3. Принципы видеокомпрессии.

Сокращение пространственной избыточности выполняется в изображениях типа I и достигается на уровне блока. Набор операций такого кодирования - дискретное косинусное преобразование; взвешенное квантование, определяемое элементами матрицы квантования; энтропийное кодирование серии коэффициентов косинусного преобразования, полученной в результате зигзаг-сканирования матрицы коэффициентов. Метод сокращения временной избыточности - дифференциальная импульсно-кодовая модуляция с компенсацией движения при кодировании изображений типа P и B. При кодировании формируется разность между исходным изображением и предсказанием, полученным на основе предшествующего и/или последующего изображения. Полученная разность подвергается дискретному косинусному преобразованию, взвешенному квантованию и энтропийному кодированию. Для повышения точности предсказания и, тем самым, сокращения объема необходимых для представления изображения данных, используется компенсация движения. Оценивается скорость перемещения движущихся объектов от кадра к кадру и при определении предсказания производится соответствующая коррекция в положении опорного изображения, по отношению к которому находится ошибка предсказания. Определение величины и направления смещения движущихся объектов от кадра к кадру, называемого вектором движения, производится на уровне макроблока. Оценка вектора движения - сложная процедура, требующая больших вычислительных мощностей. Именно она определяет асимметрию кодека MPEG-2. Однако стандарт не регламентирует процедуру оценки вектора движения, поэтому в этой области ведутся серьезные работы, благодаря использованию результатов которых практическая асимметрия кодека в будущем будет минимизироваться.

Стандарт MPEG-2 (в отличие от JPEG и DV) предполагает устранение не только пространственной, но и временной избыточности. Что же это дает? Представим себе группу из 12 изображений со следующей структурой - I-B-B-P-B-B-P-B-B-P-B-B. После компрессии объем изображений типа P для типичных сюжетов вещательного телевидения будет составлять примерно 35% объема изображения типа I, а B-изображения - примерно 25%. Объем данных, которые после компрессии представляют всю группу из 12 изображений, будет равен 4 изображениям типа I. Но если бы не было сокращения временной избыточности, то необходимый объем данных был бы в 12/4=3 раза больше. Этот коэффициент (3) и дает уменьшение скорости потока данных, достигаемое за счет использования компрессии MPEG-2 с группами из 12 изображений, при приблизительно такой же заметности искажений компрессии. Чем больше группы изображений, тем больше выигрыш, обеспечиваемый за счет устранения временной избыточности. Правда, надо отметить, что в случае применения систем компрессии типа JPEG или DV не было бы артефактов, связанных с движущимися объектами, но, с другой стороны, в системе MPEG-2 глаз замечает такие искажения тем меньше, чем быстрее движутся объекты в поле изображения. Как видно, эти два фактора в какой-то мере компенсируют друг друга. Можно корректировать величину выигрыша, но то, что этот выигрыш значителен, не подлежит сомнению, поэтому применение компрессии MPEG-2 с устранением временной избыточности, конечно, целесообразно во всех звеньях тракта, где желательно уменьшение скорости потока данных.