5.2. Кодирование видеоизображений
Кодирование видеоизображений гораздо более сложный процесс, чем кодирование неподвижных изображений. Поэтому для кодирование видеоизображений может быть предложено несколько подходов:
Intraframe compression: Кодирование каждого фрейма видео-последовательности как независимого и неподвижного изображения (Motion-JPEG).
Interframe compression: Кодирование не только самого фрейма, но и межфреймовой информации, связывающей последовательно идущие фреймы (H.261 и MPEG).
Следует отметить, что первый подход обеспечивает гораздо меньший коэффициент компрессии, чем второй, потому что он не удаляет временную избыточность. Использование дифференциальных методов (например, DPCM) - один из подходов, позволяющих избавится от избыточной информации. Его особенность заключается в том, что кодируется и передается только разница между соседними фреймами.
Методы компенсации движения - другой подход для кодирования межфреймовой информации. Данный подход основан на сравнении текущего фрейма с предыдущим, кодировании и передачи вектора движения (направление изменения координат) и информации об измененных пикселах.
5.2.1. Видеоконференции
H.261 (p x 64) и H.263: Данные стандарты кодирования видеоизображений были предложены комитетом по телефонии CCITT для использования в видеотелефонах и для кодирования видеоконференций. В качестве средства передачи информации для этих стандартов, планируется использовать цифровую телефонную линию (ISDN).
Рисунок 3. Методы компенсации движения
Данные стандарты обеспечивают передачу аудио и видео информации со скоростями кратными 64 КБ/с (т.е. p x 64, p = 1, 2, …, 30), где скорость 64 КБ/с - основная скорость для телефонных линий (ISDN).
Для использования этих стандартов исходное видеоизображение должно быть преобразовано в некий промежуточный стандарт CIF, определяющий иерархическую структуру данных для потока информации. H.261 поддерживает две разновидности CIF формата: непосредственно сам CIF формат с разрешением 352 пикселов в строке, 288 строк, и QCIF формат с разрешением 176 пикселов в строке, 144 строки. Согласно H.261 все производные алгоритмы должны уметь работать с QCIF форматом, однако, основным рабочим форматом все же считается CIF формат.
H.261 использует дискретное косинусное преобразование для кодирования самих фреймов и уменьшения частотной избыточности, и схему DPCM кодирования с компенсацией движения для уменьшения межфреймовой избыточности. Основную идею алгоритма можно описать следующим образом:
[1] Intraframe compression mode: С использованием дискретного косинусного преобразования кодируется фрагмент изображения размеров 8 x 8.
[2] Interframe compression mode: Производится дискретное косинусное преобразование для фрагмента изображения, полученного с использованием схемы компенсации движения.
Текущий фрейм сравнивается с предыдущим и, если разница велика, то происходит пересылка данных, полученных в результате обработки самого фрейма [1]. При малой разнице между фреймами, никаких данных не пересылается, при этом достигается значительный выигрыш.
Стандарт H.263 является улучшенной версией H.261. Комитетом по стандартизации ITU-T были выработаны рекомендации по адаптации исходного алгоритма для более широкого диапазона разрешений. При этом кодирующий алгоритм нового стандарта полностью аналогичен предыдущему алгоритму, за исключением того, что были внесены некоторые существенные улучшения. Было достигнуто улучшение качества алгоритма, некоторые структуры данных были переработаны для обеспечения большего коэффициента компресии и лучшего восстановления ошибок.
Новый алгоритм теперь поддерживает пять разрешений (производных от CIF формата): CIF, QCIF (CIF/4), SQCIF (CIF/8), 4CIF (4*CIF), 16CIF (16*CIF).