Сжатие движущихся изображений

Метод кодирования движущихся изображений, используе­мый в стандартах МРЕG-1 и МРЕG-2, называется гибридным, так как в нем сочетаются внутрикадровое кодирование, направленное на уменьшение в основном психофизиологической избыточности в отдельных кадрах, и межкадровое ко­дирование, с помощью которого уменьшается избыточность, обу­словленная межкадровой корреляцией. Использование межкадрового кодирования позволяет получить существенно большую степень сжатия движущегося изображения, чем при раздельном сжатии отдельных кадров по методу JPEG.

Внутрикадровое кодирование содержит операции, аналогичные используемым в методе JPEG, т. е. поблочное дискретное ко­нусное преобразование, квантование и кодирование с переменной длиной кодовых слов. Межкадровое кодирование содержит операции оценки и компенсации движения и кодирования с предсказанием.

Целые кадры и фрагменты кадров могут кодироваться с применением совместно межкадрового и внутрикадрового кодирования (для краткости этот случай далее называется просто межкадровым кодированием) или только с применением внутрикадрового кодирования.

Группы изображений. Изображением в стандартах МРЕG-1, МРЕG-2 может быть как целый кадр, так и одно из полей кадра. Последовательность кадров делится на группы, называемые GOP. В группе есть кадры трех типов:

- I -кадры (внутрикадровые), которые передаются только с внутрикадровым кодированием и являются опорными для декодирования остальных кадров группы, обеспечивая возможность начала декодирования и воспроизведения принятого ТВ-сигнала практически в любой момент времени;

- Р -кадры (предсказанные), при передаче которых используется межкадровое кодирование путем предсказания с компенсацией движения по ближайшему предшествующему I -кадру и Р -кадру;

- В -кадры (двунаправленные), которые передаются с межкадровым кодированием путем предсказания с компенсацией движения по ближайшим к ним как спереди, так и сзади I -кадрам и Р -кадрам, а сами не могут использоваться для предсказания других кадров (некоторые фрагменты В -кадра могут кодироваться внутрикадровым методом).

Рассмотрим пример последовательности кадров:

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

I В В Р В В Р В В Р В В Р В В 1 В В Р В.

Здесь кадры с 1 по 15 образуют группу кадров. В таком порядке кадры кодируются и передаются, а в про­цессе декодирования восстанавливается исходный порядок кадров.

Макроблоки. Макроблоком называется квадратный фрагмент изображения размером 16х16 элементов (пикселов). Макроблок содержит информацию как о яркости (Y), так и о цветности (, ). В случае использования формата дискретизации 4:2:0 каждый макроблок содержит четыре блока 8х8 элементов сигнала яркости Y и по од­ному блоку 8х8 элементов цветоразностных сигналов и. При использовании формата 4:2:2 каждый макроблок содержит при том же количестве блоков Y по два блока и, а при использовании формата 4:4:4 - по четыре блока и.

Группа следующих друг за другом макроблоков называется слайсом. Число макроблоков в слайсе может быть произвольным. Слайсы в изображении не должны пе­рекрываться, но их положение может изменяться от одного изо­бражения к другому.

Прогрессивная и чересстрочная развертки. При кодировании телевизионного изображения, передаваемого с прогрессивной разверткой, каждый кадр состоит из одного и разбивается на макроблоки.

В случае чересстрочной развертки каждый кадр состоит из двух полей. Первое поле содержит нечетные строки кадра, а второе — четные строки. При этом возможны два варианта кодирования кадра, выбор одного из которых для данного кадра осуществляется на основе оценки движения в нем.

В случае кадрового кодирования кодируемым изображением является полный кадр, который целиком хранится в ЗУ кодера, вследствие чего для кодирования одновременно доступны как четные, так и нечетные строки. Блоки элементов сигнала яркости блоки элементов цветоразностных сигналов для форматов 4:2:2 и 4:4:4 выделяются из макроблока, как это показано на рис. 4.3, а, где заштрихованными показаны нечетные строки, а не заштрихованные - четные. В случае формата 4:2:0 в блоки цветоразностных сигналов берутся элементы из каждой второй строки. Кадровое кодирование выбирается в случаях, когда изменения во втором поле кадра относительно первого поля того же кадра незначительные.

В случае полевого кодирования кодируемым изображением является каждое поле. Первое поле кадра может использо­ваться для предсказания макроблоков второго поля того же кадра. При этом в каждый блок элементов сигнала яркости или элементов цветоразностных сигналов для форматов 4:2:2 и 4:4:4 входят эле­менты из одного поля, как это показано на рис. 4.3, б. Блоки эле­ментов цветоразностных сигналов для формата 4:2:0 образуются так же, как при кадровом кодировании.

Рис.21.1. Формирование блоков при чересстрочной развертки в случаях кадрового (а) и полевого (б) режимов

Как уже указывалось, при описании работы кодера и декоде­ра говорится о кадровом кодировании, но следует помнить, что существует и полевое кодирование.

Дата добавления: 2014-01-06