|
ОСОБЕННОСТИ ВИДЕОКОДИРОВАНИЯ В СТАНДАРТЕ H.264
Д.Т.Бобобекова (преподаватель)
Д.Б.Мухамедова (докторант, ТУИТ им. Мухаммада аль-Хоразмий)
С целью более эффективного использования частотного ресурса в
цифровом телевидении в 2003 году был разработан стандарт нового
поколения видеокомпрессии MPEG-4 AVC (Advanced Video Coding –
«улучшенное видео кодирование»). Этот стандарт известен под названием
MPEG-4 Part 10 (ISO/IEC 14496 Part 10) или Н.264 (по классификации ITU –
International Telecommunications Union, то есть МСЭ – Международного
союза электросвязи). Окончательные этапы развития стандарта Н.264 были
осуществлены объединенной командой по видео (Joint Video Team),
состоящей из экспертов MPEG и VCEG (Video Coding Experts Group –
рабочей группой МСЭ), которая функционирует во многом подобно группе
MPEG. Таким образом, окончательная редакция данного стандарта видео-
компрессии была опубликована под совместным патронажем ISO/IEC и ITU.
В настоящее время H.264 распространен, в качестве стандарта для
сжатия видео высокой четкости в системах цифрового телевещания,
мобильных устройствах, видеоконференцсвязи, видеонаблюдения и
используется в цифровом ТВ вещании Узбекистана
.
Использование стандарта Н.264 позволяет уменьшить скорость потока
данных в системе цифрового наземного телевизионного вещания при
передаче одной программы стандартной четкости до 1,5 Мбит/с.
В кодере стандарте Н.264/AVC, обобщенная структурная схема которого
представлена на рис.1, используются следующие особенности кодирования:
79
Рис.1. Общая структура видеокодера H.264/AVC
Компенсация движения с использованием переменных размеров
блока, включая малые размеры блока. Стандарт поддерживает достаточно
большую гибкость в выборе размеров и форм блоков при компенсации
движения по сравнению со всеми предыдущими стандартами, причем
минимальный размер блока составляет 4х4 пикселя.
Интерполяционная компенсация движения с точностью до
четверти пикселя.
При компенсации движения поддерживаются векторы движения,
выходящие за границы изображения.
Поддерживается компенсация движения с несколькими опорными
изображениями. Это повышает эффективность кодирования, так как
позволяет кодеру выбирать для компенсации движения между большим
количеством изображений, декодированных и сохраненных в декодере.
Независимость порядка воспроизведения изображений и порядка
опорных изображений. В предшествующих стандартах устанавливалась
жесткая зависимость между порядком следования кадров при компенсации
движения и порядком следования кадров при воспроизведении. В данном
стандарте эти ограничения в значительной мере устранены, что позволяет
кодеру выбирать порядок следования кадров и для компенсации движения и
для воспроизведения.
Независимость методов обработки изображений и возможности
их использования для предсказания движения. В предыдущих стандартах
предсказанные изображения, не могли использоваться в качестве опорных
кадров
для
предсказания
движения
других
изображений
видеопоследовательности. Устраняя это ограничение, данный стандарт
обеспечивает кодеру большую гибкость и, во многих случаях, возможность
использовать для предсказания движения изображение, более близкое по
содержанию к кодируемому.
Взвешенное предсказание. Эта новая возможность стандарта
позволяет взвешивать и сдвигать сигнал после компенсации движения на
величины, указанные кодером. Такая методика может сильно улучшить
80
эффективность кодирования для сцен с изменением освещенности, а также
гибко использоваться для других целей.
Улучшенная обработка «пропущенных» (skipped) блоков и блоков с
предсказанием движения.
Направленное
пространственное
предсказание
для
внутрикадрового кодирования. Эта методика повышает качество сигнала,
используемого для предсказания, а также позволяет использовать для
предсказания соседние области, которые были закодированы не с помощью
внутрикадровой методики.
Применяется деблокинговая фильтрация в цикле кодирования.
Кодирование видео, основанное на обработке блоков, приводит к
искажениям, называемым «блокинг-эффектом». Причиной этого являются
потери в квантователе части полезной информации в локальных блоках.
Применение же адаптивного сглаживающего деблокингового фильтра
позволяет существенно повысить качество восстановленного видео. Причем,
деблокинговый фильтр в данном стандарте введен в петлю обратной связи
предсказания и компенсации движения. Таким образом, повышение качества
изображения может быть использовано в межкадровом предсказании, что, в
свою очередь, улучшает возможность предсказания движения других
изображений.
Преобразование блоков небольшого размера. Все основные преды-
дущие стандарты кодирования видео использовали преобразование блоков
размером 8х8, в то время как стандарт Н.264 основан главным образом на
преобразовании блоков 4х4, что повышает точность компенсации движения
Иерархическое преобразование блоков. Несмотря на то, что в
большинстве случаев использование блоков малых размеров (4х4) визуально
предпочтительнее. Но для изображений с однородными областями выгоднее
использовать блоки большего размера. Стандарт Н.264 позволяет делать это
двумя способами:
1) с помощью иерархического преобразования (для увеличения
эффективного размера блоков до (8х8)) для низкочастотной цветовой
информации;
2) путем предоставления кодеру возможности самому выбрать
специальный тип внутрикадрового кодирования, позволяющий увеличить
размер блоков до 16х16 при кодировании низкочастотной информации.
Преобразование с использованием 16-битной арифметики. Все
предыдущие стандарты использовали в кодерах и декодерах более сложных
вычислений с использованием 32-битной арифметики, что требовало
применение более дорогих вычислительных устройств. Поэтому стандарт
Н.264 использует только 16-битную точность вычислений.
Точное обратное преобразование. В предыдущих стандартах
видеокодирования дискретно-косинусное преобразование оговаривалось
только в рамках допустимых ошибок из-за практической нереализуемости их
точного обратного преобразования. В итоге, каждая реализация декодера
81
могла давать немного разное качество декодированного видео, из-за
несовпадения представления декодированного видео в кодере и декодере. А в
стандарте Н.264 впервые достигнуто точное совпадение декодированного
видео на всех декодерах.
Для компрессии видеоданных применен более эффективный алгоритм
контекстно-адаптивного
двоичного
арифметического
кодирования
(CABAC).
Do'stlaringiz bilan baham: |
