11. Охарактеризувати особливості відображення на комп'ютері відеоінформації.

Відео та анімації

Зараз, коли сфера застосування персональних комп'ютерів все розширюється, виникає ідея створити домашню відео студію на базі комп'ютера. Однак, при роботі з цифровим відеосигналом виникає необхідність обробки і зберігання дуже великих обсягів інформації, наприклад одна хвилина цифрового відеосигналу з роздільною здатністю SIF (порівнянним з VHS) і передаванням кольорів true color (мільйони кольорів) займе (288 x 358) пікселів x 24 біта x 25 кадрів/с x 60 c = 442 Мб, тобто на носіях, що використовуються в сучасних ПК, таких, як компакт-диск (CD-ROM, близько 650 Мб) або жорсткий диск (кілька гігабайт) зберегти повноцінне за часом відео, записане в такому форматі не вдасться. За допомогою MPEG-стиснення обсяг відеоінформації можна помітно без помітної деградації зображення.

Що таке MPEG? MPEG - це абревіатура від Moving Picture Experts Group. Ця експертна група працює під спільним керівництвом двох організацій - ISO (Організація з міжнародним стандартам) і IEC (Міжнародна електротехнічна комісія). Офіційна назва групи - ISO/IEC JTC1 SC29 WG11. Її завдання - розробка єдиних норм кодування аудіо - і відеосигналів. Стандарти MPEG використовуються в технологіях CD-i та-Video CD, є частиною стандарту DVD, активно застосовуються в цифровому радіомовлення, кабельне і супутникове ТБ, Інтернет-радіо, комп'ютерних мультимедійних продуктах, в комунікаціях по каналах ISDN і багатьох інших електронних інформаційних системах.

Часто абревіатуру MPEG використовують для посилання на стандарти, розроблені цією групою. На сьогоднішній день відомі наступні:

MPEG-1 призначений для запису синхронізованих відеозображення (зазвичай у форматі SIF, 288 x 358) і звукового супроводу на CD-ROM з урахуванням максимальної швидкості зчитування близько 1.5 Мбіт/с. Якісні параметри відеоданих, оброблених MPEG-1, у чому аналогічні звичайному VHS-відео, тому цей формат використовується в першу чергу там, де незручно або непрактично використовувати стандартні аналогові відео носії.

MPEG-2 призначений для обробки відеозображення співставного за якістю з телевізійним при пропускної здатності системи передачі даних в межах від 3 до 15 Мбіт/с, професіонали використовують і великі потоки. апаратурі використовуються потоки до 50 Мбіт/с. На технології, засновані на MPEG-2, переходять багато телеканалів, сигнал стиснений згідно з цим стандартом транслюється через телевізійні супутники, використовується для архівації великих обсягів відеоматеріалу.

MPEG-3 - призначався для використання в системах телебачення високої чіткості (high-defenition television, HDTV) зі швидкістю потоку даних 20-40 Мбіт/с, але пізніше став частиною стандарту MPEG-2 і окремо тепер не згадується. До речі, формат MP3, який іноді плутають з MPEG-3, призначений тільки для стиснення аудіоінформації і повна назва MP3 звучить як MPEG Audіo Layer ІІІ.

MPEG-4 - задає принципи роботи з цифровим поданням медіа-даних для трьох областей: інтерактивного мультимедіа (включаючи продукти, поширювані на оптичних дисках і через Мережу), графічних додатків (синтетичного контенту) і цифрового телебачення.

Як відбувається стиснення?

Базовим об'єктом кодування в стандарті MPEG є кадр телевізійного зображення. Оскільки в більшості фрагментів фон зображення залишається досить стабільним, а дія відбувається тільки на передньому плані, стиснення починається зі створення вихідного кадру. Вихідні (Intra) кадри кодуються тільки із застосуванням внутрикадрового стиснення за алгоритмами, аналогічним використовуваним в JPEG. Кадр розбивається на блоки 8х8 пікселів. Над кожним блоком проводиться дискретно-косинусне перетворення (ДКП) з подальшим квантуванням отриманих коефіцієнтів. Внаслідок високою просторовою кореляції яскравості між сусідніми пікселями зображення, ДКП призводить до концентрації сигналу в низькочастотної частини спектру, який після квантування ефективно стискається з використанням кодування кодами змінної довжини. Обробка передбачуваних (Predicted) кадрів здійснюється з використанням пророкування вперед з попереднім вихідним або передбачуваним кадрів.

Кадр розбивається на макроблоки 16х16 пікселів, кожному макроблоку ставиться у відповідність найбільш схожий ділянку зображення з опорного кадру, який потрапив на вектор переміщення. Ця процедура називається аналізом і компенсацією руху.

Допустима ступінь стиснення для передбачуваних кадрів перевищує можливу для вихідних в 3 рази. Залежно від характеру відеозображення, кадри двобічної інтерполяції (Bi-directional Interpolated) кодуються одним з трьох способів: передбачення вперед; зворотне prediction з компенсацією руху - коли використовується у кодируемом кадрі з ’ являються нові об'єкти зображення; двонаправлене prediction з компенсацією руху; внутрикадровое прогноз - при різкій зміні сюжету або при високій швидкості переміщення елементів зображення. З двунаправленными кадрами пов'язано найбільш глибоке стиснення відеоданих, але, оскільки висока ступінь стиснення знижує точність відновлення вихідного зображення, двонаправлені кадри не використовуються в якості опорних. Якщо б коефіцієнти ДКП передавалися точно, відновлене зображення повністю збігається з вихідним. Однак помилки відновлення коефіцієнтів ДКП, пов'язані з квантуванням, призводять до спотворень зображення.

Чим грубіше проводиться квантування, тим менший обсяг займають коефіцієнти і тим сильніше стиснення сигналу, але і тим більше візуальних спотворень.