Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Кодер видеоинформации

В стандартах МРЕG не описано построение кодера, а лишь определен синтаксис потока данных на его выходе. Структурная схема кодера видеоинформации (рис.21.2) отображает основные операции, выполняемые при кодировании и обеспечивающие по­лучение выходного потока

тока данных с требуемыми параметрами.

Рис.21.2. Структурная схема видеокодера МРЕG-2сми

 

На схеме обозначены ДКП - блок прямого дискретного ко­синусного преобразования; ДКП - блок обратного дискретного косинусного преобразования; Кв - квантователь; Кв - деквантователь, т. е. блок, выполняющий обратную квантованию операцию; ЗУ - запоминающее устройство; Пред - блок, выполняющий формирование предсказанного кадра; ОД - блок оценки движения и формирования векторов движения; КПДС - блок, в котором выполняется кодирование с переменной длиной кодового слова; Мп - мультиплексор; БЗУ - буферное запоминающее устройство; УКС - блок управления коэффициентом сжатия изображения. Кроме того, на схеме показаны сумматор, вычитающее устройство и переключатель. Работа всех блоков синхронизируется общей тактовой частотой 27МГц.

В кодере реализуются два режима кодирования: внутрикадровое кодирование (переключатель в положении 1) и межкадровое кодирование с предсказанием и компенсацией движения (переключатель в положении 2).

Все макроблоки I -кадров кодируются в режиме внутрикадрового кодирования. Метод аналогичен JPEG: разложение на блоки 8x8 пикселов, поблочное ДКП, квантование полученных коэффициентов, считывание в зигзагообразном порядке, кодирование с переменной длиной кодовых слов. При квантовании могут использоваться как сиандартные, так и нестандартные таблицы коэффициентов квантования. В случае применения нестандартных таблиц коэффициентов квантования они включаются в общий выходной поток данных.

Кодирование с переменной длиной кодовых слов осуществляется с помощью таблиц кодов, имеющихся в стандарте. Как и в JPEG, коэффициенты ДКП, соответствующие постоянным состав­ляющим, кодируются с использованием предсказания по таким же коэффициентам предыдущих блоков, и для них предназначены отдельные таблицы кодов с переменной длиной кодовых слов.

Макроблоки Р -кадров могут кодироваться как внутрикадровым методом, так и межкадровым, в зависимости от наличия и интенсивности изменений в этом макроблоке, по сравнению с соответствующей областью изображения, по которому выполняется предсказание данного Р -кадра, т. е. в зависимости от результатов оценки движения. Изображение, по которому выполняется предсказание, формируется из кодированных данных предыдущего I - или Р -кадра. В деквантователе данные умножаются на коэффициенты квантова­ния, затем выполняется обратное ДКП так же, как это делается в декодере в приемной части системы, после чего декодированное изображение записывается в ЗУ. Ис­пользование обратной связи при получении данных для предсказа­ния позволяет избежать накопления ошибок квантования. Для реа­лизации всех возможных вариантов предсказания ЗУ должно со­держать несколько (как минимум 4) предыдущих кадров.

Оценка движения осуществляется путем сравнения текущего изображения, поступающего на вход кодера, с изображением, на­ходящимся в ЗУ и используемым для предсказания (опорным изо­бражением).

При кодировании телевизионных изображений с чересстроч­ной разверткой возможны два основных варианта предсказания: полевой и кадровый. При полевом предсказании макроблоки каж­дого поля предсказывается независимо от другого поля этого кад­ра, и для формирования предсказанного макроблока используются данные одного или двух ранее кодированных полей. При кадровом предсказании для формирования предсказанного макроблока ис­пользуются данные, содержащиеся в обоих полях одного иди двух ранее кодированных кадров. Помимо этого стандарт предусматри­вает дополнительные режимы предсказания при чересстрочной развертке.

Кроме того, стандарт позволяет пропускать некоторые мак­роблоки при кодировании. Для таких макро­блоков никакие данные не передаются. Этот вариант используется, если кодируемый макроблок не имеет отличий от соответствующе­го макроблока в опорном изображении.

Данный способ кодирования телевизионного сигнала называется кодированием с предсказанием и компенсацией движе­ния. Выигрыш в сжатии изображения достигается благодаря тому, что разности действительных и предсказанных макроблоков Р - и В -кадров содержат значительно меньше информации, чем сами эти макроблоки. При этом для В -кадров объем передаваемой информа­ции будет наименьшим, так как при двунаправленном предсказа­нии ошибка предсказания минимальна.

Кодированные видеоданные и векторы движения через муль­типлексор поступают в БЗУ, работающее по принципу "первым вошел - первым вышел".

Одна из функций БЗУ - согласование неравномерного во времени потока данных после кодирования со строго постоянной скоростью передачи двоичных символов при выполнении кодиро­вания в реальном времени. Неравномерность потока данных, по­ступающих в БЗУ, обусловлена в первую очередь наличием разных типов кадров. Считывание данных из БЗУ осуществляется с посто­янной скоростью. Степень заполненности БЗУ колеблется во вре­мени, возрастая при увеличении потока поступающих на него дан­ных и снижаясь при уменьшении этого потока.

Помимо различия типов кадров на степень заполнения буфе­ра может влиять характер передаваемого изображения. Если в изо­бражении много мелких деталей, возрастают количество и уровень высокочастотных составляющих пространственно-частотного спектра, т. е. количество отличных от нуля коэффициентов ДКП. Это приводит к увеличению потока данных. При передачеже « гладких» изображений количество отличных от нуля коэффициентов ДКП уменьшается, так как пространственно-частотный спектр изображения имеет в основном низкочастотные составляющие.

Для оптимизации работы системы желательно поддерживать уровень заполнения БЗУ приблизительно постоянным. Если БЗУ переполняется, то, очевидно, будет происходить потеря части данных, т. е. ухудшение качества изображения на выходе системы. Если же БЗУ полностью освобождается, то по каналу связи приходится передавать "пустые" блоки, что приводит к снижению эффективности его использования. Чтобы избежать обоих нежелательных случаев, в кодере изображения введена обратная связь с БЗУ на блок УКС, управляющий степенью сжатия изображения.

Сущность действия этой обратной связи заключается в следующем. Если передается мелкоструктурное изображение и заполнение БЗУ увеличивается, то под воздействием обратной связи увеличивается параметр квантования коэффициентов ДКП. При этом число бит на каждый коэффициент уменьшается, и уровень потока данных поддерживается примерно постоянным. Наоборот, при передаче "гладких" изображений квантование становится более точным.

Поток видеоданных MPEG-2. Упрощенная структура потока данных на выходе видеокодера MPEG-2 показана на рис.21.3.

 

Рис. 21.3. Структура потока данных на выходе видеокодера МРЕG-2 (упрощенно)

 

Самой крупной структурной единицей потока видеоданных является видеопоследовательность, в некоторых русскоязычных источниках называемая рядом. Видеопоследова­тельность может содержать произвольное число групп изображе­ний (GОР), которые, в свою очередь, состоят из кадров (при кадро­вом кодировании) или полей (при полевом кодировании) разных типов (I, Р, В). Каждое изображение состоит из слайсов, каждый из которых содержит некоторое число макроблоков.

Каждая структурная единица потока видеоданных начинает­ся с соответствующего стартового кода, позволяющего при деко­дировании выделять из потока нужные данные.

Передача видеоданных всегда начинается с заголовка видео­последовательности (Заголовок ВП), за которым следует расшире­ние заголовка видеопоследовательности (Расшир. Зг. ВП). В этих частях потока данных передается, в частности, следующая инфор­мация: ширина и высота изображения, выраженные количествами пикселов; отношение ширины к высоте; частота кадров; скорость передачи двоичных символов для этого потока ви­деоданных; признаки необходимости загрузки из потока видеоданных матриц коэффициентов квантования; признак чересстрочной развертки; формат дискретизации (4:2:0,4:2:2 или 4:4:4).

Далее могут передаваться расширение и данные пользователя (Расшир. и польз.). Эта часть потока может отсутствовать, что показано стрелкой, идущей в обход блока. Расширение присутствует, в частности, если используется масштабируемость.

Каждая группа изображений может начинаться с заголовка (Заголовок GОР). Наличие этого заголовка обязательно для первой группы изображений в видеопоследовательности. Для других групп изображений заголовок может отсутствовать (стрелка в обход не показана), так как начало группы всегда совпадает с I -кадром. После заголовка группы изображений могут передаваться данные пользователя.

Перед каждым кадром или полем идет заголовок изображения (3аголовок изобр.), содержащий номер этого изображения в видеопоследовательности, тип изображения (I, Р или В) и другие данные. Затем могут передаваться расширение и данные пользователя. После этого передаются сами данные изображения (Данные изобр.). Заголовок каждого слайса (на рис. 4.5 не показано) содержит данные о положении этого слайса в изображении, значение параметра квантования и другую информацию. Данные внутри каждого макроблока также расположены в заданном порядке.

После передачи данных изображения может следовать другое изображение этой же группы (стрелка на блок Заголовок изобр.) или начинаться следующая группа изображений (стрелка на блок Заголовок GОР). Если передано последнее изображение в видеопоследовательности, то передается признак окончания последовательности (Конец ВП).

 

<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Сжатие движущихся изображений | Декодер видеоинформации
Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2014-01-06; Просмотров: 696; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.017 сек.