b-b.by “лф. волна ¬рем€ работы јдрес: ћинск, ул.  озлова, д.3, оф.3. ѕишите на email  
  Ћогин: ѕароль:
    >>–егистраци€     «абыли пароль?    

 

—емейство форматов MPEG (mpeg, mpeg-2, HDTV)

—истемы кодировани€, программы Andrew написал "

’арактеристики форматов, сравнение, истори€ возникновени€ и развити€



¬ступление

ѕрародитель этого формата - MPEG-1, не колебл€сь можно назвать поистине революционным, ведь до него ничего подобного не существовало. ѕервые видеодиски и спутниковые телепередачи в формате MPEG-1 казались чудом - такое качество при таком относительно низком битрейте. —жатое цифровое видео имело качество сопоставимое с качеством бытового видеомагнитофона и имело по сравнению с аналоговыми носител€ми массу преимуществ. Ќо врем€ шло, прогресс в области цифровых технологий шагал семимильными шагами, и вот старичку MPEG-1 понадобилась существенна€ доработка, чтобы угнатьс€ за чудесами науки и техники. ¬ результате возник формат MPEG-2, который €вл€етс€ не революционным, а скорее, эволюционным форматом, возникнув в результате переделки MPEG-1 под нужды заказчиков. ј заказчиками данного формата €вл€лись крупнейшие массмедиа-компании, которые сделали ставку на спутниковое телевидение и нелинейный цифровой видеомонтаж.

Ёто сейчас формат MPEG-2 ассоциируетс€ в первую очередь с DVD-дисками, а в 1992 году, когда стартовали работы по созданию этого формата, не существовало широко доступных носителей, на которые можно было бы записать видеоинформацию сжатую MPEG-2, но самое главное, компьютерна€ техника того времени не могла обеспечить нужную полосу пропускани€ - от 2 до 9 ћбит в секунду. «ато данный канал могло обеспечить спутниковое телевидение с новейшим по тем временам оборудованием. “акие высокие требовани€ к каналу вовсе не означали, что степень сжати€ MPEG-2 ниже, чем у MPEG-1, наоборот, значительно выше! ј вот разрешение изображени€ и количество кадров в секунду значительно больше, так как именно высокое качество при разумном битрейте и было той основной целью, которую поставили перед комитетом MPEG заказчики. »менно благодар€ MPEG-2 и стало возможно по€вление телевидени€ высокого разрешени€ - HDTV, в котором изображение намного четче, чем у обычного телевидени€.

—пуст€ несколько лет после начала работ, в окт€бре 1995 года через космический телевизионный спутник "Pan Am Sat" было осуществлено первое 20-канальное “¬-вещание использующее стандарт MPEG-2. —путник осуществл€л и до сих пор осуществл€ет трансл€цию на территории —кандинавии, Ѕельгии, Ќидерландов, Ћюксембурга, Ѕлижнего ¬остока и јфрики. ¬ насто€щее врем€ идет широка€ экспанси€ HDTV на ƒальнем ¬остоке - в японии и  итае. ¬идеопотоки сжатые MPEG-2 с битрейтом 9 ћбит в секунду используютс€ при студийной записи и в высококачественном цифровом видеомонтаже.

— по€влением первых DVD-проигрывателей, обладающих колоссальной емкостью и относительно доступной ценой, MPEG-2, что вполне естественно был выбран в качестве основного формата компрессии видеоданных за его высокое качество и высокую степень сжати€. »менно фильмы, использующие MPEG-2, до сих пор €вл€ютс€ главнейшим аргументом в пользу DVD.

«акончим с ретроспективным обзором MPEG-2 и попытаемс€ покопатьс€ в его внутренност€х.  ак уже говорилось, MPEG-2 формат эволюционный, именно поэтому уместно его рассматривать, сравнива€ с его именитым прародителем MPEG-1, с указанием, что же нового было внесено в исходный формат.

MPEG-2.

Ќадо сказать, разработчики MPEG-2 подошли к решению поставленной проблемы творчески. ћозговой штурм, разв€занный по поводу изыскани€ возможности удалени€ лишних битов и байтов из и без того уже сжатого изображени€ (вспомните, уже существовал MPEG-1, теперь нужно было ужать его) был начат сразу с трех сторон. ѕомимо улучшени€ алгоритмов компрессии видео (одна сторона) и аудио (друга€) был найден альтернативный путь уменьшени€ размера конечного файла прежде ранее не использовавшийс€.

 ак стало известно из исследований комитета MPEG, свыше 95% видеоданных, так или иначе, повтор€ютс€ в разных кадрах, причем неоднократно. Ёти данные €вл€ютс€ балластными или, если использовать термин, предложенный комитетом MPEG, избыточными. »збыточные данные удал€ютс€ практически без ущерба дл€ изображени€, на место повтор€ющиес€ участков при воспроизведении подставл€етс€ один единственный оригинальный фрагмент.   уже известным алгоритмам сжати€ и удалени€ избыточной информации, которые встречались нам в формате MPEG-1, добавилс€ еще один, по-видимому, наиболее эффективный. ѕосле разбивки видеопотока на фреймы, данный алгоритм анализирует содержимое очередного фрейма на предмет повтор€ющихс€, избыточных данных. —оставл€етс€ список оригинальных участков и таблица участков повтор€ющихс€. ќригиналы сохран€ютс€, копии удал€ютс€, а таблица повтор€ющихс€ участков используетс€ при декодировании сжатого видеопотока. –езультатом работы алгоритма удалени€ избыточной информации €вл€етс€ превосходное высокочеткое изображение при низком битрейте. ѕодобное соотношение размер/качество до по€влени€ MPEG-2 считалось недостижимым.

Ќо и у этого алгоритма есть ограничени€. Ќапример, повтор€ющиес€ фрагменты должны быть достаточно крупными, иначе пришлось бы заводить запись в таблице повтор€ющихс€ участков чуть ли не на каждый пиксел, что свело бы пользу от таблицы к нулю, так как ее размер превышал бы размер фрейма. » еще оно обсто€тельство делает этот алгоритм менее эффективным - наиболее полезным и эффективным было бы применение этого алгоритма не к отдельным фреймам, а ко всему видеоролику в целом, так как веро€тность нахождени€ повтор€ющихс€ участков в большом видеоучастке намного выше, чем в отдельно вз€том фрейме. ƒа и суммарный размер таблиц дл€ всех фреймов намного больше, чем возможный размер одной общей таблицы. Ќо, к сожалению, MPEG-2 - это потоковый формат, который изначально предназначалс€ дл€ пересылки по спутниковым каналам или по кабельным сет€м, поэтому наличие фреймов об€зательное условие.

»так, мы рассмотрели один из подходов, который обеспечил существенное уменьшение размера кодируемого файла, но если бы этот трюк был один, то разработчики никогда не добились бы столь впечатл€ющих результатов, которые мы увидели в MPEG-2. –азумеетс€, им пришлось хорошенько попотеть над уже существующими алгоритмами, буквально вылизав их и выжав все до последнего байта. ќчень существенной модернизации подверглись алгоритмы сжати€ видео.

»зменени€ в алгоритмах сжати€ видеоданных по сравнению с MPEG-1.

ќсновные изменени€ коснулись алгоритмов квантовани€, то есть алгоритмов преобразовани€ непрерывных данных в дискретные. ¬ MPEG-2 используетс€ нелинейный процесс дискретно-косинусного преобразовани€, который гораздо эффективнее предшественника. ‘ормат MPEG-2 предоставл€ет пользовател€м и программистам значительно большую свободу по сравнению с MPEG-1. “ак теперь стало возможным в процессе кодировани€ задавать точность частотных коэффициентов матрицы квантовани€, что непосредственно вли€ет на качество получаемого в результате сжати€ изображени€ (и на размер тоже). »спользу€ MPEG-2, пользователь может задавать следующие значени€ точности квантовани€ - 8, 9, 10 и 11 бит на одно значение элемента, что делает этот формат значительно более гибким по сравнению с MPEG-1, в котором было только одно фиксированное значение - 8 бит на элемент.

“акже стало возможным загрузить отдельную матрицу квантовани€ (quantization matrix) непосредственно перед каждым кадром, что позвол€ет добитьс€ очень высокого качество изображени€, хоть это и довольно трудоемко.  ак с помощью матрицы квантовани€ улучшить качество изображени€? Ќе секрет что быстро движущиес€ участки - традиционно слабое место дл€ семейства MPEG, в то врем€ как статичные участки изображени€ кодируютс€ очень хорошо. ќтсюда следует вывод, что нельз€ статику и участки с движением кодировать одинаково. “ак как качество изображени€ зависит от стадии квантовани€, котора€ во многом зависит от используемой матрицы квантовани€, то мен€€ эти матрицы дл€ разных участков видеоролика можно добитьс€ улучшени€ качества изображени€. ћногие кодеки MPEG-2 делают это автоматически, но есть программы, позвол€ющие помимо этого задавать матрицы квантовани€ вручную. Ќе обошли нововведени€ и алгоритмы предсказани€ движени€. ƒанна€ секци€ обогатилась новыми режимами: 16x8 MC, field MC и Dual Prime. ƒанные алгоритмы существенно повысили качество картинки и, что немаловажно позволили делать ключевые кадры реже по сравнению с MPEG-1, увеличив, таким образом, количество промежуточных кадров и повысив степень сжати€. ќсновной размер блоков, на которые разбиваетс€ изображение, может быть 8х8 точек, как и MPEG-1, 16х16 и 16х8, что впрочем используетс€ только в режиме 16х8 ћ—. »з-за некоторых особенностей реализации алгоритмов предсказани€ движени€ в MPEG-2 по€вились некоторые ограничени€ на размер картинки. “еперь стало необходимо, чтобы разрешение изображени€ по вертикали и горизонтали было кратно 16 в режиме покадрового кодирование, и 32 по вертикали в режиме кодировани€ полей (field-encoder), где каждое поле состоит из двух кадров. –азмер фрейма увеличилс€ до 16383*16383. Ѕыло введено еще два соотношени€ цветовых плоскостей и плоскости освещенности - 4:4:4 и 4:2:2.

ѕомимо вышеперечисленных улучшений в формат MPEG-2 были введены еще несколько новых нигде ранее не используемых алгоритмов компрессии видеоданных. Ќаиболее важные из них - это алгоритмы под названи€ми Scalable Modes, Spatial scalability, Data Partitioning, Signal to Noise Ratio (SNR) Scalability и Temporal Scalability. Ќесомненно, эти алгоритмы внесли весьма важный вклад в успех MPEG-2 и заслуживают более подробного рассмотрени€.

Scalable Modes - набор алгоритмов, который позвол€ет определить уровень приоритетов разных слоев видеопотока. ѕоток видеоданных делитс€ на три сло€ - base, middle и high. Ќаиболее приоритетный на данный момент слой (например, передний план) кодируетс€ в большим битрейтом

Spatial scalability (пространственное масштабирование) - при использовании этого алгоритма, базовый слой кодируетс€ с меньшим разрешением. ¬ дальнейшем полученна€ в результате кодировани€ информаци€ ислользуетс€ в алгоритмах предсказани€ движени€ более приоритетных слоев.

Data Partitioning (дробление данных) - этот алгоритм дробит блоки размером в 64 элемента матрицы квантовани€ на два потока. ќдин поток данных, более высокоприоритетный состоит из низкочастотных (наиболее критичные к качеству) компонентов, другой, соответственно менее приоритетный состоит из высокочастотных компонентов. ¬ дальнейшем эти потоки обрабатываютс€ по-разному. »менно поэтому в MPEG-2 и динамические и статистические сцены смотр€тс€ весьма неплохо, в отличие от MPEG-1, где динамические сцены традиционно ужасны.

Signal to Noise Ratio (SNR) Scalability (масштабирование соотношени€ сигна/шум) - при действии этого алгоритма разные по приоритету слои кодируютс€ с разным качеством. Ќизкоприоритетные слои более дискретизированны, более грубы, соответственно содержат меньше данных, а высокоприоритетный слой содержит дополнительную информацию, котора€ при декодировании позвол€ет восстановить высококачественное изображение.

Temporal Scalability (временное масштабирование) - после действи€ этого алгоритма у низкоприоритетного сло€ уменьшаетс€ количество ключевых блоков информации, при этом высокоприоритетный слой, напротив содержит дополнительную информацию, котора€ позвол€ют восстановить промежуточные кадры использу€ дл€ предсказани€ информацию менее приоритетного сло€.

” всех этих алгоритмов много общего: все они работаю со сло€ми потока видеоданных, использование этих алгоритмов позвол€ет достичь высокого сжати€ при практически незаметном ухудшении картинки. Ќо есть еще одно свойство этих алгоритмов, возможно, что и не такое при€тное. »спользование любого из них, делает видеоролик абсолютно несовместимым с форматом MPEG-1. ѕоэтому эти алгоритмы были далеко не в каждом кодеке MPEG-2. ¬ результате по€вилось множество форматов, разного разрешени€, качества, с разной степенью сжати€ и с разным соотношением размер/ качество. — целью наведени€ пор€дка и окончательной стандартизации MPEG-2 комитетом MPEG были введены пон€ти€ уровней и профилей. »менно уровни и профили, а так же их комбинации позвол€ют однозначно описать практически любой формат из семейства MPEG-2.

"


–азместил: sergey [06/03/2005]

 
· Ѕольше про —истемы кодировани€, программы
· Ќовость от sergey


—ама€ читаема€ стать€: —истемы кодировани€, программы:
ѕросмотр кодированных каналов со спутника


—редн€€ оценка: 3
ќтветов: 1


ѕожалуйста, проголосуйте за эту статью:

ќтлично
ќчень хорошо
’орошо
Ќормально
ѕлохо



 Ќапечатать текущую страницу Ќапечатать текущую страницу


· √лавна€
· ƒобавить статью
·  онтакт
· ќборудование
· ќбъ€влени€
· ѕоиск по сайту
· —татьи




Ћогин

ѕароль

Ќе зарегистрировались? ¬ы можете сделать это, нажав здесь.  огда ¬ы зарегистрируетесь, ¬ы получите полный доступ ко всем разделам сайта.

Ј √лавна€
Ј ќЅќ–”ƒќ¬јЌ»≈ ƒЋя ѕ–»®ћј —ѕ”“Ќ» ќ¬ќ√ќ и Ё‘»–Ќќ√ќ “¬




www.onliner.by www.kufar.by www.hostfly.by www.av.by www.yandex.by
„астное торговое унитарное предпри€тие Ѕ≈Ћ—ј“плюс. —видетельство о регистрации є 190991566.
¬ыдано ћ√» , дата выдачи 19.03.2008 г.    ”Ќѕ 190991566.    —ведени€ о розничном торговом объекте включены в “орговый реестр –еспублики Ѕеларусь.
јдрес: ћинск, ул.  озлова, д.3, оф.3.    √ор. тлф./факс   +375 (17) 35-49-777.    A1   +375 (44) 5-8888-77.    Ћайф   +375 (25) 7-88888-7.    ћ“—   +375 (29) 752-44-78.
Copyright (b-b)© 2005 by (b-b)
PHP-Nuke Copyright © 2005 by Francisco Burzi. This is free software, and you may redistribute it under the GPL. PHP-Nuke comes with absolutely no warranty, for details, see the license.
ќткрытие страницы: 0.23 секунды
The Russian localization - project Rus-PhpNuke.com