17. Компрессия видеоданных по стандарту mpeg-2. Устранение пространственной избыточности телевизионного изображения. Устранение межкадровой избыточности

Стандарт MPEG-2 фактически не регламентирует методы сжатия видеосигнала, а только определяет структуру битового потока кодируемого видеосигнала.

Общие принципы сжатия цифрового видеосигнала по стандарту MPEG-2 можно разбить на ряд последовательных операций: преобразование аналогового сигнала в цифровую форму, предварительная обработка, ДКП, квантование, кодирование (рис. 2.1). После АЦП производится предварительная обработка сигнала, которая включает в себя следующие преобразования: 1. Удаляется избыточная информация. Например, если фон изображения состоит из идентичных символов (пикселей) не обязательно их все передавать. Достаточно описать один пиксель и послать его с сообщением о том, как часто и где он повторяется в изображении. 2. Если исходное изображение передается в виде чересстрочных полей, то они преобразуются в кадры с прогрессивной разверткой. 3. Цветоделенные сигналы ER, EG, EB преобразуются в цветоразностные сигналы и сигнал яркости . 4. Изображение достраивается до кратного 16 количества пикселей по строкам и столбцам, чтобы разбить изображение на целое число макроблоков. 5. Стандарт цифрового представления телевизионного сигнала 4:4:4 в стандарт 4:2:2 преобразуется (горизонтальная передискретизация цветоразностных компонентов) или 4:2:0 (горизонтальная и вертикальная передискретизация цветоразностных компонентов). 6. Изображение разбивается на последовательность макроблоков, каждый из которых в свою очередь состоит из нескольких блоков размером 8 8 пикселей. (компромисс между точностью преобразования и необходимым объемом вычислений.) В этом случае каждый блок представляет собой квадратную матрицу, которая содержит 64 отсчета телевизионного сигнала и называется сигнальной. Следовательно, макроблок несет информацию о компонентах яркости определенного участка изображения и пространственно соответствующих им компонентах цветности. Поэтому любой макроблок состоит из трех прямоугольных матриц, содержащих 8-битовые отсчеты, а именно: матрицы яркости YD и двух матриц цветности СR и СB. Цифровые отсчеты матриц YD, СR и СB непосредственно связаны с первичными значениями красного, зеленого и синего (R, G, B) соответствующих точек изображения.

Изображения соседних кадров в телевидении обычно очень похожи друг на друга, даже при показе движущихся объектов. Предсказуемость указывает на избыточность изображения.

Предсказание является сокращением избыточности изображения.

Межкадровое предсказание вперед (предсказание вперед - по предшествующим значениям отсчетов телевизионного сигнала оцениваются последующие отсчеты.). В этом случае текущий отсчет оценивается по отсчету с теми же координатами, но предыдущего кадра. Это очень эффективный метод предсказания для неподвижных изображений. Ситуация усложняется, когда изображение содержит движущиеся объекты или изменяющиеся в целом. В этом случае отсчеты, принадлежащие однозначным элементам изображения, от кадра к кадру будут смещаться. Возникает разностная информация, даже если в остальном никаких изменений не происходит. Это можно ослабить, если ввести компенсацию движения, для чего необходимо определить векторы перемещения движущихся частей изображения при последовательном переходе от кадра к кадру. Векторы движения позволяют определить положение кодируемого отсчета в новом кадре (скомпенсировать его перемещение) и таким образом сохранить высокую точность предсказания.