5.4.8. Подготовка видеоданных

Видеоинформация, поступающая на вход видеокадра, представлена последовательностью кодированных отсчетов сигнала яркости Y и сигналов цветности С_R и С_B; затем кадры этих сигналов перегруппировываются в блоки, макроблоки и вырезки. Сначала кадры Y, С_R и С_B делятся на ряд блоков пикселов (рис. 5.11). Каждый блок представляет собой матрицу 8×8 закодированных в цифровом виде отсчетов пикселов. Три компонента, представленных базовыми блоками, объединяются и образуют макроблок (рис. 5.12). Каждый макроблок состоит из четырех блоков яркости и двух блоков каждой составляющей цветности, С_R и С_B. Это дает так называемый формат 4:2:0. Затем макроблоки выстраиваются в том порядке, в каком они появляются на изображении, чтобы получить вырезку. Вырезка может состоять из одного или нескольких макроблоков. На этом этапе к каждой вырезке добавляются биты обнаружения ошибки. Если в ступени декодирования приемника обнаруживаются ошибки, то декодер игнорирует информацию, содержащуюся в данной вырезке, и переходит к следующей. Последовательность вырезок восстанавливает полный видеокадр (рис. 5.12), содержащий все три составляющие изображения (Y, С_R и С_B) и готовый к следующему этапу кодирования видеоданных.

Рис. 5.11. Базовые блоки Y, C_R и C_B

Рис. 5.12. Подготовка видеоданных

5.4.9. Удаление временной избыточности

Рассматриваемый способ основан на том обстоятельстве, что различие между двумя последовательными изображениями очень мало. Таким образом, нет необходимости передавать содержание каждого видеокадра полностью, поскольку большая часть текущего кадра просто повторяет предыдущий кадр. Временное сжатие выполняется на группе изображений (GOP – group of pictures), состоящей из 12 нечетных кадров.

Содержимое первого кадра группы, называемого кадром I, сохраняется в памяти и используется как эта­лонный кадр для последующих 11 кадров (рис. 5.13). Содержимое кадра, сле­дующего сразу же за эталонным кадром I, сравнивается с кадром I для обра­зования разностного кадра, называемого кадром Р (от predicted – предска­зываемый), который используется для обработки. Затем с первым кадром после кадра I сравнивается второй кадр после кадра I, третий кадр со вторым и т. д. до конца группы из 12 видеокадров. Затем для следующей группы из 12 кадров образуется новый эталонный кадр I и т.д. Величина сжатия кадров I ограничена; максимальное битовое сжатие получается в кадрах Р. Повы­шенное сжатие можно получить, используя два других способа: прямое пред­сказание и предсказание компенсацией движения.

.

Рис. 5.13. Группа изображений (GOP)

Прямое предсказание – это метод, который используется для создания кадров Р; он включает в себя предсказание ожидаемой разности между мак­роблоками последовательных кадров и передачу предсказанных кадров на обработку. Для этого требуется хранение более одного видеокадра. В прямом предсказании в качестве эталонного можно использовать кадр I или ранее восстановленный кадр Р. Недостатком этого способа является то, что возни­кающие в кадре Р ошибки будут передаваться в последующие кадры до по­ступления очередного кадра I.

Предсказание с компенсацией движения заключается в сравнении содер­жимого предыдущего кадра и последующего кадра для конструирования те­кущего кадра. Конструируемый кадр называется кадром В, от backward-prediction – обратное предсказание (или от bidirectional – двунаправленный, поскольку его содержимое зависит как от предыдущего кадра, так и от после­дующего). В отличие от кадров I и Р кадры В нельзя использовать как этало­ны. Они также требуют хранения двух кадров в памяти изображения. На рис. 5.14 показана типовая последовательность из 12 кадров I, Р и В (0-11).

Поток данных МРЕG-2 содержит, таким образом, непрерывную последо­вательность кодированных кадров, состоящих из комбинации предсказываемых кадров и эталонных кадров. Поскольку предсказываемые кадры Р и В обеспечивают более эффективное сжатие данных, желательно, чтобы пред­сказываемые кадры передавались гораздо чаще.

Рис. 5.14. Кадры I, P и B