3.4.6. Кодек стандарта н.264

Как и в предыдущих стандартах компрессии рекомендация Н.264 не дает конкретного описания «кодека» (то есть пары КОдер/ДЕКодер). Вместо этого делается описание синтаксиса закодированного битового видеопотока вместе с методом его декодирования. Фактически, на практике реальные кодер и декодер будут состоять из функциональных элементов, показанных на рис. 3.55 и 3.56. За исключением деблокирующего фильтра большинство функциональных элементов (устройства прогноза, преобразования, квантования, энтропийного кодирования) присутствовали и в предыдущих стандартах (MPEG-2, MPEG-4). Однако, в стандарте Н.264 осуществлена существенная переработка всех функциональных элементов [33].

Рис. 3.55.Функциональная схема кодирующего устройства стандарта Н.264

Рис. 3.56. Функциональная схема декодирующего устройства стандарта Н.264

Кодер (см. рис. 3.55) имеет два направления потоков данных: прямое(слева направо) иреконструированное(справа налево). Поток данных в декодере (см. рис. 3.56) изображен в направлении справа налево для того, чтобы подчеркнуть его схожесть с потоком данных кодера.

Рассмотрим прямое направление потока данных в кодере. Входной кадр или полукадр F_nобрабатывается единицами макроблоков. Каждый макроблок кодируется в модеintraилиinter, и для каждого блока макроблока, то есть подмакроблока, формируется прогнозPREDна основе реконструкции пикселей изображения (снимка). В модеintraпрогнозPREDформируется с помощью пикселей текущего слоя, ранее закодированных, декодированных и реконструированных (). При формировании прогнозаPREDиспользуются нефильтрованные элементы изображения. В модеinterпрогнозPREDстроится с помощью компенсации движения по одному или двум ссылочным кадрам. На рис. 3.55 ссылочный кадр показан в виде ранее закодированного снимка, а ссылочный прогноз для каждой части макроблока (в модеinter) может быть взят из прошлых или будущих снимков (в порядке их отображения на телевизионном экране), которые уже были закодированы ранее, реконструированы и отфильтрованы.

Прогноз PREDвычитается из текущего блока, и их разность, которую для удобства назовем остатком, обозначается символомD_n. Далее, после блокаD_nк остатку применяется соответствующее преобразование, результат квантуется, и создается блокx. Полученное множество квантованных коэффициентов переупорядочивается и кодируется энтропийным кодером. Выходные коэффициенты энтропийного кодера вместе с некоторой дополнительной информацией, необходимой при декодировании каждого блока данного макроблока (мода прогноза, параметры квантователя, информация о векторах движения и т.п.), записываются в битовый поток, который проходитчерез абстрактный сетевой модульNALдля дальнейшей передачи или хранения.

Каждый закодированный и переданный блок макроблока декодируется (реконструируется) самим кодером для получения ссылочного материала последующих прогнозов. При этом коэффициенты хдеквантуются (Q^–1), и к результату применяется обратное преобразование (T^–1) для получения разностного (остаточного) блока. Прогнозный блокPREDскладывается с блокомдля образования реконструированного блока(декодированная версия исходного блока, и означает, что он не фильтрован). Затем применяется фильтр для погашения эффекта блочной дисторсии (искажения). В итоге реконструированный ссылочный кадр строится по ряду блоков.

Декодер (см. рис. 3.56) получает сжатый битовый поток из NAL, и сначала применяет энтропийный декодер для получения элементов данных, из которых формируются множества квантованных коэффициентовх. Эти коэффициенты деквантуются, к результату применяется обратное преобразование, и получается блок(идентичный блокукодера). Используя информационный заголовок, извлеченный из битового потока, декодер создает блок-прогнозPRED, который в точности совпадает с исходным блокомPREDкодера. Этот блок складывается сдля получения блока, который затем фильтруется для формирования декодированного блока.