свернут в пары:

Групповое кодирование

[0, 132] [0, 21] [0, -13] [0, 2] [0, -19] [0, 11] [0, 5] [0, -9] [1, 2] [0, 2] [0, 3]
[1, -5] [0, 6] [0, 1] [0, -3] [1, 2] [1, -2] [0, -2] [0, -2] [3, -1] [7, -2] [0, 1]
[0, 2] [0, -1] [10, 1] [0, 1] [13, 0]

Слайд 68

Полученные пары чисел кодируются с помощью алгоритма Хаффмана с фиксированной таблицей.

Полученные пары чисел кодируются с помощью алгоритма Хаффмана
с фиксированной таблицей.


Несколько первых значений из таблицы B-14 (документ ISO 13818 – 2):

[1] “s” стоящее в конце каждого кода показывает знаковый разряд уровня.

Кодирование Хаффмана

Слайд 69

24 41 43 45 44 42 48 62 51 35 38

24 41 43 45 44 42 48 62
51 35

38 49 49 38 39 51
24 12 18 40 50 39 38 44
19 41 33 42 45 32 38 51
192 91 63 53 43 22 27 40
114 60 36 37 41 28 33 37
213 84 46 40 35 21 24 35
168 72 51 52 52 43 31 37

При декодировании весь конвейер преобразований повторяется
в обратном порядке.

27 31 35 42 48 47 49 56
39 43 49 53 48 39 40 51
28 18 21 37 45 39 36 40
44 30 34 48 43 32 40 57
159 99 57 51 42 28 29 38
122 65 37 44 36 20 26 41
185 95 38 40 36 24 26 35
167 83 41 55 54 36 32 36

Декодированная
матрица

Исходная матрица
изображения

Потери ~ 13 %

q = 2

Слайд 70

24 41 43 45 44 42 48 62 51 35 38

24 41 43 45 44 42 48 62
51 35

38 49 49 38 39 51
24 12 18 40 50 39 38 44
19 41 33 42 45 32 38 51
192 91 63 53 43 22 27 40
114 60 36 37 41 28 33 37
213 84 46 40 35 21 24 35
168 72 51 52 52 43 31 37

23 36 36 38 47 44 45 63
36 45 47 51 54 39 30 41
31 27 23 32 43 40 44 62
52 35 30 44 51 38 33 43
150 98 58 50 41 25 28 44
122 64 31 39 38 25 28 41
180 100 50 47 36 17 21 34
160 83 42 53 49 31 33 44

Декодированная
матрица

Исходная матрица
изображения

Потери ~ 17 %

q = 3

Слайд 71

Зависимость потерь компрессированного изображения от коэффициента квантования

Зависимость потерь компрессированного изображения
от коэффициента квантования

Слайд 72

Качество компрессированного изображения для различных значений сжатия информации 0,01 0,1 1,0

Качество компрессированного изображения для различных значений сжатия информации

0,01 0,1

1,0 10

Субъективное качество изображения

Сжатие информации в бит/пиксель

Плохо

Посредственно

Хорошо

Неотличимо

Идентично

Оригинал

- черно-белое изображение

- цветное изображение

Слайд 73

1 2 3 4 5

1

2

3

4

5

Слайд 74

Использование векторов смещений блоков

Использование векторов смещений блоков

Слайд 75

Слайд 76

Слайд 77

положение макроблока в предыдущем кадре новое положение макроблока вектор смещения

положение макроблока
в предыдущем кадре

новое положение
макроблока

вектор
смещения

Слайд 78

I I B P P

I

I

B

P

P

Слайд 79

Оценка векторов движения Предыдущий кадр Предсказан- ный кадр (P) Предыдущий кадр

Оценка
векторов
движения

Предыдущий
кадр

Предсказан-
ный кадр (P)

Предыдущий
кадр

Предсказан-
ный кадр (P)

Фактический
кадр

(А)

Вычитание

-

+

Сложение

Передача
векторов
и ошибки
предсказания

Сдвиг

Фактический
кадр

Ошибка
предсказания
(А - Р)

(А - Р) + Р = А

Векторы

Сдвиг

Формирование нового положения макроблока с помощью векторов движения

Слайд 80

Элементы кодера MPEG Компенсация движения (предсказание) ОДКП Декванто- ватель Декодер погонной

Элементы кодера MPEG

Компенсация
движения
(предсказание)

ОДКП

Декванто-
ватель

Декодер
погонной
длины

Декодер
Хаффмана

ДКП

Квантова-
тель

Кодер
погонной
длины

Кодер
Хаффмана

―

Энтропийный кодер

Управление
скоростью
данных

Энтропийный выход

Вход

Вход I-,

B-, P-кадров

Сигнал
предсказания

Слайд 81

Профили и уровни

Профили и уровни

Слайд 82

MPEG Профили Уровни Профиль – подмножество структуры битового потока сжатого видео-изображения.

MPEG

Профили

Уровни

Профиль – подмножество структуры битового потока сжатого
видео-изображения. Профиль определяет набор

методов.
Уровень – ряд ограничений, применяемых к параметрам MPEG-
потока в выбранном методе, например, разрешение
выходного изображения, частота кадров и т.п.
Слайд 83

Профили Простой (Simple Profile, SP) без B-кадров. Профессиональный (4:2:2 Profile, 422P)

Профили

Простой
(Simple Profile, SP)
без B-кадров.
Профессиональный
(4:2:2 Profile, 422P)
высокий,
кодированием 4:2:2
Пространственно
масштабируемый
(Spatially

Scalable
Profile)
Высокий
(High Profile, HP)
масштабируемый
пространственно
и по SNR
Основной
(Main Profile, MP)
без масштабиро-
вания
Масштабируемый
по отношению
сигнал/шум
(SNR Scalable Profile)
Слайд 84

Функции Профиль Simple Main Spatial 4:2:2 Profile SNR High I-кадры P-кадры

Функции

Профиль

Simple

Main

Spatial

4:2:2
Profile

SNR

High

I-кадры

P-кадры

B-кадры

Разделение
по SNR

  YCrCb-
представление

  Разделение по

разрешению

4:2:0

4:2:0

4:2:0

4:2:0

4:2:2

4:2:2
Функции профилей MPEG

Слайд 85

Уровни Высокий (High Level, HL) Основной (Main Level, ML) Высокий 1440

Уровни

Высокий
(High Level, HL)
Основной
(Main Level, ML)
Высокий 1440
(High 1440,

H1440)
Низкий
(Low Level, LL)

Каждый уровень соответствует тому или иному классу телевизионных систем:
уровни HL и H1440 предусмотрены для HDTV (high-defenition television –
телевидения высокой чёткости). Уровень ML соответствует обычному
телевидению, а LL так называемому телевидению ограниченной четкости.

Слайд 86

Уровень Профиль Simple Main Spatial 4:2:2 Profile SNR High High High

Уровень

Профиль

Simple

Main

Spatial

4:2:2
Profile

SNR

High

High

High 1440

Main

Low
Максимальные значения ограничений, накладываемых на

уровни и профили MPEG.
Возможные комбинации профилей и уровней

720x576
15 Mбит/с

1920x1152
80 Mбит/с

1440x1152
60 Mбит/с

720x576
15 Mбит/с

352x288
4 Mбит/с

720x576
15 Mбит/с

352x288
4 Mбит/с

1440x1152 60 Mбит/с

1920x1152 100 Mбит/с

1440x1152 80 Mбит/с

720x608 20 Mбит/с

720x608
50 Mбит/с

Слайд 87

MPEG-2

MPEG-2

Слайд 88

Стандарт MPEG-2 состоит из 9 частей. Первые три части достигли статуса

Стандарт MPEG-2 состоит из 9 частей. Первые три части достигли статуса

международного стандарта:
ISO/IEC DIS 13818—1 Информационная технология – Обобщенное кодирование динамических изображений и звукового сопровождения –
Часть 1: Системная часть.
ISO/IEC DIS 13818—2 Информационная технология - Обобщенное кодирование динамических изображений и звукового сопровождения –
Часть 2: Видеосигнал.
ISO/IEC 13818—3:1995 Информационная технология - Обобщенное кодирование динамических изображений и звукового сопровождения –
Часть 3: Звуковой сигнал.
Слайд 89

Система MPEG-2 выполняет следующие функции: Мультиплексирование отдельных потоков видео и аудио

Система MPEG-2 выполняет следующие функции:
Мультиплексирование отдельных потоков видео и аудио данных

в единый поток данных.
Обеспечение способов синхронизации компонентов потоков, которые формируют аудио- и/или видеосервисы.
Преобразование непрерывного потока бит в пакеты так, чтобы ошибки в этих битах не могли распространяться за границы единичного пакета.
Обеспечение наличия программно-зависимой информации (Program Specific Information, PSI) для декодирования входящего потока.
Слайд 90

Режимы кодера MPEG-2 c постоянной скоростью потока данных с постоянным уровнем

Режимы кодера MPEG-2

c постоянной скоростью
потока данных

с постоянным

уровнем качества
декодированного изображения

Непрерывное изменение
коэффициентов матрицы
квантования.
Используется в системах
передачи сжатых изображений
по каналам связи с фиксированной
пропускной способностью, в
системах цифрового спутникового,
кабельного и наземного
телевизионного вещания.

Фиксированная матрица
квантования.
Используется при записи
компрессированных потоков
видеоданных на дисковые
накопители в условиях отсутствия
ограничений на объем записанных
данных.

Слайд 91

В стандарте MPEG-2 изображения (блоки представления) рассматриваются как результат декодирования компрессированных

В стандарте MPEG-2 изображения (блоки представления) рассматриваются как результат декодирования компрессированных

изображений - блоков доступа.

Изображение

Изображение

Изображение

Изображение

I

B

B

P

Блок
представления

Поток некомпрессированных видеоданных

Компрессированные изображения

Блок
доступа

Слайд 92

Преобразование блоков представления в блоки доступа в процессе компрессии Изобра- жение

Преобразование блоков представления в блоки доступа
в процессе компрессии

Изобра-
жение
I

Изобра-
жение
B

Изобра-
жение
B

Изобра-
жение
P

Изобра-
жение
I

Изобра-
жение
B

Изобра-
жение
B

Изобра-
жение
P

Поток видеоданных

I

B

P

B

I

B

P

B

I

B

P

B

I

B

P

B

Элементарный

поток видеоданных
Слайд 93

Декодер компрессии Декодер компрессии Кодер компрессии Буфер Кодер компрессии Системный кодер

Декодер
компрессии

Декодер
компрессии

Кодер
компрессии

Буфер

Кодер
компрессии

Системный
кодер и
мульти-
плексор

Буфер

Канал записи,
воспроиз-
ведения или
передачи

Системный
декодер и
демульти-
плексор

Буфер

Буфер

Видео

Видео

Звук

Звук

Переменная
задержка

Переменная
задержка

Синхронизация. Принцип компрессии с постоянной

задержкой
Слайд 94

Первый шаг на пути получения единого потока – формирование пакетного элементарного

Первый шаг на пути получения единого потока – формирование пакетного элементарного

потока PES (Packetised Elementary Stream), представляющего собой последовательность PES-пакетов:

Блок доступа

Элементарный поток

PES-пакет

Заголовок PES-пакета

Пакетный
элементарный
поток (PES)

Слайд 95

Заголовок Данные пользователя (полезная нагрузка) 0 0 0 0 0 0

Заголовок

Данные пользователя (полезная нагрузка)

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

1

0

х

х

х

х

х

х

P

D

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

х

PES-пакет

Стартовый префикс

Идентификатор потока

Заголовок PES-пакета

Флаг 1

Флаг 2

Длина заголовка

PES-пакета

Временная метка представления PST

Временная метка представления DST

Дополнительные поля

Позволяет выделить PES-
пакеты, принадлежащие
одному элементарному потоку

Код старта

Биты, указывающие на наличие дополнительных полей.
Биты P и D указывают на наличие полей с метками
времени представления PST (Presentation Time Stamps)
и декодирования DTS (Decoding Time Stamps).

обеспечивают
синхронизацию
потоков данных
в декодере
дополнит. информация: авторские
права, скремблирование, приоритет

Слайд 96

программный поток транспортный поток Возможные формы единого потока данных MPEG-2

программный поток

транспортный поток
Возможные формы единого потока данных MPEG-2

Слайд 97

Программный поток Объединяет элементарные потоки, образующие телевизионную программу. При формировании программного

Программный поток

Объединяет элементарные потоки, образующие телевизионную программу. При формировании программного потока

образуются блоки из PES-пакетов.
Блок содержит:
заголовок блока – содержит опорное системное время, поэтому должен появляться не реже, чем через 0,7 с.
системный заголовок – содержит информацию о характеристиках программного потока (скорость передачи данных, число видео и звуковых элементарных потоков)
определенное количество PES-пакетов
Слайд 98

Формирование программного потока Пакетные элементарные потоки Программный поток Системный заголовок Заголовок

Формирование программного потока

Пакетные
элементарные
потоки

Программный
поток

Системный заголовок

Заголовок блока
Блок программного пакета

Заголовок


блока
Слайд 99

Транспортный поток Объединяет пакетные элементарные потоки, переносящие данные нескольких программ с

Транспортный поток

Объединяет пакетные элементарные потоки, переносящие данные нескольких программ с независимыми

временными базами.
Состоит из коротких пакетов фиксированной длины (188 байтов).
Элементарные потоки видео, звука и дополнительный данных (например, телетекст) разбиваются на фрагменты, равные по длине полезной нагрузке транспортного пакета (184 байта) и мультиплексируются в единый поток.
Этот процесс подчиняется ряду ограничений:
первый байт каждого PES-пакета элементарного потока должен быть первым байтом полезной нагрузки транспортного пакета;
каждый транспортный пакет может содержать данные лишь одного PES-пакета;
если PES-пакет не имеет длину, кратную 184 байтам, то один из транспортных пакетов не заполняется данными PES-пакета полностью. В этом случае избыточное пространство заполняется полем адаптации.
Слайд 100

Структура транспортного потока Пакетные элементарные потоки Транспортный поток 188 Транспортный пакет

Структура транспортного потока

Пакетные
элементарные
потоки

Транспортный
поток

188
Транспортный
пакет
Полезная
нагрузка
Заголовок
пакета
Поле
адаптации

Слайд 101

Полезная нагрузка Поле адаптации 188 байт 0 1 0 0 0

Полезная нагрузка

Поле адаптации

188 байт

0

1

0

0

0

1

1

1

Заголовок
транспортного
пакета (4 байта)
Управление
полем

адаптации
Счетчик
непрерывности

Синхробайт

Индикатор ошибки

Индикатор стартового
блока нагрузки

Транспортный приоритет

Идентификатор
пакета (PID)
Управление
скремблированием

Структура транспортного пакета

Слайд 102

Заголовок транспортного потока Пакетизированные элементарные потоки (PES) Программно-зависимая информация (PSI) Поле

Заголовок транспортного потока

Пакетизированные
элементарные
потоки (PES)

Программно-зависимая
информация (PSI)

Поле адаптации
(Adaptation Field)

Персональные
данные

Персональные
данные

Персональные
данные

Таблица соединения программ

(PAT)

Таблица состава программы (PMT)

Таблица условного доступа (CAT)

Таблица сетевой информации (NIT)

Слайд 103

Идентификатором принадлежности транспортного пакета к определенному элементарному потоку является значение PID.

Идентификатором принадлежности транспортного пакета к определенному элементарному потоку является значение PID.
Для

распознавания элементарных потоков и объединения их в телевизионные программы служит программно-зависимая информация PSI, которая должна обязательно передаваться в транспортном потоке.
В системной спецификации MPEG-2 определено 4 типа таблиц с программно-зависимой информацией:
таблица соединения программ PAT (Program Association Table)
таблица состава программы PMT (Program Map Table)
таблица сетевой информации NIT (Network Information table)
таблица условного доступа CAT (Conditional Access Table)

Иерархическая идентификация программ

Слайд 104

Транспортный пакет с таблицей соединения программ (PAT) PID=0 Номер программы Значение

Транспортный пакет с таблицей
соединения программ (PAT)

PID=0

Номер
программы

Значение PID для
таблицы плана
программы

(PMT)

Таблица соединения
программ (PAT)
Таблица сообщает список номеров
всех программ, которые содержатся
в транспортном потоке, и указывает
идентификаторы пакетов, в которых
находятся PMT-таблицы с информацией
о программах и элементарных потоках,
из которых они складываются.
Номер программы 0 зарезервирован, он
используется для указания на PID пакета
с сетевой информацией NIT о сетях
передачи транспортного потока, частотах
каналов, характеристиках модуляции и т.п.
В данном примере PID пакета с NIT равен 16,
а PID пакета с информацией PMT о
программе 1 равен 21.

Представление таблицы
соединения программ

Слайд 105

Транспортный пакет с таблицей состава программы (PMT) PID=21 Элементарный поток Значение

Транспортный пакет с таблицей
состава программы (PMT)

PID=21

Элементарный
поток

Значение PID

Таблица состава
программы

(PMT)
В данном примере показана PMT
для программы 1 с PID, равным 21.
Таблица PMT указывает сведения о
программе и тех элементарных потоках,
из которых она складывается.
В этом примере элементарный поток
видеоданных программы 1 переносится
пакетами с PID=50, поток звука –
пакетами с PID=51, дополнительных
данных – пакетами с PID=52.
В таблице также указывается PID
транспортных пакетов, переносящих
метки опорного времени данной
программы (обычно эти пакеты имеют
тот же PID, что и поток видео).

Представление таблицы
состава программы

Слайд 106

MUX MUX Элементарный поток 1 (видео, PID 50) Элементарный поток 2

MUX

MUX

Элементарный поток 1
(видео, PID 50)

Элементарный поток 2
(звук, PID 51)

Элементарный поток

3
(данные, PID 52)

Таблица состава
программы 1
(PMT, PID 21)

.
.
.
Транспортный
поток программы 1
Транспортный
поток программы 2

.
.
.
Таблица соединения
программ (PAT, PID 0)

Многопрограммный
транспортный поток

Модель мультиплексирования элементарных и транспортных потоков
(Значения PID соответствуют примерам таблиц, указанным выше)

Слайд 107

Элементарный поток 1 (видео) Элементарный поток 2 (звук) Элементарный поток 3

Элементарный
поток 1 (видео)

Элементарный
поток 2 (звук)

Элементарный
поток 3 (данные)

Многопрограммный
транспортный

поток

Модель демультиплексирования транспортного потока и получения элементарных потоков программы 1
(Значения PID соответствуют примерам таблиц, указанным выше)

PID 0

PID 21

PID 52

PID 50

PID 51

Определение
PID пакета с
PMT
программы 1
PID=21

Определение
значений PID
элементарных
потоков

PMT
программы 1

Слайд 108

Буфер Буфер Переменная задержка Системный кодер и мульти- плексор Буфер Буфер

Буфер

Буфер

Переменная
задержка

Системный
кодер и
мульти-
плексор

Буфер

Буфер

Переменная
задержка

Кодер
компрессии

Кодер
компрессии

Канал
записи,
воспроиз-
ведения или
передачи

Системный
декодер и
демульти-
плексор

Видео

Видео

Звук

Звук

Принцип компрессии с постоянной задержкой

Декодер
компрессии

Декодер
компрессии

Кадры изображения поступают на вход кодера
с постоянной частотой, точно с такой же частотой
они должны воспроизводиться выходе декодера.
Т. е. общая задержка в системе, представляющая
собой сумму задержек в отдельных элементах
схемы, должна быть постоянной.
Это достигается за счет использования буфера
в кодере и в декодере. Данные поступаю в буфер
с переменной скоростью, а выходят - с постоянной.

Слайд 109

MUX Буфер Кодер компрессии Генератор опорного времени Формирователь меток времени T1

MUX

Буфер

Кодер
компрессии

Генератор
опорного
времени

Формирователь
меток времени
T1
T2
T3

Программный или
транспортный поток

Блоки доступа
(кодированные

изображения)

Системное время кодера

Блоки доступа других элементарных
потоков с метками времени

Компенсацию задержек и синхронизацию обеспечивают метки времени,
которые ставятся в соответствие каждому блоку доступа и сообщают
декодеру точное время, когда блок доступа должен быть извлечен из
буфера декодера и декодирован.

Слайд 110

Метки времени Метки времени представления PST Метки времени декодирования DST Определяют

Метки времени

Метки времени
представления PST

Метки времени
декодирования DST

Определяют момент времени, в


который декодированный блок
доступа (кодированное
изображение или звук) должен
быть предъявлен зрителю.
Для всех элементарных потоков,
кроме видео, PST – это
единственные необходимые
метки.

Необходимы для потока видеоданных.
Определяют моменты времени,
в которые блоки доступа извлекаются
из буфера и декодируются, но не
предъявляются зрителю. (Время
предъявления назначают метки PST.)
Необходимы изображениям типа I и P,
которые должны декодироваться
раньше, чем B-изображения.

Слайд 111

Применение MPEG-2

Применение MPEG-2

Слайд 112

Использование MPEG-2 в инфраструктуре телевещания Выбор формата изображения для SDTV И

Использование MPEG-2 в инфраструктуре телевещания

Выбор формата изображения для SDTV
И ТВЧ,

включая прогрессивную развертку

Высокое качество
сигнала при
низкой скорости
Платформа
MPEG

Монтаж с точно-
стью до кадра
при коротких GOP

Лучшее качество изображения благодаря
выбору максимальной скорости передачи
данных при данной ширине полосы канала

Основные аспекты кодирования MPEG-2 для обработки сигналов

Слайд 113

Основные особенности цифровых ТВ-систем Эффективность затрат Рентабельность Качество сигнала Возможности применения Возможность масштабирования Совместимость

Основные особенности цифровых ТВ-систем

Эффективность затрат
Рентабельность
Качество сигнала


Возможности применения
Возможность масштабирования
Совместимость
Слайд 114

Ступени прохождения сигналов в телевещании ТВЧ MPEG ТВ-съемка Контрибуция ТВ-передатчик Распределение Передача

Ступени прохождения сигналов в телевещании

ТВЧ MPEG

ТВ-съемка

Контрибуция

ТВ-передатчик

Распределение


Передача

- Предыдущая
Культура и религия Древнего мира
Следующая -
Өсімдік майының түрлері және сапасына қойылатын талаптар

Похожие презентации

Социальные сервисы интернет в организации образовательного процесса
Векторное кодирование графической информации. 6 класс
Электронная почта (e-mail )
Двоичное кодирование звуковой информации МОУ Видновская гимназия Составила: Антонова Е.П. По учебнику Н.Угриновича «Информатика
Назначение и функции операционных систем. Тема 2
Арифметические операции в Паскале
Формы общения в сети Интернет
Analyst Documentation
Взаимодействие PHP и MySQL
Программирование разветвляющихся алгоритмов
Американский стандарт шифрования данных DES
Создание макета сайта
Единая информационная система в сфере закупок
Презентация "Введение в мультимедийные базы данных 12" - скачать презентации по Информатике
Безопасность в интернете
Ситуации существующего облучения
Мобильные интернет системы
Информационная безопасность при работе со сторонними организациями и информационная безопасность активов организации
Сервис виртуальных графических рабочих станций. ActiveCloud (ООО АктивХост РУ)
Презентация "Криптографический шлюз - 2" - скачать презентации по Информатике
Протоколы разрешения адресов. Основы сетевых технологий. Лекция 10
Центральный процессор (ЦП, или центральное процессорное устройство — ЦПУ; англ. central processing unit, сокращенно — CPU, дословно&
Программирование на языке С++. Лекция 4. Структуры и объединения
Принятие решений с помощью моделей на бихроматических графах
Системный блок. Устройства системного блока
Текстовый редактор Microsoft Word
Владивостокский государственный университет экономики и сервиса Институт информатики, инноваций и бизнес систем Кафедра инфо
Международный институт экономики менеджмента и информационных систем
Вы можете прислать нам Вашу презентацию и мы опубликуем ее на сайте.
Обратная связь
Для правообладателей
Email: Нажмите что бы посмотреть