Презентация на тему "Методы сжатия в ЦТВ"

Содержание

• 
  Слайд 1
  

  1 МЕТОДЫ СЖАТИЯ В ЦТВ

• 
  Слайд 2
  

  2 Применяя эффективные методы кодирования отдельно для контуров (резкие перепады яркости) и текстуры (всё, что не контуры) можно получить очень высокую степень сжатия, стандарт MPEG.

• 
  Слайд 3
  

  3 СТАНДАРТ ЦИФРОВОГО СЖАТИЯ MPEG-1 • MPEG означает MotionPicturesExperts Group (Группа экспертов по движущимся изображениям) • Полное название группы - ISO/IEC JTCI/SC29/WG11 • Группа создана в 1988 г. для выработки международного стандарта движущихся изображений и звуковых сигналов до скорости порядка 1,5 Мбит/с с целью записи на CD-ROM с качеством бытового стандарта VНS. Исходные скорости - 270 (360) Мбит/с.

• 
  Слайд 4
  

  4 • Стандарт принят в 1993 г. и получил индекс ISO/IEC 11172. • Стандарты MPEG не определяют схему и конструкцию кодера и декодера, они лишь описывают средства, используемые для обработки сигнала, определяют правила построения последовательности символов совместимого цифрового потока и дают примеры реализации декодера. • Состав и построение кодера оставлены на усмотрение разработчика. Декодер должен декодировать любой цифровой поток, совместимый со стандартом MPEG-1.

• 
  Слайд 5

  MPEG-1 - методы компрессии:

  5 • предсказание, когда передаются не сами элементы изображения, а разность между элементами в строке, в соседних строках и смежных кадрах; • внутрикадровое и межкадровоекодиро-вание, • дискретно-косинусное преобр. Компен-сация движения.

• 
  Слайд 6
  

  6 Определены три типа видеокадров: • I - видеокадры (от intra-внутри)-внутрикадровое кодирование. • P - видеокадры (predicted) первый Р кадр предсказывается по I - кадру, второй и последующие по предыдущему Р кадру; • B - видеокадры кодер рассчитывает как прямое, так и обратное предсказание и посылает декодеру данные, имеющие наименьший объём (отсюда - bidirectional, то есть двунаправленный). Польза В - кадров проясняется при рассмотрении задней границы движущегося объекта, для передачи открывающегося фонового изображения выгоднее воспользоваться данными более позднего кадра.

• 
  Слайд 7
  

  7 • Ограничения, определяющие область применения: • размер изображения по горизонтали

• 
  Слайд 8

  СТАНДАРТ ЦИФРОВОГо сжатия MPEG - 2

  8 • Стандарт MPEG-2 принят в 1996 г., дополнен в 1997 г. и получил индекс ISO/IEC 13818. • Стандарт MPEG-2 значительно улучшен по сравнению с MPEG-1, имеется возможность обработки черезстрочных изображений, набор уровней и профилей, масштабируемый синтаксис, системный уровень с программным и транспортным потоками, новые средства кодирования звука и др.

• 
  Слайд 9
  

  9 • Стандарт MPEG-2 значительно сложнее MPEG-1 (кодер примерно на 50%), охватывает более широкий круг применений, включая вещательное телевидение. MPEG-2 может использоваться и для ТВЧ, поэтому были прекращены работы над стандартом MPEG-3, для систем ТВЧ. • Стандарт MPEG-2 называется Информационные технологии – Обобщённое кодирование движу-щихся изображений и сопровождающей звуковой информацией.»

• 
  Слайд 10
  

  10 • В стандарте приняты 5 основных и один дополнительный профессиональный Профиль "4:2:2", введённый позднее. • Внутри каждого Профиля выделено 4 уровня, определяющие допустимые пределы изменения параметров цифрового потока.

• 
  Слайд 11

  уровни основного профиля MPEG-2

  11 • ВысокийMP@HL Число отсчётов на строку 1920. Число строк на кадр 1152. Частота кадров, Гц 60. Частота отсчётов сигнала яркости, отсч/с 62668800. Скорость потока Мбит/с 80. Размер буфера, бит 9781248. • ВысокийMP@H1440. Число отсчётов на строку 1440. Число строк на кадр 1152. Частота кадров, Гц 60. Частота отсчётов сигнала яркости, отсч/с 4700,1600. Скорость потока Мбит/с 60. Размер буфера, бит 7340032

• 
  Слайд 12
  

  12 • ОсновнойMP@ML. Число отсчётов на строку 720. Число строк на кадр 576. Частота кадров, Гц 30. Частота отсчётов сигнала яркости, отсч/с 10368000. Скорость потока Мбит/с 15. Размер буфера, бит 1835008 • НизкийMP@LL. Число отсчётов на строку352. Число строк на кадр 288. Частота кадров, Гц 30. Частота отсчётов сигнала яркости, отсч/с 3041280. Скорость потока Мбит/с 4. Размер буфера, бит 475136

• 
  Слайд 13

  Сжатие звуковых сигналов (стандарты MPEG)

  13 • Уровень 1 – Fв =15 кГц, n = 4, tз=20 мс, v=192 кбит/с. Рассчитан на упрощенный кодер. Используется полосное кодирование (32 полосы), слуховая модель создаётся по уровням в самих частотных полосах.

• 
  Слайд 14
  

  14 • Уровень 2 - Fв=15 кГц, n=6, tз=40-50 мс, v=128 кбит/с. Тот же набор фильтров и отдельный частотный анализатор, который создаёт более точную слуховую модель. Масштабирующие коэффициенты создаются более сложным образом, учитывается сходство этих коэффициентов в соседних кадрах звуковых данных.

• 
  Слайд 15
  

  15 Уровень 3- Fв=15 кГц, n=12, tз = более 50 мс, v=64 кбит/с. Намного сложнее. Попытка создать точную модель слухового восприятия. Моделируется ширина критических полосок слуха. Применяется код Хаффмана.

• 
  Слайд 16

  Кодирование звука в MPEG-2

  16 • В MPEG-2, совместимом с MPEG-1 используются трёхуровневые системы кодирования звука. Различие между стандартами начинается при переходе от двухканального звука к много- канальному звуку (5+1). • Одной из разновидностей многоканального звука является многоязычное звуковое сопровождение. Оно может осуществляться : • либо передачей отдельного цифрового потока для каждого языка, • либо добавлением нескольких (до7) языковых каналов 64 кбит/с к многоканальному потоку 384 кбит/с.

• 
  Слайд 17
  

  17 • В дополнение к основному режиму с частотами дискретизации 32, 44,1 и 48 кГц в MPEG-2 введён низкочастотный режим (LowSamplingRATE) с пониженными вдвое частотами дискретизации: 16, 22,05 и 24 кГц. Это позволяет субъективно повысить качество звучания речевого сигнала. Отбрасывание верхних частот почти не влияет на качество речи, а высвобождающиеся ресурсы битов используются кодером для более точной передачи нижней части спектра.

• 
  Слайд 18
  

  Высокоэффективная cистемакодирования MPEG-2 AAC (Advanced Audio Coding)

  18 • Частоты дискретизации могут изменяться от 8 до 96 кГц. • Скорости от 48 до 567 кбит/с на каждый канал. до 48 каналов. • Используется время-частотное преобразование, технологии предсказания и кодирования по Хаффману. • Достигается вещательное качество. Низкая скорость.

• 
  Слайд 19
  

  19 • Предусмотрено три профиля конфигурации: - Главный профиль (Maineprofile). Наилучшее качество. Наиболее сложный алгоритм обработки. - Профиль пониженной сложности (Low-Complexity). Проще процедура обработки. Качество высокое. - Профиль с масштабированием частоты дискретизации. Проще, чем главный профиль и профиль LC.

• 
  Слайд 20

  Отличия MPEG-1 от MPEG-2

  MPEG-1 - для сжатияизображенийс прогрессивной разверткой; fк до 30 Гц; z =576 ;Nca= 720; в поток со скоростью до 1856 кбит/с. MPEG-2 - развитие и расширение MPEG-1 в MPEG-2: - применяется масштабируемость (не всегда) -нет ограничений на размеры кодируемых изображений ; - используется чересстрочная развертка. -многоканальный /до7 / звук (МРEG-1 - 2-х канальный)

• 
  Слайд 21

  MPEG4 Кодирование видеообъектов

  21 В отличие от MPEG-1, MPEG-2, в которых применяется фиксированный алгоритм кодирования, в MPEG-4 используется целый набор методов кодирования, включающий как алгоритмы сходные с применяемыми в MPEG-1 и MPEG-2, так и принципиально новые методы кодирования основанные на понятии видеообъекта. Выбор метода кодирования в конкретном случае определяется характером изображения и требуемым коэффициентом сжатия информации.

• 
  Слайд 22

  MPEG4 Видеообъекты, аудиообъекты и аудио-визуальные объекты

  22 Видеообъектами (VO - visualobject) могут быть изображения людей и предметов, перемещаю- щиесяперед неподвижным фоном, и сам неподвижный фон. Аудиообъектами (AO - audioobject) могут быть голоса людей, музыка, другие звуки. Аудио-визуальными объектами (AVOs – audio-visualobject) могут быть связанные видео и аудио объекты, например, изображение человека и его голос.

• 
  Слайд 23
  

  23 Сцены MPEG-4 MPEG-4 содержит специальный язык описания сцен – BIFS (Binary Format for Scenes)

• 
  Слайд 24
  

  В описании структуры: координаты объектов в пространстве, их привязка ко времени. VO вразных плоскостях перекрываются (находящиеся ближе перекрывают дальних). Иерархическая структура сцены

• 
  Слайд 25
  

  Сцена содержит все объекты, информация о которых есть в потоке, или только часть объектов. В интерактивном режиме можно влиять на развитие сцены. MPEG-1, MPEG -2 - фиксированный алгоритм кодирования, МРЕG-4 - множество методов кодирования: -алгоритмы, сходные с MPEG-1, MPEG-2; -методы кодирования, основаные на понятии VO Выбор метода кодирования - по характеру изображения и коэффициенту сжатия. MPEG-4 сжимает натуральные, синтетические изображения и объединяет их при воспроизведении.

• 
  Слайд 26

  Видеокодер MPEG-4

• 
  Слайд 27

  На схеме:

  ДКП - прямое дискретно-косинусное преобразование; ДКП-1 - обратное ДКП; Кв- квантователь; Кв-1 - деквантователь; ЗУ - запоминающее устройство; Пред. 1, Пред.2 - блоки, формирующие предсказанные изображения в разных режимах кодирования; ОД - оценка движения и формирование векторов движения; Мп- мультиплексор; БЗУ - буферное запоминающее устройство; УКС - управление коэффициентом сжатия; «Выбор» - подключение блоков предсказания в зависимости от метода кодирования.

• 
  Слайд 28
  

  28 Взаимодействие с наблюдаемой сценой • Изменять точку обзора сцены. • Менять местоположение объектов в сцене. • Выбрать желаемый язык.

• 
  Слайд 29
  

  29 Кодирование звука • Кодирование как натуральных, так и синтезированных объектов. • В MPEG-4 сохранён синтаксис MPEG-2 AAC. • Скорости 2-4 кбит/с (частота дискретизации 8 кГц) и 4-16 кбит/с (16 кГц) с параметрическим кодированием. • Кодирование речи (6-24 кбит/с) – используется CELP - Лине́йное предсказа́ние с мультико́довым управле́нием (англ. Code Excited Linear Prediction). • Синтезированная речь – передаются фонемы (звуки букв, двух и трёх их комбинаций, смех, кашель). • Имитация звуков музыкальных инструментов.

• 
  Слайд 30

  MPEG-4 H.264

  30 Рекомендация является заметным шагом вперед по сравнению с версией стандарта MPEG4 (рассмотренная рекомендация должна стать расширением стандарта MPEG 4). Формат кодирования позволяет добиваться эффективности представления информации, превосходящей эффективностью, допустимую в рамках стандарта MPEG4, более чем на 30%. Естественно, вычислительная сложность несколько выше вычислительной сложности стандартных решений, однако, это обстоятельс-твоне должно стать препятствием для использо-вания этой рекомендации.

• 
  Слайд 31
  

  5 названий на одно и то же: H.264, MPEG-4 Part 10, AVC, H.26L, JVT

• 
  Слайд 32

  H.264 - профили и уровни

  32 . • Разные конфигурации - разные возможности – Профиль:набор алгоритмических особенностей – Level: уровень возможностей.4 профиля H.264 • Baseline - наименее сложный (нет B-slices). Области применения: видеотелефония, видеоконференции, беспроводные системы – Main- наилучшее сочетание уровня компрессии и качества видео под выбранную скорость передачи. Области применения: широковещательное телевидение+DVD стандартного разрешения

• 
  Слайд 33
  

  33 – Extended- потоковое видео с очень высокой скоростью передачи. Области применения: сервисы мобильного видео Mobilevideoservices – High(High,High10,High4:2:2,High4:4:4) кодирование видео без потерь. Области применения:ориентирован на HDTV

• 
  Слайд 34
  

  Формат сжатия Windows Media • Создан компанией Microsoft на базе видеокодека WindowsMedia 9 Series. Тестировался обществом инженеров кино и телевидения (SMPNE). • Первая версия VC-1, известен как VC-9. • Алгоритм менее сложный, чем MPEG-4, проще реализуется. • Качество, как в MPEG-2 при равном качестве. • Кодирование VLC (VariablelengthCoding); блок компенсации движения 16Х16, опорный кадр подобен MPEG-2. • Включён как формат сжатия для дисков Blu-Ray и HD DVD .

• 
  Слайд 35
  

  35 Стандарты сжатия ТВ сигнала

• 
  Слайд 36
  

  36 Благодарю за внимание!